第七章 电控动力转向与四轮转向系统PPT讲稿.ppt

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1、第七章 电控动力转向与四轮转向系统第1页，共30页，编辑于2022年，星期一第一节第一节 电控液力式动力转向系统电控液力式动力转向系统 一、一、系统的组成系统的组成为了说明电控液力式动力转向的整体构造和工作原理，为了说明电控液力式动力转向的整体构造和工作原理，图图7-2示示出了转向齿轮箱与液压回路的结构简图。图中没有标出出了转向齿轮箱与液压回路的结构简图。图中没有标出ECU的的详细部分，仅使用了作为详细部分，仅使用了作为ECU输入的车轮转速信号。输入的车轮转速信号。1 转向齿轮箱转向齿轮箱 2 分流阀分流阀 3 电磁阀电磁阀 下一页第2页，共30页，编辑于2022年，星期一图图7-2 电控液力

2、式动力转向系统结构电控液力式动力转向系统结构简图简图 返回第3页，共30页，编辑于2022年，星期一第一节第一节 电控液力式动力转向系统电控液力式动力转向系统二、二、控制原理控制原理电控器（电控器（ECU）根据从轮速传感器传来的输入信号，判别汽车）根据从轮速传感器传来的输入信号，判别汽车处于停止状态还是处于低速行驶或高速行驶工况，对电磁阀线圈处于停止状态还是处于低速行驶或高速行驶工况，对电磁阀线圈的电流进行线性控制，从而达到控制动力转向的目的。一般动力的电流进行线性控制，从而达到控制动力转向的目的。一般动力转向的控制形态有以下三种：转向的控制形态有以下三种：1 以极低速行驶时的控制以极低速行驶

3、时的控制2 高速直行时的控制高速直行时的控制3 中高速转向时的控制中高速转向时的控制 下一页上一页第4页，共30页，编辑于2022年，星期一第一节第一节 电控液力式动力转向系统电控液力式动力转向系统三、三、控制机构控制机构目前在汽车上采用的电控液力式动力转向系统的控制机构可分为目前在汽车上采用的电控液力式动力转向系统的控制机构可分为流量控制式、反力控制式和阀灵敏度可变控制式。流量控制式、反力控制式和阀灵敏度可变控制式。1 流量控制式流量控制式这是一种通过车速传感器调节动力转向装置供应的压力油液，改这是一种通过车速传感器调节动力转向装置供应的压力油液，改变油液的输入输出流量，以控制转向力的方法。

4、优点是，在原来变油液的输入输出流量，以控制转向力的方法。优点是，在原来动力转向功能上再增加压力油液流量控制功能即可，可以降低价动力转向功能上再增加压力油液流量控制功能即可，可以降低价格，简化结构。缺点是，当流向动力转向机构的压力油液降低到格，简化结构。缺点是，当流向动力转向机构的压力油液降低到极限值时，将改变转向控制部分的刚度，使其下降到接近转向刚极限值时，将改变转向控制部分的刚度，使其下降到接近转向刚性。这样，在低供给油量区域内，对于快速转向会产生压力油量性。这样，在低供给油量区域内，对于快速转向会产生压力油量不足，降低了响应性。不足，降低了响应性。流量控制式动力转向装置的基本结构见图流量控

5、制式动力转向装置的基本结构见图7-4。下一页上一页第5页，共30页，编辑于2022年，星期一图图7-4 日本蓝鸟牌轿车的电子控制动日本蓝鸟牌轿车的电子控制动力转向装置力转向装置 返回第6页，共30页，编辑于2022年，星期一第一节第一节 电控液力式动力转向系统电控液力式动力转向系统2 反力控制式反力控制式这是一种利用车速传感器控制反力室油压，改变压力油输入、输出的增益这是一种利用车速传感器控制反力室油压，改变压力油输入、输出的增益幅度，以控制转向力的方法，为此，在转向控制阀中设有反力室。其缺点幅度，以控制转向力的方法，为此，在转向控制阀中设有反力室。其缺点是价格高，结构复杂。其优点是具有较大的

6、选择转向力的自由度，而且转是价格高，结构复杂。其优点是具有较大的选择转向力的自由度，而且转向刚性大，驾驶者能确实感受到路面情况，可以获得稳定的操作手感，所向刚性大，驾驶者能确实感受到路面情况，可以获得稳定的操作手感，所以能按照车速情况进行最佳的稳定操纵。以能按照车速情况进行最佳的稳定操纵。图图7-5中示出了装备这种装置的爱丹娜轿车的动力转向系统图。中示出了装备这种装置的爱丹娜轿车的动力转向系统图。下一页上一页第7页，共30页，编辑于2022年，星期一图图7-5 反力控制式动力转向装置（爱反力控制式动力转向装置（爱丹娜轿车）丹娜轿车）返回第8页，共30页，编辑于2022年，星期一第一节第一节 电

7、控液力式动力转向系统电控液力式动力转向系统3 阀灵敏度可变控制式阀灵敏度可变控制式这是根据车速操纵电磁阀，直接改变动力转向控制阀的油压增益这是根据车速操纵电磁阀，直接改变动力转向控制阀的油压增益（阀灵敏度），以控制油压的方法。（阀灵敏度），以控制油压的方法。这种转向装置结构简单，部件少，价格低，而且可以有较大的选择转向力这种转向装置结构简单，部件少，价格低，而且可以有较大的选择转向力的自由度。与反力控制式转向相比，转向刚性差，但可以最大限度地提高的自由度。与反力控制式转向相比，转向刚性差，但可以最大限度地提高原来的弹簧刚度来加以克服。阀灵敏度可变控制动力转向装置能够获得自原来的弹簧刚度来加以克

8、服。阀灵敏度可变控制动力转向装置能够获得自然的转向感和良好的转向特性。然的转向感和良好的转向特性。图图7-6示出了示出了89型地平线牌轿车所采用的动力转向装置。型地平线牌轿车所采用的动力转向装置。该装置的主要部件有转子阀、电磁阀与控制系统等。该装置的主要部件有转子阀、电磁阀与控制系统等。返回上一页第9页，共30页，编辑于2022年，星期一图图7-6 阀灵敏度可变控制动力转向装置阀灵敏度可变控制动力转向装置 返回第10页，共30页，编辑于2022年，星期一第二节第二节 电动式动力转向系统电动式动力转向系统 电动式动力转向系统（电动式动力转向系统（EPS）是一种直接依靠电机提供辅助扭矩的）是一种直

9、接依靠电机提供辅助扭矩的电动助力式转向系统。该系统仅需要控制电机电流的方向和幅值，电动助力式转向系统。该系统仅需要控制电机电流的方向和幅值，不需要复杂的控制机构。不需要复杂的控制机构。电动式动力转向系统主要特点如下：电动式动力转向系统主要特点如下：电动机、减速机、转向柱和转向齿轮箱可以制成一个整体，管道、油电动机、减速机、转向柱和转向齿轮箱可以制成一个整体，管道、油泵等不需单独占据空间，易于装车。泵等不需单独占据空间，易于装车。基本上只增加电动机和减速机，没有了液压管道等部件，使整基本上只增加电动机和减速机，没有了液压管道等部件，使整个系统趋于小型轻量化。个系统趋于小型轻量化。油泵仅在必要时用

10、来使电动机运转，故可以节能。油泵仅在必要时用来使电动机运转，故可以节能。因为零件数目少，不需要加油和抽空气，所以在生产线上的装配性好。因为零件数目少，不需要加油和抽空气，所以在生产线上的装配性好。下一页第11页，共30页，编辑于2022年，星期一第二节第二节 电动式动力转向系统电动式动力转向系统一、一、电动式动力转向系统的组成电动式动力转向系统的组成电动式动力转向系统基本上是由扭矩传感器、车速传感器、控制元件、电动式动力转向系统基本上是由扭矩传感器、车速传感器、控制元件、电动机和减速机组成的，见电动机和减速机组成的，见图图7-10所示。所示。在操纵转向盘时，扭矩传感器根据输入力的大小产生相应的

11、电压信号，在操纵转向盘时，扭矩传感器根据输入力的大小产生相应的电压信号，由此检测出操纵力的大小，同时根据车速传感器产生的脉冲信号又可测由此检测出操纵力的大小，同时根据车速传感器产生的脉冲信号又可测出车速，再控制电动机的电流，形成适当的转向助力。出车速，再控制电动机的电流，形成适当的转向助力。二、二、控制元件控制元件1 控制电路控制电路控制电路方框图见控制电路方框图见图图7-14。控制电路的中心是。控制电路的中心是8位的单片微型计算机，内位的单片微型计算机，内装装256字节的字节的RAM，4KB的的ROM和和8位的位的A/D变换器。变换器。下一页上一页第12页，共30页，编辑于2022年，星期一

12、图图7-10 Alto车的车的EPS系统系统 返回第13页，共30页，编辑于2022年，星期一图图7-14 控制电路的框图控制电路的框图 返回第14页，共30页，编辑于2022年，星期一第二节第二节 电动式动力转向系统电动式动力转向系统电流控制电路把上述的已成为模拟信号的电流指令与电动机的实电流控制电路把上述的已成为模拟信号的电流指令与电动机的实际电流相比较后，产生二者幅度相同的斩波信号。驱动电路收到际电流相比较后，产生二者幅度相同的斩波信号。驱动电路收到斩波信号与旋转方向指令信号之后，则输出指令，驱动功率斩波信号与旋转方向指令信号之后，则输出指令，驱动功率MOS-FET电路，控制电动机的电流

13、，使其按规定的方向旋转。电路，控制电动机的电流，使其按规定的方向旋转。2 故障诊断与安全保护故障诊断与安全保护控制元件具有故障自我诊断功能，当发生电气系统故障时，能自动控制元件具有故障自我诊断功能，当发生电气系统故障时，能自动停止助力。同时，计算机可以记忆故障内容，并使故障指示灯点亮。停止助力。同时，计算机可以记忆故障内容，并使故障指示灯点亮。维修时可读取故障码，找出故障原因。维修时可读取故障码，找出故障原因。出现电气故障后，控制电路停止向电动机供电，在装有离合器的出现电气故障后，控制电路停止向电动机供电，在装有离合器的EPS上，上，离合器脱开，恢复到手动控制转向。离合器脱开，恢复到手动控制转

14、向。返回上一页第15页，共30页，编辑于2022年，星期一第三节第三节 四轮转向控制系统（四轮转向控制系统（4WS）一、一、4WS车的转向特性车的转向特性1 4WS车低速时的转向特性车低速时的转向特性 汽车在低速转向的情况下，可以认为车辆的前进方向和车的朝向是汽车在低速转向的情况下，可以认为车辆的前进方向和车的朝向是大体一致的，所以各车轮上几乎不产生转向力。大体一致的，所以各车轮上几乎不产生转向力。4轮的前进方向的轮的前进方向的垂线在一点相交，而车辆以此交点（转向中心）为中心进行转向。垂线在一点相交，而车辆以此交点（转向中心）为中心进行转向。图图7-15所示为低速转向时的行驶轨迹，可知所示为低

15、速转向时的行驶轨迹，可知2WS车（前轮转向操纵）的车（前轮转向操纵）的情况是后轮不转向，所以转向中心大致在后轴的延长线上。情况是后轮不转向，所以转向中心大致在后轴的延长线上。下一页第16页，共30页，编辑于2022年，星期一图图7-15 低速转向时的行驶轨迹低速转向时的行驶轨迹 返回第17页，共30页，编辑于2022年，星期一第三节第三节 四轮转向控制系统（四轮转向控制系统（4WS）2 4WS车中高速时的转向特性车中高速时的转向特性直行汽车的转向是由下列两个运动的合成，即车辆的质心点绕改变直行汽车的转向是由下列两个运动的合成，即车辆的质心点绕改变前进方向的转向中心的公转和绕质心点的自转运动。前

16、进方向的转向中心的公转和绕质心点的自转运动。图图7-16为为2WS车高速转向时车辆的运动状态。车高速转向时车辆的运动状态。二、二、转向角比例控制转向角比例控制所谓转向角比例控制就是与转向盘转向角成比例，在低速区是逆相而在所谓转向角比例控制就是与转向盘转向角成比例，在低速区是逆相而在中高速区是同相地对后轮进行转向操纵控制。中高速区是同相地对后轮进行转向操纵控制。1 系统组成系统组成图图7-18所示为所示为4WS转向角成比例控制的系统图。转向角成比例控制的系统图。（1）转向枢轴转向枢轴（2）4WS转换器转换器 下一页上一页第18页，共30页，编辑于2022年，星期一图图7-16 2WS车高速转向的

17、车辆动态车高速转向的车辆动态 返回第19页，共30页，编辑于2022年，星期一图图7-18 转向角比例控制转向角比例控制4WS系统图系统图 返回第20页，共30页，编辑于2022年，星期一第三节第三节 四轮转向控制系统（四轮转向控制系统（4WS）2 控制逻辑控制逻辑图图7-21所示为所示为ECU控制流程框图。通过转向角传感器、车速传控制流程框图。通过转向角传感器、车速传感器等输入信号，进行以下控制：感器等输入信号，进行以下控制：（1）转向角控制转向角控制按照按照图图7-22所示的转向角比控制图，由主电动机进行控制。驾驶员通过所示的转向角比控制图，由主电动机进行控制。驾驶员通过4WS方式转换开关

18、，可选择常规模式（方式转换开关，可选择常规模式（NORMAL）和运动模式）和运动模式（SPORT）。）。（2）2WS选择功能选择功能2WS开关为开关为ON且变速器为倒挡状态时，因与车速无关，故将后轮且变速器为倒挡状态时，因与车速无关，故将后轮的转向操纵量设定为零。的转向操纵量设定为零。（3）安全性控制）安全性控制系统出现异常时，在进行下列工作的同时点亮系统出现异常时，在进行下列工作的同时点亮“4WS警告灯警告灯”通知驾驶通知驾驶员，而且员，而且ECU记忆异常部位。记忆异常部位。下一页上一页第21页，共30页，编辑于2022年，星期一图图7-21 转向角比例控制转向角比例控制4WS控控制流程方框

19、图制流程方框图 返回第22页，共30页，编辑于2022年，星期一图图7-22 转向角比控制转向角比控制 返回第23页，共30页，编辑于2022年，星期一第三节第三节 四轮转向控制系统（四轮转向控制系统（4WS）三、三、横摆角速度比例控制横摆角速度比例控制在中高速区为发挥恒定转向时在中高速区为发挥恒定转向时4WS的控制功能，并为了改善从转的控制功能，并为了改善从转向初期到恒定转向的过渡状态中向初期到恒定转向的过渡状态中“转向内侧车体滞后现象转向内侧车体滞后现象”，已进，已进行了各种各样控制方法的研究。行了各种各样控制方法的研究。1 系统组成系统组成图图7-23所示为所示为4WS的横摆角速度比例控

20、制系统的组成。使后轮产生转向的横摆角速度比例控制系统的组成。使后轮产生转向角的工作原理就是转换后转向机构的控制阀油路，使阀芯左右移动。角的工作原理就是转换后转向机构的控制阀油路，使阀芯左右移动。（1）前轮转向操纵机构前轮转向操纵机构（2）后轮转向操纵机构后轮转向操纵机构 下一页上一页第24页，共30页，编辑于2022年，星期一图图7-23 横摆角速度比例控制横摆角速度比例控制4WS系系统的组成图统的组成图 返回第25页，共30页，编辑于2022年，星期一第三节第三节 四轮转向控制系统（四轮转向控制系统（4WS）2 控制状态控制状态按照前轮的转向量，后轮的转向控制状态有大转向角控制和小转向角控制

21、按照前轮的转向量，后轮的转向控制状态有大转向角控制和小转向角控制两种状态。两种状态。（1）大转向角控制（机械式控制）大转向角控制（机械式控制）当前轮转向角处在与后轮转向无关的转向齿条自由行程范围内时，阀芯与当前轮转向角处在与后轮转向无关的转向齿条自由行程范围内时，阀芯与阀套筒之间的相对位置处于中立状态。因而，来自油泵的工作油液被排出，阀套筒之间的相对位置处于中立状态。因而，来自油泵的工作油液被排出，且返回到副油箱，动力油缸的左右室都成为中立的低油压，活塞杆在复位且返回到副油箱，动力油缸的左右室都成为中立的低油压，活塞杆在复位弹簧的作用下停止在中立位置。弹簧的作用下停止在中立位置。下一页上一页第

22、26页，共30页，编辑于2022年，星期一第三节第三节 四轮转向控制系统（四轮转向控制系统（4WS）（2）小转向角控制（电子式控制）小转向角控制（电子式控制）为了将脉冲电机的旋转运动变为阀芯的直线运动，采用螺旋齿轮和曲柄为了将脉冲电机的旋转运动变为阀芯的直线运动，采用螺旋齿轮和曲柄组合机构。脉冲电机的旋转通过蜗轮机构传递到从动齿轮，借助曲柄使组合机构。脉冲电机的旋转通过蜗轮机构传递到从动齿轮，借助曲柄使阀控制杆移动，见阀控制杆移动，见图图7-27（a）所示。所示。3 控制逻辑控制逻辑图图7-28所示为前轮转向角与后轮转向角之间的关系，后轮转向角所示为前轮转向角与后轮转向角之间的关系，后轮转向角

23、是机械式转向与电子式转向特性的合成。是机械式转向与电子式转向特性的合成。（1）车体侧滑角的零控制车体侧滑角的零控制（2）受侧向风干扰时的控制）受侧向风干扰时的控制（3）ABS工作时的控制工作时的控制下一页上一页第27页，共30页，编辑于2022年，星期一图图7-27 小转向角控制（同相位）小转向角控制（同相位）返回第28页，共30页，编辑于2022年，星期一图图7-28 前轮转向角与后轮前轮转向角与后轮 返回第29页，共30页，编辑于2022年，星期一参参 考考 文文 献献 1 麻友良主编麻友良主编.汽车底盘电子控制系统原理与检修汽车底盘电子控制系统原理与检修.辽宁：科学技术出版社，辽宁：科学

24、技术出版社，19992 王家青主编王家青主编.广州本田雅阁轿车使用与维修手册广州本田雅阁轿车使用与维修手册.北京：机械工业北京：机械工业出版社，出版社，20013 付百学编著付百学编著.汽车电子控制技术汽车电子控制技术.北京：机械工业出版社，北京：机械工业出版社，20004 邹长庚主编邹长庚主编.现代汽车电子控制系统构造原理与故障诊断现代汽车电子控制系统构造原理与故障诊断.北京：北京：北京理工大学出版社，北京理工大学出版社，19975 李春明主编李春明主编.奥迪奥迪A6轿车构造、使用与检修轿车构造、使用与检修.北京：人民交通出版社，北京：人民交通出版社，20016 王遂双主编王遂双主编.汽车电子控制系统的原理与检修汽车电子控制系统的原理与检修.北京：北京理工大学出版北京：北京理工大学出版社，社，20007 李春明主编李春明主编.奥迪奥迪/红旗轿车电气系统使用与维修红旗轿车电气系统使用与维修.北京：北京理工大北京：北京理工大学出版社，学出版社，2000上一页返回第30页，共30页，编辑于2022年，星期一