1、汽车电控转向系统汽车电控转向系统教学提示：教学提示：操作轻便、路感清晰的电控转向系统操作轻便、路感清晰的电控转向系统极大地提高了汽车的操纵性能。极大地提高了汽车的操纵性能。教学要求：教学要求：本章主要介绍汽车电控转向系统。要本章主要介绍汽车电控转向系统。要求学生了解电控转向系统在汽车上的应用概况，求学生了解电控转向系统在汽车上的应用概况，熟悉电控转向系统的基本组成。熟悉电控转向系统的基本组成。6.1 汽车转向系统概述汽车转向系统概述6.1.1转向系统的作用与相关要求转向系统的作用与相关要求 用来改变或保持汽车行驶或倒退方向的一系列装置称为用来改变或保持汽车行驶或倒退方向的一系列装置称为汽车转向
2、系统（汽车转向系统（Automobile Steering System，图，图6-1）。）。为确保行车安全，对转向系统有如下要求：为确保行车安全，对转向系统有如下要求：转向系统应工作可靠，操纵轻便。转向系统应工作可靠，操纵轻便。 对轻微的路面冲击，转向系统应有自动回正能力。对轻微的路面冲击，转向系统应有自动回正能力。转向机构应能减小地面传到方向盘上的冲击，并保持适当转向机构应能减小地面传到方向盘上的冲击，并保持适当的的“路感路感”。 当汽车发生碰撞时，转向装置应能减轻或避免对驾驶员的当汽车发生碰撞时，转向装置应能减轻或避免对驾驶员的伤害。伤害。6.1.2转向系统的分类转向系统的分类 汽车转向
3、系统可按转向的能源不同分为机械转向系统汽车转向系统可按转向的能源不同分为机械转向系统（Mechanical steering system）和动力转向系统（）和动力转向系统（Power steering system）两类。）两类。 电控动力转向系统可以在低速时减轻转向操作力，以提电控动力转向系统可以在低速时减轻转向操作力，以提高转向系统的操纵轻便性；在高速时则可适当加重转向力，高转向系统的操纵轻便性；在高速时则可适当加重转向力，以提高操纵稳定性。以提高操纵稳定性。 四轮转向系统的应用，在提高汽车转向操纵稳定性的同四轮转向系统的应用，在提高汽车转向操纵稳定性的同时，能显著缩短转弯半径，提高车辆
4、的弯道通过性能。时，能显著缩短转弯半径，提高车辆的弯道通过性能。6.2 汽车电控动力转向系统汽车电控动力转向系统6.2.1动力转向系统动力转向系统1.动力转向系统的组成动力转向系统的组成 为使汽车操纵轻便及为使汽车操纵轻便及行驶安全，目前轿车、载行驶安全，目前轿车、载重汽车、客车大多采用液重汽车、客车大多采用液压转向助力器，构成液压压转向助力器，构成液压式动力转向系统式动力转向系统（Hydraulic power steering system，略作，略作HPS）。）。 液压式动力转向系统结构示意图液压式动力转向系统结构示意图 图图6-3 液压式动力转向系统的油路图液压式动力转向系统的油路图1
5、-油箱；油箱；2-溢流阀；溢流阀；3-齿轮油泵；齿轮油泵；4-进油道量孔；进油道量孔；5-单向阀；单向阀；6-安全阀；安全阀；7-滑阀；滑阀；8-反作用阀；反作用阀；9-阀体；阀体；10-回位弹簧；回位弹簧；11-转向螺杆；转向螺杆；12-转向螺母；转向螺母；13-纵拉杆；纵拉杆；14-转转向垂臂；向垂臂；15-动力缸动力缸 （a）右转弯行驶时）右转弯行驶时 （b）左转弯行驶时）左转弯行驶时图图6-4 转向控制阀在转向时改变油路转向控制阀在转向时改变油路2.动力转向系统的不足动力转向系统的不足6.2.2电控动力转向系统电控动力转向系统1.电控动力转向系统的组成电控动力转向系统的组成 电子控制动
6、力转向电子控制动力转向（Electronic Control Power Steering，EPS）系）系统在低速行驶时可使统在低速行驶时可使转向轻便、灵活；当转向轻便、灵活；当汽车在中高速区域转汽车在中高速区域转向时，又能保证提供向时，又能保证提供最优的动力放大倍率最优的动力放大倍率和稳定的转向手感，和稳定的转向手感，从而提高了高速行驶从而提高了高速行驶的操纵稳定性。的操纵稳定性。图图6-5 电控动力转向系统电控动力转向系统2.电控动力转向系统的分类电控动力转向系统的分类 根据动力源的不同，电子控制动力转向系统可分为液压根据动力源的不同，电子控制动力转向系统可分为液压式电子控制动力转向系统（
7、液压式式电子控制动力转向系统（液压式EPS）和电动式电子控制）和电动式电子控制动力转向系统（电动式动力转向系统（电动式EPS）。）。 液压式液压式EPS在传统的液压动力转向系统的基础上增设了在传统的液压动力转向系统的基础上增设了控制液体流量的电磁阀、车速传感器和控制液体流量的电磁阀、车速传感器和ECU等，等，ECU根据检根据检测到的车速信号，控制电磁阀，使转向动力放大倍率实现连测到的车速信号，控制电磁阀，使转向动力放大倍率实现连续可调，从而满足汽车在中、低速时的转向助力要求。续可调，从而满足汽车在中、低速时的转向助力要求。 电动式电动式EPS是利用直流电动机作为动力源，是利用直流电动机作为动力
8、源，ECU根据转根据转向参数和车速等信号，控制电动机转矩的大小和方向。向参数和车速等信号，控制电动机转矩的大小和方向。 电动机的转矩由电磁离合器通过减速机构减速增加转矩电动机的转矩由电磁离合器通过减速机构减速增加转矩后，加在汽车的转向机构上，使之得到一个与工况相适应的后，加在汽车的转向机构上，使之得到一个与工况相适应的转向作用力。转向作用力。3.电控动力转向系统的特点电控动力转向系统的特点 为满足现代汽车对转向系统的要求，电控动力转向系统为满足现代汽车对转向系统的要求，电控动力转向系统具有以下特点。具有以下特点。良好的随动性：即方向盘与转向轮之间具有准确的良好的随动性：即方向盘与转向轮之间具有
9、准确的 对对应关系，同时能保证转向轮可维持在任意转向角位置。应关系，同时能保证转向轮可维持在任意转向角位置。有高度的转向灵敏度：即转向轮对方向盘具有灵敏的响应。有高度的转向灵敏度：即转向轮对方向盘具有灵敏的响应。良好的稳定性：即具有很好的直线行驶稳定性和转向自动良好的稳定性：即具有很好的直线行驶稳定性和转向自动回正能力。回正能力。助力效果能随车速变化和转向阻力的变化作相应的调整：助力效果能随车速变化和转向阻力的变化作相应的调整：低速时，有较大的助力效果，以克服路面的转向阻力；中、低速时，有较大的助力效果，以克服路面的转向阻力；中、高速时，要有适当的路感，以避免因转向过轻（方向盘高速时，要有适当
10、的路感，以避免因转向过轻（方向盘“发发飘飘”）而发生事故。）而发生事故。6.3 液压式电控动力转向系统液压式电控动力转向系统6.3.1流量控制式动力转向系统的组成流量控制式动力转向系统的组成 图图6-6 流量控制式动力转向系统流量控制式动力转向系统1-动力转向油泵；动力转向油泵；2-电磁阀；电磁阀；3-动力转向控制阀；动力转向控制阀；4-ECU；5-车速传感器；车速传感器；p-压力压力油管；油管；T-回油管回油管6.3.2流量控制式动力转向系统的工作过程流量控制式动力转向系统的工作过程 电磁阀安装在通向转向动力缸活塞两侧油室的油道之间，电磁阀安装在通向转向动力缸活塞两侧油室的油道之间，当电磁阀
11、的阀针完全开启时，两油道就被电磁阀接通了一个当电磁阀的阀针完全开启时，两油道就被电磁阀接通了一个旁路，使动力缸活塞两侧压力差减小，助力减小；相反则助旁路，使动力缸活塞两侧压力差减小，助力减小；相反则助力增大。力增大。图图6-7 电磁阀结构电磁阀结构图图6-8 电磁阀驱动信号电磁阀驱动信号6.3.3流量控制式动力转向系统的工作电路流量控制式动力转向系统的工作电路 动力转向动力转向ECU是是EPS的核心控制部件。它根据车速传感的核心控制部件。它根据车速传感器提供的车速信号，通过改变旁通电磁阀驱动信号占空比的器提供的车速信号，通过改变旁通电磁阀驱动信号占空比的方式调节转向力。方式调节转向力。丰田流量
12、控制式动力转向系统电路图丰田流量控制式动力转向系统电路图 6.4 电动式电控动力转向系统电动式电控动力转向系统6.4.1电动式电控动力转向系统概述电动式电控动力转向系统概述1.电动式电动式EPS的组成的组成 图图6-10 电动式电动式EPS的组成的组成1-方向盘；方向盘；2-输入轴（转向轴）；输入轴（转向轴）；3-ECU；4-电动机；电动机；5-电磁离合器；电磁离合器；6-转向齿条；转向齿条；7-横拉杆；横拉杆；8-转向车轮；转向车轮；9-输出轴；输出轴；10-扭力杆；扭力杆；11-转矩传感器；转矩传感器；12-转向齿轮转向齿轮2.电动式电动式EPS的工作原理的工作原理 图图6-10 电动式电
13、动式EPS的组成的组成1-方向盘；方向盘；2-输入轴（转向轴）；输入轴（转向轴）；3-ECU；4-电动机；电动机；5-电磁离合器；电磁离合器；6-转向齿条；转向齿条；7-横拉杆；横拉杆；8-转向车轮；转向车轮；9-输出轴；输出轴；10-扭力杆；扭力杆；11-转矩传感器；转矩传感器；12-转向齿轮转向齿轮3.电动式电动式EPS的优点的优点6.4.2三菱轿车电动式电控动力转向系统三菱轿车电动式电控动力转向系统 三菱米尼卡（三菱米尼卡（Minica）轿车所用电子控制电动式动力转）轿车所用电子控制电动式动力转向系统主要由向系统主要由ECU、直流电动机和离合器、车速传感器、转、直流电动机和离合器、车速传
14、感器、转矩传感器和转向机总成等组成。矩传感器和转向机总成等组成。三菱米尼卡轿车电动式电控动力转向系统的组成三菱米尼卡轿车电动式电控动力转向系统的组成 1.三菱电动式三菱电动式EPS的组成的组成1）电动机和离合器）电动机和离合器 图图6-12 电动机的行星齿轮机构电动机的行星齿轮机构1-转矩传感器；转矩传感器；2-卷轴；卷轴；3-转矩杆；转矩杆；4-输入轴；输入轴；5-直流电动机和离合器；直流电动机和离合器；6-行星小齿行星小齿轮；轮；7-恒星齿轮；恒星齿轮；8-行星小齿轮；行星小齿轮；9-齿轮齿条转向机的小齿轮；齿轮齿条转向机的小齿轮；10-从动齿轮；从动齿轮；A-主主动齿轮；动齿轮；B-内齿
15、圈内齿圈 系统的系统的ECU根根据车速的快慢来控据车速的快慢来控制电动机的电流，制电动机的电流，车辆在停驶和极低车辆在停驶和极低速状态下电动机电速状态下电动机电流最大，助力作用流最大，助力作用大。电动机产生的大。电动机产生的助力经离合器传动助力经离合器传动齿轮减速后，起到齿轮减速后，起到助力作用。助力作用。2）转矩传感器）转矩传感器 转矩传感器的功能是将转动方向盘时转矩和转角变为转转矩传感器的功能是将转动方向盘时转矩和转角变为转向信号，输送给向信号，输送给ECU。一般转矩杆的扭转角度设定为。一般转矩杆的扭转角度设定为4左左右，这是由于采用行星齿轮机构，使转矩传感器的检测精度右，这是由于采用行星
16、齿轮机构，使转矩传感器的检测精度提高所致。提高所致。3）车速传感器）车速传感器 车速传感器安装在变车速传感器安装在变速器上，是一种电磁感应速器上，是一种电磁感应式传感器。该传感器的作式传感器。该传感器的作用是根据车速的变化，把用是根据车速的变化，把主、副系统的脉冲信号输主、副系统的脉冲信号输送给送给ECU，车速传感器每，车速传感器每转动一周产生转动一周产生8个脉冲信号，个脉冲信号，由于是主、副两个系统，由于是主、副两个系统，故信号的可靠性更高。故信号的可靠性更高。车速传感器的结构车速传感器的结构1-壳体；壳体；2-定子线圈；定子线圈；3-磁极；磁极；4-下侧定子；下侧定子；5-定子定子4）汽车
17、交流发电机的）汽车交流发电机的L端子端子 利用交流发电机的利用交流发电机的L端子电压，可以判断出发电机是否端子电压，可以判断出发电机是否运转，所以把交流发电机的运转，所以把交流发电机的L端子看成是向端子看成是向ECU输送信号的输送信号的一个传感器。一个传感器。 直流电动机的最大电流约为直流电动机的最大电流约为30A，在发动机不工作时，转，在发动机不工作时，转向系统的工作由蓄电池供电；发动机工作时，由发电机供电。向系统的工作由蓄电池供电；发动机工作时，由发电机供电。5）电子控制系统）电子控制系统电子控制系统由电子控制系统由一个一个8位单片机位单片机MC6805及外围及外围电路组成。电子电路组成。电子控制电动式动力控制电动式动力转向的工作过程转向的工作过程如图如图6-14所示。所示。电子控制电动式动力转向的工作过程电子控制电动式动力转向的工作过程 2.三菱电动式三菱电动式EPS的工作原理的工作原理6种车速下电动机的电流状态种车速下电动机的电流状态
