汽車電器與電控技術 課件 13 汽車動力轉向技術（4講）

主講：舒華教授汽車電控技術

AutomobileElectronicControlTechnology中國人民解放軍軍事交通學院第8講汽車動力轉向系統(tǒng)概述主講：舒華教授

第2章汽車電控動力轉向技術

ElectronicControlPowerSteeringTechnology

一、教學內容（1）電控動力轉向系統(tǒng)功用與類型（2）電控動力轉向系統(tǒng)的控制原理（3）電液混合式電控動力轉向系統(tǒng)的結構原理二、教學要求（1）掌握電控動力轉向系統(tǒng)的功用與類型（2）熟悉電液混合式電控動力轉向系統(tǒng)的結構原理（3）了解電控動力轉向系統(tǒng)的控制原理2.6電控動力轉向系統(tǒng)—教學任務2.6.1電控動力轉向系統(tǒng)1.基本概念（1）轉向系統(tǒng)：

用于改變或保持汽車行駛方向的一套專設機構。（2）轉向系統(tǒng)的功用：——使汽車按照駕駛人的操縱意圖，適時改變行駛方向和路線，并在受到路面?zhèn)鱽淼呐既粵_擊或意外偏離行駛方向時，能與行駛系統(tǒng)配合而保持汽車穩(wěn)定行駛。（3）轉向的控制方式：

動力轉向控制：動力轉向=助力轉向

四輪轉向控制：全輪轉向定義控制方式2.6.1電控動力轉向系統(tǒng)1.基本概念（1）轉向系統(tǒng)：（2）轉向系統(tǒng)的功用：（3）轉向的控制方式：2.轉向系統(tǒng)的發(fā)展：

機械轉向：機械連桿機構

機械液壓（氣壓）助力轉向：液壓（氣壓）助力

電子控制助力轉向：電力（電動機或電磁力）助力——電控動力轉向系統(tǒng)EPS：ElectronicControl

PowerSteering。

三個階段2.6.1電控動力轉向系統(tǒng)的功用3.轉向系統(tǒng)的要求：損力

既操縱輕便：以較小的轉向盤操縱力獲得較大的轉向轉矩，

又轉向靈敏：以較小的轉向盤轉角獲得較大的轉向角。4.電控動力轉向系統(tǒng)EPS的功用當汽車低速行駛時，減少駕駛人作用于轉向盤上的轉向力；當汽車高速行駛時，通過轉向盤向駕駛人反饋適度的路面作用力（有“路感”）。5.電控動力轉向系統(tǒng)必需滿足以下要求：（1）提供可變的轉向助力（車速快時轉向重，即有“路感”，車速慢時轉向輕）；（2）在轉向結束時，轉向盤能平順地自動回正，使車輪回到直線行駛的位置上；（3）當電控動力轉向系統(tǒng)發(fā)生故障時，轉向系統(tǒng)仍能依靠人力進行轉向；（4）在保證轉向性能的前提下，盡可能降低轉向的動力消耗。轉向要求2.6.1電控動力轉向系統(tǒng)分類6.電控動力轉向系統(tǒng)EPS的類型

液壓式電控動力轉向系統(tǒng)（液壓式EPS）

電液混合式電控動力轉向系統(tǒng)

電動式電控動力轉向系統(tǒng)（電動式EPS）（1）液壓式電控動力轉向系統(tǒng)（液壓式EPS）結構特點：發(fā)動機驅動轉向油泵組成

液壓轉向系統(tǒng)＋電控系統(tǒng)（車速傳感器＋電控單元ECU＋流量電磁閥）控制原理：電磁閥控制轉向油液流量的大小原理：電控單元ECU根據(jù)車速信號，通過控制電磁閥使轉向動力放大倍數(shù)連續(xù)可調，從而滿足汽車高速和低速行駛時的轉向助力要求。

類型組成控制過程2.6.1電控動力轉向系統(tǒng)（2）電液混合式電控動力轉向系統(tǒng)結構特點：電動機驅動轉向油泵液壓轉向系統(tǒng)＋車速和轉向角傳感器、電控單元ECU和電動機（驅動液壓泵）ECU根據(jù)車速和轉向角信號，利用電動機取代發(fā)動機驅動液壓泵?！谛枰ΓㄞD向）時，才使液壓泵工作，發(fā)動機功率消耗減少。

（3）電動式電控動力轉向系統(tǒng)（電動式EPS）結構特點：電動機的電磁轉矩作為動力源，電磁離合器+傳動機構減速增扭。轉向系統(tǒng)＋車速、轉向角和轉矩傳感器、ECU和電動機驅動轉向軸或齒輪齒條控制

ECU根據(jù)轉向參數(shù)和車速等信號，控制電動機電磁轉矩的大小和方向，從而滿足汽車低速和高速行駛時的轉向助力要求——純電動控制。控制原理控制原理2.6.2電液混合式動力轉向系統(tǒng)1.結構組成：車速傳感器1：轉向傳感器2：EPSECU4：動力轉向繼電器5：動力轉向執(zhí)行機構（液壓閥）6：儲液罐7：轉向齒輪齒條機構8：電動轉向油泵總成9：2.控制策略：傳感器

EPSECU執(zhí)行機構：電動機+油泵+液壓閥

2.6.2電液混合式動力轉向系統(tǒng)3.控制原理：響應方式不同：行駛模式響應型：轉向盤速度響應型：（1）行駛模式響應型的控制：根據(jù)車速區(qū)間和轉向盤角速度區(qū)間→判定汽車行駛模式，如圖2-29a所示。EPSECU根據(jù)判定的行駛模式→控制電動機轉速→使轉向油泵的輸出流量與汽車的行駛模式相適應。

行駛模式與轉向油泵輸出流量的關系，如圖2-29b所示。

低速時流量大（助力大），高速時流量?。ㄖπ。?。

行駛模式

控制特性控制原理2.6.2電液混合式動力轉向系統(tǒng)3.控制原理：（1）行駛模式響應型的控制：（2）轉向盤速度響應型的控制：

根據(jù)轉向盤轉動方向與轉角傳感器信號和車速傳感器信號→控制電動機轉速→使轉向油泵的輸出流量改變?！S著轉向盤角速度的增加，EPSECU使電動機轉速升高，以增大轉向油泵的輸出流量，滿足快速轉向的要求；——隨著汽車轉向時車速升高（即轉向過程即將結束），EPSECU降低電動機轉速，減小轉向油泵輸出流量，降低車輪的偏轉速度——防止出現(xiàn)過度轉向?？刂圃碚n程小結（8）這次課主要介紹了：（1）電控動力轉向系統(tǒng)功用與類型（2）電控動力轉向系統(tǒng)的控制原理（3）電液混合式電控動力轉向系統(tǒng)的結構原理這一講是電控助力轉向的基礎知識。希望同學們認真復習，為使用維修打好基礎。接下來請同學們根據(jù)講授內容閱讀教材，并在網(wǎng)上完成課后作業(yè)。同學們，下次課再會！第9講電動式動力轉向系統(tǒng)主講：舒華教授

第2章汽車電控動力轉向技術

ElectronicControlPowerSteeringTechnology

一、教學內容（1）電動式電控動力轉向系統(tǒng)的組成（2）電動式電控動力轉向系統(tǒng)的結構原理（3）電動式電控動力轉向系統(tǒng)的控制原理二、教學要求（1）了解電動式電控動力轉向系統(tǒng)的控制原理（2）熟悉電動式電控動力轉向系統(tǒng)的組成（3）掌握電動式電控動力轉向系統(tǒng)的結構原理2.6.4電控動力轉向系統(tǒng)—教學任務2.6.4電動式電控動力轉向系統(tǒng)組成電控動力轉向系統(tǒng)EPS：ElectronicPowerSteering——純電控制系統(tǒng)。特點：用電動機代替轉向動力缸，蓄電池供電。1.系統(tǒng)組成：

車速傳感器：

轉向傳感器：

轉矩傳感器：電控單元（EPSECU）：

電動機助力總成（括電磁離合器和減速機構）

轉向器總成

傳感器

執(zhí)行器2.6.4電動式電控動力轉向系統(tǒng)組成2.優(yōu)點：純電控制（1）控制方便。

EPSECU控制電動機產生電磁轉矩帶動轉向輪做適當?shù)钠D。（2）功能完備。在停車時，可獲得最大的轉向動力；在行駛過程中，EPSECU可調節(jié)電動機的助力大小來提高駕駛人的路感。（3）體積小、質量輕。零部件少、結構緊湊、安裝方便，比液壓式電控動力轉向系統(tǒng)約輕25％；（4）易于實現(xiàn)四輪轉向和無人駕駛?？膳c汽車上的其他電器設備連接成一體，有助于實現(xiàn)四輪轉向和無人駕駛控制，應用前景廣闊。2.6.4電控動力轉向系統(tǒng)結構原理1.控制系統(tǒng)組成與部件安裝位置

傳感器

EPSECU

執(zhí)行器圖2-31電控動力轉向系統(tǒng)控制部件的布置1—點火開關；2—轉矩傳感器；3—轉向角傳感器；4—電磁離合器；5—電動機；6—繼電器；7—蓄電池；8—發(fā)電機；9-發(fā)動機；10—車速傳感器；11-EPS

ECU；12—電動機繼電器；13—轉向器；l4—功率控制裝置（輸出回路）

組成2.6.4電控動力轉向系統(tǒng)結構原理1.控制部件安裝位置2.電控助力轉向的基本原理動力源：電動機，經(jīng)電磁離合器與轉向小齒輪連接轉矩傳感器：檢測轉向盤與轉向器之間的轉矩大小車速傳感器轉向傳感器

EPS

ECU轉矩傳感器→EPSECU計算確定助力轉矩的大小和方向（電動機電流的大小和方向）。

EPSECU：電動機

電磁離合器

減速機構減速增扭

轉向器的齒條（或小齒輪）

提供助力轉矩轉向。信號2.6.4電控動力轉向系統(tǒng)結構原理1.控制部件安裝位置2.電控助力轉向的基本原理3.電控助力轉向系統(tǒng)EPS類型根據(jù)助力機構的作用位置不同，EPS可分為:轉向軸助力式EPS：助力機構安裝在轉向軸上。EPSECU：電動機輸出軸齒輪→轉向軸齒輪→萬向節(jié)→中間軸→轉向器。轉向器小齒輪助力式EPS：助力機構安裝在轉向器小齒輪處。EPSECU：電動機輸出軸齒輪→轉向器小齒輪。力矩大，中型車用。齒條助力式EPS：助力機構安裝在轉向齒條處——直接驅動。EPSECU：電動機→減速機構減速增扭→轉向齒條。助力轉矩更大，重型車輛用。2.6.4電控動力轉向系統(tǒng)結構原理1.控制部件安裝位置2.電控助力轉向的基本原理3.電控助力轉向系統(tǒng)EPS類型4.轉矩傳感器（1）轉矩傳感器功用：檢測作用于轉向盤與轉向器之間的轉向轉矩，并轉變?yōu)殡娦盘栞斎隕PSECU，以便判定施加于轉向盤上的作用力（轉矩）大小來調節(jié)助力的大小。（2）電感式轉矩傳感器結構組成扭力桿2：連接在輸入軸3與輸出軸1之間電感式電橋：由輸出軸的4個極靴上繞制的4個相同的線圈連接而成。2.6.4電控動力轉向系統(tǒng)結構原理

2.6.4電控動力轉向系統(tǒng)結構原理4.轉矩傳感器（1）轉矩傳感功用：（2）電感式轉矩傳感器結構組成（3）電感式轉矩傳感器工作原理（4）電位計式轉矩傳感器

1—轉向軸；2—扭力桿；3—輸出電極；4—殼體；5—電位計；6—轉向器齒輪；7—滑環(huán)

當轉向時，扭力桿的扭轉變形使電位計的滑動觸片與固定電阻之間產生相對轉動，電位計輸出端電阻值發(fā)生變化，通過滑環(huán)便可輸出相應的信號電壓。檢測原理課程小結（9）這次課主要介紹了：（1）電動式電控動力轉向系統(tǒng)組成與分類（2）電動式電控動力轉向系統(tǒng)的基本控制原理（3）電動式電控動力轉向系統(tǒng)（轉矩傳感器）結構原理這一講是電動式電控助力轉向的基礎知識。希望同學們認真復習，為使用維修打好基礎。接下來請同學們根據(jù)講授內容閱讀教材，并在網(wǎng)上完成課后作業(yè)。同學們，下次課再會！第10講電動式動力轉向系統(tǒng)控制原理主講：舒華教授

第2章汽車電控動力轉向技術

ElectronicControlPowerSteeringTechnology

一、教學內容（1）電動式電控動力轉向系統(tǒng)執(zhí)行器的結構原理（2）電動式電控動力轉向系統(tǒng)的控制過程二、教學要求（1）掌握電動式電控動力轉向系統(tǒng)執(zhí)行器的結構原理；（2）熟悉電動式電控動力轉向系統(tǒng)的控制過程。2.6.4電控動力轉向系統(tǒng)—教學任務2.6.4電控動力轉向系統(tǒng)結構原理1.控制系統(tǒng)組成與部件安裝位置

傳感器

EPSECU

執(zhí)行器圖2-31電控動力轉向系統(tǒng)控制部件的布置1—點火開關；2—轉矩傳感器；3—轉向角傳感器；4—電磁離合器；5—電動機；6—繼電器；7—蓄電池；8—發(fā)電機；9-發(fā)動機；10—車速傳感器；11-EPS

ECU；12—電動機繼電器；13—轉向器；l4—功率控制裝置（輸出回路）

組成2.6.4電控動力轉向系統(tǒng)結構原理

2.6.4電控動力轉向系統(tǒng)結構原理5.助力電動機驅動電路6.電磁離合器與減速機構1—滑環(huán)；2—電磁線圈；3—壓板；4—花鍵；

5—從動軸；6—主動輪；7—滾珠軸承；8—電動機

主動輪6：隨電動機軸一起轉動。（1）助力時，EPSECU接通電磁離合器線圈電流，吸引帶花鍵的壓板與主動輪壓緊，動力傳遞給減速機構。動力路徑：電動機軸→-主動輪→壓板→花鍵→從動軸→減速機構。減速機構：減速增扭?！佪單仐U與轉向軸驅動組合式；——行星齒輪與傳動齒輪組合式。（2）不需助力時，電磁線圈斷電，壓板分離，電動機停止轉動。2.6.5電控動力轉向系統(tǒng)控制原理1.助力轉矩控制∵電動機產生的電磁轉矩與其流過的電流成正比?！嗫刂齐妱訖C電流大小，可控制助力轉矩的大小。助力電動機的控制電流與轉向盤轉矩的關系：助力電動機控制電流數(shù)據(jù)圖譜（數(shù)據(jù)MAP）。轉向傳感器信號→EPSECU→判定行駛方向

當點火開關接通時，EPSECU首先根據(jù)車速和轉向盤轉矩傳感器信號與ROM中的數(shù)據(jù)進行比較和判斷，然后向助力電動機的驅動電路發(fā)出占空比控制指令，將電動機電流控制在數(shù)據(jù)MAP中的相應數(shù)值。

電動機→減速機構減速增扭→轉向齒條→轉向拉桿→轉向輪偏轉。控制過程動力路徑2.6.5電控動力轉向系統(tǒng)控制原理

2.6.5電控動力轉向系統(tǒng)控制原理1.助力轉矩控制2.回正與阻尼控制在汽車轉向或轉向盤轉動后的回位過程中，EPSECU根據(jù)車速傳感器、轉向角傳感器和轉矩傳感器信號能夠檢測車速和轉向盤位置。（1）轉向盤回正控制a）未回正控制；b）回正控制——當汽車低速行駛時，EPSECU將向助力電動機驅動電路發(fā)出占空比減小指令，使電動機電流迅速減小，轉向車輪迅速回正，汽車具有良好的回正特性?！斊嚫咚傩旭倳r，EPSECU將發(fā)出占空比逐漸減小指令，使電動機電流逐漸減小，對轉向車輪產生回正阻尼，使汽車具有穩(wěn)定的轉向特性。進行回正控制后，轉向系統(tǒng)的回正滯后較大，控制效果如圖2-37所示。2.6.5電控動力轉向系統(tǒng)控制原理1.助力轉矩控制2.回正與阻尼控制（1）轉向盤回正控制（2）回正阻尼控制控制原理：EPSECU向助力電動機驅動電路發(fā)出占空比為0指令，電動機電流迅速切斷，但在電樞轉動的慣性力作用下，電動機不能立即停轉，而是以發(fā)電機形式運行而發(fā)電，電樞繞組產生的電動勢（或電流i）方向與外加電源電壓的方向相反，因此，電樞產生反向轉矩，對轉向盤產生回正阻尼，使駕駛人獲得適度的路感。作用：實施阻尼控制時，轉向盤抖動頻率明顯降低，如圖2-38b）所示，使抖動現(xiàn)象得以明顯減輕。課程小結（10）這次課主要介紹了：（1）電動式電控動力轉向系統(tǒng)執(zhí)行器的結構原理（2）電動式電控動力轉向系統(tǒng)的控制過程這一講是電動式電控動力轉向系的核心內容。希望同學們認真復習、融會貫通，為使用維修打好基礎。接下來請同學們根據(jù)講授內容閱讀教材，并在網(wǎng)上完成課后作業(yè)。同學們，下次課再會！第11講電動式電控四輪轉向系統(tǒng)主講：舒華教授

第2章汽車電控動力轉向技術

ElectronicControlPowerSteeringTechnology

一、教學內容1.轉向輪受力分析2.電控四輪轉向系統(tǒng)的功用與類型3.電動式電子控制四輪轉向系統(tǒng)的組成與控制原理二、教學要求1.了解轉向輪的受力情況2.熟悉四輪轉向系統(tǒng)的功用與類型3.掌握電動式電控四輪轉向系統(tǒng)的組成與控制原理2.6.6電控四輪轉向系統(tǒng)—教學任務2.6.6汽車四輪轉向系統(tǒng)

側偏角2.6.6汽車電控四輪轉向系統(tǒng)

功用1功用22.6.6電控四輪轉向系統(tǒng)1.轉向輪受力分析2.四輪轉向系統(tǒng)的功用3.四輪轉向系統(tǒng)的類型液壓式電子控制四輪轉向系統(tǒng)電動式電子控制四輪轉向系統(tǒng)4.電動式電子控制四輪轉向系統(tǒng)——電控四輪轉向系統(tǒng)4WS：ElectronicallyControlled4-WheelSteeringSystem（1）功能：助力轉向控制（助力轉矩、轉向盤回正與阻尼控制）+側偏角控制（2）組成：助力轉向控制部件+側偏角控制部件

傳感器

四輪轉向電控單元：4WSECU

執(zhí)行器

組成2.6.6電動式電控四輪轉向系統(tǒng)4.電動式電子控制四輪轉向系統(tǒng)電控四輪轉向系統(tǒng)4WS：1）助力轉向控制部件：傳感器：——車速傳感器——轉矩傳感器——轉向傳感器動力轉向電控單元（EPSECU）執(zhí)行器：電動機助力總成——助力電動機——電磁離合器——驅動齒輪齒條2.6.6電動式電控四輪轉向系統(tǒng)2）側偏角控制部件：傳感器：主前輪偏轉角傳感器（數(shù)字信號）副前輪偏轉角傳感器（模擬信號）主后輪偏轉角傳感器（數(shù)字信號）副后輪偏轉角傳感器（模擬信號）主前輪和主后輪是指:前輪轉向器和后輪偏轉機構直接驅動的轉向輪。四輪轉向電控單元：4WSECU2.6.6電控四輪轉向系統(tǒng)側偏角控制執(zhí)行器：轉向器總成:——步進電動機——電磁離合器——傳動齒輪、傳動軸、——轉向齒輪齒條等。后輪偏轉機構：——步進電動機、電磁離合器、相位控制機構。。后輪相位：后輪相對于前輪偏轉的位置。相位控制機構：又稱相位控制器，由蝸輪、蝸桿、扇形齒輪或行星齒輪、傳