汽車整車裝配與調(diào)試課件：轉(zhuǎn)向管柱的結(jié)構(gòu)和工作原理

汽車整車裝配與調(diào)試轉(zhuǎn)向管柱的結(jié)構(gòu)和工作原理目錄轉(zhuǎn)向管柱的結(jié)構(gòu)和工作原理轉(zhuǎn)向管柱總成的裝配

電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和工作原理一、概述電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)EPS（ElectronicPowerSteering）是電機(jī)控制技術(shù)應(yīng)用于汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，其特點(diǎn)是顯著改善汽車行駛性能、提高駕駛員的安全性和舒適性，減少油耗，減少對(duì)環(huán)境的污染，比HPS結(jié)構(gòu)更簡(jiǎn)單，更節(jié)能。EPS的主要優(yōu)點(diǎn)有：（1）采用電力作為轉(zhuǎn)向動(dòng)力，省去了油壓系統(tǒng)，不需要補(bǔ)充油，也不必?fù)?dān)心漏油。（2）沒有液壓式動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)所必須的常運(yùn)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)向油泵，電動(dòng)機(jī)只是在需要轉(zhuǎn)向時(shí)才接通電源，所以動(dòng)力消耗和燃油消耗均可降到最低。（3）將各部件裝配成一個(gè)整體，既無管道也無控制閥，其結(jié)構(gòu)緊湊、質(zhì)量減輕。一般電動(dòng)式EPS的質(zhì)量比液壓式EPS質(zhì)量輕25%左右。（4）電動(dòng)機(jī)工作可用ECU進(jìn)行控制，可以比較容易地按照汽車性能的需要設(shè)置、修改轉(zhuǎn)向助力特性，具有較好的兼容性。電動(dòng)機(jī)提供輔助轉(zhuǎn)矩的電控動(dòng)力式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)二、電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的分類電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)EPS（ElectronicPowerSteering）根據(jù)電動(dòng)機(jī)對(duì)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)產(chǎn)生助力的部位不同，電動(dòng)式電控動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)有三種類型：轉(zhuǎn)向管柱助力式、轉(zhuǎn)向器小齒輪助力式和齒條助力式，如圖所示。(a)轉(zhuǎn)向管柱助力式

（b）轉(zhuǎn)向器小齒輪助力式

（c）齒條助力式電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的類型三、轉(zhuǎn)向管柱助力式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和工作原理長(zhǎng)安逸動(dòng)車型的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)采用了EPS的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)由方向盤、轉(zhuǎn)向管柱和轉(zhuǎn)向器組成，如圖所示。1-方向盤總成；2-轉(zhuǎn)向管柱總成；3-轉(zhuǎn)向器防塵罩總成；4-機(jī)械式轉(zhuǎn)向器總成電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向管柱結(jié)構(gòu)示意圖長(zhǎng)安逸動(dòng)車輛的電動(dòng)助力方式采用了轉(zhuǎn)向管柱助力式電動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（CEPS），由控制器、電機(jī)、轉(zhuǎn)向上軸、轉(zhuǎn)向下軸組成，如圖所示。其核心部件由扭矩傳感器、電機(jī)助力系統(tǒng)和控制系統(tǒng)三大部分組成。（1）扭矩傳感系統(tǒng)由輸入軸、輸出軸、扭力桿、滑塊、電位器等零部件組成；（2）助力系統(tǒng)由電機(jī)、離合器、蝸桿和蝸輪等零部件組成；（3）控制系統(tǒng)由微處理器、扭矩傳感器信號(hào)處理模塊、電源及電源控制模塊、電磁離合器驅(qū)動(dòng)模塊、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)處理模塊、扭矩傳感器信號(hào)處理模塊等組成。1-轉(zhuǎn)向管柱總成；2-轉(zhuǎn)向上軸；3-轉(zhuǎn)向下軸；4-控制器；5-電機(jī)；6-六角螺母和錐形彈性墊圈組合件；7-六角頭螺栓和彈簧墊圈平墊圈組合件；8-轉(zhuǎn)向柱與轉(zhuǎn)向器連接螺栓CEPS的結(jié)構(gòu)示意圖CEPS的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖所示。CEPS的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)方向盤，扭矩通過輸入軸被傳遞到扭力桿，由于扭力桿為彈性軸，相對(duì)輸出軸產(chǎn)生角向位移，輸入軸和輸出軸之間產(chǎn)生角向位移差，使滑塊在輸出軸軸向方向移動(dòng)，而扭矩傳感器與滑塊相連，扭矩傳感器將滑塊位移量轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)。將扭矩大小變化轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷捍笮∽兓?，并傳送到ECU控制模塊。ECU控制模塊根據(jù)車速信號(hào)和扭矩信號(hào)的大小，按照一定的算法，控制電機(jī)電流大小,從而控制電機(jī)傳給輸出軸的扭矩大小,實(shí)現(xiàn)在不同扭矩和不同車速下的智能助力，獲得最佳轉(zhuǎn)向特性，協(xié)助駕駛員進(jìn)行轉(zhuǎn)向操縱，其控制流程圖如圖所示。其控制單元的功能如下表所示。EPS控制單元的功能控制功能模塊功能轉(zhuǎn)向盤扭矩傳感器安裝在轉(zhuǎn)向軸上，一般安裝在減速機(jī)構(gòu)上方。扭矩傳感器用來檢測(cè)轉(zhuǎn)向盤上的轉(zhuǎn)矩大小和方向的頻率信號(hào)。信號(hào)處理及A/D轉(zhuǎn)換模塊對(duì)信號(hào)進(jìn)行整形與隔離后通過頻率一—電壓轉(zhuǎn)換模塊，對(duì)信號(hào)進(jìn)行線性變換后，再進(jìn)行模擬信號(hào)—數(shù)字信號(hào)的轉(zhuǎn)換ECU控制器是ECU電子控制單元的心臟，根據(jù)力矩傳感器檢測(cè)出的扭矩信號(hào)和來自總線的車速信號(hào)，采用一定的控制策略計(jì)算出電動(dòng)機(jī)的目標(biāo)電流。其輸出通過PWM（PluseWidthModulation脈寬調(diào)制）得到較高品質(zhì)的電流；H橋式驅(qū)動(dòng)電路是步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路，為雙極性電源供電，控制電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)電流傳感器在電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路上，用來檢測(cè)實(shí)際電動(dòng)機(jī)的助力電流，并將其反饋到控制單元，控制器根據(jù)此電流完成電流的閉環(huán)控制直流電動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩。輸出的轉(zhuǎn)矩通過減速機(jī)構(gòu)施加給轉(zhuǎn)向柱輸出軸，并經(jīng)過轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的作用使車輪偏轉(zhuǎn)一定的角度，從而起到對(duì)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的助力作用。車速傳感器通過采集發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，達(dá)