第七章 电控动力转向与四轮转向系统.ppt

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1、第七章 电控动力转向与四轮转向系统 第一节 电控液力式动力转向系统 第二节 电动式动力转向系统 第三节 四轮转向控制系统（4WS）第一节 电控液力式动力转向系统 一、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，图7-2 示出了转向齿轮箱与液压回路的结构简图。图中没有标出ECU 的详细部分，仅使用了作为ECU 输入的车轮转速信号。1 转向齿轮箱 2 分流阀 3 电磁阀 下一页图7-2 电控液力式动力转向系统结构简图 返回第一节 电控液力式动力转向系统 二、控制原理 电控器（ECU）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，对电磁阀线圈的电

2、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：1 以极低速行驶时的控制 2 高速直行时的控制 3 中高速转向时的控制 下一页 上一页第一节 电控液力式动力转向系统 三、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 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。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

3、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7-4。下一页 上一页图7-4 日本蓝鸟牌轿车的电子控制动力转向装置 返回第一节 电控液力式动力转向系统 2 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，所以能按照车速情况进行最佳的稳定操纵。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。下一页

4、上一页图7-5 反力控制式动力转向装置（爱丹娜轿车）返回第一节 电控液力式动力转向系统 3 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（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然的转向感和良好的转向特性。图7-6 示出了89 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。返回 上一页图7-6 阀灵敏度可变控制动力转向装置 返回第二节 电动式动力转

5、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。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，使整个系统趋于小型轻量化。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。下一页第二节 电动式动力转向系统 一、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、电动机和减速机组成的

6、，见图7-10 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出车速，再控制电动机的电流，形成适当的转向助力。二、控制元件 1 控制电路 控制电路方框图见图7-14。控制电路的中心是8 位的单片微型计算机，内装256 字节的RAM，4KB 的ROM 和8 位的A/D 变换器。下一页 上一页图7-10 Alto 车的EPS 系统 返回图7-14 控制电路的框图 返回第二节 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

7、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，使其按规定的方向旋转。2 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。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，离合器脱开，恢复到手动控制转向。返回 上一页第三节 四轮转向控制系统（4WS）一、4WS 车的转向特性 1 4WS 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

8、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。图7-15 所示为低速转向时的行驶轨迹，可知2WS 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。下一页图7-15 低速转向时的行驶轨迹 返回第三节 四轮转向控制系统（4WS）2 4WS 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前进方向的转向中心的公转和绕质心点的自转运动。图7-16 为2WS 车高速转向时车辆的运动状态。二、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中高速区是同相地对后轮进行转向操纵控制。1 系统组成 图7-18 所

9、示为4WS 转向角成比例控制的系统图。（1）转向枢轴（2）4WS 转换器 下一页 上一页图7-16 2WS 车高速转向的车辆动态 返回图7-18 转向角比例控制4WS 系统图 返回第三节 四轮转向控制系统（4WS）2 控制逻辑 图7-21 所示为ECU 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：（1）转向角控制 按照图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4WS 方式转换开关，可选择常规模式（NORMAL）和运动模式（SPORT）。（2）2WS 选择功能 2WS 开关为ON 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。（3

10、）安全性控制 系统出现异常时，在进行下列工作的同时点亮“4WS 警告灯”通知驾驶员，而且ECU 记忆异常部位。下一页 上一页图7-21 转向角比例控制4WS 控制流程方框图 返回图7-22 转向角比控制 返回第三节 四轮转向控制系统（4WS）三、横摆角速度比例控制 在中高速区为发挥恒定转向时4WS 的控制功能，并为了改善从转向初期到恒定转向的过渡状态中“转向内侧车体滞后现象”，已进行了各种各样控制方法的研究。1 系统组成 图7-23 所示为4WS 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。（1）前轮转向操纵机构（2）后轮转向操纵机

11、构 下一页 上一页图7-23 横摆角速度比例控制4WS 系统的组成图 返回第三节 四轮转向控制系统（4WS）2 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两种状态。（1）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，活塞杆在复位弹簧的作用下停止在中立位置。下一页 上一页第三节 四轮转向控制系统（4WS）（2）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组合机构

12、。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，见图7-27（a）所示。3 控制逻辑 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（2）受侧向风干扰时的控制（3）ABS 工作时的控制下一页 上一页图7-27 小转向角控制（同相位）返回图7-28 前轮转向角与后轮 返回参 考 文 献 1 麻友良主编.汽车底盘电子控制系统原理与检修.辽宁：科学技术出版社，1999 2 王家青主编.广州本田雅阁轿车使用与维修手册.北京：机械工业出版社，2001 3 付百学编著.汽车电子控制技术.北京：机械工业出版社，2000 4 邹长庚主编.现代汽车电子控制系统构造原理与故障诊断.北京：北京理工大学出版社，1997 5 李春明主编.奥迪A6 轿车构造、使用与检修.北京：人民交通出版社，2001 6 王遂双主编.汽车电子控制系统的原理与检修.北京：北京理工大学出版社，2000 7 李春明主编.奥迪/红旗轿车电气系统使用与维修.北京：北京理工大学出版社，2000上一页 返回