汽車電動助力轉向系統(tǒng)
汽車電動助力轉向系統(tǒng)
第一節(jié)概述
? 在汽車行駛中,轉向運動是最基本的運動。我們通過
方向盤來操縱和控制汽車的行駛方向,從而實現(xiàn)自己的行 駛意圖。
?在現(xiàn)代汽車上,轉向系統(tǒng)是必不可少的最基本的系統(tǒng)之一,
它也是決定汽車主動安全性的關鍵總成。
?如何設計汽車的轉向特性,使汽車具有良好的操縱性能, 始終是各汽車廠家和科研機構的重要課題。特別是在車輛 高速化、駕駛人員非職業(yè)化、車流密集化的今天,針對更 多不同的駕駛人群,汽車的操縱性設計顯得尤為重要。
傳統(tǒng)轉向系統(tǒng)
?傳統(tǒng)的汽車轉向系統(tǒng)是機械系統(tǒng),汽車的轉向運動是由駕 駛員操縱方向盤,通過轉向器和一系列的桿件傳遞到轉向 車輪而實現(xiàn)的。普通的轉向系統(tǒng)建立在機械轉向的基礎上。
?常用的有兩種是齒輪齒條式和循環(huán)球式(用于需要較大的 轉向力時)。這種轉向系統(tǒng)是我們最常見的,目前大部分 低端轎車釆用的就是齒輪齒條式機械轉向系統(tǒng)。
傳統(tǒng)轉向系統(tǒng)的缺點
?雖然傳統(tǒng)轉向系統(tǒng)工作最可靠,但是也存在很多固有的缺 點,傳統(tǒng)轉向系統(tǒng)由于方向盤和轉向車輪之間的機械連接 而產生一些自身無法避免的缺陷:
?①汽車的轉向特性受駕駛員駕駛技術的影響嚴重; ?②轉向傳動比固定,提供不了合適的轉向力;
③液壓助力轉向系統(tǒng)經濟性差,一般轎車每行駛一百公里 要多消耗0.3?0.4升的燃料;另外,存在液壓油泄漏問題,
一個明顯的劣勢。
對環(huán)境造成污染,在環(huán)保性能被日益強調的今天,無疑是
助力轉向系統(tǒng)
? 助力轉向系統(tǒng)是指在駕駛員的控制下,借助于汽 車發(fā)動機通過液壓泵產生的液體壓力或電動機驅動力來 實現(xiàn)車輪轉向。助力轉向是一種以駕駛員操縱轉向盤
(轉矩和轉角)為輸入信號,以轉向車輪的角位移為輸 出信號的伺服機構。
輕便性問題,
助力轉向系統(tǒng)的要求
?對轉向系統(tǒng)的要求,主要概括為轉向的靈敏度和操縱的輕 便性。高的轉向靈敏度,要求轉向器具有小的傳動比,以 小的轉向盤轉角迅速轉向,好的操縱輕便性,則要求轉向 器具有大的傳動比,這樣才能以較小的轉向盤操縱力獲得 大的轉向力矩。
?實際應用中,一般要求:當轉向輪達到最大設計轉角時, 轉向盤總轉數(shù)不宜超過5圈,而轉向盤操縱力最大不超過 250N
助力轉向系統(tǒng)的具體要求
助力轉向系統(tǒng)的具體要求
助力轉向系統(tǒng)的具體要求
向盤
■ K
7太小 I此要 1車速 [清楚 「感覺 乞車行 亍很好
總行駛
>良好的操縱性
A合適的轉向力與位置感 >具有回正功能 >適當?shù)穆访娣答伭?>工作可靠
A節(jié)省能源
>安靜、噪聲小
在保證轉向性能的前 提下,盡可能降低轉向 系統(tǒng)的動力消耗。
具有故障預警功能,當 計第機控制系統(tǒng)或助力 系統(tǒng)發(fā)生故障時,轉向 系統(tǒng)仍然應保留人力轉 向功能。
轉向系統(tǒng)的分類
>傳統(tǒng)液壓式助力轉向系統(tǒng)
>電子控制式液壓助力轉向系統(tǒng)
>電動助力轉向系統(tǒng)
傳統(tǒng)液壓式助力轉向系統(tǒng)
Alto
?機械式的液壓助力轉向系統(tǒng)一般由液壓泵、油管、壓力流 量控制閥體、V型傳動皮帶、儲油罐等部件構成。
?無論車是否轉向,這套系統(tǒng)都要工作,而且在大轉向車速 較低時,需要液壓泵輸出更大的功率以獲得比較大的助力。 所以,也在一定程度上浪費了資源。還有,機械式液壓助 力轉向系統(tǒng)由液壓泵及管路和油缸組成,為保持壓力,不 論是否需要轉向助力,系統(tǒng)總要處于工作狀態(tài),能耗較高, 這也是耗資源的一個原因所在。
傳統(tǒng)液壓式助力轉向系統(tǒng)
? 傳統(tǒng)液壓式助力轉向系統(tǒng)(HPS) 一般按液流的形式可分 為常流式和常壓式兩種類型。
?常流式是指汽車在行駛中,不轉動轉向盤時,流量控制閥在 中間位置,油路保持暢通。
?常壓式是指汽車在行駛中,無論轉向盤是否轉動,整個液壓 系統(tǒng)總是一直保持高壓。
傳統(tǒng)液壓式助力轉向系統(tǒng)缺點
提供不了合適的轉向力,即若要保證汽車在停車或低 速調頭時轉向輕便,那么汽車高速行駛時就會感到有”發(fā) 飄“的感覺;若要保證汽車在高速行駛時操縱有適度手感, 那么當其要停車或低速調頭時就會感到轉向太重,兩者不 能兼顧。
電磁閥:根據(jù)需要開啟適當?shù)拈_度,使油壓反力室一側的油液 流回儲油箱。電磁閥開度增大時,使作用在柱塞的背壓(油壓反力 室壓力)降低,柱塞推動控制閥轉閥閥桿的力(反力)較小,因此 只需要較小的轉向力就可使扭力桿扭轉變形,使閥體與閥桿相對轉 動而實現(xiàn)轉向助力作用,電磁閥開啟較小時則相反。
反力控制式助力轉向系統(tǒng)的工作過程
?當轉向力增大,扭力桿發(fā)生扭轉變形時,控制閥閥體與轉閥閥桿 之間將發(fā)生相對轉動,使兩閥的通道口相互連通,扭力桿的變形 角度就越大,轉閥中工作油液通道的截口面積就越大,助力就越
?汽車低速行駛或者大轉彎時。流經電磁線圈的電流較大,電磁閥 的開啟角度較大,經分流閥分流后的油液通過電磁閥返回油箱的
油液就較多,因此作用在反力室的油壓就較小,柱塞上的油壓較 小,這時作用在控制閥軸上的反力也較小,因此反力油壓形成的
阻力矩較小。由于阻力矩較小,轉向盤只需要用較小的力就可以
使扭力桿發(fā)生較大的變形,轉向助力較大。
轉向液斥泵
轉向盤
ECU — 一
乍速傳感器
儲油箱
分流閥
\
倒繆小誌輪齒條轉向動力缸舷
小孔
f肖
/!轉閥閥桿
/ /控制閥閥休
廠
// 1
/
一小
1 //
?流經電磁線圈的電流較小,電磁閥的開啟角度較小,經分流閥分 流后的油液通過電磁閥返回油箱的油液就較少,因此作用在反力 室的油壓就較大,柱塞上的油壓較大,這時作用在控制閥軸上的 反力也較大,因此反力油壓形成的阻力矩較大。由于阻力矩較大, 輸入同樣的力,使扭力桿發(fā)生變形較小,轉向助力較小。旋轉閥 與控制閥相互連通的通道口開度也減小,助力較小。
/轉向盤
f肖
5
/控脾閥休
\
ECU — 一
儲汕箱 分流閥
轉向液斥泵
乍速傳感器
廠
// 1
/
一小
1 //
倒輕塞小誌輪齒條轉向動力缸舷
1
液壓式助力轉向系統(tǒng)的缺點
?結構復雜,功率消耗大,容易產生泄漏,轉向力不易有效 控制。
轉向軸助力式 齒輪助力式 齒親助力式
直接葡力式電動轉向系統(tǒng)的類裂
?很據(jù)電動林布直位直不同,可分為轉向枉助力丸、齒輪助
力式和齒條助力式三種類型。
齒條助力式EPS的電動機和減速機構直接驅動齒條提供 助力。
?電動助; 它能夠" 慢,精/
成本相〉
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I4JF ■電帆助力特性
轉向離合器
卷冏齒輪i
特向齒條
電動助力轉向系統(tǒng)結構
車尅i號
«^Jfc=====X
?不轉向時,助力電動機不工作,
?當轉向盤轉動時,與轉向軸相連的轉矩傳感器不斷地測出 作用于轉向軸上的力矩,并將力矩轉換為電信號,車速傳 感器產生車速信號,ECU根據(jù)這兩個信號,經過運算處 理后,向離合器和電動機發(fā)車發(fā)出控制指令,即輸出一個 適合的電流,在離合器結合的同時,是電動機產生一個轉 矩,轉矩經過減速機構減速增距后,施力口在輸出軸上,輸 出軸的下端與齒輪齒條轉向器總成中的小齒輪相連,于是 由電動機發(fā)出的轉矩最后通過齒輪齒條轉向器施加到汽車 的轉向機構上,使之得到一個與工況相適應的轉向助力。
轉矩傳感器
km
?轉矩傳感器用于檢測作用于轉向盤上轉矩信號的大小,目 前采用較多的是扭桿式電位計傳感器,它是在轉向軸位置 加一根扭桿,通過扭桿檢測輸入軸與輸出軸的相對扭轉位 移得到扭矩。
?用磁性材料構成的定子和轉子可以形成閉合的回來,線圈 A、B、C、D分別繞在極靴上,構成一個橋式回路。轉向 軸扭轉變形的扭轉角和轉矩成正比,所以只要測定轉向軸 的扭轉角,就可間接知道轉向力的大小。
轉向力矩侵感器外觀及工作原理
?在線圏U. T的兩端施加連續(xù)的脈沖信號%當轉向軸上的
I
轉矩為零時,定子和轉子的相對轉角也為零,電橋平橫, 在V和W兩端的電位差U。為零,如果轉向軸上存在轉矩,
定子和轉子的相對轉角不為零,此時定子和轉子間產生角
?當輸出軸轉動時,感應轉子的齒不斷的靠近和離開車速 傳感器,使感應線圈內的磁通發(fā)生變化,從而產生交流感應 電壓,車速越高,輸出軸轉速越高,感應電壓脈沖頻率就越 高。ECU根據(jù)脈沖信號的頻率,計算出輸出軸的轉速,再進 一步轉換成車速。
a)
時間
b)
電機
? EPS的動力源是電動機,功能是根據(jù)ECU的指令產生相應 的輸出轉矩,電動機時影響EPS性能的主要因素之一。通 常釆用無刷永磁式直流電動機。要求低速轉矩大、波動小、 慣量小、尺寸小、質量輕,可靠性高、控制性能好。
?需要正反轉控制。
?比和a?端為觸發(fā)信號端,從微機系統(tǒng)的D/A轉換器得到的直流信 號輸入到和a?端,用以觸發(fā)電動機產生正反轉。當比端得到輸 入信號時,晶體管VT3導通,VT?得到基極電流而導通。電動機有 電流流過正轉。
?當a?端得到輸入信號時,晶體
管VT4導通,VT〔得到基極電流
而導通。電動機有反向電流流
過反轉。
?控制觸發(fā)信號端電流的大小,
就可以控制電動機通過電流的
大小。
離合器
?采用干式電磁離合器,保證EPS在預先設定的車速范圍內
閉合,當車速超過設定車速范圍時,離合器斷開,電動機
不在提供助力,轉入手動轉向狀態(tài),另外當電動機發(fā)生故 障時,離合器將自動斷開。車速超過30KM/h時,EPS不 工作。
<-K
?轉換
藥
4-
輸
?轉絶傳?亡
微機根據(jù)車速.轉向力及轉向角等參數(shù),計算得到最佳的轉向助 力轉矩,并向轉向電動機輸出電流控制信號,使轉向機構得到一 個與汽車工況相適應的轉向作用力。從而實現(xiàn)最佳的轉向助力控 制。
D/A
丸電曙
卑進轉感?跺
h電動助力轉向的精確轉向的實現(xiàn)過程
工作時,微機控制指令經D/A轉換接口送入電動機和離合器的
驅動放大電路,以控制電動機電流的大小和方向,以及離合器的離合。
電動機的電流經放大電路.電流表及a/d轉換接口反饋給微機,微機 將此與按微機指令應給的電流相比較,若有差值,則予以調整,使兩
者趨于一致。
A
備
D/A
1
?輕緬傳感?跺E3
!笈動.札哺速 儒?感?跺
E
火開壬
C開始)