《汽车底盘电控系统结构与检修》模块七 电控动力转向与四轮转向系统

1、用来改变或保持汽车行驶以及倒退方向的一系列装置称为汽车转向系统（Automobile Steering System ）。转向系统一般由方向盘、转向机、转向传动杆和转向节等构成。 汽车转向系统的功能是实现驾驶员按照自己意图来控制汽车方向的目的。由于汽车行驶安全的至关重要性，汽车转向系统的零件也被称为保安件。为确保行车安全，汽车转向系统应满足如下要求。（1）工作可靠，操纵轻便。（2）对轻微的路面冲击应具有自动回正能力。（3）应能减小地面传至方向盘上的冲击，并保持适当的路感。（4）当汽车发生碰撞时，应能减轻或避免对驾驶员的伤害。汽车转向系统可按转向的能源不同分为机械转向系统(Mechanical

2、Steering System)和动力转向系统(Power Steering System)两类。模块七 电控动力转向与四轮转向系统机械转向系统是依靠驾驶员操纵方向盘的转向力来实现车轮转向；动力转向系统则是在驾驶员的控制下，借助于汽车发动机产生的液体压力或电动机驱动力来实现车轮转向。传统的机械转向系统具有转向操纵灵活、轻便等优点，但也具有汽车高速行驶时方向盘“发飘”而不利于高速行车的缺点。随着电子控制技术的发展，目前电子控制动力转向系统应用日益广泛。电控动力转向系统旨在使车辆低速尤其是停放车辆时转向轻便；而在车速较高时电子控制系统使液压助力作用减弱、转向操纵力增加，使驾驶员对方向盘有更好的控制

3、。电子控制动力转向系统可按照车速大小通过控制电磁阀改变系统油压控制回路，达到低速时转向力小而提高操纵力，而在中高速时使转向系统与手操纵转向力相适应，以提高操纵稳定性。在提高汽车转向操纵稳定性的同时，汽车四轮转向系统的应用可显著缩短转弯半径而提高车辆的弯道通过性能。模块七 电控动力转向与四轮转向系统课题一 电控动力转向系统(EPS)课题二 电控四轮转向系统课题三 自动转向控制系统汽车底盘电控系统结构与检修模块七 电控动力转向与四轮转向系统课题四 电控动力转向系统检修课题一 电控动力转向系统(EPS)对于传统的非电控动力转向系统来说，由于动力转向系统设定了固定放大倍率，不能满足汽车在各种状况下转向

4、助力的要求。如果所设计的固定放大倍率是为了减小汽车在停车或低速行驶状态下驾驶员转动方向盘的力，则当汽车以高速行驶时，这一固定放大倍率的动力转向系统则会使驾驶员转动方向盘的力显得太小，极不利于对高速行驶汽车的方向控制；反之如果所设计的固定放大倍率考虑了驾驶员在汽车高速行驶时的恰当转向操纵力，则当汽车停驶或低速行驶时，其转动方向盘就会显得非常吃力。电控动力转向系统（Electronic Controlled Power Steering System，缩写为EPS)是指根据车速或发动机的转速而改变转向动力的大小，使汽车在停车或低速行驶时转动方向盘所需的力减小，而在车辆高速行驶时转动方向盘所需的力增

5、大，从而提高车辆操纵轻便性和行车安全性的一种控制形式。典型的电子控制动力转向系统如图7-1所示。模块七 电控动力转向与四轮转向系统课题一 电控动力转向系统(EPS)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。（1）良好的随动性即方向盘与转向轮之间具有准确的一一对应关系，同时能保证转向轮可维持在任意转向角位置。 （2）有高度的转向灵敏度即转向轮对方向盘具有灵敏的响应。 （3）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。 （4）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；而在中、高速时要有适当的路感，以避免因转向过轻

6、(方向盘“发飘”)而发生事故。模块七 电控动力转向与四轮转向系统课题一 电控动力转向系统(EPS)模块七 电控动力转向与四轮转向系统电控动力转向系统EPS根据其动力源的不同，可分为液压电子控制动力转向系统EPS和电动电子控制动力转向系统EPS两种形式。 液压式EPS是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、车速传感器和电控单元ECU等，ECU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续可调，从而满足汽车在不同车速时的转向助力要求。图7-1即为液压式电子控制动力转向系统。电动式EPS是利用直流电动机作为动力源，ECU根据转向参数和车速等信号，控制电动机转矩的大

7、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转向作用力。图7-1 典型电子控制动力转向系统一、液压式电子控制EPS系统液压电子控制EPS根据控制方式的不同，可分为反作用力控制式、流量控制式和阀灵敏度控制式。1、反作用力控制式EPS（1）结构原理 反作用力控制式动力转向系统主要由车速传感器、电控单元ECU、电磁阀、转向控制阀、分流阀、 转向液压缸、转向液压泵和储液器等组成，如图7-2所示。课题一 电控动力转向系统(EPS)模块七 电控动力转向与四轮转向系统图7-2 反作用力控制式EPS1-转向油泵；2-储液箱；3-分流阀；4-扭杆；5

8、-方向盘；6、9、10-销；7-转向阀秆；8-控制阀阀体；11-小齿轮轴；12-活塞；13-转向动力缸；14-齿条；15-小齿轮；16-柱塞；17-油压反力室；18-电磁阀；19-电子控制单元一、液压式电子控制EPS系统1、反作用力控制式EPS（1）结构原理 转向控制阀在整体转阀式动力转向控制阀的基础上增设了油压反力室，如图7-3所示。油压反力室位于控制阀的下端，室内有四个柱塞。阀杆的下端有两个凸起，分别顶在四个柱塞上，分流阀将来自于转向液压泵的油液一部分分流到控制阀，另一部分分流到电磁阀。根据车速和转向的要求，改变进入控制阀和电磁阀的油压，确保电磁阀一侧具有稳定的油液流量。图7-2中固定小孔

9、将供给转向控制阀的一些油液分流到油压反力室。课题一 电控动力转向系统(EPS)模块七 电控动力转向与四轮转向系统图7-3 转向控制阀1-柱塞；2-扭杆；3-凸起；4-油压反力室一、液压式电子控制EPS系统1、反作用力控制式EPS（1）结构原理汽车转向时，EPS ECU根据车速的高低控制电磁阀的开度，使油压反力室中的部分油液流回储液器，从而改变转向助力的大小。当车辆静止或低速行驶转向时，电磁阀线圈通以较大的电流，电磁阀开度增大，经分流阀分流的油液通过电磁阀重新回流到储液器中，使作用于柱塞的背压（油压反力室压力）降低，柱塞推动控制阀阀杆的力（反作用力）较小。此时，需较小的转向力就可使扭杆扭转变形，

10、使阀杆与阀体发生相对转动而实现转向助力。当车辆中高速行驶转向时，ECU对电磁阀线圈通小电流，电磁阀开度减小，油压反力室的油压升高，作用于柱塞的背压增大，柱塞对阀杆的推力增大。此时，需较大的转向力才能使阀杆与阀体之间作相对转动而实现转向助力，使得汽车在中高速行驶转向时，驾驶员可获得良好的转向手感和转向特性。课题一 电控动力转向系统(EPS)模块七 电控动力转向与四轮转向系统一、液压式电子控制EPS系统1、反作用力控制式EPS(2)典型反作用力控制式EPS丰田马克II汽车反作用力控制式EPS如图7-4所示，转向控制阀如图7-5所示。课题一 电控动力转向系统(EPS)模块七 电控动力转向与四轮转向系

11、统 图7-4 反作用力控制式EPS一、液压式电子控制EPS系统1、反作用力控制式EPS(2)典型反作用力控制式EPS丰田马克II汽车反作用力控制式EPS如图7-4所示，转向控制阀如图7-5所示。课题一 电控动力转向系统(EPS)模块七 电控动力转向与四轮转向系统图7-5 转向控制阀结构1-扭杆；2-阀体；3-油压反力室；4-柱塞；5-阀杆一、液压式电子控制EPS系统1、反作用力控制式EPS(2)典型反作用力控制式EPS电磁阀的结构及特性如图7-6所示。输入电磁阀的信号为通、断脉冲信号，通过改变输入信号的占空比，即可控制输入电磁阀线圈的平均电流值。车速升高时，输入到电磁阀线圈的平均电流值减小，电

12、磁阀开度也减小。因此，根据车速的高低即可调整油压反力室的压力，以获得最佳的转向助力。课题一 电控动力转向系统(EPS)模块七 电控动力转向与四轮转向系统图7-6 电磁阀的结构与特性一、液压式电子控制EPS系统2、流量控制式EPS流量控制式EPS主要由车速传感器、电控单元ECU、电磁阀、整体式动力转向控制阀和动力转向液压泵等组成，如图7-7所示。课题一 电控动力转向系统(EPS)模块七 电控动力转向与四轮转向系统图7-7 流量控制式EPS1-动力转向液压泵；2-车速传感器；3-电磁阀；4-动力转向控制阀；5-ECU一、液压式电子控制EPS系统2、流量控制式EPS电磁阀的结构原理如图7-8所示。在

13、转向油缸上有连通油缸活塞两侧油室的分流油道,受分流电磁阀控制。当电磁阀打开分流油道时，转向油缸高压油室的高压油有一部分被分流到低压油室并流回转向油缸，使得转向油缸中活塞两边的压差减小，转向增力减弱，此时若使汽车转向，驾驶员需施加较大的转向操纵力。课题一 电控动力转向系统(EPS)模块七 电控动力转向与四轮转向系统a)中速时 （b)高速时图7-8 电磁阀结构原理1-电磁阀（开度较小时）；2-分流液流（分流量较小）；3-电磁阀（开度较大时）；4-分流液流（分流量较大) ；F-来自转向油缸高压侧的分流；E-泄流一、液压式电子控制EPS系统2、流量控制式EPS电控单元ECU根据车速信号控制电磁阀的工作

14、状态，当车速较低时，所需的转向力相对较小；当车速达到中高速时，所需的转向操纵力适当加大。动力转向ECU是EPS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方式调节转向力。典型流量控制式动力转向系统电路如图7-9所示。课题一 电控动力转向系统(EPS)模块七 电控动力转向与四轮转向系统图7-9 流量控制式动力转向系统典型电路一、液压式电子控制EPS系统3、阀灵敏度控制式EPS阀灵敏度控制式EPS根据车速控制电磁阀，直接改变动力转向控制阀的油压增益（阀灵敏度)来控制转向助力。该系统对转向控制阀的阀杆进行了改进，增加了车速传感器、ECU和电磁阀等，如图7-10

15、所示。课题一 电控动力转向系统(EPS)模块七 电控动力转向与四轮转向系统（a)示意图 （b)转子阀图7-10 阀灵敏度控制式EPS一、液压式电子控制EPS系统3、阀灵敏度控制式EPS阀体上的可变小孔分低速专用小孔（1R、1L、2R、2L)和高速专用小孔（3R、3L)，在高速专用小孔的前后设有低速专用小孔，在高速专用小孔的下边设有旁通回路，旁通回路中又设有电磁阀，EPS ECU根据车速控制电磁阀的开度，以改变控制阀的灵敏度，控制转向助力。控制阀为旋转式控制阀，阀杆的圆周上有6条或8条沟槽，各沟槽利用阀体上的油道分别与转向液压泵、液压缸、电磁阀及储液器连接，如图7-10（b)所示。汽车静止时，电

16、磁阀不通电而处于完全关闭状态。例如向右转动方向盘，由于旁通回路没有流入油液，高灵敏度低速专用小孔1R及2R在较小转向扭矩作用下即可关闭，转向液压泵的高压油液经1L流向液压缸右腔，同时，液压缸左腔的油液经3L、2L流回储液器。此时具有轻便的转向特性，施加在方向盘上的转向力矩越大，可变小孔1L、2L的开度越大，转向助力作用也越明显。课题一 电控动力转向系统(EPS)模块七 电控动力转向与四轮转向系统一、液压式电子控制EPS系统随着车速的提高，ECU控制电磁阀开度线性增加。例如向右转动方向盘，则转向液压泵的一部分高压油液经1L、3R和旁通电磁阀流回储液器。因此，转向液压缸右腔的油压取决于旁通电磁阀和

17、灵敏度低的高速专用小孔3R的开度。车速越高，电磁阀开度越大，旁通流量越大，转向助力作用也就越小；在车速不变的情况下，施加在方向盘上的转向力矩越小，高速专用小孔3R的开度越大，转向助力作用也越小。当转向力矩增大时，3R的开度逐渐减小，而转向助力作用则随之增大。课题一 电控动力转向系统(EPS)模块七 电控动力转向与四轮转向系统二、电动式电控动力转向系统电动式电控动力转向系统（电动式EPS）是在机械式转向系统的基础上，利用直流电动机作为动力源，电控单元ECU根据转向参数和车速等信号，控制电动机转矩的大小和转动方向。电动机的转矩由电磁离合器通过减速机构减速增矩后，加在汽车的转向机构上，使之得到一个与

18、工况相适应的转向作用力。电动式EPS具有液压式动力转向系统所不具备的优点。（1）将电动机、离合器、减速装置、转向杆等各部件装配成一个整体，无液压管路和控制阀，其结构紧凑、质量轻。一般电动式EPS的质量比液压式EPS的质量轻25%左右。（2）没有液压式动力转向系统所必需的常态运转的转向油泵，电动机只是在需要转向时才接通电源，动力消耗和燃油消耗均可降到最低。（3）省去了液压系统所以不需要给转向油泵补充油，也不必担心漏油。（4）可以比较容易地按照汽车性能的需要设置、修改转向助力特性。课题一 电控动力转向系统(EPS)模块七 电控动力转向与四轮转向系统二、电动式电控动力转向系统电动式EPS系统设有安全

19、保护装置，由一个在主电源电路中能切断电动机电源的继电器和一个安装在电动机与减速齿轮之间并能把它们断开的电磁离合器组成。如果系统发生故障，安全保护装置就会开始工作，将系统恢复到无助力的常规转向模式，以确保行车安全。电动式电子控制EPS按照其转向助力机构结构与位置的不同，可分为齿条助力式 EPS、齿轮助力式EPS和转向轴助力式EPS三种形式。 1、齿条助力式EPS（1）结构原理齿条助力式EPS如图7-11所示，转向助力机构安装在转向齿条处，电动机通过减速传动机构直接驱动转向齿条。课题一 电控动力转向系统(EPS)模块七 电控动力转向与四轮转向系统二、电动式电控动力转向系统课题一 电控动力转向系统(

20、EPS)模块七 电控动力转向与四轮转向系统图7-11 齿条助力式EPS1-方向盘；2-转向轴；3-EPS ECU; 4-直流电动机；5-电磁离合器；6-转向齿条；7-横拉杆；8-转向轮；9-转向器；10扭力杆；11-转向齿轮；12-转矩传感器二、电动式电控动力转向系统1、齿条助力式EPS（2）典型齿条助力式EPS大发汽车齿条助力式EPS用于两轮转向系统，如图7-12所示。电动机通过两排行星齿轮机构直接驱动转向齿条，其工作原理如图7-13所示。驱动力的传递路线：电动机小齿轮太阳齿轮1行星齿轮1太阳齿轮2行星齿轮2小齿轮齿条。通常，齿圈1、2固定，系统中不设置电磁离合器，当外部输入的转矩过大时，齿

21、圈1打滑，以防对行星齿轮造成损坏。当方向盘处于中间位置时，转矩传感器输出电压为2.5V；当方向盘向右转时，输出电压低于2.5V，当方向盘向左转时，输出电压高于2.5V。ECU根据转矩传感器输出的电压值，即可判定方向盘的转动方向与转动角度。课题一 电控动力转向系统(EPS)模块七 电控动力转向与四轮转向系统二、电动式电控动力转向系统课题一 电控动力转向系统(EPS)模块七 电控动力转向与四轮转向系统（a)元件布置 （b)结构图 （c)原理图图7-12 大发汽车齿条助力式EPS1-转矩传感器；2-发动机转速信号；3 -车速表传感器（置于车速表内）4-ECU；5-减速机构；6-电动机；7-轴承；8-

22、转向小齿轮；9 -齿条轴心；10-间隙（1mm)；11-前方向；12-拨杆B部分（左右最大各摆动3mm)；13-滑动电阻部分（主、副传感器置于同一罩壳内）；14-齿条心轴；15-拨杆；16-支点A；17-小齿轮C二、电动式电控动力转向系统课题一 电控动力转向系统(EPS)模块七 电控动力转向与四轮转向系统图7-13 电动机与减速齿轮总成1-行星齿轮1；2-电动机小齿轮；3-太阳齿轮1；4-齿圈1；5-行星齿轮2；6-太阳齿轮2；7-齿圈2；8-小齿轮；9-齿条二、电动式电控动力转向系统 2、齿轮助力式EPS（1）结构原理齿轮助力式EPS的结构组成如图7-14所示。电动机通过电磁离合器与转向小齿

23、轮相连，直接驱动转向小齿轮实现转向助力。（2）典型齿轮助力式EPS三菱微型汽车齿轮助力式EPS如图7-15所示，ECU根据车速和方向盘上的操纵力，控制转向助力机构内的电动机，以实现转向助力控制。课题一 电控动力转向系统(EPS)模块七 电控动力转向与四轮转向系统图7-14 齿轮助力式EPS1-方向盘；2-转向轴；3-EPS ECU；4-电动机；5-齿条；6-横拉杆；7-转向轮；8-转向小齿轮；9-扭杆 二、电动式电控动力转向系统 2、齿轮助力式EPS1）转矩传感器通过扭杆将转动方向盘时的转矩变为转角信号送给ECU，一般扭杆的扭转角度设为46o左右。2）车速传感器安装在变速器上，根据车速的变化，

24、把两个系统（主、副）的脉冲信号输送给ECU。当车速传感器有故障时，由于没有车速信号送给ECU，系统恢复普通转向系统。3）交流发电机L端子电压输送给ECU，用于判断发动机是否开始转动。4）ECU控制原理如图7-16所示。点火开关接通时，ECU由蓄电池提供电压，电动转向系统开始工作。在发动机起动的同时，交流发动机L端子电压输送给ECU检测发动机的起动状态，使电动转向系统变为工作状态。汽车在行驶过程中，ECU根据车速传感器和转矩传感器信号，经过对比运算后，向电动机和电磁离合器发出控制指令，电动机输出轴经减速机构对转向小齿轮助力。5）电动机、离合器和减速机构均安装在转向器内，接收ECU指令，电动机的旋

25、转力矩经减速机构传给转向小齿轮，实现转向助力。系统在设定车速以上转向时，恢复普通转向系统。若系统出现故障，自我修正功能发挥作用，断开电动机的输出电流，恢复普通转向系统，同时速度表内的警告灯点亮以提示驾驶员。课题一 电控动力转向系统(EPS)模块七 电控动力转向与四轮转向系统二、电动式电控动力转向系统课题一 电控动力转向系统(EPS)模块七 电控动力转向与四轮转向系统图7-15 三菱微型汽车齿轮助力式EPS1-车速传感器；2-速度表引出电缆部位；3-传动轴；4-车速信号（主）；5-车速信号（副）；6-ECU；7-副驾驶员脚下部位；8-电动机；9 -扭杆；10-齿条；11-点火电源；12-蓄电池；

26、13-发电机信号；14-指示电流；15-提高怠速电流；16-电动机电流；17-离合器电流；18-转矩信号（主）；19-转矩信号（副）；20-离合器；21-电动机齿轮；22-传动齿轮；23-小齿轮；24-点火开关；25-熔丝；26-转矩传感器；27-转向器齿轮总成；28-交流发电机；29-指示灯；30-怠速提高电磁阀；31-发动机ECU；32-电动机与离合器二、电动式电控动力转向系统课题一 电控动力转向系统(EPS)模块七 电控动力转向与四轮转向系统图7-16 三菱微型汽车电动式EPS电子控制系统二、电动式电控动力转向系统3、转向轴助力式EPS（1）结构原理转向轴助力式EPS如图7-17所示。电

27、动机固定在转向轴一侧，通过电磁离合器与转向轴连接，直接驱动转向轴实现转向助力。汽车转向时，安装在转向轴上的转矩传感器不断检测转向轴输入转矩，并与车速信号一同输入ECU，ECU根据这些信号计算出助力转矩的大小和方向，以此确定电动机输入电流的大小和方向。电动机的转矩由电磁离合器通过减速机构增 矩后作用在转向轴上，使转向助力与汽车行驶工况相适应。课题一 电控动力转向系统(EPS)模块七 电控动力转向与四轮转向系统图7-17 转向轴助力式EPS1-方向盘；2-转向轴；3-EPS ECU；4-电动机；5-电磁离合器；6-转向齿条；7-横拉杆；8-转向轮；9-输出轴；10-转矩传感器；11-转向小齿轮二、

28、电动式电控动力转向系统3、转向轴助力式EPS（2）典型转向轴助力式EPS奥拓汽车转向轴助力式EPS主要由转矩传感器、车速传感器、ECU、电动机和减速机构等组成，其元件的车上布置如图7-18所示。转矩传感器、电动机和减速机构制成一体，安装在转向柱上，如图7-19所示。课题一 电控动力转向系统(EPS)模块七 电控动力转向与四轮转向系统图7-18 转向轴助力式EPS元件的车上布置1-车速传感器；2-转矩传感器；3-减速机构；4-电动机与离合器；5-发电机；6-转向小齿轮；7-发动机转速传感器；8-蓄电池；9-ECU图7-19 转向轴助力式EPS内部结构1-转矩传感器；2-控制臂；3-传感器轴；4-

29、扭杆；5-滑块；6-球槽；7-连接环；8-钢球；9-蜗轮；10-蜗杆；11-离合器；12-电动机二、电动式电控动力转向系统3、转向轴助力式EPS（2）典型转向轴助力式EPS转矩传感器为滑动可变电阻式，如图7-20所示。课题一 电控动力转向系统(EPS)模块七 电控动力转向与四轮转向系统(a)结构；（b)方向盘右转；（c)方向盘中间位置；（d)方向盘左转图7-20 转矩传感器1-控制臂；2-电位器；3-滑块；4-环座；5-钢球；6-输出轴；7-扭杆；8-输入轴；9-转矩传感器；10-控制臂；11-钢球槽；12-钢球；13-心轴旋转方向；14-控制臂旋转方向；15-滑块滑动方向 二、电动式电控动力

30、转向系统3、转向轴助力式EPS（2）典型转向轴助力式EPS转矩传感器与转向轴（小齿轮轴）连接在一起。汽车转向时，施加在方向盘上的转向力经输入轴、扭杆传递给输出轴，扭杆的扭转变形使输入轴与输出轴之间产生相对周向位移。滑块沿轴向移动，控制臂将滑块的轴向移动变换成电位器的旋转角度，即将转矩值变换成电压量，并输入到ECU。ECU根据传感器输出电压的高低，即可判定方向盘的转动方向和转动角度。ECU根据车速信号、发动机转速信号、转矩传感器信号、电动机电流信号、蓄电池电压和起动机开关的通断状态、交流发电机的L端子电压，经过比较、计算后，控制电动机驱动电流的大小和方向。当车速为4352km/h时，停止对电动机

31、供电的同时，使电磁离合器分离，系统按普通转向控制方式工作，以确保行车安全。当转向器偏转至最大（即临界状态）时，电动机不转动且通电电流最大，为避免持续大电流使电动机及控制组件发热损坏，每当最大电流连续超过30s后，系统控制电流逐渐减小。当临界控制状态解除后，控制系统再次逐渐增大电流，达到正常的工作电流。课题一 电控动力转向系统(EPS)模块七 电控动力转向与四轮转向系统二、电动式电控动力转向系统电动机与发动机直流起动电动机原理上基本相同，其最大电流一般为30A左右，电压为12V，额定转矩为10Nm左右。电磁离合器装在电动机输出端，当电流通过滑环进入电磁离合器线圈时，主动轮产生电磁吸力，带花键的压

32、板被吸引与主动轮压紧，电动机的动力经过电动机输出轴、主动轮、压板、花键、从动轴传递给减速机构。当车速达到一定值时，不需要电动机助力，此时电动机停止工作，为了不使电动机和电磁离合器的惯性影响转向系统工作，应使电磁离合器分离，另外，当电动机发生故障时，离合器会自动分离，此时可手动控制转向。减速机构用于降低电动机转速，使之适合转向速度的要求，同时增大转向力矩。该系统具有故障自诊断功能，可根据输入发动机工况、电动机电流、发电机电压等信号，判断其系统工作是否正常。当检测到某电子元件发生故障时，ECU控制电磁离合器分离，解除转向助力，以确保系统工作安全、可靠。课题一 电控动力转向系统(EPS)模块七 电控

33、动力转向与四轮转向系统一、四轮转向汽车概述普通汽车的转向车轮只有两个，我们所能看到的绝大部分汽车都属于这种类型，即采用两个前轮转向的方式（个别特种车辆是采用两个后轮转向）,这种只有两个转向轮转向系统称为两轮转向系统(Two Wheel Steering,2WS)。但在某些特殊使用要求下（如为了使汽车具有更好的弯道通过性和操纵稳定性），有些汽车需要其四个车轮都能起到转向作用。四轮转向（Four Wheel Steering或All Wheel Steering)汽车是指四个车轮都是转向车轮的汽车或四个车轮都能起转向作用的汽车，“四轮转向”这一名词通常采用英文缩写“4WS”进行标记，因此有时也将“

34、四轮转向汽车”简记为“4WS汽车”。早在1907年，世界上就有4WS汽车的专利登记，图7-21就是这种4WS汽车的结构示意图。课题二 电控四轮转向系统模块七 电控动力转向与四轮转向系统一、四轮转向汽车概述最初的4WS汽车在转向时，后轮相对于前轮总是反向偏转的。第二次世界大战期间，美国军队中的一些特殊汽车就采用过这种结构，其目的主要是提高汽车在狭窄道路上行驶的机动灵活性。后来，这种转向机构在少数工程车辆上也有应用。但这种早期的4轮转向汽车只能低速行驶，并且驾驶规范和操作习惯也与普通前轮转向汽车有较大差别，同时其后轮转向机构的工作也不十分可靠，因此这类4WS汽车后来没有被广泛应用。课题二 电控四轮

35、转向系统模块七 电控动力转向与四轮转向系统图7-21 早期的汽车四轮转向装置1-前轮转向节臂；2-前转向横拉杆；3-前轮转向直拉杆；4-转向器；5-方向盘；6-后轮转向传动杆；7-转向杠杆；8-中间传动杆；9-后转向横拉杆一、四轮转向汽车概述 现代4WS转向系统一般采用电子控制式，其一般布置形式如图7-22所示。我们知道，普通两轮转向汽车在转向运动的初期，只有前轮在转动（自转）的同时又以转向主销为轴心相对于车身发生偏转（公转），而后轮只有自转而不偏转（公转），不起主动转向作用。当前轮偏转后，前轮先改变了前进的方向，地面就有一个侧向力通过前轮作用于车身，使车身横摆。车身在改变原来运动方向的同时产

36、生离心力，车身产生的离心力同时传给前轮和后轮，传给前轮的离心力平衡地面作用在前轮上的侧向力，而传给后轮的离心力则会使后轮轮胎产生侧偏并改变后轮行进的方向，这时后轮才参与汽车的转向运动。显然，两轮转向的汽车在转向时，从转动方向盘到后轮参与转向运动之间存在一定的滞后时间，使汽车转向的随动性（灵敏度）变差，并使汽车转向的直径增大。课题二 电控四轮转向系统模块七 电控动力转向与四轮转向系统一、四轮转向汽车概述课题二 电控四轮转向系统模块七 电控动力转向与四轮转向系统图7-22 现代4WS转向系统的一般布置形式l-车速传感器；2-方向盘转角传感器；3-车轮转速传感器；4-后轮转向执行机构；5-后轮转角传

37、感器一、四轮转向汽车概述另外，现代汽车的发动机功率在不断增大，行车速度也在不断加快，两轮转向汽车在高速行驶时，相对于一定的方向盘转角增量，车身的横摆角速度和横向加速度的增量也增大，从而使汽车在高速行驶时的操纵性和稳定性均变差。根据理论分析和大量实验表明，使四个车轮都能起转向作用，是提高汽车转向的机动灵活性能和高速行驶时的操纵稳定性的重要措施之一。现代四轮转向汽车就是根据这一指导思想研制的。2WS和4WS系统低速时行驶轨迹比较如图7-23所示，中、高速时的操纵性如图7-24所示。课题二 电控四轮转向系统模块七 电控动力转向与四轮转向系统 (a) 2WS汽车 (b) 4WS汽车图7-23 2WS和

38、4WS系统汽车低速转向时的行驶轨迹比较一、四轮转向汽车概述目前，四轮转向汽车在理论上已比较成熟，其质量和技术水平较过去的四轮转向汽车大为提高。从性能上讲，与普通二轮转向汽车相比，现代四轮转向汽车既能保证低速行驶时转向的机动灵活性能，使转弯半径减小，也能保证汽车在高速行驶时的操纵稳定性，使车身的横摆和侧偏减小。从结构上讲，与过去的四轮转向机构相比，现代四轮转向汽车在转向时，后轮相对于前轮既能同向偏转，也能异向偏转，并且偏转角度的大小能根据需要，可在一定范围内改变。从20世纪80年代末期开始，这种性能的四轮转向汽车已开始投入批量生产，并进入实用阶段。课题二 电控四轮转向系统模块七 电控动力转向与四

39、轮转向系统(a) 2WS汽车 (b) 4WS汽车图7-24 2WS和4WS系统汽车中、高速时的操纵性比较二、四轮转向汽车转向时的运动规律四轮转向汽车在转向时，四个车轮并不是同时转向的，各车轮的偏转方向和转角大小也各不相同。不同的汽车对转向行驶性能要求不同，在不同车型之间车轮的偏转角规律也有一定的差异。但从大量的试验和进一步的理论分析来看，四轮转向汽车在转向过程中，其后轮相对于前轮的偏转方向和转角大小应遵循一定规律。一般地讲，后轮的偏转方向，应随方向盘转角的大小和行车速度高低而变化，一般应服从以下规律。（1）汽车在低速行驶时转向汽车在低速行驶转向并且方向盘转向角度很大时，后轮应相对于前轮异向偏转

40、。如图7-25（b）所示，并且偏转角度应随方向盘转角增大而在一定范围内加大。汽车在转急弯、掉头行驶、避让障碍物、或进出车库时，需要转向装置处于这种工作状态。汽车在这类工作条件下行驶速度一般均很低，要求汽车转向机动灵活，最小转弯半径要小，转向的随动性能要好。课题二 电控四轮转向系统模块七 电控动力转向与四轮转向系统二、四轮转向汽车转向时的运动规律（2）汽车在高速行驶转向时，后轮应与前轮同向偏转如图7-25（a）所示,汽车在高速行驶时，对于二轮转向汽车方向盘的轻微转动都会引起汽车明显的横向摆动和振荡，使汽车操纵困难并引起行驶方向不稳定。四轮转向汽车在高速行驶转向时，四个车轮向同一方向偏转，可以使车

41、身的横摆角度和横摆角速度大为减小，从而可以显著提高汽车高速行驶时的操纵稳定性。汽车在高速公路上高速行驶时，方向盘使用小转角转向的频率高。如果过曲率不大的弯曲或汽车移线行驶等，这时，四轮转向汽车的前后轮同向偏转，可以使汽车获得满意的操纵稳定性。相当多的四轮转向汽车都把改善汽车操纵性能的重点放在提高汽车高速行驶的操纵稳定性上，而不过份追求汽车低速行驶的转向机动灵活性和减小汽车最小转弯半径。因此，一些四轮转向汽车在中、低速行驶时仍只用前轮转向，只有当行车速度超过一定值后（如55km/h），后轮转向机构才投入工作，并且后轮只保持与前轮同向偏转。课题二 电控四轮转向系统模块七 电控动力转向与四轮转向系统

42、二、四轮转向汽车转向时的运动规律课题二 电控四轮转向系统模块七 电控动力转向与四轮转向系统（a) 汽车高速行驶转向时 （b) 汽车低速行驶转向时图7-25 四轮转向汽车的前、后车轮偏转方向三、四轮转向装置的分类四轮转向汽车转向装置是在前轮转向机构的基础上，增加后轮转向机构组成的。众所周知，普通汽车只用两前轮转向，某些高级汽车为了改善汽车转向性能，采用特种后轮悬架装置（如斜拉杆式后轮独立悬架），利用汽车转向时悬架的柔性变形，也能使后轮相对于车架产生一定偏转，以改善汽车操纵稳定性能，但是，这种后轮的偏转是被动的（又称被动转向），并且产生的角度很小（一般只有0.100.20）。本教材所指的四轮转向装

43、置，是指后轮能自动地按照相对车架偏转并起转向作用的四轮转向装置（后轮能主动转向的装置）。1、按照控制和驱动后轮转向的方式分类后轮转向装置主要由两部分组成，即后轮转向控制装置及后轮转向执行机构。从理论上讲，控制并驱动后轮偏转的力，可以直接由驾驶员提供，其操纵方向盘的力通过机械传动，控制并驱动后轮转向（机械式）；也可借助液压（液压式）或电力（电动式）来控制并驱动后轮转向。目前应用较多的只是机械式和液压式两种。机械后轮转向装置的结构简单，多用于轻、微型汽车上，在城市混合交通的条件下，这种汽车走街串巷和避让障碍物非常机动灵活。液压式后轮转向装置适用于各种汽车使用，但结构比较复杂，并且主要用于改善汽车高

44、速行驶的操纵稳定性。课题二 电控四轮转向系统模块七 电控动力转向与四轮转向系统三、四轮转向装置的分类2、按照控制后轮转向的方法分类后轮转向装置从控制方法上讲，可分为转角随动型四轮转向装置和车速感应型四轮转向装置这两种型式。（1）转角随动型四轮转向装置转角随动型四轮转向行驶时，其后轮偏转方向和转角是受车辆方向盘转动角度的大小控制的。（2）车速感应型四轮转向装置车速感应型四轮转向装置一般为液压控制式，其后轮偏转是由液力驱动转向的。后轮偏转的方向和转角大小虽然也受方向盘转角的大小和转动的方向限制，但是主要是受车速高低的控制。目前的四轮转向轿车既有采用转角传感型，也有采用车速传感型，还有二者兼而用之的

45、。例如马自达929型轿车的四轮转向就具有两种类型的特点。课题二 电控四轮转向系统模块七 电控动力转向与四轮转向系统四、转角随动型四轮转向装置转角随动型四轮汽车的转向装置一般采用机械式转向机构。这种转向机构的结构如图7-26所示，它由方向盘3、前轮转向器2、后转向动力齿轮箱1、后转向传动轴4、后轮转向器5等组成。后轮作为转向车轮转向相似，只不过工作时将驾驶员作用在方向盘上的转向操纵力，既传给前轮转向器，又传到后轮转向器的后轮转向传动装置上。课题二 电控四轮转向系统模块七 电控动力转向与四轮转向系统图7-26 转角随动型四轮转向汽车的转向装置1-后轮转向动力曲轴箱；2-前轮转向器；3-方向盘；4-

46、后轮转向传动轴；5-后轮转向器四、转角随动型四轮转向装置1、转角随动型四轮转向的工作情况图7-27就是某种转角随动型四轮转向汽车的后轮偏转角度随方向盘转角大小改变的关系曲线。从图中可以看出，当方向盘转角很大时，后轮相对于前轮异向偏转，这时汽车行驶速度一般较低，汽车处于急转弯等状态。前后轮异向偏转，可以减小汽车最小转弯直径，提高汽车转向的机动灵活性。当方向盘转角很小时后轮与前轮同向偏转。汽车高速行驶时调整行车方向和移动行驶，都只需小角度转向方向盘，这时前后轮同向偏转，可以减小汽车转向时车身的横摆角度和降低横摆角速度，有利于提高汽车高速行驶的操纵稳定性能。一般地，转角随动型后轮转向装置都是采用机械

47、式传动和人力直接控制的。课题二 电控四轮转向系统模块七 电控动力转向与四轮转向系统四、转角随动型四轮转向装置2、后轮转向器机械式后轮转向器的结构如图7-28所示，它主要由偏心轴1、内齿环2、行星齿轮8、滑块3、导向块5、横拉杆6、和后轮转向器壳7等组成。它的主要作用是利于后轮转向传动轴传来的转向操纵力，驱动后偏并实现后轮转向，另外，它还要控制后轮在方向盘的不同角度下，相对于前轮作用向偏转或异向偏转。课题二 电控四轮转向系统模块七 电控动力转向与四轮转向系统图7-27 转角随动型四轮转向汽车的后轮偏转情况四、转角随动型四轮转向装置2、后轮转向器机械式后轮转向器的结构如图7-28所示，它主要由偏心

48、轴1、内齿环2、行星齿轮8、滑块3、导向块5、横拉杆6、和后轮转向器壳7等组成。它的主要作用是利于后轮转向传动轴传来的转向操纵力，驱动后偏并实现后轮转向，另外，它还要控制后轮在方向盘的不同角度下，相对于前轮作用向偏转或异向偏转。课题二 电控四轮转向系统模块七 电控动力转向与四轮转向系统图7-28 后轮转向器的结构1-偏心轴；2-内齿环；3-滑块；4-齿轮箱盖；5-导向块；6-横拉杆；7-后轮转向器壳；8-行星齿轮四、转角随动型四轮转向装置2、后轮转向器后轮转向器的工作原理如图7-29所示。由后轮转系向传动轴输入的转向操纵力首先驱动偏心轴1使其绕O转动，这时行星齿轮3在偏心销8的带动下绕轴线O公

49、转。与此同时，它还与内齿环2啮合绕轴线P自转。偏置在行星齿轮3上的偏心销7穿过滑块4的中心孔并带动滑块4运动，滑块4的水平运动通过导向块6传给横拉杆5，驱动后轮作转向运动。显然，滑块4的运动规律与偏心销7的轴线O的运动规律是相同地，并且是偏心销8绕轴O转动与偏心销7绕轴线P转动的合成运动。其运动曲线如图7-30所示。从图7-29和图7-30中可以看出，当方向盘转动角度不大时，后轮与前轮同向偏转，当方向盘转动角度大于某一角度时，后轮相对于前轮作异向偏转。课题二 电控四轮转向系统模块七 电控动力转向与四轮转向系统四、转角随动型四轮转向装置课题二 电控四轮转向系统模块七 电控动力转向与四轮转向系统图

50、7-29后轮转向器的工作原理1-偏心轴；2-内齿环（固定）；3-行星齿轮；4-滑块；5-横拉杆；6-导向块；7-偏心销B；8-偏心销A 从图7-29中可以看出，机械式后轮转向器是一个双偏心轮结构，它利用正弦波3/4波长附近由负变正的规律，使后轮在汽车直线行驶附近与前轮作同向旋转。当方向盘转动角度很大时，则使后轮相对于前轮作异向旋转。后轮偏转角度的大小随方向盘转角大小而改变，同时也与偏心轴的偏心距大小有关。四、转角随动型四轮转向装置课题二 电控四轮转向系统模块七 电控动力转向与四轮转向系统图7-30 后轮转向器（滑块）输出特性1-随偏心销8绕轴线O公转的曲线；2-绕轴线P自传的曲线；3-滑块的合

51、成运动曲线五、车速感应型四轮转向装置课题二 电控四轮转向系统模块七 电控动力转向与四轮转向系统1、机械-液压系统的组成（1）前转向器前转向器是在齿轮-齿条式转向器的基础上，将齿条加长，另外设置一个小齿轮啮合，该小齿轮固定在与后轮转向传动轴相连的齿轮轴上。它的作用是当转动方向盘使齿条水平移动时，齿条一方面控制前轮转向动力缸的工作，推动前轮转向，同时在齿条的带动下由附加小齿轮将方向盘转动的方向、快慢和转动的角度传给后轮转向的传动轴，驱动该轴传动。（2）后轮转向传动轴后轮转向传动轴的作用是把方向盘转动的方向，快慢和转角大小（信号）传给相位控制器。( 3）相位控制器相位控制器的结构和工作原理较为复杂，

52、它的作用是将由步进电机驱动的扇形控制齿板的运动和由后轮转向传动轴控制大锥齿轮的运动合成，然后将控制后轮偏转方向和偏转角大小的运动信号传给液压控制阀，以驱动阀芯柱塞移动。五、车速感应型四轮转向装置课题二 电控四轮转向系统模块七 电控动力转向与四轮转向系统1、机械-液压系统的组成（4）液压控制阀液压控制阀的作用是按照相位控制器给定的信号，控制由主要转向油泵输送给后轮转向动力缸的油液的流量和供油方位，按给定的方向和转角大小驱动后轮进行偏转，以起控制的作用。（5）后轮转向动力缸后轮转向动力缸的作用是接受由油压控制阀输送来的高压油液，使之转化为水平推力，移动横拉杆的位置，使后轮作转向运动。（6）转向油泵

53、转向油泵一般为串列式同轴叶片泵，它由前、后两个油泵组合而成，分别向前、后轮转向动力缸供油。图7-32 车速感应式四轮转向控制系统结构示意图1-转向模式选择信号；2-反向二轮转向信号；3-车速信号 4-车轮转速传感器；5-前转向齿轮箱；6-方向盘；7-万向节；8-驱动轴；9-中继杆；10-中心轴；11-副电机；12-蜗轮；13-主电机；14-转向角比例传感器；15-扇齿轮五、车速感应型四轮转向装置课题二 电控四轮转向系统模块七 电控动力转向与四轮转向系统2、电子控制系统的组成（1）车速传感器车速传感器有两个，它们分别设置在汽车的车速表的输入处和变速箱的输出端，其结构属舌簧触电开关式传感器，这两个

54、传感器同时向四轮转向控制器ECU输送有关车速的电脉冲信号。（2）四轮转向控制器ECU四轮转向控制器ECU，四轮转向控制器的作用如下。1）根据车速传感器发来的电脉信号计算出汽车的车速，然后根据车速高低，计算出汽车转向时前后轮偏转的转角比。2）对前、后车轮的理论转角比与当时前、后车轮的实际转角比作出比较，随后向步进电动机发出正传或反转及转角大小的运转指令。另外，它还起监视控制四轮转向的电子线路工作是否正常的作用。3）当发动机四轮转向机构的工作出现异常时，及时点亮警告信号灯，断开电控油阀的电源，使步进电动机处于二轮转向（2WS）状态。五、车速感应型四轮转向装置课题二 电控四轮转向系统模块七 电控动力

55、转向与四轮转向系统2、电子控制系统的组成（3）步进电动机步进电动机的作用是根据四轮转向控制器ECU输送来的工作指令，带动相位控制器的扇形控制齿板正向摆动或逆向摆动一定的角度。（4）转角比传感器转角比传感器的作用是检测相位控制器中的扇形控制齿板的转角位置，并将检测出的信号反馈给四轮转向控制器，作为监督和控制信号使用。（5）电控油阀电控油阀的作用是控制由转向油泵输向后轮转向动力缸的右路通断。当液压回路或电子控制线路出现故障时，电控油阀就切断由转向油泵通向液压控制阀的油液通道，使四轮转向装置处于一般两轮转向工作状态，起失效保护的作用。五、车速感应型四轮转向装置课题二 电控四轮转向系统模块七 电控动力

56、转向与四轮转向系统3、电子控制器（ECU）的内部结构及系统控制特性（1）电子控制ECU的内部结构图7-33显示了四轮转向控制系统的电子控制器ECU的内部框图。该控制系统所用的微型计算机（微机）与其它控制系统所用的微机相同。图7-33 四轮转向电子控制器ECU及系统控制框图五、车速感应型四轮转向装置课题二 电控四轮转向系统模块七 电控动力转向与四轮转向系统3、电子控制器（ECU）的内部结构及系统控制特性（2）控制特性四轮转向控制系统驱动一台相当于起着执行器功能的电机来获得如图7-34所示的后轮转向特性。而对后轮的偏转方向是根据车速及前轮的转向来决定的，当车速低于40km/h时与前轮的偏转方向相同

57、。但是实际操作中车速的判断是有一定范围的，即在车速为40km/h左右的某一偏差范围内执行器不动作。另一种控制系统是四轮转向控制系统的改进型。此系统的设计使其车身位置与行驶方向匹配，以增强其转向能力。该系统所使用的传感器检测汽车转向时车身的偏转情况，并依车身偏转量达到最小控制后轮偏转。即使在如侧风、制动等非前轮转向而使车身与行驶方向发生偏转的因素影响下，该系统可通过控制后轮的偏转来获得车辆行驶的稳定性。图7-34 四轮转向的控制特性五、车速感应型四轮转向装置课题二 电控四轮转向系统模块七 电控动力转向与四轮转向系统3、电子控制器（ECU）的内部结构及系统控制特性（3）转向特性车速感应型四轮转向汽

58、车的转向装置其前轮多采用液压动力转向器，其结构与普通汽车的液压动力转向器基本相同。后轮转向机构一般也采用液压动力装置，但控制后轮转向器工作的方式各不相同。有全液压控制的，有采用液压-电子联合控制的，还有采用机械-液压电子联合控制的。无论采用什么控制方式，这类四轮转向机构有一个共同的特点，即汽车转向时后轮偏转的方向和转角的大小是受车速高低控制，并随车速高低而变化。车速传感型四轮转向系统根据事先设计的程序，规定当车速达到某一预定值时(通常为35至40公里/小时)，后轮随前轮同方向偏转，而当车速低于这一定值时，后轮同前轮逆方向偏转。即当汽车低速行驶转向时，前后轮逆向偏转，这样有利于减小汽车的最小转弯

59、半径，前后轮迹通道宽度较窄，可提高汽车避让障碍物的能力；当汽车高速行车转向时，对汽车性能要求最重要的是操纵稳定性要好，这时，前后车轮同向偏转，可以减小汽车转向时的横摆角度和横摆角速度，限制汽车转向时产生发散不稳定和振荡不稳定现象，从而大大提高汽车高速行驶的操纵稳定性。六、本田序曲汽车的4WS系统课题二 电控四轮转向系统模块七 电控动力转向与四轮转向系统 1、系统组成 本田序曲(Honda Prelude)汽车上采用的电动式电控四轮转向系统如图7-35所示。图7-35 本田序曲汽车电动式电控四轮转向系统六、本田序曲汽车的4WS系统课题二 电控四轮转向系统模块七 电控动力转向与四轮转向系统 1、系

60、统组成四轮转向控制单元对输入的传感器信息进行分析处理，计算出所需的后轮转向角，并操纵后轮转向执行器电动机使后轮实现正确的转向。在此转向系统中，前轮转向器和后轮转向执行器之间没有任何机械连接装置，四轮转向控制ECU利用方向盘转角、车速和前轮转向角传感器信息控制后轮转向角。当车速低于29km/h时，后轮向相反方向偏转，在车速为零时的最大转角为6；在29km/h时后轮转向角接近于零；车速大于29km/h时，在方向盘200转角以内后轮的转向角与前轮一致，方向盘转角大于200时后轮开始向相反方向偏转。当车速提高到29km/h，并转动方向盘100时，后轮将向相同方向偏转大约1；方向盘转动500时，后轮将向