第6章电子控制动力转向系统.ppt

汽车电子控制技术，第6章电子控制动力转向系统，6.1液压电子控制动力转向系统，电子控制动力转向系统(EPS)可以在低速旋转时减少转向力，从而提高转向系统的操纵稳定性；在高速上，可以适当地增加转向力，提高操纵稳定性。液压电控动力转向系统是在现有液压动力转向系统的基础上添加电控装置而构成的。液压电控动力转向系统可以根据控制方法分为流量控制、反力控制和阀灵敏度控制三种形式。6.1.1流量控制EPS，1 .丰田雷克萨斯轿车电控动力转向系统，图6.1显示了雷克萨斯轿车使用的流量控制动力转向系统。如图所示，该系统主要由速度传感器、电磁阀、整体动力转向控制阀、动力转向液压泵和电子控制装置等组成。电磁阀安装在转向缸活塞两侧通向油腔的油道之间，当电磁阀的阀针完全打开时，会被螺线管交叉。流量控制动力转向系统是根据速度传感器的信号控制电磁阀销打开的程度，控制从转向动力缸活塞两侧油腔的迂回液压油流，从而改变方向盘的转向齿轮。速度越高，通过电磁阀螺线管的平均电流值越大，电磁阀针开得越大，旁路液压油流越大，液压辅助效果越小，转向盘的力就越大。这是流量控制动力转向系统的工作原理。图6.2显示了系统电磁阀的结构。图6.3显示了电磁阀的驱动信号。如图所示，驱动电磁阀螺线管的脉冲电流信号频率基本上是恒定的，但随着速度的增加，脉冲电流信号的占空比增加，通过电磁线圈的平均电流值随着速度的增加而增加。图6.4显示了雷克萨斯轿车电控动力转向系统的电路图。2 .蓝鸟轿车电子控制动力转向系统，图6.5显示了日产蓝鸟轿车中使用的流量控制式动力转向系统。其特点是在普通液压动力转向系统中添加旁路流量控制阀、速度传感器、转向角速度传感器、ECU和控制开关等。转向泵和转向主体之间有旁路管道，旁路管道有旁路油控制阀。根据速度传感器、转向角速度传感器和控制开关等信号，ECU方向旁路流量控制阀根据汽车的行驶状态发送控制信号，并控制旁路流量，调整向转向齿轮输送油的流量，如图6.6所示。如果转向机上的供油流量减少，动力转向控制阀的灵敏度下降，转向机减少，转向力增加。在该系统中，使用仪表板上的变换开关(如图6.7所示)，驾驶员可以选择符合其他驾驶条件的三个转向力特性曲线。此外，ECU可以根据图6.8所示的方向力特性曲线，根据方向转换角速度传感器输出信号的大小执行最优控制。图6.9显示了系统旁路流量控制阀的结构图。主滑阀2和调节器滑阀7安装在阀体内，与主滑阀右端的电磁线圈柱塞3连接，主滑阀与电磁线圈的推力成比例移动，改变主滑阀左端的流量主孔1的开口区域。调整调整螺钉4可以调整旁路流量的大小。调节器滑阀在流量主孔前后起到稳定压差的作用，使旁路流量与流量主孔的开放面积成正比。转向载荷的变化导致流量主孔的前后差压偏离设置值时，压力调节器阀芯在左侧弹簧张力和右侧高压油压力下滑动。当差压大于设置时，阀杆向左移动，减少节流孔的开放区域，减少流入阀门的液压油量，减少前后差压。如果差压小于设定值，则阀芯向右移动，从而增大节流孔的开口面积，增加流入阀的液压油量，增加前后差压。，流量主孔前后的差压稳定性保证了旁路流量的大小与主滑阀控制的流量主孔的开口面积有关。图6.10显示了日产蓝鸟轿车流量控制式动力转向系统电路图。系统中ECU的基本功能是接收速度传感器、转向角速度传感器和转换开关的信号，控制旁路流量控制阀的电流并具有故障自诊断功能。流量控制电子控制动力转向系统是通过速度传感器信号调节给动力转向系统提供压力油来改变压力油的输入。输出流量以控制转向力的大小。该方法的优点是将压力油流量控制功能添加回原来的液压动力转向功能，结构简单，成本单一，成本低。但是，如果流向动力转向机构的压力油下降到极限值，则存在对快速缝合的压力不足、反应慢等缺点，限制了推广和应用。安全保险保证了当控制装置、传感器、开关等电气系统出现故障时，与一般动力转向装置的功能相同。6.1.2反作用力控制EPS，1 .系统配置和工作原理，图6.11显示了反力控制动力转向系统的工作示意图。如图所示，系统主要由转向控制阀、节流阀、电磁阀、转向泵、油箱、速度传感器(未图示)和电子控制单元(ECU)组成。转向控制阀是在现有整体旋转阀动力转向控制阀的基础上添加液压反力室构成的。扭杆的顶部通过销连接到旋转阀阀杆，底部通过小齿轮轴和销连接。小齿轮轴的顶部通过销连接到控制阀车身。方向盘的转向齿轮通过扭杆传递到小齿轮轴。旋转力增加，扭杆扭转时，控制体和旋转阀阀杆之间会发生相对旋转，从而改变阀体和阀杆之间的油道通过、切断和工作油流向，达到转向增压效果。节气门的作用是将转向泵的液压油分散到调节阀的一侧和电磁阀的一侧。根据速度和转向要求，改变调节阀侧和电磁阀侧液压，确保电磁阀侧有稳定的液压油流。固定小孔的作用是将调节阀的部分流量分配到液压反力室侧。电磁阀的作用是，根据需要将液压反力室侧的液压油流向油箱。ECU根据速度高低线性控制电磁阀的开放区域。ECU在车辆停止或速度低时，螺线管上的电源电流增加，电磁阀打开区域增加，通过节流阀流向的液压油通过电磁阀回流回水箱，从而减少作用于柱塞的背压(液压反力室压力)。由于柱塞推控制阀转子阀杆的力(反力)较小，因此只需小方向力就可以使扭杆变形，从而提高阀体相对于阀杆旋转的转向力。当车辆在中高速区域转换方向时，ECU减少电磁线圈的电源电流，减少电磁阀打开区域。因此，液压反力室的油压增加，作用于柱塞的背压增加，柱塞推动回转阀阀杆的力增加。此时，如果需要更大的转动力来实现阀体和阀杆之间的相对转动(相当于提高扭杆的扭转刚度)，则实施转向助力。因此，中高速驾驶员可以获得良好的转向感觉和转向特性。如图6.12所示，反力控制动力转向系统的例子是丰田汽车公司mark汽车反力控制动力转向系统的结构图。图6.13显示了转向控制阀(添加反力液压控制阀和液压反力室)的结构。图6.14显示了电磁阀的结构和特性曲线。输入到电磁阀的信号是通过、关闭脉冲信号，通过改变信号占空比(信号传导时间的比率)控制通过电磁阀线圈的平均电流值的大小。随着速度的增加，输出电流特性降低了输入电磁阀线圈的平均电流值，因此电磁阀的开关也减少了。这样可以根据汽车的速度调节液压室反作用力，获得最佳转向操纵力。图6.15显示了流量控制动力转向系统和反力控制动力转向系统的转向特性比较。表明，反力控制动力转向系统的转向是理想的。停车布局及车辆低速旋转操纵力较小，具有中、高速、转向力适当的特性。反力控制动力转向系统根据速度大小控制反力室液压，通过改变输入和输出增益来控制转向力。具有选择方向力大的自由度，旋转刚度大，司机能感觉到路面情况，能获得稳定的工作感觉的优点。缺点是结构复杂，价格高。6.1.3阀灵敏度控制EPS，阀灵敏度控制EPS根据速度控制电磁阀直接改变动力转向控制阀的液压增益(阀灵敏度)来控制液压。这种转向系统具有结构简单、零件少、价格便宜、选择方向力大的自由度。与反作用力控制转向相比，转向刚度差，但最大限度地提高原始弹性刚度，获得自然的转向感觉和良好的转向特性。图6.16显示了在89水平线汽车上使用的阀灵敏度可变控制动力转向系统。该系统部分改进了转向控制阀上的转子阀，增加了电磁阀、速度传感器和电子控制装置等。(1)转子阀通常在圆周上形成6个或8个沟槽，每个槽使用与泵、动力缸、电磁阀和水箱连接的阀外体。图6.17显示了实际转子阀结构剖面。图6.18是转子阀的可变孔分割为低速专用孔(1R，1L，2R，2L)和高速专用孔(3R，3L)，并且在高速专用可变孔下具有侧通电磁阀回路的阀部的液压电路图，在车辆停止时，电磁阀完全关闭。此时，将方向盘向右转动，高灵敏度低转速专用孔1R和2R可以通过小转向扭矩拖动，流向液压泵的高压油通过1L流向动力缸右侧腔，左室油通过3L，2L流向水箱。因此，此时有轻微的转向特性。此外，对方向盘施加的转向扭矩越大，可变小孔1L，2L的开口面积越大，节流效果越小，转向辅助效果越明显。随着车辆行驶速度的增加，电子控制装置的作用，电磁阀的开闭也线性增加。向右转动方向盘，向液压泵的高压油通过1L，3R旁路电磁阀流向坦克。此时，转向缸右侧室的转向辅助液压取决于旁路电磁阀和低灵敏度高速专用可变孔3R的开口程度。速度越高，在电控单元的控制下电磁阀的打开程度越大，旁路流量越大，转向辅助效果越小；在速度保持不变的情况下，对方向盘施加的转向力越小，高速专用小孔3R的开口度越大，转向辅助效果越小；转向力增加时，3R的狗会逐渐减少，转向力也会增加。这表明，通过阀门灵敏度调节动力转向系统，驾驶员可以获得自然的转向感觉和良好的速度转向特性。因此图6.18(c)所示的各种条件的转向特性。在低速和高速过渡段，电磁阀的作用下，通过根据速度控制可变孔的油量，可以按顺序改变特性。(2)电磁阀是具有控制上下流量的旁路油路的可变节流阀的电磁阀结构图，如图6.17所示。低速时通过最大电流通过电磁线圈关闭可变孔，随着速度的增加，依次减少电气电流，可变孔打开；高速、最大开放区域。阀在左右方向之间切换时可以反转油的流动方向，因此上下流动方向上的可变小孔必须具有相同的特性。为了使高压时流体对阀门有效作用，必须提供稳定的液压控制。，(3)电子控制装置从速度传感器接收信号，并控制电磁阀和螺线管的输出电流。图6.19显示了控制系统的电路图。6.2电气电控动力转向系统、液压动力转向系统广泛使用，因为其工作压力和工作灵敏度高，外部轮廓尺寸小。有气压制动或空气悬架的大型车辆也有气压动力转向。但是，这种动力转向系统的共同缺点是结构复杂，功耗大，容易发生泄漏，转向力不易有效控制。近年来，随着计算机在车辆上的广泛应用，电气电子控制动力转向系统(电气EPS)应运而生。6.2.1电气EPS的构成、原理和特性，电气EPS一般由扭矩传感器、速度传感器、电子控制装置(ECU)、电动机和电磁离合器等组成，如图6.20所示。上述组件的主要参数见表6-1。EPS系统的各种部件配置，适合结构多样的汽车设计的功能：(1)Mira汽车、扭矩传感器和驱动齿轮分开。电机和减速器集成在一起，安装在与驱动齿轮相反的齿条盒上，电机的驱动力直接传递到齿条轴上，控制安装在驱动辅助侧的仪表、底板上，如图6.21所示。(2)在自动车牌上，扭矩传感器、电机和减速器组合在一起，安装在转向柱上，电磁离合器安装在电机的输出端旁边，控制装置安装在驾驶座上。(3)在Minica车辆上，扭矩传感器、电动机、减速器和离合器是用于驱动传动轴的整体，设备安装在驾驶员辅助侧的发动机罩下。电气EPS使用电动机作为动力源，根据速度和转向参数等由ECU完成辅助控制，原理概括如下：方向盘操纵时安装在方向盘轴上的扭矩，传感器与速度信号一起持续测量输入ECU的转向轴上的扭矩信号。ECU根据这些输入信号确定力转矩的大小和方向，即选定电动机的电流和方向，并调整转向辅助功率的大小。马达的扭矩被电磁离合器减速，施加后添加到汽车的转向装置上，获得符合汽车条件的转向力。电气EPS的优点是：(1)整体装配马达、离合器、减速装置、转向拉杆等部件，使其小型化、降低质量，一般电气EPS的质量比液压EPS质量轻约25%。(2)液压动力转向系统没有必要的常转向液压泵，只有在需要电动机的情况下，才能打开电源，将耗电量和燃料消耗降至最低。(3)节省了液压系统，因此不必为转向液压泵补充油或担心漏油。(4)根据汽车性能的需要，设置和修改转向齿轮更加容易。6.2.2电气EPS主要组件的结构和工作原理，1 .扭矩传感器，扭矩传感器是电动势的基础之一，用于测量方向盘和转向装置之间的相对扭矩。图6.22显示了非接触力矩传感器的结构和操作图。如果有四个线圈a、b、c和d，并且方向盘在中间位置(直线)，则扭杆的纵向对称面位于图标输出轴AC、BD的对称面上。在u，t的两端添加连续输入脉冲电压信号Ui时，通过每个极化的磁链速度相同，因此在v，w的两端检测到的输出电压信号Uo=0。由于转向齿轮和输出轴靴之间的相对扭转变形，极靴a，d之间的磁阻增加b，c之间的磁阻减少，各极靴的磁通量变化，v，w之间的电位差。电位差与扭矩条的扭转角度和输入电压Ui成正比。如果测量v，w两端的电位差，就可以测量扭杆的扭转角度，因此还可以知道方向盘施加的扭矩。图6.23显示了滑动可变电阻力矩传感器的结构。将负载扭矩引起的扭矩杆角度位移转换为电位器电阻的变化，并通过滑动环传递到扭矩信号。2 .电动机、电动EPS的电动机与用于启动的直流电动机基本相同，但通常使用永久磁场。最大电流通常为30A，电压为DC12V，额定