线控转向系统.ppt

第四章：四轮转向和电动转向，6。改变正式路线7时四轮转向(4WS)的性能。低速行驶时转弯半径小。后轮转向的控制类型(1)基于角度传感，后轮转向角和前轮转向角之间存在一定的函数关系。也就是说，后轮可以沿与前轮相同的方向或相反的方向旋转。(2)根据车辆速度设置程序，当车辆速度达到某一预定值时，后轮在与前轮相同的方向上偏转，而低于该预定值时，方向相反。4.1、四轮转向技术，其结构是在前轮动力转向器上，然后安装一个后轮专用控制阀，产生一个与侧向加速度大致成比例的、与前轮转向阻力平衡的油压，将油压传给后轮执行器。在执行机构中，安装了高刚性弹簧，当它与输送的油压达到平衡状态时，输出杆将产生位移，从而驱动后轮开始转向。在该系统中，来自油泵的油直接流入电磁阀，速度传感器和角度传感器分别将速度和前轮角度信号输入计算机。根据计算机指令，控制机油流入后轮执行器。前轮转角速度传感式前轮转角传感式：为了将前轮转角传递给后轮，在前轮齿轮齿条转向器的齿条轴上安装一个后轮转向器，其角位移通过中间传动轴传递给后轮转向器。后轮具有小转角同相转向和大转角同相转向功能。在轻微转向的高速行驶中，形成同相转向，获得行驶稳定性；在具有大角度转向的极低速驾驶中，反相转向被改变，并且获得小半径转向性能。前轮转角比例速度传感类型与动力传输至后轮转向轴之前的类型基本相同，但后轮执行器由相位控制部分和动力补充部分组成。动力补充部分由油压驱动，由后轮滑阀和动力缸组成。相位控制部分可以控制后轮的同相或反相。第3章四轮转向和电动转向，9。四轮转向(4ws)控制类别(1)机械控制类型(2)机械电子控制类型(3)电子控制液压工作类型(4)液压控制液压工作类型(5)电子控制电气工作类型10。说明4WS控制原理(1)机械控制型(本田4WS系统)机械四轮转向系统是最早开发的四轮转向系统之一。它包括前轮齿条齿轮转向系统和前后转向系统之间的传动轴。随着前轮偏转，转向力通过传动轴传递给后轮。在机械四轮转向系统中，有时会在后轮上增加第二套转向装置来帮助转向。它属于转向传感型，其后轮的挠度与车速无关，只与方向盘角度有一定的关系。当方向盘角度约为120时，后轮与前轮成一直线转动。当方向盘角度大于240时，后轮转向与前轮相反的方向。第三章四轮转向和电动转向(2)液压四轮转向系统第二代四轮转向系统使用液压系统来控制转向。这种类型的四轮转向系统的后轮只能偏转约1.5度，并且仅在速度高于22英里/小时时工作。典型的液压四轮转向系统如图4-26所示。开始时，基本的齿条和小齿轮转向装置使前轮偏转。同时，部分转向液压被发送到后轮转向系统的控制阀，以控制控制阀(滑阀)的位置。当前轮向某一方向偏转时，滑阀向一个方向移动；当前轮朝另一个方向偏转时，滑阀朝与前面相反的方向移动。滑阀然后控制第二液压回路的操作。Thi电控四轮转向系统允许后轮向与前轮相同的方向(高速)或相反的方向(低速)偏转。为了实现这些功能，两个传感器和两个执行器通过计算机连接。图5-27说明了其输入和输出的工作流程。首先，速度传感器向计算机发送精确的速度信号，计算机确定后轮和前轮是向相同方向偏转还是向相反方向偏转。同时，前轮角度传感器将前轮的实际角度信号传输给计算机。计算机通过后轮传感器和后轮转角传感器获得后轮的实际转角信号。根据这些输入信号，计算机分别显示前转向机和后转向机的偏转量。图4-28示出了电控四轮转向系统的主要部件的布置位置。此外，许多配件也是必要的。例如液压泵(如果使用液压致动器代替电动机)、电磁线圈、断路器等。上述部件和其他部件的不断改进将更好地提高四轮转向系统的效率和可靠性。电控四轮转向系统的组成，第3章四轮转向和电动转向，11。与2WS相比，4WS具有以下优点：(1)提高了汽车在高速和湿滑路面上的转向性能。(2)驾驶员方向盘灵敏准确。(3)在恶劣路面和侧风条件下，汽车行业具有较好的方向稳定性，提高了高速直线行驶的稳定性。(4)提高了汽车在高速转弯时的行驶稳定性，既方便转向操作，又能保持汽车在急转弯时的行驶稳定性。(5)通过将后轮转向与前轮相反的方向，降低了低速时的转弯半径，这不仅便于在狭窄的道路上掉头，也便于在驶入车库等时驾驶。4.1四轮转向技术，第三章四轮转向和电动转向，反对四轮转向的理由12和四轮转向未来发展趋势：(1)转向性能没有显著提高。(2)性能只有微小的变化，但结构非常复杂。(3)实用技术尚未成熟。如果开发成本用于改善轮胎性能和悬架设计，将会取得更好的效果。13.各公司4WS系统特点比较，4.1四轮转向技术，第3章四轮转向和电动转向。首先，回顾了所谓的电动转向，即机械转向系统中的一种伺服系统，它以电池为能源，以电机为动力，以方向盘的转速和扭矩以及车速为输入信号，通过电子控制装置辅助人力转向，并获得最佳的转向力特性。主要是速度控制和电机电流控制。速度控制是指当速度高于某一值时，系统应停止向电机供电，离合器处于分离状态。此时，系统将在正常转向控制模式下工作。系统根据车辆转向扭矩和速度信号确定电机电流的大小。当车速很低时，转向所需的功率很大，此时供给电机的电流应该很大。当车速接近45公里/小时时，转向所需的助力减少，供给电机的电流也应减少。当车速超过45公里/小时时，如果不需要帮助，应切断电机电流。电动助力转向技术发展概况电动助力转向系统的机理和特点电动助力转向系统的基本结构和工作原理结构：电动助力转向系统是在传统机械转向机构的基础上发展起来的。该系统通常由扭矩传感器、车速传感器、电子控制器、电机、电磁离合器和减速机构组成。(2)电动助力转向系统控制框架：的控制部分主要通过车速和扭矩传感器采集方向盘的车速和转向力信号，经过必要的计算处理后向电机发出控制指令，电机为转向提供辅助力。(3)电动助力转向系统的工作原理当：汽车处于起步或低速行驶状态时，方向盘转向，安装在转向柱上的扭矩传感器持续检测作用在转向柱扭杆上的扭矩，并将该信号和车速信号同时输入电子控制器。处理器对输入信号进行计算处理，以确定辅助扭矩的大小和方向，从而控制电机的电流和转向。电机将扭矩传递给拉杆，拉杆通过离合器和减速机构拉动前轮转向，最终起到为驾驶员提供辅助转向力的作用。当车速超过某一临界值或发生故障时，为了保持车辆在高速下的控制稳定性，电动助力转向系统退出助力模式，转向系统切换到手动转向模式。没有转向，马达就不能工作。该电动助力转向系统能够方便地实时为不同车速下的车辆转向提供不同的助力效果，从而保证车辆低速行驶时轻便灵活，高速行驶时稳定可靠。电动助力转向系统(1)的关键部件扭矩传感器和速度传感器用于检测作用在方向盘上的扭矩信号的大小和方向，由扭矩传感器和转速传感器组成。扭矩传感器感测方向盘的转向扭矩，旋转传感器感测方向盘的转速，并将感测到的两个信号传输至电子控制单元。目前，扭杆电位计传感器被广泛用作扭矩传感器。速度传感器：用于检测汽车的行驶速度，进行自诊断，并将检测到的信号发送给电子控制单元。电磁感应传感器常用于安装在汽车变速器的输出轴上。(2)电机：电动助力转向系统的动力源通常采用无刷永磁DC电机，其功能是根据电子控制单元的指令产生相应的输出转矩。电机是影响电动助力转向系统性能的主要因素之一。它不仅要求速度低、扭矩大、波动小、转动惯量小、体积小、重量轻，而且要求可靠性高、控制性能好。(3)减速机构(6)减速机构：用于增加电机的输出转矩。主要有两种形式：蜗轮蜗杆减速机构和双行星齿轮减速机构。前者主要用于转向轴辅助转向系统，而后者主要用于齿轮辅助转向系统和齿条辅助转向系统。电磁离合器：功率的工作范围限制在一定的速度范围内。如果超过规定速度，电机将停止转动，离合器将分离，不再作为动力传动装置。在没有辅助的情况下，离合器可以消除电机惯性的影响。同时，在系统故障的情况下，由于离合器分离，手动转向控制可以恢复。(4)电控单元电控单元：它是整个控制系统的核心，完成各传感器输入信号的处理，根据控制规则计算出所需的参数值，并通过驱动电路控制电机。3.电动助力转向系统的分类(1)转向轴助力电机固定在转向轴的一侧，通过离合器与转向轴连接，直接驱动转向轴助力转向。(2)齿轮助力电机和离合器通过小齿轮连接，直接驱动齿轮助力转向。(3)独立的助力电机和离合器固定在要连接的齿轮齿条式转向器的小齿轮的相对侧，齿条被单独驱动以辅助转向。(4)齿条助力电机和离合器与齿条为一体，电机带动循环滚珠螺母运动，使齿条丝杠产生轴向位移，直接助力转向。第3章四轮转向和电动转向，4。电动助力转向系统的特点(1)它可以在各种驾驶条件下提供最佳的助力。(2)降低燃料消耗(3)即使在发动机失速或故障时也能提供动力帮助(4)重量轻、机构紧凑、安装位置易于选择以及噪音降低。(5)缩短生产开发周期(6)不存在漏油问题，大大降低保修成本，减少环境污染。(7)聚苯乙烯具有较好的低温性能(4)齿条辅助，4.2电动转向，第3章四轮转向和电动转向，5。电动助力转向系统性能分析(1)转向轻便型：原位转向扭矩降低40%(2)操纵稳定性：助力由电控单元调控，解决了“轻”与“巧”的矛盾。(3)燃油经济性：平均速度40公里/小时，节油5.5%(4)增压特性：增压规律属于速度传感型。6.电动助力转向系统的未来发展电动助力转向系统的发展现状是在EHPS的基础上发展起来的。取消了EHPS的液压油泵、液压管路、液压油缸、密封圈等配件，通过减速机构直接依靠电机驱动转向机构。其结构简单，零件数量大大减少，可靠性增强。它解决了长期存在的液压管路泄漏和效率低的问题。这是转向系统的一次革命。目前，电动助力转向技术越来越成熟。一半以上的国外新生产的汽车都装有电动助力转向系统，许多国产汽车也装有电动助力转向系统。4.2电动转向，未来汽车的主体是低排放汽车(LEV)、混合动力电动汽车(HEV)、燃料电池汽车(FCEV)、电动汽车(EV)四种电动汽车，这给线控转向系统带来了更广阔的应用前景。除了安全性和可靠性之外，还有一些问题，如电机振动、电源、模拟道路感的传感器的精度和成本。在EPS的研发过程中，已经有成熟的技术和经验可供借鉴。汽车用42V电源有望在未来几年迅速发展并普及，届时汽车电子附件的电源问题将得到圆满解决。各种车辆传感器的精度，如非接触扭矩传感器、角度传感器、偏航率传感器等。不断改进，成本不断降低。在未来几年，它将满足各种电子控制系统在准确性和价格方面的要求。线控转向系统线控转向系统(SteeringbyWire-SBW)是新一代汽车电子转向系统。线控转向系统和上述转向系统的根本区别在于方向盘和方向盘之间的机械连接被取消。(1)线控转向系统：汽车线控转向系统的结构主要由方向盘模块、前轮转向模块、主控制器和自动故障预防系统组成。1)方向盘模块：方向盘模块包括方向盘总成、方向盘角度传感器、扭矩传感器和方向盘返回扭矩电机。其主要功能是将驾驶员的转向意图(通过测量方向盘角度)转换成数字信号，并将其传输至主控制器。同时，主控制器向方向盘回位力矩电机发送控制信号，产生方向盘回位力矩，为驾驶员提供相应的道路感知信息。2)前轮转向模块：前轮转向模块包括前轮角度传感器、转向执行电机、电机控制器、前轮转向总成等。其功能是将测得的前轮转角信号反馈给主控制器，并接受主控制器的指令控制方向盘完成所需的前轮转角，实现驾驶员的转向意图。(3)主控制器：主控制器对采集的信号进行分析处理，判断汽车的运动状态，向方向盘回位力矩电机和转向电机发出指令，控制两个电机协同工作。主控制器还可以识别驾驶员的操作指令，并确定驾驶员的转向操作在当前状态下是否合理。当汽车处于不稳定状态或驾驶员发出错误指令时，前轮线控转向系统将自动进行稳定控制或屏蔽驾驶员的错误转向操作，以合理的方式自动驾驶汽车，使汽车尽快回到稳定状态。4)自动防故障系统：自动防故障系统是线控转向系统的一个重要模块，包括一系列监控和执行算法，对不同的故障模式和故障等级进行相应的处理，以最大限度地保持车辆的正常运行。线控转向技术使用严格的故障检测(2)线控转向系统的工作原理其工作过程：将来自方向盘传感器的信息和各种车辆的当前状态发送给电子控制子系统，然后由计算机进行控制和计算，然后将指令发送给车辆转向子系统来操纵车辆。同时，方向盘转向子系统中的转向阻力传感器给出的信息也通过电子控制子系统传输到转向盘系统中模拟道路感的部件。线控转向系统的性能特点：由于线控转向系统中的方向盘和方向盘之间没有机械连接，因此是断开的，必要的信息通过总线传输，所以该系统也称为柔性转向系统。具有以下性能特点的：柔性转向可以消除转向干扰，为实现汽车动态控制系统和汽车平顺性控制系统的多功能、全方位自动控制和系统集成提供了重要前提。对于前轮驱动汽车，安装发动机时必须考虑刚性转向轴所占的空间。转向轴必须安装在发动机附近，这取决于汽车是靠左行驶还是靠右行驶。设计师必须协调和处理各种需要安排的组件。然而，柔性转向消除了原有转向系统各功能模块之间的刚性机械连接，极大地方便了系统的整体布置，提高了舒适性。转向返回扭矩可以根据驾驶员的要求通过软件进行调整。因此，在不改