汽车电动助力转向系统ppt课件

1、第四章第四章 汽车电动助力转向系统汽车电动助力转向系统第一节第一节 概述概述 在汽车行驶中，转向运动是最根本的运动。我们经过在汽车行驶中，转向运动是最根本的运动。我们经过方向盘来支配和控制汽车的行驶方向，从而实现本人的行方向盘来支配和控制汽车的行驶方向，从而实现本人的行驶意图。驶意图。 在现代汽车上，转向系统是必不可少的最根本的系统之一，在现代汽车上，转向系统是必不可少的最根本的系统之一，它也是决议汽车自动平安性的关键总成。它也是决议汽车自动平安性的关键总成。 如何设计汽车的转向特性，使汽车具有良好的支配性能，如何设计汽车的转向特性，使汽车具有良好的支配性能，一直是各汽车厂家和科研机构的重要课

2、题。特别是在车辆一直是各汽车厂家和科研机构的重要课题。特别是在车辆高速化、驾驶人员非职业化、车流密集化的今天，针对更高速化、驾驶人员非职业化、车流密集化的今天，针对更多不同的驾驶人群，汽车的支配性设计显得尤为重要。多不同的驾驶人群，汽车的支配性设计显得尤为重要。 传统转向系统传统转向系统 传统的汽车转向系统是机械系统，汽车的转向运动是由驾传统的汽车转向系统是机械系统，汽车的转向运动是由驾驶员支配方向盘，经过转向器和一系列的杆件传送到转向驶员支配方向盘，经过转向器和一系列的杆件传送到转向车轮而实现的。普通的转向系统建立在机械转向的根底上。车轮而实现的。普通的转向系统建立在机械转向的根底上。 常用

3、的有两种是齿轮齿条式和循环球式常用的有两种是齿轮齿条式和循环球式(用于需求较大的用于需求较大的转向力时转向力时)。这种转向系统是我们最常见的，目前大部分。这种转向系统是我们最常见的，目前大部分低端轿车采用的就是齿轮齿条式机械转向系统。低端轿车采用的就是齿轮齿条式机械转向系统。 传统转向系统的缺陷传统转向系统的缺陷 虽然传统转向系统任务最可靠，但是也存在很多固有的缺虽然传统转向系统任务最可靠，但是也存在很多固有的缺陷，传统转向系统由于方向盘和转向车轮之间的机械衔接陷，传统转向系统由于方向盘和转向车轮之间的机械衔接而产生一些本身无法防止的缺陷：而产生一些本身无法防止的缺陷： 汽车的转向特性受驾驶员

4、驾驶技术的影响严重；汽车的转向特性受驾驶员驾驶技术的影响严重； 转向传动比固定转向传动比固定,提供不了适宜的转向力提供不了适宜的转向力; 液压助力转向系统经济性差，普通轿车每行驶一百公里液压助力转向系统经济性差，普通轿车每行驶一百公里要多耗费要多耗费0.30.4升的燃料；另外，存在液压油走漏问题，升的燃料；另外，存在液压油走漏问题，对环境呵斥污染，在环保性能被日益强调的今天，无疑是对环境呵斥污染，在环保性能被日益强调的今天，无疑是一个明显的优势。一个明显的优势。 助力转向系统助力转向系统 助力转向系统使转向操作灵敏、轻便，在设计汽车助力转向系统使转向操作灵敏、轻便，在设计汽车时对转向器构造方式

5、的选择灵敏性增大，能吸收路面对前时对转向器构造方式的选择灵敏性增大，能吸收路面对前轮产生的冲击等优点，现代汽车上普遍采用助力转向系统轮产生的冲击等优点，现代汽车上普遍采用助力转向系统 助力转向系统于助力转向系统于1955年在年在Buick上初次采用，处理了转向上初次采用，处理了转向轻便性问题，轻便性问题， 助力转向系统是指在驾驶员的控制下，借助于汽助力转向系统是指在驾驶员的控制下，借助于汽车发动机经过液压泵产生的液体压力或电动机驱动力来车发动机经过液压泵产生的液体压力或电动机驱动力来实现车轮转向。助力转向是一种以驾驶员支配转向盘实现车轮转向。助力转向是一种以驾驶员支配转向盘转矩和转角为输入信号

6、，以转向车轮的角位移为输转矩和转角为输入信号，以转向车轮的角位移为输出信号的伺服机构。出信号的伺服机构。助力转向系统的要求助力转向系统的要求 对转向系统的要求，主要概括为转向的灵敏度和支配的轻对转向系统的要求，主要概括为转向的灵敏度和支配的轻便性。高的转向灵敏度，要求转向器具有小的传动比，以便性。高的转向灵敏度，要求转向器具有小的传动比，以小的转向盘转角迅速转向，好的支配轻便性，那么要求转小的转向盘转角迅速转向，好的支配轻便性，那么要求转向器具有大的传动比，这样才干以较小的转向盘支配力获向器具有大的传动比，这样才干以较小的转向盘支配力获得大的转向力矩。得大的转向力矩。 实践运用中，普通要求：当

7、转向轮到达最大设计转角时，实践运用中，普通要求：当转向轮到达最大设计转角时，转向盘总转数不宜超越转向盘总转数不宜超越5圈，而转向盘支配力最大不超越圈，而转向盘支配力最大不超越250N助力转向系统的详细要求助力转向系统的详细要求 良好的支配性良好的支配性 适宜的转向力与位置感适宜的转向力与位置感 具有回正功能具有回正功能 适当的路面反响量适当的路面反响量 任务可靠任务可靠 节省能源节省能源 安静、噪声小安静、噪声小 转向必需灵敏、平顺，具有很好的随动性，可以平安行驶在狭窄、延续拐弯的弯道上。 低速或停车时，转动转向盘不能太费力，高速行驶时，又不能觉得到转向盘上的力太小而有发“飘“的觉得，因此要求

8、转向盘上的力最好能随车速变化，同时要求驾驶员能清楚地觉得到转向盘的位置，觉得到支配转向盘的角度与汽车行驶轨迹的对应关系，具有很好的直线行驶稳定性和高速行驶的路感。 在转向后，转向盘该当能自动回到直线行驶的位置，回转的速度要平稳、适当。使残留的角速度尽能够小。 从道路外表传来的冲击应能传到达转向盘上，添加驾驶员的路感，但不能太大，要使驾驶员的觉得是温馨的。 转向系统是平安件，假设不能转向或失去控制就会发生车毁人亡的事故。因此转向系统应具有缺点预警功能，当计算机控制系统或助力系统发生缺点时，转向系统依然应保管人力转向功能。 在保证转向性能的前提下，尽能够降低转向系统的动力耗费。转向系统的分类转向系

9、统的分类 传统液压式助力转向系统传统液压式助力转向系统 电子控制式液压助力转向系统电子控制式液压助力转向系统 电动助力转向系统电动助力转向系统传统液压式助力转向系统传统液压式助力转向系统 机械式的液压助力转向系统普通由液压泵、油管、压力流机械式的液压助力转向系统普通由液压泵、油管、压力流量控制阀体、量控制阀体、V型传动皮带、储油罐等部件构成。型传动皮带、储油罐等部件构成。 无论车能否转向，这套系统都要任务，而且在大转向车速无论车能否转向，这套系统都要任务，而且在大转向车速较低时，需求液压泵输出更大的功率以获得比较大的助力。较低时，需求液压泵输出更大的功率以获得比较大的助力。所以，也在一定程度上

10、浪费了资源。还有，机械式液压助所以，也在一定程度上浪费了资源。还有，机械式液压助力转向系统由液压泵及管路和油缸组成，为坚持压力，不力转向系统由液压泵及管路和油缸组成，为坚持压力，不论能否需求转向助力，系统总要处于任务形状，能耗较高，论能否需求转向助力，系统总要处于任务形状，能耗较高，这也是耗资源的一个缘由所在。这也是耗资源的一个缘由所在。 传统液压式助力转向系统传统液压式助力转向系统 传统液压式助力转向系统传统液压式助力转向系统HPS普通按液流的方式可分普通按液流的方式可分为常流式和常压式两种类型。为常流式和常压式两种类型。 常流式是指汽车在行驶中，不转动转向盘时，流量控制阀在常流式是指汽车在

11、行驶中，不转动转向盘时，流量控制阀在中间位置，油路坚持畅通。中间位置，油路坚持畅通。 常压式是指汽车在行驶中，无论转向盘能否转动，整个液压常压式是指汽车在行驶中，无论转向盘能否转动，整个液压系统总是不断坚持高压。系统总是不断坚持高压。传统液压式助力转向系统缺陷传统液压式助力转向系统缺陷 提供不了适宜的转向力，即假设要保证汽车在停车或提供不了适宜的转向力，即假设要保证汽车在停车或低速调头时转向轻便，那么汽车高速行驶时就会感到有低速调头时转向轻便，那么汽车高速行驶时就会感到有发飘发飘“的觉得；假设要保证汽车在高速行驶时支配有适度的觉得；假设要保证汽车在高速行驶时支配有适度手感，那么当其要停车或低速

12、调头时就会感到转向太重，手感，那么当其要停车或低速调头时就会感到转向太重，两者不能兼顾。两者不能兼顾。电子控制式液压助力转向系统电子控制式液压助力转向系统转向控制阀转向控制阀 油泵：由发动机驱动，用于提供助力转向所需的液压油。油泵：由发动机驱动，用于提供助力转向所需的液压油。 扭力杆的上端与转阀阀杆用销子刚性地衔接在一同，下端与控扭力杆的上端与转阀阀杆用销子刚性地衔接在一同，下端与控制阀阀体用销子相连，小齿轮轴的上端经过销子与控制阀阀体相连，制阀阀体用销子相连，小齿轮轴的上端经过销子与控制阀阀体相连，转向时，转向盘上的转向力经过扭力杆传送给小齿轮轴。转向时，转向盘上的转向力经过扭力杆传送给小齿

13、轮轴。 分流阀：根据有关传感器的信号作出最正确助力转向力判别，分流阀：根据有关传感器的信号作出最正确助力转向力判别，并未来自转向油泵的油液向控制阀一侧和电磁阀一侧分流，按照车并未来自转向油泵的油液向控制阀一侧和电磁阀一侧分流，按照车速和转向要求，改动控制阀一侧和电磁阀一侧的油压，确保电磁阀速和转向要求，改动控制阀一侧和电磁阀一侧的油压，确保电磁阀一侧具有稳定的油液流量。一侧具有稳定的油液流量。 固定小孔：把供应转向控制阀的一部份液压油分配到油压反力固定小孔：把供应转向控制阀的一部份液压油分配到油压反力室一侧。在汽车高速行驶时，由于经过小孔又加了一部份燃油给反室一侧。在汽车高速行驶时，由于经过小

14、孔又加了一部份燃油给反力室，进一步加强了柱塞的夹紧力，使得此时的转向力相对于转向力室，进一步加强了柱塞的夹紧力，使得此时的转向力相对于转向角呈线性添加，从而获得高速行驶时的稳定转向支配感。角呈线性添加，从而获得高速行驶时的稳定转向支配感。 助力转向助力转向ECUECU：ECUECU根据车速传感器传来的信号，判别汽车是处根据车速传感器传来的信号，判别汽车是处于停顿形状还是处于低速行驶或高速行驶工况，在根据判别出的汽于停顿形状还是处于低速行驶或高速行驶工况，在根据判别出的汽车形状，对电磁线圈的电流进展线性控制，使电磁阀有适当的开度，车形状，对电磁线圈的电流进展线性控制，使电磁阀有适当的开度，以控制

15、转向助力的大小。以控制转向助力的大小。 电磁阀：根据需求开启适当的开度，使油压反力室一侧的油液电磁阀：根据需求开启适当的开度，使油压反力室一侧的油液流回储油箱。电磁阀开度增大时，使作用在柱塞的背压油压反力流回储油箱。电磁阀开度增大时，使作用在柱塞的背压油压反力室压力降低，柱塞推进控制阀转阀阀杆的力反力较小，因此室压力降低，柱塞推进控制阀转阀阀杆的力反力较小，因此只需求较小的转向力就可使扭力杆改动变形，使阀体与阀杆相对转只需求较小的转向力就可使扭力杆改动变形，使阀体与阀杆相对转动而实现转向助力作用，电磁阀开启较小时那么相反。动而实现转向助力作用，电磁阀开启较小时那么相反。反力控制式助力转向系统的

16、任务过程反力控制式助力转向系统的任务过程 当转向力增大，扭力杆发生改动变形时，控制阀阀体与转阀阀杆当转向力增大，扭力杆发生改动变形时，控制阀阀体与转阀阀杆之间将发生相对转动，使两阀的通道口相互连通，扭力杆的变形之间将发生相对转动，使两阀的通道口相互连通，扭力杆的变形角度就越大，转阀中任务油液通道的截口面积就越大，助力就越角度就越大，转阀中任务油液通道的截口面积就越大，助力就越大。大。 汽车低速行驶或者大转弯时。流经电磁线圈的电流较大，电磁阀汽车低速行驶或者大转弯时。流经电磁线圈的电流较大，电磁阀的开启角度较大，经分流阀分流后的油液经过电磁阀前往油箱的的开启角度较大，经分流阀分流后的油液经过电磁

17、阀前往油箱的油液就较多，因此作用在反力室的油压就较小，柱塞上的油压较油液就较多，因此作用在反力室的油压就较小，柱塞上的油压较小，这时作用在控制阀轴上的反力也较小，因此反力油压构成的小，这时作用在控制阀轴上的反力也较小，因此反力油压构成的阻力矩较小。由于阻力矩较小，转向盘只需求用较小的力就可以阻力矩较小。由于阻力矩较小，转向盘只需求用较小的力就可以使扭力杆发生较大的变形，转向助力较大。使扭力杆发生较大的变形，转向助力较大。 流经电磁线圈的电流较小，电磁阀的开启角度较小，经分流阀分流经电磁线圈的电流较小，电磁阀的开启角度较小，经分流阀分流后的油液经过电磁阀前往油箱的油液就较少，因此作用在反力流后的

18、油液经过电磁阀前往油箱的油液就较少，因此作用在反力室的油压就较大，柱塞上的油压较大，这时作用在控制阀轴上的室的油压就较大，柱塞上的油压较大，这时作用在控制阀轴上的反力也较大，因此反力油压构成的阻力矩较大。由于阻力矩较大，反力也较大，因此反力油压构成的阻力矩较大。由于阻力矩较大，输入同样的力，使扭力杆发生变形较小，转向助力较小。旋转阀输入同样的力，使扭力杆发生变形较小，转向助力较小。旋转阀与控制阀相互连通的通道口开度也减小，助力较小。与控制阀相互连通的通道口开度也减小，助力较小。液压式助力转向系统的缺陷液压式助力转向系统的缺陷 构造复杂，功率耗费大，容易产生走漏，转向力不易有效构造复杂，功率耗费

19、大，容易产生走漏，转向力不易有效控制。控制。电动助力转向系统电动助力转向系统EPS 电动助力转向系统利用电动机作为动力源，根据车速和转电动助力转向系统利用电动机作为动力源，根据车速和转向参数等，由电子控制单元完成助力控制。向参数等，由电子控制单元完成助力控制。 根据电动机布置位置不同，可分为转向柱助力式、齿轮助根据电动机布置位置不同，可分为转向柱助力式、齿轮助力式和齿条助力式三种类型。力式和齿条助力式三种类型。 转向柱助力式转向柱助力式EPSEPS的电动机固定在转向柱的一侧，经过的电动机固定在转向柱的一侧，经过减速机构与转向轴相连，直接驱动转向轴助力转向。减速机构与转向轴相连，直接驱动转向轴助

20、力转向。 齿轮助力式齿轮助力式EPSEPS的电动机和减速机构和小齿轮相连，直的电动机和减速机构和小齿轮相连，直接驱动转向齿轮，实现助力转向。接驱动转向齿轮，实现助力转向。 齿条助力式齿条助力式EPSEPS的电动机和减速机构直接驱动齿条提供的电动机和减速机构直接驱动齿条提供助力。助力。 电动助力转向系统的最大特点就是能实现电动助力转向系统的最大特点就是能实现“准确转向准确转向，它可以在汽车转向过程中根据不同车速和转向盘转动的快它可以在汽车转向过程中根据不同车速和转向盘转动的快慢，准确提供各种行驶路况下的最正确转向助力，减小由慢，准确提供各种行驶路况下的最正确转向助力，减小由路面不平引起的对转向系

21、统的扰动。不但可以减轻低速行路面不平引起的对转向系统的扰动。不但可以减轻低速行驶时的转向支配力，而且可大大提高高速行驶时的支配稳驶时的转向支配力，而且可大大提高高速行驶时的支配稳定性，并能精确实现人们预先设置的在不同车速、不同转定性，并能精确实现人们预先设置的在不同车速、不同转弯角度所需求的转向助力。经过控制助力电机，可降低高弯角度所需求的转向助力。经过控制助力电机，可降低高速行驶时的转向助力，增大转向手力，处理高速发飘问题，速行驶时的转向助力，增大转向手力，处理高速发飘问题，本钱相对较低。本钱相对较低。电动助力转向系统构造电动助力转向系统构造转矩传感器转矩传感器转向离合器转向离合器 不转向时

22、，助力电动机不任务，不转向时，助力电动机不任务， 当转向盘转动时，与转向轴相连的转矩传感器不断地测出当转向盘转动时，与转向轴相连的转矩传感器不断地测出作用于转向轴上的力矩，并将力矩转换为电信号，车速传作用于转向轴上的力矩，并将力矩转换为电信号，车速传感器产生车速信号，感器产生车速信号，ECU根据这两个信号，经过运算处根据这两个信号，经过运算处置后，向离合器和电动机发车发出控制指令，即输出一个置后，向离合器和电动机发车发出控制指令，即输出一个适宜的电流，在离合器结合的同时，是电动机产生一个转适宜的电流，在离合器结合的同时，是电动机产生一个转矩，转矩经过减速机构减速增距后，施加在输出轴上，输矩，转

23、矩经过减速机构减速增距后，施加在输出轴上，输出轴的下端与齿轮齿条转向器总成中的小齿轮相连，于是出轴的下端与齿轮齿条转向器总成中的小齿轮相连，于是由电动机发出的转矩最后经过齿轮齿条转向器施加到汽车由电动机发出的转矩最后经过齿轮齿条转向器施加到汽车的转向机构上，使之得到一个与工况相顺应的转向助力。的转向机构上，使之得到一个与工况相顺应的转向助力。转矩传感器转矩传感器 转矩传感器用于检测作用于转向盘上转矩信号的大小，目转矩传感器用于检测作用于转向盘上转矩信号的大小，目前采用较多的是扭杆式电位计传感器，它是在转向轴位置前采用较多的是扭杆式电位计传感器，它是在转向轴位置加一根扭杆，经过扭杆检测输入轴与输

24、出轴的相对改动位加一根扭杆，经过扭杆检测输入轴与输出轴的相对改动位移得到扭矩。移得到扭矩。 用磁性资料构成的定子和转子可以构成闭合的回来，线圈用磁性资料构成的定子和转子可以构成闭合的回来，线圈A、B、C、D分别绕在极靴上，构成一个桥式回路。转向分别绕在极靴上，构成一个桥式回路。转向轴改动变形的改动角和转矩成正比，所以只需测定转向轴轴改动变形的改动角和转矩成正比，所以只需测定转向轴的改动角，就可间接知道转向力的大小。的改动角，就可间接知道转向力的大小。 在线圈在线圈U、T的两端施加延续的脉冲信号的两端施加延续的脉冲信号Ui,当转向轴上的当转向轴上的转矩为零时，定子和转子的相对转角也为零，电桥平横

25、，转矩为零时，定子和转子的相对转角也为零，电桥平横，在在V和和W两端的电位差两端的电位差Uo为零，假设转向轴上存在转矩，为零，假设转向轴上存在转矩，定子和转子的相对转角不为零，此时定子和转子间产生角定子和转子的相对转角不为零，此时定子和转子间产生角位移位移，电桥失去平衡在，电桥失去平衡在V和和W两端出现电位差两端出现电位差Uo。iokUU 车速传感器车速传感器 安装在自动变速器的输出轴上，用于检测自动变速器输出安装在自动变速器的输出轴上，用于检测自动变速器输出轴的转速，根据输出轴转速计算得到汽车的行驶速度。常轴的转速，根据输出轴转速计算得到汽车的行驶速度。常用电磁感应式车速传感器，主要由永久磁

26、铁和电磁感应线用电磁感应式车速传感器，主要由永久磁铁和电磁感应线圈两个部分组成。圈两个部分组成。 当输出轴转动时，感应转子的齿不断的接近和分开车速当输出轴转动时，感应转子的齿不断的接近和分开车速传感器，使感应线圈内的磁通发生变化，从而产生交流感应传感器，使感应线圈内的磁通发生变化，从而产生交流感应电压，车速越高，输出轴转速越高，感应电压脉冲频率就越电压，车速越高，输出轴转速越高，感应电压脉冲频率就越高。高。ECU根据脉冲信号的频率，计算出输出轴的转速，再进根据脉冲信号的频率，计算出输出轴的转速，再进一步转换成车速。一步转换成车速。TrV2电机电机 EPS的动力源是电动机，功能是根据的动力源是电

27、动机，功能是根据ECU的指令产生相应的指令产生相应的输出转矩，电动机时影响的输出转矩，电动机时影响EPS性能的主要要素之一。通性能的主要要素之一。通常采用无刷永磁式直流电动机。要求低速转矩大、动摇小、常采用无刷永磁式直流电动机。要求低速转矩大、动摇小、惯量小、尺寸小、质量轻，可靠性高、控制性能好。惯量小、尺寸小、质量轻，可靠性高、控制性能好。 需求正反转控制。需求正反转控制。EPS电机正反转控制电路电机正反转控制电路 当当a2端得到输入信号时，晶体端得到输入信号时，晶体管管VT4导通，导通，VT1得到基极电流得到基极电流而导通。电动机有反向电流流而导通。电动机有反向电流流过反转。过反转。 控制触发信号端电流的大小，控制触发信号端电流的大小，就可以控制电动机经过电流的就可以控制电动机经过电流的大小。大小。a1和和a2端为触发信号端，从微机系统的端为触发信号端，从微机系统的D/A转换器得到的直流信转换器得到的直流信号输入到号输入到a1和和a2端，用以触发电动机产生正反转。当端，用以触发电动机产生正反转。当a1端得到输端得到输入信号时，晶体管入信号时，晶体管VT3导通，导通，VT2得到基极电流而导通。电动机有得到基极电流而导通。电动机