电子控制动力转向系统

1、 第第6 6章章 电子控制动力转向系统电子控制动力转向系统 6.1 6.1 液压式电子控制动力转向系统液压式电子控制动力转向系统 电子控制动力转向系统电子控制动力转向系统(EPS)(EPS)可以在低可以在低速时减轻转向力，以提高转向系统的操纵稳定速时减轻转向力，以提高转向系统的操纵稳定性；在高速时则可适当加重转向力，以提高操性；在高速时则可适当加重转向力，以提高操纵稳定性。液压式电子控制动力转向系统是在纵稳定性。液压式电子控制动力转向系统是在传统的液压动力转向系统的基础上增设电子控传统的液压动力转向系统的基础上增设电子控制装置而构成的。制装置而构成的。 根据控制方式的不同，液压式电子控制根据控

2、制方式的不同，液压式电子控制动力转向系统又可分为流量控制式、反力控制动力转向系统又可分为流量控制式、反力控制式和阀灵敏度控制式三种形式。式和阀灵敏度控制式三种形式。 6.1.1 6.1.1 流量控制式流量控制式EPS EPS 1. 1. 电子控制动力转向系统电子控制动力转向系统 图图6.16.1所示为凌志轿车采用的流量控制所示为凌志轿车采用的流量控制式动力转向系统。式动力转向系统。 由图可见，该系统主要由车速传感器、由图可见，该系统主要由车速传感器、电磁阀、整体式动力转向控制阀、动力转向液电磁阀、整体式动力转向控制阀、动力转向液压泵和电子控制单元等组成。电磁阀安装在通压泵和电子控制单元等组成。

3、电磁阀安装在通向转向动力缸活塞两侧油室的油道之间，当电向转向动力缸活塞两侧油室的油道之间，当电磁阀的阀针完全开启时，两油道就被电磁阀旁磁阀的阀针完全开启时，两油道就被电磁阀旁通。流量控制式动力转向系统就是根据车速传通。流量控制式动力转向系统就是根据车速传感器的信号，控制电磁阀阀针的开启程度，从感器的信号，控制电磁阀阀针的开启程度，从 图6.1 流量控制式动力转向系统(凌志轿车)1动力转向油缸；2电磁阀；3动力转向控制阀；4ECU；5车速传感器 而控制转向动力缸活塞两侧油室的旁路液而控制转向动力缸活塞两侧油室的旁路液压油流量，来改变转向盘上的转向力。车速越压油流量，来改变转向盘上的转向力。车速越

4、高，流过电磁阀电磁线圈的平均电流值越大，高，流过电磁阀电磁线圈的平均电流值越大，电磁阀阀针的开启程度越大，旁路液压油流量电磁阀阀针的开启程度越大，旁路液压油流量越大，而液压助力作用越小，使转动转向盘的越大，而液压助力作用越小，使转动转向盘的力也随之增加。力也随之增加。 这就是流量控制式动力转向系统的工作原理。这就是流量控制式动力转向系统的工作原理。图图6.26.2所示为该系统电磁阀的结构。所示为该系统电磁阀的结构。图图6.36.3所示为电磁阀的驱动信号。所示为电磁阀的驱动信号。由图可以看出，驱动电磁阀电磁线圈的脉冲电由图可以看出，驱动电磁阀电磁线圈的脉冲电流信号频率基本不变，但随着车速增大，流

5、信号频率基本不变，但随着车速增大， 图6.2 电磁阀的结构 图6.3 电磁阀的驱动信号 脉冲电流信号的占空比将逐渐增大，使脉冲电流信号的占空比将逐渐增大，使流过电磁线圈的平均电流值随车速的升高而增流过电磁线圈的平均电流值随车速的升高而增大。大。图图6.46.4所示为凌志轿车电子控制动力转向所示为凌志轿车电子控制动力转向系统的电路图。系统的电路图。 2. 2. 蓝鸟轿车电子控制动力转向系统蓝鸟轿车电子控制动力转向系统 】 图图6.56.5所示为曾在日产蓝鸟轿车上使用的所示为曾在日产蓝鸟轿车上使用的流量控制式动力转向系统。流量控制式动力转向系统。 它的特点是在一般液压动力转向系统上再它的特点是在一

6、般液压动力转向系统上再增加旁通流量控制阀、车速传感器、转向角速增加旁通流量控制阀、车速传感器、转向角速度传感器、度传感器、ECUECU和控制开关等。和控制开关等。图6.4 凌志轿车电子控制动力转向系统的电路图 图6.5 日产蓝鸟轿车流量控制式动力转向系统1动力转向油罐；2转向管柱；3转向角速度传感器；4ECU；5转向角速度传感器增幅器；6旁通流量控制阀；7电磁线圈；8转向齿轮联动机构；9油泵 在转向油泵与转向机体之间设有旁通管在转向油泵与转向机体之间设有旁通管路，在旁通管路中又设有旁通油量控制阀。路，在旁通管路中又设有旁通油量控制阀。 根据车速传感器、转向角速度传感器和根据车速传感器、转向角速

7、度传感器和控制开关等信号，控制开关等信号，ECUECU向旁通流量控制阀按照向旁通流量控制阀按照汽车的行驶状态发出控制信号，控制旁通流量，汽车的行驶状态发出控制信号，控制旁通流量，从而调整向转向器供油的流量，如从而调整向转向器供油的流量，如图图6.66.6所示。所示。当向转向器供油流量减少时，动力转向控制阀当向转向器供油流量减少时，动力转向控制阀灵敏度下降，转向助力作用降低，转向力增加。灵敏度下降，转向助力作用降低，转向力增加。 在这一系统中，利用仪表板上的转换开在这一系统中，利用仪表板上的转换开关，驾驶员可以选择三种适应不同行驶条件的关，驾驶员可以选择三种适应不同行驶条件的转向力特性曲线，如转

8、向力特性曲线，如图图6.76.7所示。所示。 图6.6 流量控制式动力转向系统的构成 图6.7 三种适应不同行驶条件的转向力特性曲线 另外，另外，ECUECU还可根据转向角速度传感器输还可根据转向角速度传感器输出信号的大小，在汽车急转弯时，按照出信号的大小，在汽车急转弯时，按照图图6.86.8所示的转向力特性曲线实施最优控制。所示的转向力特性曲线实施最优控制。图图6.96.9所示为该系统旁通流量控制阀的结构示意图。所示为该系统旁通流量控制阀的结构示意图。在阀体内装有主滑阀在阀体内装有主滑阀2 2和稳压滑阀和稳压滑阀7 7，在主滑阀，在主滑阀的右端与电磁线圈柱塞的右端与电磁线圈柱塞3 3连接，主

9、滑阀与电磁连接，主滑阀与电磁线圈的推力成正比移动，从而改变主滑阀左端线圈的推力成正比移动，从而改变主滑阀左端流量主孔流量主孔1 1的开口面积。调整调节螺钉的开口面积。调整调节螺钉4 4可以调可以调节旁通流量的大小。节旁通流量的大小。 稳压滑阀的作用是保持流量主孔稳压滑阀的作用是保持流量主孔前后压差的稳定，以使旁通流量与流前后压差的稳定，以使旁通流量与流量主孔的开口面积成正比。量主孔的开口面积成正比。图6.8 汽车急转弯时的转向力特性曲线 图6.9 旁通流量控制阀的结构1流量主孔；2主滑阀；3电磁线圈柱塞；4调节螺钉；5电磁线圈；6节流孔；7稳压滑阀 当因转向负荷变化而使流量主孔前后压差当因转向

10、负荷变化而使流量主孔前后压差偏离设定值时，稳压滑阀阀芯将在其左侧弹簧偏离设定值时，稳压滑阀阀芯将在其左侧弹簧张力和右侧高压油压力的作用下发生滑移。如张力和右侧高压油压力的作用下发生滑移。如果压差大于设定值，则阀芯左移，使节流孔开果压差大于设定值，则阀芯左移，使节流孔开口面积减小，流入到阀内的液压油量减少，前口面积减小，流入到阀内的液压油量减少，前后压差减小；后压差减小； 如果压差小于设定值，则阀芯右移，使节如果压差小于设定值，则阀芯右移，使节流孔开口面积增大，流入到阀内的液压油量增流孔开口面积增大，流入到阀内的液压油量增多，前后压差增大。多，前后压差增大。 流量主孔前后压差的稳定，保证了旁通流

11、流量主孔前后压差的稳定，保证了旁通流量的大小只与主滑阀控制的流量主孔的开口面量的大小只与主滑阀控制的流量主孔的开口面积有关。积有关。 如如图图6.106.10所示为日产蓝鸟轿车流量控制式所示为日产蓝鸟轿车流量控制式动力转向系统电路图。动力转向系统电路图。 系统中系统中ECUECU的基本功能是接收车速传感器、的基本功能是接收车速传感器、转向角速度传感器及变换开关的信号，以控制转向角速度传感器及变换开关的信号，以控制旁通流量控制阀的电流，并具有故障自诊断功旁通流量控制阀的电流，并具有故障自诊断功能。能。 流量控制式电子控制动力转向系统是一流量控制式电子控制动力转向系统是一种通过车速传感器信号调节向

12、动力转向装置供种通过车速传感器信号调节向动力转向装置供应压力油，改变压力油的输入。应压力油，改变压力油的输入。 输出流量，以控制转向力的大小。输出流量，以控制转向力的大小。 这种方法的优点是在原来液压动力转向这种方法的优点是在原来液压动力转向功能上再增加压力油流量控制功能，所以结构功能上再增加压力油流量控制功能，所以结构简单，成本较低。简单，成本较低。 但是，当流向动力转向机构的压力油降低但是，当流向动力转向机构的压力油降低到极限值时，对于快速转向会产生压力不足、到极限值时，对于快速转向会产生压力不足、响应较慢等缺点，故使它的推广应用受到限制。响应较慢等缺点，故使它的推广应用受到限制。 图6.

13、10 日产蓝鸟轿车流量控制式动力转向系统电路图 当控制单元、传感器、开关等电气系统发当控制单元、传感器、开关等电气系统发生故障时，安全保险装置能够确保与一般动力生故障时，安全保险装置能够确保与一般动力转向装置的功能相同。转向装置的功能相同。 6.1.2 6.1.2 反力控制式反力控制式EPSEPS1.1.系统组成及工作原理系统组成及工作原理 图图6.116.11所示为反力控制式动力转向系统的工作所示为反力控制式动力转向系统的工作原理图。原理图。 图6.11 反力控制式动力转向系统的工作原理图1泵；2储油箱；3分流阀；4扭力杆；5转向盘；6销；7转向阀杆；8控制阀阀体；9销；10销；11小齿轮轴

14、；12活塞；13动力缸；14齿条；15小齿轮；16柱塞；17油压反力室；18电磁阀 由图可见，系统主要由转向控制阀、分流阀、由图可见，系统主要由转向控制阀、分流阀、电磁阀、转向动力缸、转向油泵、储油箱、车速电磁阀、转向动力缸、转向油泵、储油箱、车速传感器传感器( (图中未画出图中未画出) )及电子控制单元及电子控制单元(ECU)(ECU)等组成。等组成。转向控制阀是在传统的整体转阀式动力转向控制转向控制阀是在传统的整体转阀式动力转向控制阀的基础上增设了油压反力室而构成的。阀的基础上增设了油压反力室而构成的。 扭力杆扭力杆的上端通过销子与转阀阀杆相连，下端与小齿轮的上端通过销子与转阀阀杆相连，下

15、端与小齿轮轴用销子连接。轴用销子连接。 小齿轮轴的上端通过销子与控制阀阀体相小齿轮轴的上端通过销子与控制阀阀体相连。连。 转向时，转向盘上的转向力通过扭力杆传转向时，转向盘上的转向力通过扭力杆传递给小齿轮轴。递给小齿轮轴。 当转向力增大，扭力杆发生扭转变形时，当转向力增大，扭力杆发生扭转变形时，控制阀体和转阀阀杆之间将发生相对转动，于控制阀体和转阀阀杆之间将发生相对转动，于是就改变了阀体和阀杆之间油道的通、断和工是就改变了阀体和阀杆之间油道的通、断和工作油液的流动方向，从而实现转向助力作用。作油液的流动方向，从而实现转向助力作用。 分流阀的作用把来自转向油泵的液压油分流阀的作用把来自转向油泵的

16、液压油向控制阀一侧和电磁阀一侧进行分流。向控制阀一侧和电磁阀一侧进行分流。 按照车速和转向要求，改变控制阀一侧按照车速和转向要求，改变控制阀一侧与电磁阀一侧的油压，确保电磁阀一侧具有稳与电磁阀一侧的油压，确保电磁阀一侧具有稳定的液压油流量。定的液压油流量。 固定小孔的作用是把供给转向控制阀的一固定小孔的作用是把供给转向控制阀的一部分流量分配到油压反力室一侧。部分流量分配到油压反力室一侧。电磁阀的作用是根据需要，将油压反力室一侧电磁阀的作用是根据需要，将油压反力室一侧的液压油流回储油箱。的液压油流回储油箱。 ECUECU根据车速的高低线性控制电磁阀的开根据车速的高低线性控制电磁阀的开口面积。口面

17、积。 当车辆停驶或速度较低时，当车辆停驶或速度较低时，ECUECU使电磁线使电磁线圈的通电电流增大，电磁阀开口面积增大，经分圈的通电电流增大，电磁阀开口面积增大，经分流阀分流的液压油，通过电磁阀重新回流到储油流阀分流的液压油，通过电磁阀重新回流到储油箱中，所以作用于柱塞的背压箱中，所以作用于柱塞的背压( (油压反力室压力油压反力室压力) )降低。降低。 于是柱塞推动控制阀转阀阀杆的力于是柱塞推动控制阀转阀阀杆的力( (反力反力) )较小，因此只需要较小的转向力就可使扭力杆扭较小，因此只需要较小的转向力就可使扭力杆扭转变形，使阀体与阀杆产生相对转动而实现转向转变形，使阀体与阀杆产生相对转动而实现

18、转向助力作用。助力作用。 当车辆在中、高速区域转向时，当车辆在中、高速区域转向时，ECUECU使电使电磁线圈的通电电流减小，电磁阀开口面积减小。磁线圈的通电电流减小，电磁阀开口面积减小。 所以，油压反力室的油压升高，作用于柱所以，油压反力室的油压升高，作用于柱塞的背压增大，于是柱塞推动转阀阀杆的力增塞的背压增大，于是柱塞推动转阀阀杆的力增大。大。 此时需要较大的转向力才能使阀体与阀杆此时需要较大的转向力才能使阀体与阀杆之间作相对转动之间作相对转动( (相当于增加了扭力杆的扭转刚相当于增加了扭力杆的扭转刚度度) )，而实现转向助力作用。，而实现转向助力作用。 所以在中、高速时可使驾驶员获得良好的

19、所以在中、高速时可使驾驶员获得良好的转向手感和转向特性。转向手感和转向特性。 2. 2. 反力控制式动力转向系统实反力控制式动力转向系统实例例 如如图图6.126.12所示为丰田汽车公司所示为丰田汽车公司“马克马克”型车用反力控制式动力转向系统结构图。型车用反力控制式动力转向系统结构图。 图图6.136.13所示为转向控制阀所示为转向控制阀( (增设了反增设了反力油压控制阀和油压反力室力油压控制阀和油压反力室) )的结构。的结构。 图图6.146.14所示为电磁阀的结构及其特性曲所示为电磁阀的结构及其特性曲线。线。 输入到电磁阀中的信号是通、断脉冲信输入到电磁阀中的信号是通、断脉冲信号，改变信

20、号占空比号，改变信号占空比( (信号导通时间所占的比信号导通时间所占的比例例) )就可以控制流过电磁阀线圈平均电流值的就可以控制流过电磁阀线圈平均电流值的大小。大小。 当车速升高时，受输出电流特性的限当车速升高时，受输出电流特性的限制，输入到电磁阀线圈的平均电流值减小，所制，输入到电磁阀线圈的平均电流值减小，所以电磁阀的开度也减小。以电磁阀的开度也减小。图6.12 丰田“马克”型反力控制式动力转向系统结构图6.13 反力控制式转向控制阀的结构1扭杆；2回转阀；3油压反力室；4柱塞；5控制阀轴(a) (b)图6.14 电磁阀的结构及其特性曲线 这样，根据车速的高、低就可以调整这样，根据车速的高、

21、低就可以调整油压室反力，从而得到最佳的转向操纵力。油压室反力，从而得到最佳的转向操纵力。 图图6.156.15所示为流量控制式动力转向系所示为流量控制式动力转向系统与反力控制式动力转向系统转向特性的对比。统与反力控制式动力转向系统转向特性的对比。 从图中可以看出，反力控制式动力转从图中可以看出，反力控制式动力转向系统的转向还是比较理想的。向系统的转向还是比较理想的。 停车摆放及车辆低速时的转向操纵力停车摆放及车辆低速时的转向操纵力比较小，而中、高速时又具有转向力手感适宜比较小，而中、高速时又具有转向力手感适宜的特性。的特性。 反力控制式动力转向系统根据车速大小，反力控制式动力转向系统根据车速大

22、小，控制反力室油压，从而改变输入、输出增益幅控制反力室油压，从而改变输入、输出增益幅图6.15 两种动力转向特性的比较 度以控制转向力。度以控制转向力。 其优点表现在，具有较大的选择转向其优点表现在，具有较大的选择转向力的自由度，转向刚度大，驾驶员能感受到路力的自由度，转向刚度大，驾驶员能感受到路面情况，可以获得稳定的操作手感等。面情况，可以获得稳定的操作手感等。 其缺点是结构复杂，且价格较高。其缺点是结构复杂，且价格较高。6.1.3 6.1.3 阀灵敏度控制式阀灵敏度控制式EPS EPS 阀灵敏度控制式阀灵敏度控制式EPSEPS是根据车速控制电是根据车速控制电磁阀，直接改变动力转向控制阀的油

23、压增益磁阀，直接改变动力转向控制阀的油压增益( (阀灵敏度阀灵敏度) )来控制油压的。来控制油压的。 这种转向系统结构简单、部件少、价这种转向系统结构简单、部件少、价格便宜，而且具有较大的选择转向力的自由度。格便宜，而且具有较大的选择转向力的自由度。 这样，根据车速的高、低就可以调整油压室反力，从而得到最佳的转向操纵力。 图6.15所示为流量控制式动力转向系统与反力控制式动力转向系统转向特性的对比。 从图中可以看出，反力控制式动力转向系统的转向还是比较理想的。 停车摆放及车辆低速时的转向操纵力停车摆放及车辆低速时的转向操纵力比较小，而中、高速时又具有转向力手感适宜比较小，而中、高速时又具有转向

24、力手感适宜的特性。的特性。 反力控制式动力转向系统根据车速大小，反力控制式动力转向系统根据车速大小，控制反力室油压，从而改变输入、输出增益幅控制反力室油压，从而改变输入、输出增益幅 与反力控制式转向相比，转向刚性差，与反力控制式转向相比，转向刚性差，但可以最大限度提高原来的弹性刚度来加以克但可以最大限度提高原来的弹性刚度来加以克服，从而获得自然的转向手感和良好的转向特服，从而获得自然的转向手感和良好的转向特性。性。 图图6.166.16所示为所示为8989型地平线牌轿车所采型地平线牌轿车所采用的阀灵敏度可变控制式动力转向系统。用的阀灵敏度可变控制式动力转向系统。 该系统对转向控制阀的转子阀做了

25、局该系统对转向控制阀的转子阀做了局部改进，并增加了电磁阀、车速传感器和电子部改进，并增加了电磁阀、车速传感器和电子控制单元等。控制单元等。 (1) (1) 转子阀一般在圆周上形成转子阀一般在圆周上形成6 6条或条或8 8条沟糟，条沟糟，各沟槽利用阀部外体，与泵、动力缸、电磁阀各沟槽利用阀部外体，与泵、动力缸、电磁阀及油箱连接。及油箱连接。(a)系统示意图 (b)转子阀图6.16 地平线牌轿车采用的阀灵敏度可变控制式动力转向系统 图图6.176.17所示为实际的转子阀结构断面所示为实际的转子阀结构断面图。图。 图图6.186.18所示为阀部的等液压回路图，转所示为阀部的等液压回路图，转子阀的可变

26、小孔分为低速专用小孔子阀的可变小孔分为低速专用小孔(1R(1R、1L1L、2R2R、2L)2L)和高速专用小孔和高速专用小孔(3R(3R、3L)3L)两种，在高两种，在高速专用可变孔的下边设有旁通电磁阀回路，其速专用可变孔的下边设有旁通电磁阀回路，其工作过程如下：工作过程如下： 当车辆停止时，电磁阀完全关闭。当车辆停止时，电磁阀完全关闭。 如果此时向右转动转向盘，则高灵敏度低如果此时向右转动转向盘，则高灵敏度低速专用小孔速专用小孔1R1R及及2R2R在较小的转向扭矩作用下即在较小的转向扭矩作用下即可关闭，转向液压泵的高压油液经可关闭，转向液压泵的高压油液经1L1L流向转向流向转向动力缸右腔室，

27、其左腔室的油液经动力缸右腔室，其左腔室的油液经3L3L、2L2L流回流回储油箱。储油箱。 图6.17 转子阀及电磁阀结构断面图1动力缸；2电磁阀；3油箱；4泵图6.18 阀部的等效液压回路图 所以，此时具有轻便的转向特性。所以，此时具有轻便的转向特性。 而且施加在转向盘上的转向力矩越大，而且施加在转向盘上的转向力矩越大，可变小孔可变小孔1L1L、2L2L的开口面积越大，节流作用就的开口面积越大，节流作用就越小，转向助力作用越明显。越小，转向助力作用越明显。 随着车辆行驶速度的提高，在电子控随着车辆行驶速度的提高，在电子控制单元的作用下，电磁阀的开度也线性增加。制单元的作用下，电磁阀的开度也线性

28、增加。 如果向右转动转向盘，则转向液压泵如果向右转动转向盘，则转向液压泵的高压油液经的高压油液经1L1L、3R3R旁通电磁阀流回储油箱。旁通电磁阀流回储油箱。 此时，转向动力缸右腔室的转向助力此时，转向动力缸右腔室的转向助力油压就取决于旁通电磁阀和灵敏度低的高速专油压就取决于旁通电磁阀和灵敏度低的高速专用可变孔用可变孔3R3R的开度。的开度。 车速越高，在电子控制单元的控制下，车速越高，在电子控制单元的控制下，电磁阀的开度越大，旁路流量越大，转向助力电磁阀的开度越大，旁路流量越大，转向助力作用越小；作用越小； 当转向力增大时，当转向力增大时，3R3R的开度逐渐减小，的开度逐渐减小，转向助力作用

29、也随之增大。转向助力作用也随之增大。 由此可见，阀灵敏度控制式动力转向由此可见，阀灵敏度控制式动力转向系统可使驾驶员获得非常自然的转向手感和良系统可使驾驶员获得非常自然的转向手感和良好的速度转向特性。好的速度转向特性。 所以具有多工况的转向特性如所以具有多工况的转向特性如图图6.18(c)6.18(c)所示。所示。 在车速不变的情况下，施加在转向盘在车速不变的情况下，施加在转向盘上的转向力越小，高速专用小孔上的转向力越小，高速专用小孔3R3R的开度越大，的开度越大，转向助力作用也越小；转向助力作用也越小； 图6.18 阀部的等效液压回路图 从低速到高速的过渡区间，由于电磁从低速到高速的过渡区间

30、，由于电磁阀的作用，按照车速控制可变小孔的油量，因阀的作用，按照车速控制可变小孔的油量，因而可以按顺序改变特性。而可以按顺序改变特性。 (2) (2) 电磁阀如电磁阀如图图6.176.17所示的电磁阀结构图，该所示的电磁阀结构图，该阀设有按控制上下流量的旁通油道，是可变的阀设有按控制上下流量的旁通油道，是可变的节流阀。节流阀。 在低速时向电磁线圈通以最大的电流，在低速时向电磁线圈通以最大的电流，使可变孔关闭，随着车速升高，依次减小通电使可变孔关闭，随着车速升高，依次减小通电电流，可变孔开启；电流，可变孔开启； 在高速时，开启面积达到最大值。在高速时，开启面积达到最大值。 该阀在左右转向时，油液

31、流动的方向该阀在左右转向时，油液流动的方向可以逆转，所以在上下流动方向中，可变小孔可以逆转，所以在上下流动方向中，可变小孔必须具有相同的特性。必须具有相同的特性。 为了确保高压时流体有效作用于阀，为了确保高压时流体有效作用于阀，必须提供稳定的油压控制。必须提供稳定的油压控制。(3) (3) 电子控制单元接收来自车速传感器的信号，电子控制单元接收来自车速传感器的信号，控制向电磁阀和电磁线圈输出电流。控制向电磁阀和电磁线圈输出电流。 如如图图6.196.19所示为控制系统的回路图。所示为控制系统的回路图。 图6.17 转子阀及电磁阀结构断面图1动力缸；2电磁阀；3油箱；4泵6.2 6.2 电动式电

32、子控制动力转向系统电动式电子控制动力转向系统 液压式动力转向系统由于工作压力和液压式动力转向系统由于工作压力和工作灵敏度较高，外廓尺寸较小，因而获得了工作灵敏度较高，外廓尺寸较小，因而获得了广泛的应用。广泛的应用。 在采用气压制动或空气悬架的大型车辆上，在采用气压制动或空气悬架的大型车辆上，也有采用气压动力转向的。也有采用气压动力转向的。 但这类动力转向系统的共同缺点是结但这类动力转向系统的共同缺点是结构复杂、消耗功率大、容易产生泄漏、转向力构复杂、消耗功率大、容易产生泄漏、转向力不易有效控制等。不易有效控制等。 近年来随着微机在汽车上的广泛应用，近年来随着微机在汽车上的广泛应用，出现了电动式

33、电子控制动力转向系统，简称电出现了电动式电子控制动力转向系统，简称电动式动式EPSEPS。6.2.1 6.2.1 电动式电动式EPSEPS的组成、原理与特点的组成、原理与特点 电动式电动式EPSEPS通常由转矩传感器、车速传通常由转矩传感器、车速传感器、电子控制单元感器、电子控制单元(ECU)(ECU)、电动机和电磁离、电动机和电磁离合器等组成，如合器等组成，如图图6.206.20所示。所示。 上述部件的主要参数见上述部件的主要参数见表表6-16-1。 EPS EPS系统中各部件的配置、结构与各系统中各部件的配置、结构与各种汽车的设计相适应的特点如下：种汽车的设计相适应的特点如下：(1) Mi

34、ra(1) Mira车上，转矩传感器与传动齿轮是分车上，转矩传感器与传动齿轮是分开的。开的。 电动机和减速机合为一体，安装在与传电动机和减速机合为一体，安装在与传动齿轮相对的齿条箱上，电动机的驱动力直接动齿轮相对的齿条箱上，电动机的驱动力直接传给齿条轴，控制件安装在司机助手侧的仪表传给齿条轴，控制件安装在司机助手侧的仪表盘盘图6.19 控制系统电路图 图6.20 电动式EPS的组成1转向盘；2输入轴；3ECU；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扭力杆；11扭矩传感器；12转向齿轮 项 目规 格电动机励磁方式额定电压/V额定转矩/(Nm)额定电流A永磁铁励磁式

35、DC0.9830电磁离合器形式额定电压/V额定电阻/额定传递转矩/(Nm)干式单片电磁式DC1219.5(20)1.18(15V，20)转矩传感器额定电压/V额定输出电压/V全电阻/52.5(中立时)2.180.66车速传感器输出特性/V内阻/9.5(1000r/min)165(20)电动助力转向控制件控制方式额定电压/V，工作电压范围/V微机控制(8位)12DC10，DC16表6-1 EPS系统的主要参数(Minica) 背板上，如背板上，如图图6.216.21所示。所示。(2) (2) 在奥拓在奥拓(Alto)(Alto)牌车上，转矩传感器、电动牌车上，转矩传感器、电动机和减速机合为一个整

36、体，装在转向柱上，电机和减速机合为一个整体，装在转向柱上，电磁离合器装在电动机的输出端旁，控制件装在磁离合器装在电动机的输出端旁，控制件装在司机座位下。司机座位下。(3) (3) 在在MinicaMinica车上，转矩传感器、电动机、减车上，转矩传感器、电动机、减速机与离合器仍是合为一个整体，用以驱动传速机与离合器仍是合为一个整体，用以驱动传动轴，控制件装在司机助手侧的机罩下。动轴，控制件装在司机助手侧的机罩下。 电动式电动式EPSEPS是利用电动机作为助力源，是利用电动机作为助力源，根据车速和转向参数等，由根据车速和转向参数等，由ECUECU完成助力控制，完成助力控制，其原理可概括如下：其原

37、理可概括如下： 当操纵转向盘时，装在转向盘轴上的转当操纵转向盘时，装在转向盘轴上的转矩矩图6.21 Mira车上EPS的布置 1制动开关；2转矩传感器(主、辅助)；3发动机转速信号；4车速传感器；5减速机；6电动机；7蓄电池；8计算机 传感器不断地测出转向轴上的转矩信号，该信传感器不断地测出转向轴上的转矩信号，该信号与车速信号同时输入到号与车速信号同时输入到ECUECU。 ECU ECU根据这些输入信号，确定助力转矩根据这些输入信号，确定助力转矩的大小和方向，即选定电动机的电流和转向，的大小和方向，即选定电动机的电流和转向，调整转向辅助动力的大小。调整转向辅助动力的大小。 电动机的转矩由电磁离

38、合器通过减速电动机的转矩由电磁离合器通过减速机构减速增扭后，加在汽车的转向机构上，得机构减速增扭后，加在汽车的转向机构上，得到一个与汽车工况相适应的转向作用力。到一个与汽车工况相适应的转向作用力。 电动式电动式EPSEPS有许多液压式动力转向系有许多液压式动力转向系统所不具备的优点：统所不具备的优点：(1) (1) 将电动机、离合器、减速装置、转向杆等将电动机、离合器、减速装置、转向杆等部件装配成一个整体，这既无管道也无控制阀，部件装配成一个整体，这既无管道也无控制阀，使其结构紧凑、质量减轻，一般电动式使其结构紧凑、质量减轻，一般电动式EPSEPS的的质量比液压式质量比液压式EPSEPS质量轻

39、质量轻25%25%左右。左右。(2) (2) 没有液压式动力转向系统所必须的常运转没有液压式动力转向系统所必须的常运转式转向液压泵，电动机只是在需要转向时，才式转向液压泵，电动机只是在需要转向时，才接通电源，所以动力消耗和燃油消耗均可降到接通电源，所以动力消耗和燃油消耗均可降到最低。最低。(3) (3) 省去了油压系统，所以不需要给转向液压省去了油压系统，所以不需要给转向液压泵补充油，也不必担心漏油。泵补充油，也不必担心漏油。(4) (4) 可以比较容易地按照汽车性能的需要设置、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。修改转向助力特性。6.2.2 6.2.2 电动式电动式EPS

40、EPS主要部件的结构及工作原理主要部件的结构及工作原理1. 1. 转矩传感器转矩传感器 转矩传感器的作用是测量转向盘与转向转矩传感器的作用是测量转向盘与转向器之间的相对转矩，以作为电动助力的依据之器之间的相对转矩，以作为电动助力的依据之一。一。 图图6.226.22所示为无触点式转矩传感器的所示为无触点式转矩传感器的结构及工作原理图。结构及工作原理图。 在输出轴的极靴上分别绕有在输出轴的极靴上分别绕有A A、B B、C C、D D四个线圈，转向盘处于中间位置四个线圈，转向盘处于中间位置( (直驶直驶) )时，时，扭力杆的纵向对称面正好处于图示输出轴极靴扭力杆的纵向对称面正好处于图示输出轴极靴A

41、CAC、BDBD的对称面上。的对称面上。 当在当在U U、T T两端加上连续的输入脉冲电压两端加上连续的输入脉冲电压信号信号U Ui i时由于通过每个极靴的磁通量相等，所时由于通过每个极靴的磁通量相等，所以在以在V V、W W两端检测到的输出电压信号两端检测到的输出电压信号U Uo o=0=0。(a) (b)图6.22 无触点式转矩传感器的结构及工作原理图 转向时，由于扭力杆和输出轴极靴之转向时，由于扭力杆和输出轴极靴之间发生相对扭转变形，极靴间发生相对扭转变形，极靴A A、D D之间的磁阻增之间的磁阻增加，加，B B、C C之间的磁阻减少，各个极靴的磁通量之间的磁阻减少，各个极靴的磁通量发生

42、变化，于是在发生变化，于是在V V、W W之间就出现了电位差。之间就出现了电位差。 其电位差与扭力杆的扭转角和输入电其电位差与扭力杆的扭转角和输入电压压U Ui i成正比。成正比。 所以，通过测量所以，通过测量V V、W W两端的电位差就两端的电位差就可以测量出扭力杆的扭转角，于是也就知道了可以测量出扭力杆的扭转角，于是也就知道了转向盘施加的转矩。转向盘施加的转矩。 图图6.236.23所示为滑动可变电阻式转矩传所示为滑动可变电阻式转矩传感器的结构。感器的结构。 它是将负载力矩引起的扭力杆角位移转它是将负载力矩引起的扭力杆角位移转换换为电位器电阻的变化，并经滑环传递出来作为为电位器电阻的变化，

43、并经滑环传递出来作为转矩信号。转矩信号。 图6.23 滑动可变电阻式 转矩传感器的结构1小齿轮；2滑环；3轴；4扭矩；5输出端；6外壳；7电位计 2. 2. 电动机电动机 电动式电动式EPSEPS用电动机与启动用直流电动用电动机与启动用直流电动机原理上基本相同，但一般采用永久磁场。机原理上基本相同，但一般采用永久磁场。 最大电流一般为最大电流一般为30A30A，电压为，电压为DC 12VDC 12V，额定转矩为额定转矩为10N10Nm m左右。左右。 转向助力用直流电动机需要正、反转控转向助力用直流电动机需要正、反转控制，制，图图6.246.24所示为一种比较简单适用的控制电所示为一种比较简单

44、适用的控制电路。路。 a a1 1、a a2 2为触发信号端。为触发信号端。 当当a a1 1端得到输入信号时，晶体管端得到输入信号时，晶体管VTVT3 3导通，导通，VTVT2 2得到基极电流而导通，电流经得到基极电流而导通，电流经VTVT2 2、电动、电动图6.24 直流电动机正反转控制电路 机机M M、VTVT3 3、搭铁而构成回路，于是电动机正转。、搭铁而构成回路，于是电动机正转。 当当a a2 2端得到输入信号时，电流则经端得到输入信号时，电流则经VTVT1 1、M M、VTVT4 4、搭铁而构成回路，电动机因电流方向相反、搭铁而构成回路，电动机因电流方向相反而反转。而反转。 控制触

45、发信号端电流的大小，就可以控制触发信号端电流的大小，就可以控制通过电动机电流的大小。控制通过电动机电流的大小。3. 3. 电磁离合器电磁离合器 如如图图6.256.25所示为单片干式电磁离合器所示为单片干式电磁离合器的工作原理图。的工作原理图。 当电流通过滑环进入电磁离合器线圈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，带花键的压板被吸时，主动轮产生电磁吸力，带花键的压板被吸引与引与图6.25 单片干式电磁离合器的工作原理图1滑环；2线圈；3压板；4花键；5从动轴；6主动轮；7滚动轴承主动轮压紧，于是电动机的动力经过轴、主动主动轮压紧，于是电动机的动力经过轴、主动轮、压板、花键、从

46、动轴传递给执行机构。轮、压板、花键、从动轴传递给执行机构。 电动式电动式EPSEPS一般都设定一个工作范围。一般都设定一个工作范围。 如当车速达到如当车速达到45km/h45km/h时，就不需要辅时，就不需要辅助动力转向，这时电动机就停止工作。助动力转向，这时电动机就停止工作。 为了不使电动机和电磁离合器的惯性为了不使电动机和电磁离合器的惯性影响转向系统的工作，离合器应及时分离，以影响转向系统的工作，离合器应及时分离，以切断辅助动力。切断辅助动力。 另外，当电动机发生故障时，离合器另外，当电动机发生故障时，离合器会自动分离，这时仍可利用手动控制转向。会自动分离，这时仍可利用手动控制转向。 4.

47、 4. 减速机构减速机构 减速机构是电动式减速机构是电动式EPSEPS不可缺少的部件。不可缺少的部件。 目前，实用的减速机构有多种组合方目前，实用的减速机构有多种组合方式，一般采用蜗轮蜗杆与转向轴驱动组合式，式，一般采用蜗轮蜗杆与转向轴驱动组合式，也有的采用两级行星齿轮与传动齿轮组合式。也有的采用两级行星齿轮与传动齿轮组合式。 为了抑制噪声和提高耐久性，减速机为了抑制噪声和提高耐久性，减速机构中的齿轮有的采用特殊齿形，有的采用树脂构中的齿轮有的采用特殊齿形，有的采用树脂材料制成。材料制成。6.2.3 6.2.3 电动式电动式EPSEPS实实例例 如如图图6.266.26所示为奥拓所示为奥拓(A

48、lto)(Alto)牌汽车牌汽车电动式电动式EPSEPS配件布置图。配件布置图。 该系统由转矩传感器、车速传感器、该系统由转矩传感器、车速传感器、ECUECU、电动机和减速机构组成。电动机和减速机构组成。 转矩传感器转矩传感器( (滑动可变电阻型滑动可变电阻型) )、电动、电动机和机和 减速机构制成一个整体，如减速机构制成一个整体，如图图6.276.27所示，所示，安装在转向柱上。安装在转向柱上。 电磁离合器安装在电动机的输出端旁，电磁离合器安装在电动机的输出端旁，ECUECU安装在司机座位下面。安装在司机座位下面。图6.26 奥拓(Alto)牌汽车电动式EPS布置图1车速传感器；2转矩传感器

49、；3减速机构；4电动机和离合器；5发电机；6转向齿轮；7发动机转速传感器；8蓄电池；9ECU 图图6.286.28所示为奥拓所示为奥拓(Alto)(Alto)牌汽车用转矩牌汽车用转矩传感器的结构。传感器的结构。 当转向系统工作时，施加在转向盘上当转向系统工作时，施加在转向盘上的转向力经输入轴、扭杆传递给输出轴，扭杆的转向力经输入轴、扭杆传递给输出轴，扭杆的扭曲变形使输入轴与输出轴之间发生相对扭的扭曲变形使输入轴与输出轴之间发生相对扭转。转。 与此同时滑块沿轴向移动，控制臂将与此同时滑块沿轴向移动，控制臂将滑块的轴向移动变换成电位器的旋转角度，即滑块的轴向移动变换成电位器的旋转角度，即将转矩值变

50、换成电压量，并输入到电子控制单将转矩值变换成电压量，并输入到电子控制单元。元。图6.27 奥拓(Alto)牌汽车电动式EPS内部结构1转矩传感器；2控制臂；3传感器轴；4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 (a)传感器结构 (b)转向盘右转时 (c)转向盘在中间位置时 (d)转向盘左转时图6.28 奥拓(Alto)牌汽车用转矩传感器的结构1、10控制臂；2电位器；3滑块；4环座；5、12钢球；6输出轴；7扭杆；8输入轴；9扭矩传感器；11钢球槽；13心轴旋转方向；14控制臂旋转方向；15滑块滑动方向 当转向盘处于中间位置时，传感器的当转向盘处于中间

51、位置时，传感器的输出电压为输出电压为2.5V2.5V； 当转向盘向右旋转时，传感器的输出当转向盘向右旋转时，传感器的输出电压大于电压大于2.5V2.5V； 转矩传感器的输出特性曲线如转矩传感器的输出特性曲线如图图6.296.29所所示。示。 当转向盘向左旋转时，传感器的输出当转向盘向左旋转时，传感器的输出电压小于电压小于2.5V2.5V。 因此，因此，ECUECU根据传感器输出电压的高低，根据传感器输出电压的高低，就可以判定转向盘的转动方向和转动角度。就可以判定转向盘的转动方向和转动角度。 图图6.306.30所示为奥拓所示为奥拓(Alto)(Alto)牌汽车电动牌汽车电动式式EPSEPS控制

52、框图，其控制内容如下所述：控制框图，其控制内容如下所述： 图6.29 转矩传感器的输出特性曲线 图6.30 奥拓(Alto)汽车电动式EPS控制框图1. 1. 电动机电流控制电动机电流控制 ECU ECU根据转向力矩和车速信号确定并控根据转向力矩和车速信号确定并控制电动机的驱动电流的方向和大小，使其在每制电动机的驱动电流的方向和大小，使其在每一种车速下都可以得到最优化的转向助力转矩。一种车速下都可以得到最优化的转向助力转矩。2. 2. 速度控制速度控制 当车速高于当车速高于43km/h43km/h到到52km/h52km/h时，停时，停止对电动机供电的同时，使电动机内的电磁离止对电动机供电的同

53、时，使电动机内的电磁离合器分离，按普通转向控制方式工作，以确保合器分离，按普通转向控制方式工作，以确保行车安全。行车安全。3. 3. 临界控制临界控制 这是为了保护系统中的电动机及控制这是为了保护系统中的电动机及控制组件而设的控制项目。组件而设的控制项目。 在转向器偏转至最大在转向器偏转至最大( (即临界状态即临界状态) )时，时，由于此时电动机不能转动，所以流入电动机的由于此时电动机不能转动，所以流入电动机的电流达最大值。电流达最大值。 为了避免持续的大电流使电动机及控为了避免持续的大电流使电动机及控制组件发热损坏，每当较大电流连续通过制组件发热损坏，每当较大电流连续通过30s30s后，系统

54、就会控制电流使之逐渐减小。后，系统就会控制电流使之逐渐减小。 当临界控制状态解除后，控制系统就当临界控制状态解除后，控制系统就会再逐渐增大电流，一直达到正常的工作电流会再逐渐增大电流，一直达到正常的工作电流值为止。值为止。4. 4. 自诊断和安全控制自诊断和安全控制 该系统的电子控制单元具有故障自诊断该系统的电子控制单元具有故障自诊断功能，当电子控制单元检测到系统存在故障时功能，当电子控制单元检测到系统存在故障时即会显示出相应的故障码，以便采取相应的措即会显示出相应的故障码，以便采取相应的措施。施。 当检测出系统的基本部件如转矩传感当检测出系统的基本部件如转矩传感器、电动机、车速传感器等出现故

55、障而导致系器、电动机、车速传感器等出现故障而导致系统处于严重故障的情况下，系统就会使电磁离统处于严重故障的情况下，系统就会使电磁离合器断开，停止转向助力控制，确保系统安全、合器断开，停止转向助力控制，确保系统安全、可靠。可靠。 6.3 6.3 电子控制动力转向系统故障诊断和检修电子控制动力转向系统故障诊断和检修 电子控制动力转向系统一般都具有故电子控制动力转向系统一般都具有故障自诊断功能，以监测、诊断系统的工作情况。障自诊断功能，以监测、诊断系统的工作情况。 当系统出现故障时，电子控制单元将当系统出现故障时，电子控制单元将其故障信息以代码形式显示出来，以使维修人其故障信息以代码形式显示出来，以

56、使维修人员快速、准确地判断出故障类型及故障部位。员快速、准确地判断出故障类型及故障部位。 下面以米拉下面以米拉(Mira)(Mira)轿车电动式轿车电动式EPSEPS系统为例介绍电子控制动力转向系统的故系统为例介绍电子控制动力转向系统的故障自诊断测试方法。障自诊断测试方法。1. 1. 警告灯的检查警告灯的检查 当点火开关处于当点火开关处于ONON位时，警告灯位时，警告灯应点亮，发动机启动后警告灯熄灭为正常。应点亮，发动机启动后警告灯熄灭为正常。 警告灯不亮时，检查灯泡是否损坏，警告灯不亮时，检查灯泡是否损坏，熔丝和导线是否断路。熔丝和导线是否断路。 若发动机启动后，警告灯仍亮时，首若发动机启动

57、后，警告灯仍亮时，首先应考虑该系统是否处于保险状态先应考虑该系统是否处于保险状态( (只有常规只有常规转向工作，无电动助力转向工作，无电动助力) )，并通过其自诊断系，并通过其自诊断系统进行必要的检查。统进行必要的检查。发动机启动后警告灯熄灭为正常。发动机启动后警告灯熄灭为正常。 警告灯不亮时，检查灯泡是否损坏，警告灯不亮时，检查灯泡是否损坏，熔丝和导线是否断路。熔丝和导线是否断路。 若发动机启动后，警告灯仍亮时，首若发动机启动后，警告灯仍亮时，首先应考虑该系统是否处于保险状态先应考虑该系统是否处于保险状态( (只有常规只有常规转向工作，无电动助力转向工作，无电动助力) )，并通过其自诊断系，并通过其自诊断系统进行必要的检查。统进行必要的检查。2. 2. 自诊断检查的操作自诊断检查的操作 将万用表直流电压挡的正测试棒接在将万用表直流电压挡的正测试棒