新能源汽车辅助系统课件

新能源汽车技术第8章新能源汽车的辅助系统Jul,2014新能源汽车技术第8章新能源汽车的辅助系统Jul,20141新能源汽车技术，FacultyofNewEnergyVehicles，Jul,2014第8章新能源汽车的辅助系统电动助力转向系统线控转向系统线控制动系统电控悬架系统和电动空调系统的特点组成和工作原理2新能源汽车技术，FacultyofNewEnerg新能源汽车技术，FacultyofNewEnergyVehicles，Jul,2014第8章新能源汽车的辅助系统8.1电动助力转向系统8.1.1概述1．设置助力转向系统的必要性人们对汽车转向系统提出了越来越高的要求：（1）良好的操纵性。（2）较高的转向灵敏度。（3）转向车轮的运动规律正确稳定。（4）具有良好的稳定操控性。（5）安全可靠性。3新能源汽车技术，FacultyofNewEnerg新能源汽车技术，FacultyofNewEnergyVehicles，Jul,2014第8章新能源汽车的辅助系统8.1电动助力转向系统2．助力转向系统的分类按转向系统有无助力可分为机械转向系和动力转向系两大类。动力转向系按传力介质的不同，可分为:液压动力转向气压动力转向电动式动力转向4新能源汽车技术，FacultyofNewEnerg新能源汽车技术，FacultyofNewEnergyVehicles，Jul,2014第8章新能源汽车的辅助系统8.1电动助力转向系统3．电动助力转向系统的由来和特点与液压和气压助力转向系统比较，EPS具有以下特点。（1）EPS能在各种行驶工况下提供最佳助力;（2）EPS只有在转向时电动机才提供助力;（3）EPS取消了油泵、传动带、带轮、液压软管、液压油及密封件等;（4）EPS没有液压回路，比液压助力系统更易调整和检测;（5）EPS不存在渗油问题，可大大降低维修成本，减小对环境的污染;（6）EPS与液压助力系统相比具有更好的低温工作性能。5新能源汽车技术，FacultyofNewEnerg新能源汽车技术，FacultyofNewEnergyVehicles，Jul,2014第8章新能源汽车的辅助系统8.1电动助力转向系统8.1.2EPS系统的基本组成EPS系统主要由三大部分组成:传感器（车速传感器、转矩传感器、转向角传感器）电子控制器ECU执行机构（电动机、电磁离合器、齿轮减速及其传动件）6新能源汽车技术，FacultyofNewEnerg新能源汽车技术，FacultyofNewEnergyVehicles，Jul,2014第8章新能源汽车的辅助系统8.1电动助力转向系统图8.1电动助力转向系统的基本组成7新能源汽车技术，FacultyofNewEnerg新能源汽车技术，FacultyofNewEnergyVehicles，Jul,2014第8章新能源汽车的辅助系统8.1电动助力转向系统1．转矩传感器和车速传感器转矩传感器是为了让EPS系统获知驾驶员的驾驶意图而设置的传感器。用于测量驾驶员作用在转向盘上的力矩大小和方向，转向盘转角的大小和方向。目前，采用较多的方案是在转向轴位置上加一个扭杆，通过测量扭杆的变形程度来测量扭矩。另一种方案是采用非接触式转矩传感器。8新能源汽车技术，FacultyofNewEnerg新能源汽车技术，FacultyofNewEnergyVehicles，Jul,2014第8章新能源汽车的辅助系统8.1电动助力转向系统图8.2非接触式转矩传感器9新能源汽车技术，FacultyofNewEnerg新能源汽车技术，FacultyofNewEnergyVehicles，Jul,2014第8章新能源汽车的辅助系统8.1电动助力转向系统2．电动机电动机就是执行控制指令的一个执行机构，电动机的功能就是根据控制指令输出合适的转动方向和合适的转动扭矩，输送给转向拉杆，以帮助驾驶员更加灵活、轻便、准确、稳定地完成转向的功能。EPS对电动机的要求是低转速大转矩、波动小、转动惯量小、尺寸小、质量轻，而且可靠性高、易于控制。永磁同步电机具有高功率、高功率因数和高转矩惯性比等优点，是EPS的理想电动机。10新能源汽车技术，FacultyofNewEnerg新能源汽车技术，FacultyofNewEnergyVehicles，Jul,2014第8章新能源汽车的辅助系统8.1电动助力转向系统3．减速机构减速机构的作用是减速增矩，即降低转速增加转矩，常采用蜗轮蜗杆机构和行星齿轮机构形式。有的EPS减速机构还配有离合器，装在减速机构一侧，当车速达到一定值时，已经不再需要助力转向，这时用离合器切断电机和减速系统的连接，EPS停止工作。当电动机发生故障时，离合器也自动分离，转向系统进入无助力机械转向模式工作。11新能源汽车技术，FacultyofNewEnerg新能源汽车技术，FacultyofNewEnergyVehicles，Jul,2014第8章新能源汽车的辅助系统8.1电动助力转向系统图8.3EPS减速机构与电机组合装置12新能源汽车技术，FacultyofNewEnerg新能源汽车技术，FacultyofNewEnergyVehicles，Jul,2014第8章新能源汽车的辅助系统8.1电动助力转向系统4．三种助力方式EPS通常有三种助力方式：转向柱助力式齿轮助力式齿条助力式13新能源汽车技术，FacultyofNewEnerg新能源汽车技术，FacultyofNewEnergyVehicles，Jul,2014第8章新能源汽车的辅助系统8.1电动助力转向系统转向柱助力式EPS的电动机固定在转向柱一侧，通过减速机构与转向轴相连，直接驱动转向轴助力转向。齿轮助力式EPS的电动机、减速机构与小齿轮相连，直接驱动齿轮助力转向。齿条助力式EPS的电动机和减速机构直接驱动齿条提供助力。14新能源汽车技术，FacultyofNewEnerg新能源汽车技术，FacultyofNewEnergyVehicles，Jul,2014第8章新能源汽车的辅助系统8.1电动助力转向系统图8.4EPS的三种助力方式15新能源汽车技术，FacultyofNewEnerg新能源汽车技术，FacultyofNewEnergyVehicles，Jul,2014第8章新能源汽车的辅助系统8.1电动助力转向系统8.1.3EPS系统的工作原理转矩传感器和车速传感器将采集到的信号经滤波放大处理后，输入电子控制器ECUECU通过运行其内部的控制算法，向执行机构发出指令，控制执行部件的动作。其工作过程为：当操纵方向盘时，转矩传感器产生与输入转向力矩相对应的电压信号，该信号与车速信号同时输入ECU，由ECU中的计算机系统运算处理后，确定其助力转矩的大小和方向，即选定电动机的驱动电流和方向，调整转向的辅助动力。电动机的转矩通过电磁离合器输出，再经减速机构减速增扭后，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。16新能源汽车技术，FacultyofNewEnerg新能源汽车技术，FacultyofNewEnergyVehicles，Jul,2014第8章新能源汽车的辅助系统8.1电动助力转向系统8.1.4电子控制器ECU及其控制策略电子控制器ECU的基本组成如图8.5所示，它包括RAM、ROM、单片机及与其相应的外围接口电路。外围接口电路主要包括整形放大输入接口电路、A/D转换器、D/A转换器、电流控制电路、驱动电路、故障诊断输出及稳压电源等。17新能源汽车技术，FacultyofNewEnerg新能源汽车技术，FacultyofNewEnergyVehicles，Jul,2014第8章新能源汽车的辅助系统8.1电动助力转向系统图8.5电子控制器ECU的基本组成框图18新能源汽车技术，FacultyofNewEnerg新能源汽车技术，FacultyofNewEnergyVehicles，Jul,2014第8章新能源汽车的辅助系统8.1电动助力转向系统图8.6ECU电流的控制逻辑19新能源汽车技术，FacultyofNewEnerg新能源汽车技术，FacultyofNewEnergyVehicles，Jul,2014第8章新能源汽车的辅助系统8.1电动助力转向系统由图8.6所示的控制逻辑曲线可以看出：随着方向盘力矩的增加，要求电动机电流增加，当方向盘力矩增加到一定程度时，在该车速范围内电动机电流维持不变；而随着车速的升高，电动机电流呈阶梯规律减小，并且随着车速的提高，其阶梯变化也越来越小。20新能源汽车技术，FacultyofNewEnerg新能源汽车技术，FacultyofNewEnergyVehicles，Jul,2014第8章新能源汽车的辅助系统8.1电动助力转向系统8.1.5EPS系统的优点EPS最为突出的优点是：该系统可在不更换系统硬件的情况下，提供改变控制器软件的设计，十分方便地调节系统的助力特性，使汽车能在不同的车速工况下获得所要求的助力特性。在汽车高速行驶时，要求助力系统能对转向系统有一种“反向”助力，即适当增加转向系统的阻尼。节省了能源的消耗。整个助力转向装置的质量大大减轻。EPS系统有助于四轮转向的实现，还能促进车辆悬架系统的发展。21新能源汽车技术，FacultyofNewEnerg新能源汽车技术，FacultyofNewEnergyVehicles，Jul,2014第8章新能源汽车的辅助系统8.2线控转向系统线控转向系统（SteeringByWireSystem，SBW）是继EPS后发展起来的新一代转向系统，具有比EPS操纵稳定性更好的特点。它在转向盘和转向轮之间不再采用机械连接，彻底摆脱传统转向系统所固有的限制，在给驾驶员带来方便的同时也提高了汽车的安全性。22新能源汽车技术，FacultyofNewEnerg新能源汽车技术，FacultyofNewEnergyVehicles，Jul,2014第8章新能源汽车的辅助系统8.2线控转向系统德国奔驰公司在1990年开始了前轮线控转向的研究，并将它开发的线控转向系统应用于概念车F400Carving上。日本KOYO也开发了线控转向系统。宝马汽车公司的概念车BMWZ22，应用了Steer-By-Wire技术，转向盘的转动范围减小到160°，使紧急转向时驾驶员的忙碌程度得到了很大降低。意大利Bertone设计开发的概念车“FILO”。雪铁龙越野车“C-Crosser”，DaimlerChrysler概念车“R129”。2003年，日本本田公司在纽约国际车展上推出了LexusHPX概念车。23新能源汽车技术，FacultyofNewEnerg新能源汽车技术，FacultyofNewEnergyVehicles，Jul,2014第8章新能源汽车的辅助系统8.2线控转向系统8.2.1线控转向系统的结构及工作原理1．线控转向系统的结构汽车线控转向系统主要由以下部分组成：转向盘模块前轮转向模块主控制器（ECU）自动防故障系统24新能源汽车技术，FacultyofNewEnerg新能源汽车技术，FacultyofNewEnergyVehicles，Jul,2014第8章新能源汽车的辅助系统8.2线控转向系统图8.7线控转向系统构成示意图25新能源汽车技术，FacultyofNewEnerg感谢您的关注FacultyofNewEnergyVehicles，Jul,2014感谢您的关注FacultyofNewEnergyVe26新能源汽车技术第8章新能源汽车的辅助系统Jul,2014新能源汽车技术第8章新能源汽车的辅助系统Jul,201427新能源汽车技术，FacultyofNewEnergyVehicles，Jul,2014第8章新能源汽车的辅助系统电动助力转向系统线控转向系统线控制动系统电控悬架系统和电动空调系统的特点组成和工作原理28新能源汽车技术，FacultyofNewEnerg新能源汽车技术，FacultyofNewEnergyVehicles，Jul,2014第8章新能源汽车的辅助系统8.1电动助力转向系统8.1.1概述1．设置助力转向系统的必要性人们对汽车转向系统提出了越来越高的要求：（1）良好的操纵性。（2）较高的转向灵敏度。（3）转向车轮的运动规律正确稳定。（4）具有良好的稳定操控性。（5）安全可靠性。29新能源汽车技术，FacultyofNewEnerg新能源汽车技术，FacultyofNewEnergyVehicles，Jul,2014第8章新能源汽车的辅助系统8.1电动助力转向系统2．助力转向系统的分类按转向系统有无助力可分为机械转向系和动力转向系两大类。动力转向系按传力介质的不同，可分为:液压动力转向气压动力转向电动式动力转向30新能源汽车技术，FacultyofNewEnerg新能源汽车技术，FacultyofNewEnergyVehicles，Jul,2014第8章新能源汽车的辅助系统8.1电动助力转向系统3．电动助力转向系统的由来和特点与液压和气压助力转向系统比较，EPS具有以下特点。（1）EPS能在各种行驶工况下提供最佳助力;（2）EPS只有在转向时电动机才提供助力;（3）EPS取消了油泵、传动带、带轮、液压软管、液压油及密封件等;（4）EPS没有液压回路，比液压助力系统更易调整和检测;（5）EPS不存在渗油问题，可大大降低维修成本，减小对环境的污染;（6）EPS与液压助力系统相比具有更好的低温工作性能。31新能源汽车技术，FacultyofNewEnerg新能源汽车技术，FacultyofNewEnergyVehicles，Jul,2014第8章新能源汽车的辅助系统8.1电动助力转向系统8.1.2EPS系统的基本组成EPS系统主要由三大部分组成:传感器（车速传感器、转矩传感器、转向角传感器）电子控制器ECU执行机构（电动机、电磁离合器、齿轮减速及其传动件）32新能源汽车技术，FacultyofNewEnerg新能源汽车技术，FacultyofNewEnergyVehicles，Jul,2014第8章新能源汽车的辅助系统8.1电动助力转向系统图8.1电动助力转向系统的基本组成33新能源汽车技术，FacultyofNewEnerg新能源汽车技术，FacultyofNewEnergyVehicles，Jul,2014第8章新能源汽车的辅助系统8.1电动助力转向系统1．转矩传感器和车速传感器转矩传感器是为了让EPS系统获知驾驶员的驾驶意图而设置的传感器。用于测量驾驶员作用在转向盘上的力矩大小和方向，转向盘转角的大小和方向。目前，采用较多的方案是在转向轴位置上加一个扭杆，通过测量扭杆的变形程度来测量扭矩。另一种方案是采用非接触式转矩传感器。34新能源汽车技术，FacultyofNewEnerg新能源汽车技术，FacultyofNewEnergyVehicles，Jul,2014第8章新能源汽车的辅助系统8.1电动助力转向系统图8.2非接触式转矩传感器35新能源汽车技术，FacultyofNewEnerg新能源汽车技术，FacultyofNewEnergyVehicles，Jul,2014第8章新能源汽车的辅助系统8.1电动助力转向系统2．电动机电动机就是执行控制指令的一个执行机构，电动机的功能就是根据控制指令输出合适的转动方向和合适的转动扭矩，输送给转向拉杆，以帮助驾驶员更加灵活、轻便、准确、稳定地完成转向的功能。EPS对电动机的要求是低转速大转矩、波动小、转动惯量小、尺寸小、质量轻，而且可靠性高、易于控制。永磁同步电机具有高功率、高功率因数和高转矩惯性比等优点，是EPS的理想电动机。36新能源汽车技术，FacultyofNewEnerg新能源汽车技术，FacultyofNewEnergyVehicles，Jul,2014第8章新能源汽车的辅助系统8.1电动助力转向系统3．减速机构减速机构的作用是减速增矩，即降低转速增加转矩，常采用蜗轮蜗杆机构和行星齿轮机构形式。有的EPS减速机构还配有离合器，装在减速机构一侧，当车速达到一定值时，已经不再需要助力转向，这时用离合器切断电机和减速系统的连接，EPS停止工作。当电动机发生故障时，离合器也自动分离，转向系统进入无助力机械转向模式工作。37新能源汽车技术，FacultyofNewEnerg新能源汽车技术，FacultyofNewEnergyVehicles，Jul,2014第8章新能源汽车的辅助系统8.1电动助力转向系统图8.3EPS减速机构与电机组合装置38新能源汽车技术，FacultyofNewEnerg新能源汽车技术，FacultyofNewEnergyVehicles，Jul,2014第8章新能源汽车的辅助系统8.1电动助力转向系统4．三种助力方式EPS通常有三种助力方式：转向柱助力式齿轮助力式齿条助力式39新能源汽车技术，FacultyofNewEnerg新能源汽车技术，FacultyofNewEnergyVehicles，Jul,2014第8章新能源汽车的辅助系统8.1电动助力转向系统转向柱助力式EPS的电动机固定在转向柱一侧，通过减速机构与转向轴相连，直接驱动转向轴助力转向。齿轮助力式EPS的电动机、减速机构与小齿轮相连，直接驱动齿轮助力转向。齿条助力式EPS的电动机和减速机构直接驱动齿条提供助力。40新能源汽车技术，FacultyofNewEnerg新能源汽车技术，FacultyofNewEnergyVehicles，Jul,2014第8章新能源汽车的辅助系统8.1电动助力转向系统图8.4EPS的三种助力方式41新能源汽车技术，FacultyofNewEnerg新能源汽车技术，FacultyofNewEnergyVehicles，Jul,2014第8章新能源汽车的辅助系统8.1电动助力转向系统8.1.3EPS系统的工作原理转矩传感器和车速传感器将采集到的信号经滤波放大处理后，输入电子控制器ECUECU通过运行其内部的控制算法，向执行机构发出指令，控制执行部件的动作。其工作过程为：当操纵方向盘时，转矩传感器产生与输入转向力矩相对应的电压信号，该信号与车速信号同时输入ECU，由ECU中的计算机系统运算处理后，确定其助力转矩的大小和方向，即选定电动机的驱动电流和方向，调整转向的辅助动力。电动机的转矩通过电磁离合器输出，再经减速机构减速增扭后，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。42新能源汽车技术，FacultyofNewEnerg新能源汽车技术，FacultyofNewEnergyVehicles，Jul,2014第8章新能源汽车的辅助系统8.1电动助力转向系统8.1.4电子控制器ECU及其控制策略电子控制器ECU的基本组成如图8.5所示，它包括RAM、ROM、单片机及与其相应的外围接口电路。外围接口电路主要包括整形放大输入接口电路、A/D转换器、D/A转换器、电流控制电路、驱动电路、故障诊断输出及稳压电源等。43新能源汽车技术，FacultyofNewEnerg新能源汽车技术，FacultyofNewEnergyVehicles，Jul,2014第8章新能源汽车的辅助系统8.1电动助力转向系统图8.5电子控制器ECU的基本组成框图44新能源汽车技术，FacultyofNewEnerg新能源汽车技术，FacultyofNewEnergyVehicles，Jul,2014第8章新能源汽车的辅助系统8.1电动助力转向系统图8.6ECU电流的控制逻辑45新能源汽车技术，FacultyofNewEnerg新能源汽车技术，FacultyofNewEnergyVehicles，Jul,2014第8章新能源汽车的辅助系统8.1电动助力转向系统由图8.6所示的控制逻辑曲线可以看出：随着方向盘力矩的增加，要求电动机电流增加，当方向盘力矩增加到一定程度时，在该车速范围内电动机电流维持不变；而随着车速的升高，电动机电流呈阶梯规律减小，并且随着车速的提高，其阶梯变化也越来越小。46新能源汽车技术，FacultyofNewEnerg新能源汽车技术，FacultyofNewEnergyVehicles，Jul,2014第8章新能源汽车的辅助系统8.1电动助力转向系统8.1.5EPS系统的优点EPS最为突出的优点是：该系统可在不更换系统硬件的情况下，提供改变控制器软件的设计，十分方便地调节系统的助力特性，使汽车能在不同的车速工况下获得所要求的助力特性。在汽车高速行驶时，要求助力系统能对转向系统有一种“反向”助力，即适当增加转向系统的阻尼。节省了能源的消耗。整个助力转向装置的质量大大减轻。EPS系统有助于四轮转向的实现，还能促