第17章电子控制动力转向系统

第17章电子控制动力转向系统

本章主要内容电子控制动力转向系统概述EHPS的结构与原理EPS的结构与原理EPS-ElectricPowerSteeringEHPS-ElectricHydraulicPowerSteering17.1概述

17.1.1电子控制动力转向系统的作用

动力转向系统是在驾驶员的控制下，借助于汽车发动机产生的液体压力或电动机驱动力来实现车轮转向，所以动力转向系统也称为转向动力放大装置。动力转向系统由于使转向操纵灵活、轻便，在设计汽车时对转向器结构形式的选择灵活性增大，能吸收路面对前轮产生的冲击等优点，因此动力转向系统在中型载货汽车，尤其在重型载货汽车上得到广泛使用。但是，传统的动力转向系统所设定的固定放大倍率不可能同时满足汽车在不同行驶工况下都有最佳助力作用的要求，因此，使汽车的转向盘操纵总不能达到令人满意的程度。17.1.1电子控制动力转向系统的作用

电子控制动力转向系统是根据车速、转向情况等对转向助力实施控制，使动力转向系统在不同的行驶条件下都有最佳的放大倍率：在低速时有较大的放大倍率，可以减轻转向操纵力，使转向轻便、灵活；在高速时则适当减小放大倍率，以稳定转向手感，提高高速行驶的操纵稳定性。发动机前置及前轮驱动式轿车其前轴负荷的增加使得转向轻便性也成为普遍关注的问题，由于电子控制动力转向系统不仅能很好地解决转向轻便与转向灵活的矛盾，还能提高行驶安全性和舒适性，因此，在轿车上使用电子控制动力转向系统已日渐增多。17.1.2电子控制动力转向系统的组成与分类

电子控制动力转向系统：机械转向机构、转向助力系统和电子控制系统组成。转向动力源不同可分为：液压式电子控制动力转向系统EHPS电动式电子控制动力转向系统EPS

17.1.2电子控制动力转向系统的组成与分类

液压式EHPS是在传统的液压动力转向系统的基础上增设了控制液体流量的电磁阀、车速传感器和电子控制单元等，电子控制单元根据检测到的车速信号，控制电磁阀，使转向动力放大倍率实现连续可调，从而满足高、低速时的转向助力要求。EHPS根据其控制方式的不同，又可分为流量控制式、反作用力控制式和阀灵敏度控制式三种形式。

目前主要采用流量控制式，其它两种非常少见。17.1.2电子控制动力转向系统的组成与分类电动式EPS利用直流电动机作为动力源，电子控制单元根据转向参数和车速等信号，控制电动机转矩的大小和转动方向。电动机的转矩由电磁离合器通过减速机构减速增矩后，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。电动式EPS按照其转向助力机构结构与位置的不同，又可分为转向轴助力式C型（Column)、转向器小齿轮助力式P型(Pinion)和齿条助力式R型(Rack）三种形式。汽车转向行驶时的工作状况：转动方向盘扭杆扭转变形滑阀偏转动力油缸左腔进入高压油，右腔与回油管路连通转向轮偏转转向齿轮与转向轴同向转动。动力转向装置的随动作用：（扭杆使阀芯和阀套位置变化引起）转向动力缸随转向盘工作或停止的特性。PABO整体式动力转向器17.2EHPS系统的结构与原理17.2.1流量控制式EHPS

以丰田凌志汽车上采用的流量控制式电控动力转向系统为例。系统主要由车速传感器、电磁阀、整体式动力转向控制阀、动力转向液压泵和电子控制单元等组成。电磁阀安装在通向转向动力缸活塞两侧油室的油道之间，当电磁阀的阀芯完全开启时，两油道就被电磁阀旁路。17.2.1流量控制式EHPS17.2.1流量控制式EHPSEPSECU根据车速传感器的信号，控制电磁阀阀针的开启程度，从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助力。当车速低很低时，控制器输出的控制信号脉冲占空比很小，通过电磁阀线圈的平均电流很小，电磁阀阀芯开启程度也很小，旁路液压油流量小，液压助力作用大，使转向盘操纵轻便。当车速提高时，控制器输出的控制信号脉冲占空比增大，使电磁阀线圈的平均电流增大，电磁阀阀芯的开启程度增大，旁路液压油流量增大，从而使液压助力作用减小，以增加转向盘的路感。17.2.2电动式电子控制动力转向系统的原理1．电动式EPS的组成与原理电动式EPS在机械转向机构的基础上，增加电动式助力机构、及转向助力控制系统。电动式EPS一例如图17-5所示。电动式EPS利用电动机作为助力源，EPSECU根据车速、转向力及转向角等参数，计算得到最佳的转向助力转矩，并向转向助力机构输出控制信号，实现最佳的转向助力控制。MAZADA3EHPS结构EHPS油泵总成EHPS控制策略17.2.2电动式电子控制动力转向系统的原理17.2.2电动式电子控制动力转向系统的原理电动式EPS的基本控制原理当操纵转向盘时，装在转向盘轴上的转向力矩传感器不断地测出转向轴上的转向力矩信号，该信号与车速信号同时输入到电子控制单元。电控单元根据这些输入信号，确定助力转矩的大小和方向，即选定电动机的电流大小和方向，调整转向辅助动力的大小。电动机的转矩由电磁离合器通过减速机构减速增矩后，加在汽车的转向机构上，使之得到一个与汽车工况相适应的转向作用力。17.2.2电动式电子控制动力转向系统的原理2．电动式EPS的特点①能耗低：电动式EPS只有转向时系统才工作，消耗较少的能量。因而与液压式动力转向系统相比，在各种行驶工况下均可节能80％～90％。②轻量化显著：电动式EPS无液压式EPS必须具有的液压缸、油泵、转阀、液压管道等部件，因此其结构紧凑、重量减轻、无油渗漏问题、系统易于布置。③优化助力控制特性：液压助力的增减有一定的滞后性，反应敏感性较差，随动性不够。电动式EPS由于采用电子控制，可以使转向系统的转向性能得到优化，增强随动性。④系统安全可靠：当电动式EPS出现故障时，可立即切断电动机与助力齿轮机构的动力传送，迅速转入人工-机械转向状态。17.2.2电动式电子控制动力转向系统的原理3．电动式EPS的类型转向轴助力式转向器小齿轮助力式齿条助力式17.2.2电动式电子控制动力转向系统的原理

①转向轴助力式。转向助力机构安装在转向轴上，电动机的动力经离合器、电动机齿轮传给转向轴的齿轮，然后经万向节及中间轴传给转向器。C-EPS17.2.2电动式电子控制动力转向系统的原理②转向器小齿轮助力式。转向助力机构安装在转向器小齿轮处。与转向轴助力式相比，可以提供较大的转向力，适用于中型车。这种助力形式的助力控制特性方面比较复杂。17.2.2电动式电子控制动力转向系统的原理③齿条助力式。如图17-7所示，转向助力机构安装在转向齿条处，电动机通过减速传动机构直接驱动转向齿条。与转向器小齿轮助力式相比，可以提供更大的转向力，适用于大型车。这种助力形式对原有的转向传动机构有较大改变。17.2.3电子控制动力转向系统部件结构1．转向力矩传感器

转向力矩传感器用于测定转向盘与转向器之间的转向力矩，其原理如图17-8所示。17.2.3电子控制动力转向系统部件结构17.2.3电子控制动力转向系统部件结构工作原理

在输出轴的极靴上分别绕有A、B、C、D四个线圈，连接成一个桥式回路。在线圈的U、T两端输入持续的脉冲电压Ui，当转向杆上的转矩为0时，定子与转子的相对转角为0，这时转子的纵向对称面处于图示定子AC、BD的对称平面上，每个极靴上的磁通量均相等，因而由线圈组成的电桥处于平衡状态，在V、w两端的电位差Uo为0。转向时，由于扭力杆与输出轴极靴之间发生相对的扭转变形，定子与转子之间产生角位移

。这时，极靴A、D间的磁阻增大，B、C间的磁阻减小，各极靴的磁通量产生了差别，使电桥失去平衡。于是，在V、W之间就出现电位差Uo。这个电位差与扭力杆的扭转角护和输入电压Ui成正比(Uo=k

Ui，k为比例系数)。由于扭转角参与作用于扭力杆上的转向力矩成比例，因此，由Uo就可获得转向盘的转向力矩。17.2.3电子控制动力转向系统部件结构EPS的另一种转向盘转向力矩传感器如图17-9所示。它将负载力矩所引起的扭力杆扭转角位移转换为电位计电阻的变化，并通过滑环将信号输出。17.2.3电子控制动力转向系统部件结构2．直流电动机直流电动机的原理与起动机电动机基本相同，通常采用永磁式电动机。电动机的输出转矩控制是通过控制其输入电流来实现，而电动机的正转和反转则是由ECU输出的正反转触发脉冲控制。图17-10是一种比较简单适用的控制电路。17.2.3电子控制动力转向系统部件结构

a1、a2为电动机正反转信号触发端，当a2端有触发信号输入时，V3导通，V2得到基极电流也导通，电流经V2、电动机M、V3到搭铁，电动机正转。当a1端有触发信号输入时，V4导通，V1得到基极电流也导通，电流经V1、电动机M、V4到搭铁，电动机反转。电动机的电流大小可由触发信号电流的大小控制。3．电磁离合器

EPS通常采用干式单片式电磁离合器，其原理如图17-11所示。装在电动机输出轴上的主动轮内装有电磁线圈，通过滑环引入电流。当离合器通电时，电磁线圈产生的电磁力使压板与主动轮端面压紧。于是，电动机的动力经主动轮、压板、花键、从动轴传递给减速机构。

4．减速机构电动式EPS减机构有多种组合方式，一般采用蜗轮蜗杆传动与转向轴驱动组合方式，也有采用两级行星齿轮传动与传动齿轮驱动组合方式(图17-12)。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，有的采用树脂材料制成。

电子机械转向，带随速助力

节能技术

运动特征曲线易于停车和移动主动缓冲奥迪TTR-EPS奥迪TTR-EPS机电式转向助力系统的优势：转向助力和减震调节程度由车速决定，在所有情况下都能获得最佳的转向轮感觉降低燃油消耗，因为系统只在需要的时候才消耗能量（节约0.1-0.2l/100km）在系统中没有液压油，因此也就不存在泄露的问题它具有具有主动回正辅助和修正功能，以达到直线保持能力奥迪TTR-EPS转向助力程度受转向扭矩、转向角度及变化率、驱动型式、发动机转速、车速的影响，这些数据通过车辆CAN总线系统提供给系统控制单元蜗轮机构非同步电机控制单元扭矩传感器车速EPS控制单元异步电机涡轮涡杆传动机构EPS-小齿轮转向角传感器转向角转向角速度转向力矩传感器转向力矩转向主动齿轮输入信号输出信号转向速度转向角J527-转向柱电控单元G85-转向角传感器15号接线柱D-点火开关J500-机电式转向装置控制单元转向力矩转向力矩传感器J285-组合仪表内的控制单元（带显示屏）车速指示灯控制电机控制转子转速转向速度发动机