拓展模块转向系统新技术项目四转向系统的构造与拆装课件

拓展模块—转向系统新技术项目四转向系统的构造与拆装情景描述

随着汽车技术的快速发展，转向系统的功能特性优化也逐渐完善，系统电气化、集成化程度逐渐提高。未来，在自动驾驶相关技术以及绿色生活理念的推动下，汽车不仅仅是一个方便出行的交通工具，还会被赋予更多含义。而未来的汽车转向系统也一定是向着智能控制、节能环保以及更加安全舒适的方向靠近。转向系统新技术知识清单知识链接汽车转向系统发展过程电子控制动力转向系统四轮转向（4WS）一二三一、汽车转向系统的发展过程纯机械式转向系统(ManualSteering，MS)知识链接图4-5-1机械转向系统一、汽车转向系统的发展过程液压助力转向系统(HydraulicPowerSteering,HPS)知识链接图4-5-2液压助力转向系统一、汽车转向系统的发展过程液压助力转向系统(HydraulicPowerSteering,HPS)知识链接图4-5-3液压助力转向系统工作示意图一、汽车转向系统的发展过液压助力转向系统(HydraulicPowerSteering,HPS)知识链接图4-5-4液压助力转向系统工作示意图一、汽车转向系统的发展过程液压助力转向系统(HydraulicPowerSteering,HPS)知识链接液压动力转向系统-问题(1)操纵稳定性不足——高速运行时转向感变轻（2）浪费燃料——转向泵的工作要由发动机持续提供动力（3）构成复杂——车重量较大→浪费燃料,不利于加速–维修比较难→结构复杂，要很多时间一、汽车转向系统的发展过程电子控制动力转向系统(ElectricalPowerSteering，简称EPS)知识链接图4-5-5EPS性能要求一、汽车转向系统的发展过程电子控制动力转向系统(ElectricalPowerSteering，简称EPS)知识链接图4-5-6电子控制助力转向系统一、汽车转向系统的发展过程电子控制动力转向系统(ElectricalPowerSteering，简称EPS)知识链接图4-5-7电子助力转向系统工作示意图一、汽车转向系统的发展过程电子控制动力转向系统(ElectricalPowerSteering，简称EPS)知识链接图4-5-8液压动力和电动助力转向构成比较电子控制动力转向系统的组成知识链接图4-5-9电动助力转向系统的组成一、汽车转向系统的发展过程电子控制动力转向系统的组成知识链接图4-5-10Alto汽车电子控制动力转向系统的布置一、汽车转向系统的发展过程电子控制动力转向系统的组成、原理知识链接图4-5-11电动助力转向系统工作原理示意图一、汽车转向系统的发展过程电子控制动力转向系统的组成、原理知识链接转矩转向转矩传感器车速传感器车速电子控制器电动机转矩转向电流方向电磁离合器转向作用力调整转向的辅助动力一、汽车转向系统的发展过程图4-5-12电动助力转向系统组成、原理示意图电子控制动力转向系统的组成、原理知识链接图4-5-13电动助力转向系统转向力矩曲线图一、汽车转向系统的发展过程动力转向系统发展要求知识链接稳定性及轻便性随着汽车车速的提高,道路上行驶以及停车场上车辆密度的增加,要求提高汽车转向系的操纵稳定性及轻便性汽车在转向及低速行驶时,需要较大的力操纵转向盘,对于重型载货车更是如此。可以利用不同的机械加力装置,使作用在转向盘上较小的力增大,变成转动车轮的较大力矩,减轻操纵转向盘所需的力。然而在汽车高速行驶时,过轻的操纵力会降低操纵稳定性。当停车场内车辆密度大时,给汽车转向回旋的余地有限,要求汽车有更好的转向、倒车、拐弯的性能。一、汽车转向系统的发展过程电子控制动力转向系统(ElectricalPowerSteering，简称EPS)知识链接电子化及电动化技术的应用降低了转向系统的能量，改善了车辆的操纵稳定性能。为了进一步提高车辆的操纵稳定性和主动安全性，目前，主动转向系统(ActiveSteering,AS)、四轮转向系统(FourWheelSteering,4WS)等新技术正成为汽车电子零部件企业、整车企业、高校和研究机构的研究热点。转向系统的电子化为先进安全汽车(AdvancedSafetyVehicle，ASV)、辅助驾驶系统(DriverAssistanceSystems,DAS)和自主驾驶车辆AutonomousDrivingVehicle)提供了友好的人机界面和有效的转向执行机构，是汽车集成控制系统与智能汽车的重要组成。部分。一、汽车转向系统的发展过程概

述知识链接动力转向系应达到如下要求:①能有效减小操纵力,特别是停车时的转向操纵力。②转向灵敏性好。动力转向的灵敏度是指在转向器操纵下,转向助力器产生助力作用的快慢程度。助力作用快,转向就灵敏。③具有直线行驶的稳定性,转向结束时转向盘应可自动回正。驾驶员应有良好的“路感”。④要有随动作用。转向车轮的偏转角和驾驶员转动转向盘的转角保持一定的关系,并能使转向车轮保持在任一偏转角位置上。⑤工作可靠。当动力转向失效或发生故障时,应能保证通过人力转向进行转向操纵。二、电子控制动力转向系统知识链接一般说来，车速越低转向操纵越重，若采用固定的助力倍数，当低速下转向的操纵力减小到比较理想的程度时，则可能导致高速下操纵力过小、手感操纵力不明显，转向不稳定；反之，如果加大高速转向时的操纵力，则低速转向时的操纵力又过大。为了实现在各种转速下转向的都足最佳值，电子控制助力转向系统是最好的选择。它不但可以随行驶条件及时调整转向助力倍数，而且在结构上也远比单纯液力和气力式助力转向系统轻巧简便。通过电子控制动力转向系统，可使驾驶员在汽车低速行驶时转向轻便、灵活；在中、高速行驶时增加转向操纵力，使驾驶员的手感增强，从而可获得良好的转向路感和提高转向操纵的稳定性。二、电子控制动力转向系统概

述二、电子控制动力转向系统知识链接电动助力转向系统的优点图4-5-14动力转向系统燃料消耗示意图二、电子控制动力转向系统知识链接电动助力转向系统的优点二、电子控制动力转向系统知识链接电动助力转向系统的优点二、电子控制动力转向系统知识链接电力式(电子控制动力转向系统)的先进性：用车载微机来控制的电动动力转向装置,可完成比较复杂的调整工作；能减少发动机损耗、输出功率大、节油;能实现各种行驶条件下的转向盘获得最佳转向力;能实现系统的小型轻量化;目前,该系统已成为部分现代轿车的标准配置,可提高汽车的动力性、经济性和机动性。特别适合应用于小型轿车,得到迅速发展。电动助力转向系统的优点二、电子控制动力转向系统知识链接电动助力转向系统的主要功能图4-5-15主要功能示意图二、电子控制动力转向系统知识链接电动助力转向系统的主要零件图4-5-16主要零件二、电子控制动力转向系统知识链接电动助力转向系统的主要零件扭矩传感器(分相器型)扭矩传感器检测到扭转杆扭转变形，将其转变为电子信号并输出至EPSECU。转向主轴(输入轴)扭转杆分相器单元1小齿轮轴(输出轴)齿条轴分相器单元2至EPSECU图4-5-17扭矩传感器工作示意图二、电子控制动力转向系统知识链接电动助力转向系统的主要零件扭矩传感器(分相器型)扭矩传感器由分相器单元1、2及扭转杆组成转子部分的分相器单元1固定于转向主轴,转子部分的分相器单元2固定于小齿轮轴.转向主轴(输入轴)扭转杆分相器单元1(定子部分)分相器单元2(定子部分)分相器单元2

(转子部分)分相器单元1(转子部分)小齿轮轴(输出轴)图4-5-18扭矩传感器结构组成二、电子控制动力转向系统知识链接电动助力转向系统的主要零件扭矩传感器(分相器型)扭转杆扭转后使两个分相器单元产生一个相对角度。转向主轴(输入轴)小齿轮轴(输出轴)分相器单元2

(转子部分)分相器单元1(转子部分)图4-5-19分相器单元相对角度示意图二、电子控制动力转向系统知识链接电动助力转向系统的主要零件电动机(无电刷)电动机与齿条轴共轴,由转角传感器、定子及转子组成图4-5-20电机结构示意图齿条轴转子线圈定子磁体电动机转角传感器二、电子控制动力转向系统知识链接电动助力转向系统的主要零件电动机(无电刷)线圈定子带磁体转子转角传感器检测凸台齿条轴转角传感器图4-5-21电动机结构分解二、电子控制动力转向系统知识链接电动助力转向系统的主要零件减速机构电动机的转动传到滚珠式减速齿轮机构，经过滚珠及蜗杆传导齿条轴上齿条轴滚珠式减速齿轮转子滚珠式减速齿轮固定于转子滚珠图4-5-22减速机构示意图二、电子控制动力转向系统知识链接电动助力转向系统的主要零件减速机构滚珠在滚珠式减速齿轮机构内部经过导向进行循环滚珠式减速齿轮机构具有4个导引部件滚珠齿条轴滚珠式减速齿轮滚珠式减速齿轮机构转子导引部件导引部件滚珠式减速齿轮固定于转子上图4-5-23减速机构结构组成二、电子控制动力转向系统知识链接电动助力转向系统的主要零件转角传感器(分相器型)通过检测电动机的旋转角度防止扭矩波动图4-5-24转角传感器输出信号二、电子控制动力转向系统知识链接转向力矩与转向助力输出电流之间的关系图4-5-25转向力矩与转向助力输出电流关系图解EPS运作二、电子控制动力转向系统知识链接转向力矩与转向助力输出电流之间的关系。图4-5-26电机电流的控制逻辑EPS运作二、电子控制动力转向系统知识链接EPS运作转向操作力（N.m）图4-5-27电机电流与转向操作力关系图二、电子控制动力转向系统知识链接项目功能基本控制根据转向力矩值及车速大小计算得到所需输出电流控制电动机运转惯性补偿控制当驾驶员开始操作方向盘时改善电动机的启动效果转向复位控制当方向盘从极限位置向回转动时，EPS提供复位助力控制衰减控制当车辆高速过弯时调节助力输出，以防止车身出现较大摇摆变压器增压控制对EPSECU的电压进行增压，当驾驶员未对方向盘进行任何操作时或车辆保持直线行驶时该电压保持在0伏。当驾驶员对方向盘进行操作时根据负载大小以27~34伏的电压对输出助力进行可变控制系统过热保护控制根据电流大小及其作用时间估计电动机温度。如果温度超出规定范围系统将对输出电流进行限制，以防止电动机过热EPS控制包括如下功能EPS运作二、电子控制动力转向系统知识链接EPS运作图4-5-28CV6CEPS三、四轮转向(WheelsSteeringSystem,简称4WS)知识链接

传统前轮转向系统，低速时的机动性和高速时的操纵稳定性较差。为了改善整车的转向特性和响应特性，低速时改善车辆的机动性，高速时改善车辆的稳定性，四轮转向控制开始出现。（4WS）概

述三、四轮转向(WheelsSteeringSystem,简称4WS)知识链接四轮转向：汽车在转向时，4个车轮都可相对车身主动偏转，使之起到转向作用，以改善汽车的转向机动性能。功能：确保车辆良好的操纵性和稳定性，即有效控制车辆的横向运动特性,以充分保证车辆的操纵稳定性。概

述三、四轮转向(WheelsSteeringSystem,简称4WS)知识链接与前轮转向(2WS)相比,4WS具有如下优点:①直线行驶稳定性好。高速行驶或者在侧向风力作用时,后轮和前轮转弯方向相同,有助于减少车辆侧滑或扭摆,完成操纵。对平衡车辆在超车、变道、或躲避不平路面时的反应均有帮助,提高了车辆的操纵稳定性。②改善低速时的操纵轻便性,提高机动性。低速行驶时,后轮转弯方向与前轮相反,车辆转弯半径大大减小,因而更易操纵。③转向能力强,转向响应快,可以显著提高车辆的转向性能。车辆在高速行驶或在湿滑路面上的转向特性更加稳定,且对转向输入的响应更迅速更准确。概

述三、四轮转向(WheelsSteeringSystem,简称4WS)知识链接概

述图4-5-29四轮转向与前轮转向比较三、四轮转向(WheelsSteeringSystem,简称4WS)知识链接按后轮转向机构控制和驱动方式机械式液压式电控机械式电控液压式电控电动式转角传感型车速传感型按照前后轮偏转角和车速之间的关系指前轮和后轮的偏转角度之间存在着一定的因变关系,即后轮可以按前轮偏转方向做同向偏转,也可以做反向偏转。是根据事先设计的程序规定当车速达到某一预定值时(通常为35～40km/h),后轮能与前轮同方向偏转,当低于某一预定值时,则与前轮反方向偏转。概

述三、四轮转向(WheelsSteeringSystem,简称4WS)知识链接目前使用最广泛的4WS系统为电控液压式，主要用于前轮采用液压助力转向系统的汽车中。电控液压式四轮转向系统图4-5-30电动四轮转向系统布置示意图三、四轮转向(WheelsSteeringSystem,简称4WS)知识链接图4-5-31马自达4WS车速感应式电子控制四轮转向系统的组成马自达4WS应用实例三、四轮转向(WheelsSteeringSystem,简称4WS)知识链接转向操纵后转向传动轴车速传感器车速转向控制单元

ECU后轮转向系统控制箱步进电动机控制阀杆的形成方向和行程锥齿轮旋转转动控制叉叠加切换控制阀油路动力杆控制后轮转向马自达4WS应用实例图4-5-32马自达4WS工作原理三、四轮转向(WheelsSteeringSystem,简称4WS)知识链接马自达4WS车速感应式电子控制四轮转向系统的控制特性当车速低于35km/h时,后轮被置于与前轮转向相反的逆相位;当车速等于35km/h时,后轮处于中立位置;当超过35km/h时,后轮与前轮的转向相位相同。图4-5-33车速与转向比的关系曲线马自达4WS应用实例三、四轮转向(WheelsSteeringSystem,简称4WS)知识链接车速传感器车速转向控制单元ECU控制元件步进电动机实现控制特性转动控制叉转角转向特性：低速时逆向转向，高速时同向转向。转向角比例控制：后轮转角和转向盘转角成比例变化。图4-5-34马自达4WS控制元件马自达4WS应用实例三、四轮转向(WheelsSteeringSystem,简称4WS)知