第十章汽车电动助力转向系统

丄电动式电子控制动 力转向系统EPS ( ElectricPower Steering ) 第十章 汽车电动助力转向系统-机械式转向系统液压式动力转向系统一流量式控制EPS-动力转向系统-液压式电子控制动_ 力转向系统L反力式控制EPSEPS组成框图2电动助力转向系统由电动机直接提供转向助力，省去 了液压动力转向系统所必需的动力转向油泵、软管、液压 油、传送带和装于发动机上的皮带轮，既节省能量，又保 护了环境。另外，还具有调整简单、装配灵活以及在多种 状况下都能提供转向助力的特点。 第十章汽车电动助力转向系统1、电动式电子控制动力转向系统组成电动式电子控制动力转向系统通常由扭矩传感器、车速 传感器、电子控制单元（ECU）、电动机和电磁离合器等组 成（如图所示）。电动式EPS是利用电动机作为助力源，根 据车速和转向参数等，由电子控制单元完成助力控制。EPS组成框图2* 第十章汽车电动助力桂向系统玉S基本组成部件的结构（以丰田PRIUS轿车的EPS为例）1 转矩传感器；2 自动控制单元；3 转向控制单元；4 组合仪表；5 中心显示器；6 转向器；7 继电器；8 车轮速度传感器与转 子（前轮）；9 车轮速度传感器；10 混合动力控制单元；11 发动机控制单元； 第十章2、工作原理12 车轮速度传感器与转 子（后轮）ECU根据转向传感装置和车速传感器传出的信号，确 定转向助力的大小和方向，并驱动电机辅助转向操作。驾驶员在操纵方向盘进行转向时，转矩传感器检测到 转向盘的转向以及转矩的大小，将电压信号输送到电子控 制单元，电子控制单元根据转矩传感器检测到的转距电压 信号、转动方向和车速信号等，向电动机控制器发出指令, 使电动机输出相应大小和方向的转向助力转矩，从而产生 辅助动力。汽车不转向时，电子控制单元不向电动机控制器发出 指令，电动机不工作。4 第十章汽车电动助力转向系统6#09 8 电动式EPS的组成1 一转向盘。2入旃丹向籀” 3电子控4-电6转向肯条8转向9一姦出10扭力杆012-WrtJ*当操纵转向盘时，装在 转向盘轴上的扭矩传感器不断 地测出转向轴上的扭矩信号， 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，确定助力扭矩 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。电动机的扭矩由 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，使之得到一个与汽车工况 相适应的转向作用力。# 第十章#3、Ff,的类型1转向盘；2转向轴；3EPS ECU; 4电 动机；5电磁离合器；6转向齿条；7橫 拉杆8转向轮；9 输出轴；10扭力杆； 11_转矩传感器；12转向齿轮A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。# 第十章汽车电动助力转向系统A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 制特性方面比较氢冬- _杆；7车轮；8小齿轮；9扭力杆；10转向力矩传感器 第十章 汽车电动助力转向系统A齿条助力式：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。1转向盘；2转向轴；3EPS ECU; 4电动机；5齿 条；6拉杆；7车轮；8，J、齿轮；9扭力杆；10转 向力矩传感器；11斜齿轮；12螺杆螺母 第十章汽车电动助力转向系统间的相对转矩，以作为电动助力的依据之一。4、电动式EPS主要部件的结构及工作原理扭矩传感器 转矩传感器的作用是测量转向盘与转向器之电动机 最大电流一般为30A,电压为DC 12V,额定 转矩为10Nm左右。电磁离合器 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，以减速机构切断辅助动力。丄 第十章 汽车电动助力转向系统丿.转矩传感斋图示为无触点式转矩传感器的结构及工作原理图。在输出轴的极靴上分别绕有A、B、C、D四个线圈，转向 盘处于中间位置(直驶)时，扭力杆的纵向对称面正好处于图示 输出轴极靴AC、BD的对称面上。当在U、T两端加上连续,-的输入脉冲电压信号U i时由_nnj于通过每个极靴的磁通量相 拿，所以在v、w两端检测到z_(a)(b)无触点式转矩传感器的结构及工作原理图io 第十章汽车电动助力转向JR统转向时，由于扭力杆和输出轴极靴之间发生相 对扭转变形，极靴A、D之间的磁阻增加，B、C之间 的磁阻减少，各个极靴的磁通量发生变化，于是在V、 W之间就出现了电位差。11其电位差与扭力杆的扭转角和输入电压Ui成正比。所以，通过测量 V、W两端的电位差就 可以测量出扭力杆的 扭转角，于是也就知 道了转向盘施加的转 矩。滑动可变电阻式 转矩传感器的结构。 第十章汽车电动助力转向JR统它是将负载力矩引 起的扭力杆角位移转换 为电位器电阻的变化， 并经滑环传递出来作为 转矩信号。图6. 23滑动可变电阻式 转矩传感器的结构1卜齿轮；2滑环；3轴；44A矩；5输出端；6外売；7电位计电动式EPS用电动机与起动用直流电动机原理基本相同，但一般采用永久磁场。转向助力用直流电动机需要正、反转控制。al. a2为触发信号端。当al端得到输 入信号时，晶体管T3导通，T2得到基极电流 而导通，电流经T2、电动机M、T3、搭铁而 构成回路，于是电动机正转。当a2端得到输入信号时，电流则经T1 M、T4、扌答铁而构成回路，电动机因电流 方向相反而反转。图II电动机正反转控制电路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。133) 第十章电磁离合器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，带花键的压板被吸引与主动轮压紧，于是电动机的动力 经过轴、主动轮、压板、花键、从动轴传递给执行机构。电动式EPS般都设定一个工作范围。 如当车速达到45km/h时，就不需要辅助动 力转向，这时电动机就停止工作。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。图6.25原理图单片干式电磁离合器的工作1滑环；2线圈；3庄板；4花 犍；5从动轴；6主动轮；7滚珠轴承14 第十章汽车电动助力转向系统4）.减速机构减速机构是电动式EPS不可缺少的部件。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，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，减速机构中的齿轮有 的采用特殊齿形，有的采用树脂材料制成。15 第十章汽车电动助力转向系统5、技术优势1）节能环保由于发动机运转时：液压泵始终处于工作状态，液压转向系统使整个发动机燃油消耗量增加 了 3%5%,而EPS以蓄电池为能源，以电机为动力元 件，可独立于发动机工作，EPS几乎不直接消耗发动机 燃油。EPS不存在液压动力转向系统的燃油泄漏问题， EPS通过电子控制，对环境几乎没有污染，更降低了油 耗。2）安装方便 EPS的主要部件可以配集成在一起，易 于布置，与液压动力转向系统相比减少了许多元件，没 看液压系统所需要的油泵、油管、压力流量控制阀、储 油罐等，元件数目少，装配方便，节约时间。16 第十章汽车电动助力转向系统3）效率高 液压动力转向系统效率一般在60%70%, 而EPS的效率较高，可高达90%以上。4 ）路感好 传统纯液压动力转向系大多采用固定放 大倍数，上作驱动力大，但却不能实现汽车在各种车 速下驾驶时的轻便性和路感。而EPS系统的滞后特性可 以通过EPS控制器的软件加以补偿，使汽车在各种速度 下都能得到满意的转向助力。5）回正性好EPS系统结构简单，不仅操作简便，还可以通过调整EPS控制器的软件，得到最佳的回正性, 从而改善汽车操纵的稳定性和舒适性。 第十章汽车电动助力转向系统6、汽车电子转向系统的前景现有的EPS中，驱动转向轮进行转向的力由人力和电动 机助力两部分组成.随着技术的不段发展，未来的EPS将是全助力的电动转向系统.即：驱动转向轮转向的力完全由电动机提供，方向盘仅作为一个控制电机的信号发 生器由驾驶员操纵.目前国外研究最多的线控转向就是 一种全助力转向技术.汽车转向技术已经进入了电动助力时代，随着传感器,控制方式，助力电机等关键技术的不断进步和完善，以线控技术的应用为标志的全助力转向系统将成为汽车转向技术的焦点.这不仅是市场需求和技术推动的必然, 也是人类追求人与自然和谐之美的愿望在汽车领域的 具体表现.18