汽车新技术配置-7电控动力转向与四轮转向系统

授人以鱼不如授人以渔 朱明工作室 现代汽车新配置实务 . 电控动力转向与四轮转向系统 7 主讲：朱明 高级技师、经济师 ,工程师 高级技能专业教师 汽车维修工高级考评员 授人以鱼不如授人以渔 朱明工作室 第七章 电控动力转向与四轮转向系统 第一节 概述 第二节 液压式电控动力转向系统 第三节 电动式电控动力转向系统 第四节 四轮转向控制系统（ 4WS） 授人以鱼不如授人以渔 朱明工作室 第七章 电控动力转向与四轮转向系统 第一节 概述 一、对转向系统的要求 二、动力转向系统的种类 三、传统动力转向系统的结构与工作原理 授人以鱼不如授人以渔 朱明工作室 一、对转向系统的要求 1 优越的操纵性 2 合适的转向力 3 平顺的回转性能 4 要有随动作用 5 减小从道路表面 传来的冲击 6 工作可靠 点击播放 授人以鱼不如授人以渔 朱明工作室 二、动力转向系统的种类 机械转向系统 按转向的能源不同 动力转向系统 传统动力转向系统 按控制方式不同 电子控制转向系统 授人以鱼不如授人以渔 朱明工作室 机械式液压动力转向系统 与电动助力转向系统 1.机械式的液压动力转向系统一般由液压泵、油管、压力 流量控制阀体、 v型传动皮带、储油罐等部件构成。 2.无论车是否转向，这套系统都要工作，而且在大转向车 速较低时，需要液压泵输出更大的功率以获得比较大的助力。 所以，也在一定程度上浪费了资源。 机械式液压助力转向系统由液压泵及管路和油缸组成，为 保持压力，不论是否需要转向助力，系统总要处于工作状态， 能耗较高，这也是耗资源的一个原因所在。 一般经济型轿车使用机械液压助力系统的比较多。 授人以鱼不如授人以渔 朱明工作室 三、传统动力转向系统的结构与工作原理 1传统液压动力转向系统的组成 2传统液压动力转向系统结构形式 3整体式液压动力转向系统的结构和工作原理 授人以鱼不如授人以渔 朱明工作室 三、传统动力 转向系统的结 构与工作原理 1. 传统液压动 力转向系统 传统液压动力 转向系统的组 成，如图 7-1所 示。 授人以鱼不如授人以渔 朱明工作室 1.传统液压动力转向系统的组成 传统液压动力转向系统的组成 转向液压泵 是将发动机产生的机械能 转变为驱动转向动力缸工作的液压能 ， 再将转 向动力缸驱动转向车轮 。 转向动力缸 是将转向液压泵提供的液 压能 ， 转变为驱动转向轮偏转的转向助力执行 元件 。 转向控制阀 是在驾驶员的操纵下控制 转向动力缸输出动力大小 、 方向和增力快慢 。 授人以鱼不如授人以渔 朱明工作室 液压动力转向系统示意图 授人以鱼不如授人以渔 朱明工作室 2.传统液压动力转向系统结构型式 根据机械转向器 、 转向动力缸 、 转向控制阀三者的布置和联系关系可分 为： 分开式 机械转向器 、 转向动力缸 、 转向控制阀三者分开布置 。 半分开式 机械转向器作为独立件 ， 而控制阀和动力缸组合成一个部件 。 授人以鱼不如授人以渔 朱明工作室 整体式 机械转向器和转向动力 缸设计成一体 ， 并与转向控制阀组装 在一起 。 整体式和半分开式按照转向控 制阀的形式不同可分为： 滑阀式 、 瓣阀式 、 转阀式 。 授人以鱼不如授人以渔 朱明工作室 整体式液压动力转向系统 授人以鱼不如授人以渔 朱明工作室 半分开式液压动力转向系统 授人以鱼不如授人以渔 朱明工作室 3.整体式液压动力转向系统的结构和工作原理 整体滑阀式液压动力转向系统 汽车直线行驶时的工作状态： 汽车右转弯时的工作状态： 汽车左转弯时的工作状态： 转向 “ 路感 ” 的产生： 整体瓣阀式液压动力转向系统 汽车直线行驶时的工作状态： 汽车右转弯时的工作状态： 汽车左转弯时的工作状态： 整体转阀式液压动力转向系统 转阀式转向控制阀的结构与工作原理 汽车行驶时转阀式转向控制阀的工作状态： 授人以鱼不如授人以渔 朱明工作室 整体滑阀式液压动力转向系统的结构和工作原理 l.转向操纵机构 2.转向控制阀 3.机械转向器与转向 动力缸总成 4.转向传动机构 5.转向油罐 6.转向油泵 R.转向动力缸右腔 L.转向动力缸左腔 授人以鱼不如授人以渔 朱明工作室 整体转阀式液压动力转向系统工作过程 授人以鱼不如授人以渔 朱明工作室 右转向时 授人以鱼不如授人以渔 朱明工作室 左转向时 授人以鱼不如授人以渔 朱明工作室 第二节 液压式电控动力转向系统 一、流量控制式 EPS 二、反力控制式 三、阀灵敏度控制式 EPS 授人以鱼不如授人以渔 朱明工作室 一、流量控制式 EPS 流量控制式 EPS 根据车速传感器信 号调解动力转向装置供应的压力油液 ， 改 变油液的输入输出流量 ， 以控制转向力 。 1.丰田凌志轿车电控动力转向系统 车速传感器； 电磁阀 。 授人以鱼不如授人以渔 朱明工作室 整体式动力转向控制阀 动力转向液压泵 电控单元 工作原理： 2.日产蓝鸟轿车电控动力转向系统： 结构特点： 在转向液压泵与转向机体之间设有旁通流 量控制阀 。 工作原理： 基本组成： 授人以鱼不如授人以渔 朱明工作室 二、反力控制式 反力控制式 根据车速大小控制反力室 油压 ， 从而改变输入输出增益幅度以控制转 向力 。 1.系统组成与工作原理 转向控制阀 具有油压反力室； 分流阀 分流控制阀和电磁阀的油液； 电磁阀 将油压反力室一侧的油压流回 储油箱 。 授人以鱼不如授人以渔 朱明工作室 组成 : 转向动力缸；转向液压泵； 储油箱；车速传感器 。 电控单元 根据车速控制电磁阀开口面积 。 2.反力控制式动力转向系统实例 丰田马 克 型电控动力转向系统 授人以鱼不如授人以渔 朱明工作室 三、阀灵敏度控制式 EPS 阀灵敏度控制式 EPS 根据车速控制电 磁阀 ， 直接改变动力转向控制阀的油压增益 （ 阀灵敏度 ） 来控制油压 。 1.转子阀 2.电磁阀 3.电控单元 授人以鱼不如授人以渔 朱明工作室 第三节 电动式电控动力转向系统 一、电动式电控动力转向系统的结 构与工作原理 二、电动式电控动力转向系统的控 制 授人以鱼不如授人以渔 朱明工作室 电动式电控动力转向系统 授人以鱼不如授人以渔 朱明工作室 机械式液压动力转向系统 与电动助力转向系统 电动助力转向系统 eps就是英文 electric power steering 的缩写 ,电动助力转向系统是汽车转向系统 的发展方向。该系统由电动助力机直接提 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。 授人以鱼不如授人以渔 朱明工作室 电动助力转向系统 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，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， 没有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。 授人以鱼不如授人以渔 朱明工作室 电动助力转向系统 技术优势 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 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。 授人以鱼不如授人以渔 朱明工作室 电动助力转向系统 主要结构 产品由转向传感装置、车速传感器、助力 机械装置、提供转向助力电机及微电脑控 制单元组成。 工作原理 微电脑控制单元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。 授人以鱼不如授人以渔 朱明工作室 电控动力转向系统 (EPS) 根据车速调整转向动力，即车速低时助 力大，车速高时助力 小，以提高驾驶的稳定性。当代汽车广泛采用电控 动力转向 系统。 EPS系统使用的机械部件与普通动力转向系统使用的部件基 本相同，只是在转向器上安装了电磁阀，在收音机下部装有 EPS控制单元。 控制单元根据汽车车速传感器信号控制电磁 阔，不通电时电磁阀打开 旁通，动力油泵输出高压油不进入 动力油缸而经旁通阔全部流回贮油 罐 ;电磁阀通人最大电流 时，动力油泵输出的高压油全部进入动力油缸。 EPS出现故障时按普通动力转向系统工作。 EPS系统根据输 入的传感器信号控制电磁阀的电流，从而控制旁通阀的开度， 调整进入转向器油缸的油量，转向动力液压压力、转向作用 力都是与车速对应的。 授人以鱼不如授人以渔 朱明工作室 一、电动式电控动力转向系统的 结构与工作原理 基本原理：操纵转向盘时扭矩传感器根 据输入力的大小产生相应电压信号 ， 由 此检测出操纵力大小 ， 同时根据车速传 感器产生的脉冲信号又可测出车速 ， 再 控制电动机电流 ， 形成适当转向助力 。 授人以鱼不如授人以渔 朱明工作室 一、电动式电控动力转向系统的结 构与工作原理 基本原理：操纵转向盘时扭矩传感器根据 输入力的大小产生相应电压信号，由此检 测出操纵力大小，同时根据车速传感器产 生的脉冲信号又可测出车速，再控制电动 机电流，形成适当转向助力。 1扭矩传感器 测量转向盘与转向器之 间的相对转矩作为电动助力的依据之一。 2电动机、离合器、减速机 授人以鱼不如授人以渔 朱明工作室 1.扭矩传感器 测量转向盘与转向器之间的相对转矩作为 电动助力的依据之一 。 无触点式结构 滑动可变电阻式 2.电动机 、 离合器 、 减速机构 直流电动机 电磁离合器 减速机构 授人以鱼不如授人以渔 朱明工作室 电动转向结构 组成：机械转向器、电动机、离合器、控制 装置、转矩传感器和车速传感器 . 授人以鱼不如授人以渔 朱明工作室 电动转向工作原理 扭矩 传感器 车速 传感器 电动机 转向助力 控制装置 授人以鱼不如授人以渔 朱明工作室 电动转向工作原理 电磁阔的作用是控制动力转向油量，电磁阀由弹 簧、活塞、柱塞等 组成。 EPS控制单元根据输入 的车速信号进行流量控 制。当点火开关转到 ON 档，电磁阀工作，向土推动柱塞，与活塞相接 触 ; 当向上推力大于弹簧力时，活塞向上移 ;当车速 上升时，通过电磁阔的电流减少，活塞被弹簧作 用向下移动。当活塞向上移动时，关闭回油 孔， 压力油全部进入转向器旋转阀中。当活塞向下移 动时，打开回油 孔，部分压力油通过旋转阅旁通 孔流回贮油罐。 授人以鱼不如授人以渔 朱明工作室 电动转向工作原理 动力转向油泵产生的压力油进入到旋转阀中，扭力杆被转向 轮旋 转时与产生的阻力作用下转动。当汽车以高速行驶时， 压力油通过电 磁阀上油道和回油孔回油。这时，由于弹簧力 作用下活塞推动柱塞向 下移动。压力油从旋转阀流到电磁阀， 再通过回油孔流回旋转阀，并通 过旋转阀与扭力杆形成的泄 油孔流回油箱。因此，由动力泵产生的油 压不影响驾驶员的 转向操作力。 当车速下降时，电磁阀电流增加，柱塞和活塞克服弹簧力向 上移 动，关小回油孔，使动力油泵产生的压力油作用在转向 控制阀中，减小驾驶员的操纵力。 授人以鱼不如授人以渔 朱明工作室 二、电动式电控动力转向系统的控制 1.控制电路 2.故障诊断与安全保护 授人以鱼不如授人以渔 朱明工作室 电控动力转向系统的故障诊断与排除 （ 1）怠速时原地转动转向盘，转向盘抖动，或停车的骤 间转向盘抖动 该故障主要是工作油压过低造成的，而油压过低的 故障原因有下列几种。 油液液面过低。 油液内存有空气，储液罐内有气泡。 液泵皮带过松或沾有油液（快速转向时有较大的 皮带尖叫声，转向盘阻力陡增）。 溢流阀被卡滞。溢流阀应在泵体内滑动自如，如 阀卡滞，应用 1200金相砂纸沿周围方向打磨。还要注 意溢流阀端部的防松螺栓是否有松动，弹簧是否过软。 安全阀失效（弹簧坏或阀球被粘在开放状态）。 滑阀磨损，更换控制阀总成。 泵压不足或转向机构外部泄漏。 授人以鱼不如授人以渔 朱明工作室 泵压不足或转向机构外部泄漏。 检查动力转向机构外部泄漏点时，擦干净 动力转向系统外部的油迹，检查并拧紧所 有软管的接头，启动发动机，并使其快怠 速运转，支起前桥将转向盘以一个止端打 到另一个止端，打到止端时停留时间不要 超过 5s。随着油压的升高就能较快地查到 漏油部位。 授人以鱼不如授人以渔 朱明工作室 电控动力转向系统的故障诊断与排除 （ 2）转向盘自由行程过大 液压系统中有空气（油液中有乳化气泡） 动力转向系统内部泄漏，溢流阀或安全阀 失效。 出现这种故障，汽车无论是低速行驶还是中 高速行驶，若工作油压不足，均会使转向沉重。 授人以鱼不如授人以渔 朱明工作室 电控动力转向系统的故障诊断与排除 （ 3）左右转向轻重不同 滑阀偏离中间位置，滑阀两端预留缝隙不 等（应各预留 1mm）或滑阀台肩不等。 助力缸活塞一侧有空气。 滑阀通往助力缸侧的油管堵塞或高压油管 接头有漏损。 授人以鱼不如授人以渔 朱明工作室 电控动力转向系统的故障诊断与排除 （ 4）行驶中动力转向泵内有异响声 液压泵内有空气或形成真空。如油液液面过低，油中 有气泡，都会造成泵内有空气。油滤器堵塞，中高速时供油 不足，在泵内会形成真空。 皮带打滑，过松或沾有油污，快速转向时会发出尖叫 声。 （ 5）转向盘回位差 液压控制阀调整不当，油液严重氧化，滑阀被粘住或发 生卡滞，定位弹簧过软或损坏。 授人以鱼不如授人以渔 朱明工作室 电控动力转向系统的故障诊断与排除 （ 6）动力转向系统转向盘转矩的检查 转向盘转距检查的前提条件：储液罐 的液面高度正常、无气泡，皮带的张力正 常，汽车停在平坦干燥的路面上。让车辆 怠速运转，向左右止端打几次转向盘，然 后田到直线行驶的位置，用弹簧秤沿切线 方向拉动转向盘，转向轮刚开始转动时的 拉力应少于或等于 30N。否则应检查转向 油泵的压力是否正常。 授人以鱼不如授人以渔 朱明工作室 四轮转向控制系统（ 4WS） 一 、 4WS的转向特性 1 4WS低速时的转向特性 2 4WS高速时的转向特性 二 、 转向角比例控制 使转动方向的偏离足够小 1 系统组成 转向枢轴 4WS转换器 2 控制逻辑 转向角控制 2WS选择控制 安全性控制 授人以鱼不如授人以渔 朱明工作室 授人以鱼不如授人以渔 朱明工作室 授人以鱼不如授人以渔 朱明工作室 四轮转向控制系统（ 4WS） 四轮转向系统车辆转向时，后轮的旋转方 向与前轮相反，以时转弯半径尽可能小并 改善操纵特性，中速到高速客车的四轮转 向系统发展历史较短，该技术的应用主要 是改进操纵稳定性和转向响应性能， 授人以鱼不如授人以渔 朱明工作室 四轮转向控制系统（ 4WS） 轿车的四轮转向系统具有以下两个功能： 1、 高速行驶时，以与前轮相同的方向转动后 轮，减小整车的摇摆运动，从而改进转向 稳定性； 2、中低速行驶时，以与前轮相反 的方向转动后轮，时低速行驶时转弯半径 减小，中速行驶时转向响应性能得以改进。 授人以鱼不如授人以渔 朱明工作室 1、 4WS的基本原理 如图 1所示，转弯时，转弯中心位于前后轮纵向平面法线交 点处 P（ x0， y0），转弯半径按 PQ或 PO计算。当前后轮转 动方向相反时，汽车转弯半径最小，否则转弯半径增大。即 便是后轮不动，前轮转动，转弯半径也大于前后轮相反方向 转动的半径。 如图 2所示，后轮转角与前轮转角成一定的比例且方向一致 时，转向性能类似 2WS，但后轮以与前轮转动相同的方向 转动时，横摆速度减小，中高速行驶时，汽车的转向稳定性 和操纵能力均得以改善。 授人以鱼不如授人以渔 朱明工作室 授人以鱼不如授人以渔 朱明工作室 2、 4WS的分类 表 1所示为按汽车功能划分的 4WS控制类型，表 2为汽车结 构划分的 4WS控制类型。 最早的四轮转向系统是全机械式系统，这种系统是前轮转向 响应型系统，后轮转向角由前轮转向角决定。 电液式四轮转向系统可分为车速 /侧向加速度响应型和车速 / 前轮转向角 /转向盘速度响应型两种。图 3所示为车速响应型 的电液四轮转向电子控制系统。 授人以鱼不如授人以渔 朱明工作室 2、 4WS的分类 1.电液机械式四轮转向系统包括 车速 /前轮转向角响应型、 车速 /前轮转向角 /摇摆速度响应型、 机械液压型和电子液压型转向机构四种类型。 2.全电子式四轮转向系统是车速 /前轮转向角 /转向速度响应 型系统， 系统结构如图 4所示，该系统后轮的转动决定于车速、车轮 前轮转向角和转向盘转动速率，由带球螺旋杆齿条机构的直 流电机执行器控制，该系统可同时改善汽车高速稳定性、提 高转向盘快速转动下的转向响应并减小低速时的汽车转弯半 径。 授人以鱼不如授人以渔 朱明工作室 安装在大量生产车辆上的四轮转向控制系 统，可以分成以下 4类 横向加速度 车速感应型 微小转角控制 前轮转角 车速感应型 前轮转角感应型 大转角控制 前轮转角比例 车速感应型 授人以鱼不如授人以渔 朱明工作室 横向加速度 车速感应型 其结构是在前轮的动力转向器上，再安装一个 后轮专用的控制阀，产生一个大致与横向加速度 成比例的，与前轮转向器阻力相平衡的油压，把 该压力的油液送到后轮执行机构。在执行机构中， 如图 d-zx-37所示，装入高刚性弹簧，当与送来 的油压达到平衡状态时，输出杆便产生位移，从 而带动后轮开始转向。后轮转角与车速的关系， 如 d-zx-38所示，以横向加速为函数表示。 1.储油罐 2.泵 3.前动力缸 4.分配阀 5.后动力缸 6. 弹簧 7.控制器 8.电磁阀 图 d-zx-37 授人以鱼不如授人以渔 朱明工作室 2前轮转角，车速感应型 在该系统中，从油泵出来的油液直接流 入图 d-zx-39的电磁阀，车速传感器 10， 转角传感器 11分别将车速和前轮转角信号 输入计算机。按计算机指令，控制油液流 入后轮执行机构。其后轮转角特性见图 d- zx-40 授人以鱼不如授人以渔 朱明工作室 前轮转角感应型 为了把前轮转角传给后轮，在前轮齿轮 齿条式转向器的齿条轴上，安装了后轮转 向齿轮，其角位移，通过中间传动轴，传 给后轮转向器。后轮具有小转角同相转向， 大转角逆相转向的功能。在微小转向的高 速行驶时，形成了同相转向，获得了行驶 稳定性，在大转角转向的极低速行驶时， 变成逆相转向，获得了小半径转向性能。 授人以鱼不如授人以渔 朱明工作室 前轮转角比例车速感应型 在动力传至后轮转向轴之前，与前者 基本相同，但后轮的执行机构由相位控制 部分和动力补助部分构成。动力补助部分 以油压为动力，由后轮滑阀和动力缸构成。 相位控制部分能实现对后轮同相位或逆相 位的控制。 授人以鱼不如授人以渔 朱明工作室 1.系统组成 前轮转向操纵机构 后轮转向操纵机构 2.控制状态 大转向角控制 （ 机械控制 ） 小转向角控制 （ 电子式控制 ） .控制逻辑 车体侧滑角的零控制 受侧向风干扰时的控制 ABS工作时的控制 授人以鱼不如授人以渔 朱明工作室 授人以鱼不如授人以渔 朱明工作室 三 、 横摆角速度比例控制 授人以鱼不如授人以渔 朱明工作室 谢 谢 搜索： 朱明工作室 精采系列课件更多