模块五现代汽车转向技术

现代汽车新技术概论第五章现代汽车转向技术复习提问：1、辛普森式行星齿轮机构和拉维奈尔赫式行星齿轮机构的结构和工作原理2、速比的计算方法。导入新课：在《汽车构造》课程中，我们介绍了汽车机械转向系统。随着科学技术的不断发展，传统的机械转向系统已经不能满足实际的需求，于是出现了各种新型的转向系统。电控动力转向系统，根据动力源不同可分为液压式电控动力转向系统(液压式EPS)和电动式电控动力转向系统(电动式EPS)。液压式EPS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。电动式EPS是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，控制电动机扭矩的大小和方向。第五章现代汽车转向技术【教学目标】掌握液压式EPS、电动式EPS的结构及工作原理和控制方法，四轮转向的工作原理和工作方法【教学要求】上一页下一页知识要点能力要求相关知识液压式EPS熟悉按不同分类方式得到的液压式EPS的基本原理流量控制式、反力控制式和阀灵敏度控制式的基本组成结构及工作原理电动式EPS熟悉电动式EPS的组成、原理与特点熟练掌握电动式EPS的基本原理，以及主要组成部件的原理四轮转向熟练掌握四轮转向原理和特点，重点掌握四轮转向系统的组成和原理分别理解和掌握转向角比例控制、横摆角速度比例控制和车速前馈控制的基本组成及控制系统第五章现代汽车转向技术5-1液压式EPS1、流量控制式EPS2、反力控制式EPS3、阀灵敏度控制式EPS5-2电动式EPS5-3四轮转向控制系统5.3.1转向角比例控制四轮转向系统5.3.2横摆角速度比例控制四轮转向系统5.3.3车速前馈控制四轮转向系统本章小结上一页下一页5-1液压式EPS液压式EPS根据控制方式的不同，可分为流量控制式、反力控制式和阀灵敏度控制式3种形式。1.流量控制式EPS流量控制式EPS是根据车速传感器信号，调节液压动力转向装置中油液的输入、输出流量和压力，来控制液压动力的大小的。一般是在液压动力转向系统上增加流量控制电磁阀、车速传感器、电子控制单元和控制开关等元件构成的，如图所示上一页下一页返回流量控制式动力转向系统（凌志轿车）1—动力转向油缸；2—电磁阀；3—动力转向控制阀；4—ECU；5—车速传感器上一页下一页返回流量控制式EPS可分为分流电磁阀控制式和旁通流量控制阀式。1)分流电磁阀控制式凌志轿车动力转向的基本原理如图所示，发动机驱动液压泵产生的液压油被送到控制阀。汽车直线行驶时，控制阀处于中间位置，液压油将流过控制阀进入泄流口并返回储液罐中。此时，动力缸活塞两边的压力相等，活塞不会向某一方移动；而当汽车转向时，转向主轴转向任何一方时，控制阀都会随之转动，并关闭一个液压通道，使另一个液压通道开得更大，液压油被送到活塞一侧，在活塞两侧形成压力差，把活塞推向压力小的一侧，起到转向助力的作用。(a)汽车直线行驶时(b)汽车转弯时上一页下一页返回凌志轿车电控动力转向系统在动力转向的基础上增加了分流电磁阀、电子控制单元、车速传感器等部件工作过程：汽车行驶时由车速传感器检测汽车速度，并转化为电信号送给电子控制单元，电子控制单元通过车速信号的大小来发出指令控制分流电磁阀电流的占空比，进而控制油道的开度大小，调节控制转向动力缸助力的大小控制的原则：车速较低时，所需的转向操纵力较小；车速较高时，转向所需的操纵力适当增大电子控制动力转向原理图电磁阀驱动信号电子控制动力转向电路2)旁通流量控制阀式日产蓝鸟轿车上曾使用的流量控制动力转向系统如下图所示。其特点是在普通液压动力转向系统的基础上增加旁通流量控制阀、车速传感器、转向角速度传感器、电子控制单元和控制开关等装置。在转向液压泵与转向机体之间设有旁通管路，由流量控制阀控制。蓝鸟轿车电子控制动力转向系统1—动力转向油罐；2—转向柱；3—转向角速度传感器；4—电子控制单元；5—转向角速度增幅传感器；6—旁通流量控制阀；7—电磁线圈；8—转向齿轮联动机构；9—液压泵电子控制单元根据车速传感器、转向角速度传感器和控制开关等信号和汽车的行驶状态，向旁通流量控制阀发出控制信号，控制阀控制旁通流量，调整向转向器供油流量的大小，进而调节液压活塞两侧的油压差，如右图所示。电子控制动力转向系统原理图主要部件的结构和工作原理如下旁通流量控制阀的结构1—流量主孔；2—主滑阀；3—电磁线圈柱塞；4—调节螺钉；5—电磁线圈；6—节流孔；7—稳压滑阀①旁通流量控制阀旁通流量控制阀如图所示，阀体内主要有主滑阀2和稳压滑阀7。主滑阀的右端与电磁线圈柱塞3连接，主滑阀在电磁线圈的作用力下移动，改变主滑阀左端的流量主孔1的流通面积调整调节螺钉4可以调节旁通流量的大小。稳压滑阀的作用是保持流量主孔前后压差的稳定。若转向负荷的变化使流量主孔前后压差偏离设定值(与稳压滑阀左侧弹簧压力相关)时，稳压滑阀将在其左侧弹簧压力和右侧油压的作用下发生滑移。如果压差大于设定值，则滑阀左移，使节流孔开口面积减小，流入到流量主孔的液压油量减少，前后压差减小；如果压差小于设定值，则滑阀右移，使节流孔开口面积增大，流人到流量主孔的液压油量增多，前后压差增大。流量主孔前后压差的稳定，确保了旁通流量的大小与主滑阀控制的流量主孔的开口面积相关。②转向角速度传感器转角速度传感器的安装位置和结构方向盘转向角速度传感器用于检测方向盘是否位于中间位置及方向盘的偏转方向度和偏转速度。常采用光电式转角速度传感器，结构和安装位置如图右所示。在方向盘的转向轴上装有一个带窄缝的遮光盘，窄缝呈等距均匀分布，传感器的光电元件由发光二极管和光敏接收元件—光敏三极管组成，相对装在遮光盘两侧。当方向盘的转轴带动圆盘偏转时，传感器的发光二极管的光线通过窄缝圆盘空隙、或被遮光盘遮挡，从而光敏接收元件就有ON、OFF变换，形成脉冲信号。光电式传感器的工作原理和电路原理如下图所示。方向盘偏转时，遮光盘随之转动，使传感器之间的光束产生通断变化，遮光盘的这种反复开、关状态形成与转向轴转角成一定比例的数字脉冲信号。转向控制装置可根据此信号的变化来判断方向盘的转角和转速。一般传感器在结构上采用两组光电耦合器，两个遮光器在安装上使它们的“ON”、“OFF”变换的相位错开一定的角度，可根据检测到的脉冲信号的相位差来判断方向盘的偏转方向。即通过判断哪个遮光器先转变为“ON”状态，转向轴的就偏转哪个方向。当左转时，左侧光敏接收元件总是先于右侧光敏接收元件达到“ON”状态；而右转时，右侧光敏接收元件总是先于左侧光敏接收元件达到“ON”状态。（a）工作原理（b）电路原理光电式传感器的工作原理及电路原理3种转向力特性曲线④电子控制动力转向系统电路如图所示，系统中电子控制单元接收车速传感器、转向角速度传感器及变换开关的信号，用以控制旁通流量控制阀的电流，本身具有故障自诊断功能。流量控制式电子控制动力转向系统通过车速传感器信号调节动力转向装置供应油压，这种装置的优点是在原来液压动力转向功能的基础上增加了压力油流量控制功能，所以结构简单，成本较低。当转向机构的压力油降低到极限值时，快速转向会产生压力不足，并且响应速度较慢，推广应用受到一定的限制③转换开关驾驶员利用仪表板上的转换开关可以选择适应不同行驶条件的转向力特性曲线，如图所示为3种转向力特性曲线2.反力控制式EPS反力控制式EPS主要由转向控制阀、分流阀、电磁阀、转向动力缸、转向油泵、储油箱、车速传感器及ECU等组成。其结构和工作原理如图所示。反力控制式动力转向系统1—泵；2—储油箱；3—分流阀；4—扭力杆；5—转向盘；6、9、10—销；7—转向阀杆；8—控制阀阀体；11—小齿轮轴；12—活塞；13—动力缸；14—齿条；15—小齿轮；16—柱塞；17—油压反力室；18—电磁阀主要部件结构和工作原理1）转向控制阀在传统的整体转阀式动力转向控制阀的基础上增设了油压反力室。扭力杆的上端通过销子与转阀阀杆相连，下端用销子与小齿轮轴和控制阀阀体相连。转向时，方向盘上的转向力通过扭力杆传递给小齿轮轴，带动小齿轮旋转，使齿条运动，实现转向。当转向力增大，扭力杆发生扭转变形时，转阀阀杆和控制阀体之间将发生相对转动，以此改变阀体和阀杆之间油道的通、断关系和工作油液的流动方向；从而实现液压助力转向作用。2）分流阀分流阀的结构如下图所示，主要由阀门、弹簧、进油道和出油道组成。分流阀的作用是将来自转向油泵的液流分送到转阀、油压反力室和电磁阀。送到电磁阀和油压反力室中的液压油流量是由转阀中的油压来调整的。当转动方向盘时，转阀中的油压增大，分配到电磁阀和油压反力室的液压油流量增加；当转阀中的油压达到一定值后，转阀中的油压便不再升高，而分配给电磁阀和油压反力室的液流量则不变。3）分流小孔把供给转向控制阀的一部分流量分配到油压反力室一侧。4）电磁阀根据需要将油压反力室一侧的油液压回储油箱。电子控制单元根据车速的高低控制电磁阀油路的阻尼面积，开口面积随电磁线圈通电电流占空比而变化，进而控制油压反力室一侧的液压油压力大小。5）车速传感器车速传感器的主要功用是检测汽车行驶速度通常安装在变速器输出轴上6）电子控制单元根据车速传感器输入信号控制通入电磁阀的电流，实现相应的控制功能。车速提高时，为了增大转向操纵力，需要加大电磁阀的电流；而当车速超过120km／h时，为防止电流过大而造成过载，电子控制单元则使通往电磁阀的通电电流保持恒定。分流阀结构示意图1—至电磁阀；2—至转向油泵；3—至转阀；4—至油压反力室丰田汽车公司“马克II”型车使用的是反力控制式动力转向系统，其结构如图所示马克Ⅱ型电子控制动力转向系统结构控制阀的结构如右图所示。反力控制式动力转向控制阀结构1—扭杆；2—回转阀；3—油压反力室；4—柱塞；5—控制阀轴电磁阀的结构及其特性如下图所示。输入到电磁阀中的信号是通、断脉冲信号，改变信号占空比可以控制流过电磁阀线圈平均电流值的大小。当车速升高时，输入到电磁阀线圈的平均电流值减小，电磁阀的开度减小。这样，电磁阀开度的大小根据车速的高低就可以调整油压室反力，从而得到最佳的转向操纵力。电磁阀结构及其特性反力控制式动力转向系统是根据车速大小，控制反力室油压大小，从而控制转向力的大小。其优点是具有较好的转向操纵力，驾驶员可以感受到稳定的操作手感；其缺点是结构复杂，成本较高。3.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，直接改变动力转向缸的油压增益。这种转向系统结构简单、价格便宜，而且具有较大的选择转向力的自由度。与反力控制式转向相比，转向刚性较差，可以通过提高原来的弹性刚度加以克服，可获得较好的转向手感和良好的转向特性。灵敏度控制式EPS的结构如下图所示，主要由转子阀、电磁阀、车速传感器及ECU等组成灵敏度控制式EPS的结构各部分的结构1）转子阀转子阀的结构及原理如图所示，转子阀的等效液压油路如图5所示。转子阀内体圆周上有6或8条沟槽，各沟槽与阀外体构成的油路，与泵、动力缸、电磁阀及油箱连接。转子阀的结构及原理转子阀的等效液压油路2）电磁阀电磁阀如图所示，电磁阀上设有控制进、出的旁通油道，是可变的节流阀。车速低时，电子控制单元向电磁线圈通以较大的电流，使控制孔关闭；随着车速升高，逐渐减小通电电流，控制孔逐渐开启；在高速时，开启通道达到最大值。该阀在汽车左右转向时，转向油流动的方向可以变换。电磁阀1—动力缸；2—电磁阀；3—油箱；4—油泵3）ECUECU可接受车速传感器的信号，控制电磁阀电磁线圈电流的大小。5-2电动式EPS液压式动力转向系统由于是在原有液压转向系统的基础上发展起来的，具有成本低、工作灵敏度较高的特点，因而获得了广泛的应用；在大型车辆上一般采用气压动力转向系统。但这些动力转向系统的共同缺点是结构相对复杂、功率消耗大，容易产生泄漏，造成环境污染，转向力控制性能差等。随着微机和新型传感器在汽车上的广泛应用，出现了电动式电子控制动力转向系统。1．电动式EPS的组成、原理与特点1)电动式EPS的组成上