汽车底盘电控技术_电子控制动力转向系统

第三章电子控制动力转向系统电子控制动力转向系统概述1液压式电子控制动力转向系统2电动式电子控制动力转向系统3电子式四轮转向系统4电子控制动力转向系统的诊断与检修53.1电子控制动力转向系统概述1.电子控制动力转向系统的功用电子控制动力转向（ElectronicControlPowerSteering，简称EPS或ECPS）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。转向系统一般由转向盘、转向机、转向传动杆和转向节等构成。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。A解决转向轻便与转向灵活的矛盾。B提高行驶安全性和舒适性。电子控制动力转向系统2.电子控制动力转向系统的组成EPS机械转向机构转向助力系统电子控制系统2.电子控制动力转向系统的分类液压式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。转向动力源电动式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。3.2液压式电子控制动力转向系统根据其控制方式的不同，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。3.2.1流量控制式EPS系统动力转向液压泵电磁阀电磁阀整体式动力转向控制阀EPSECU车速传感器车速传感器蓄电池易熔线点火开关熔丝（ECU-IG）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。EPSECU根据车速传感器的信号，控制电磁阀阀芯的开启程度，从而通过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。当车速很低时，EPSECU输出的脉冲控制信号占空比很小，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，EPSECU输出的脉冲控制信号占空比增大，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，以提高操纵稳定性。3.2.2反作用力控制式EPS系统转向液压泵储油箱分流阀电磁阀扭力杆转向盘销子转阀阀杆控制阀阀体小齿轮轴活塞转向动力缸齿条小齿轮柱塞油压反作用力室固定小孔转向控制阀是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作用力室而构成。扭力杆的上端通过销子与转阀阀杆相连，下端与小齿轮轴用销子连接。小齿轮轴的上端部通过销子与控制阀阀体相连。转向时，转向盘上的转向力通过扭力杆传递给小齿轮轴。当转向力增大，扭力杆发生扭转变形时，控制阀阀体和转阀阀杆之间将发生相对转动，于是就改变了阀体和阀杆之间油道的通、断关系和工作油液的流动方向，从而实现转向助力作用。分流阀的作用是将来自转向液压泵的油液向控制阀一侧和电磁阀一侧分流，按照车速和转向要求，改变控制阀一侧与电磁阀一侧的油压，确保电磁阀一侧具有稳定的油液流量。固定小孔的作用是把供给转向控制阀的一部分流量分配到油压反作用力室一侧。电磁阀根据需要开启适当的开度，使油压反作用力室一侧的油液流回储油箱。反作用力控制式EPS系统具有三种控制形态停车与低速状态中高速直线行驶状态中高速转向行驶3.2.3阀灵敏度控制式EPS系统阀灵敏度控制式EPS系统是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。优点结构简单部件少价格便宜具有较大的选择转向力的自由度可以获得自然的转向手感和良好的转向特性典型阀灵敏度控制式EPS系统转子阀的可变小孔分为低速专用小孔（1R，1L，2R，2L）和高速专用小孔（3R，3L）两种，在高速专用小孔的下边设有旁通电磁阀回路。发动机前轮转向油泵转向动力缸储油箱电磁阀EPSECU车速传感器车灯开关挡位开关蓄电池外体内体阀部等效液压回路分析车辆停止时，电磁阀完全关闭……随着车辆行驶速度的提高，EPSECU输出的控制信号使电磁阀的开度线性增加……3.3电动式电子控制动力转向系统电动式EPS系统是一种直接依靠电动机提供辅助转矩的电动助力式转向系统。该系统仅需要控制电动机电流的方向和幅值，不需要复杂的控制机构。另外，该系统由于利用微机控制，因此，为转向特性的设置提供了较高的自由度，同时还降低了成本和重量。特点电动机、减速机、转向柱和转向齿轮箱可以制成一个整体，管道、液压泵等不需单独占据空间，易于装车。增加了电动机和减速机，取消了液压管道等部件，使整个系统趋于小型轻量化。液压泵仅在必要时用来使电动机运转，故可以节能。因为零件的数目少，不需要加油和抽空气，所以在生产线上的装配性好。由此，从发展的角度看，电动式动力转向系统将成为标准件装备在汽车上。1.电动式EPS系统的组成电动式EPS系统是在机械转向机构的基础上，增加了电动式助力机构、转向助力控制系统后形成的。它是由转矩传感器、直流电动机、电磁离合器、减速机构和车速传感器、EPSECU组成的。转向盘转向轴EPSECU直流电动机电磁离合器转向齿条横拉杆转向轮输出轴扭力杆转矩传感器转向齿轮转矩传感器转矩传感器用于测定转向盘与转向器之间的转向力矩。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。转矩传感器应用于EPS系统的另一种转向盘转矩传感器，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。直流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的，而电动机的正转和反转则是由EPSECU输出的正、反转触发脉冲控制的。电磁离合器安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。滑环电磁线圈压板花键从动轴主动轮球轴承减速机构电动式EPS系统减速机构的组合方式：•蜗轮-蜗杆传动与转向轴驱动•两级行星齿轮传动与传动齿轮驱动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。2.电动式EPS系统的工作原理3.4电子式四轮转向系统（4WS）作用在汽车低速行驶时，依靠逆向转向（前、后车轮的转角方向相反），获得较小的转向半径，改善汽车的操纵便捷性；在汽车中、高速行驶时，依靠同向转向（前、后车轮的转角方向相同），减小汽车的横摆运动，使汽车可以利用高速变换行进路线，提高转向时的操纵稳定性。转向角比例控制式横摆角速度比例控制式分类3.4.1转向角比例控制式4WS系统所谓转向角比例控制，就是使后轮的转角与转向盘的转角成比例变化，并使后轮在汽车低速行驶时相对于前轮反向转向;在汽车中、高速行驶时，相对于前轮同向转向。1.系统的组成车速传感器前转向横拉杆输出小齿轮转向盘连接轴转角比传感器扇形齿轮输入小齿轮从动杆后转向横拉杆转向枢轴辅助电动机4WS转换器主电动机车速传感器前转向横拉杆输出小齿轮转向盘连接轴转角比传感器扇形齿轮输入小齿轮从动杆后转向横拉杆转向枢轴辅助电动机4WS转换器主电动机偏置轴与转向枢轴构造从动杆回转中心偏置轴运动轨迹偏置轴连接座扇形齿轮转向枢轴从动杆转向枢轴左右回转中心外套内套偏置轴与转向枢轴的工作原理转向枢轴从动杆扇形齿轮偏置轴转向枢轴从动杆4WS转换器的结构偏置轴辅助电动机4WS转换器主电动机4WS转换器输出轴从动杆蜗轮-蜗杆机构转角比传感器转角比传感器结构原理图利用滑动电阻器把反映后转向齿轮箱中的从动杆回转角度变化的模拟信号电压输入ECU，作为ECU进行转向角比例控制的基本信号。2.转向角比例控制式4WS系统控制原理转角比控制ECU根据车速传感器和转角比传感器的输入信号，计算出车速与转向角的实际数值，然后把它们的实际数值与标准数据作比较，向主电动机发出控制指令，控制主电动机驱动从动杆转动。在此过程中，驾驶员可使用4WS模式切换开关，选择“NORMAL”或“SPORT”模式。2WS选择控制当2WS选择开关被设定在ON（导通）位置，且变速器被挂入倒挡位置时，ECU就设定后轮转向角的转向量为零。这项控制是为那些习惯于使用2WS转向系统倒车的驾驶员设置的。安全保障控制①若主电动机异常，则ECU仅利用“NORMAL”模式的同向转向部分驱动辅助电动机，进行与车速相对应的转角比控制。②若车速传感器异常，则ECU会以SP1与SP2输入的较高车速值为依据，控制主电动机仅进行同向转向的转角比控制。③若转角比传感器异常，则ECU驱动辅助电动机同向运动到最大值后，中止控制。若此时辅助电动机异常，则用主电动机完成以上工作。④若ECU异常，则ECU会驱动辅助电动机同向运动到最大值后，中止控制。此时要避免出现反向转向。3.4.2横摆角速度比例控制式4WS系统横摆角速度比例控制，是一种根据检测出的车身横摆角速度来控制后轮转向量的控制方法。它与转向角比例控制相比，具有两方面优点。优点可以使汽车的车身方向从转向初期开始就与其行进方向保持高度一致（只有极小偏差）；可以通过检测车身横摆角速度感知车身的自转运动，因此，即使有转向以外的力（如横向风等）引起车身自转，也能马上感知到，并可迅速通过对后轮的转向控制来抑制自转运动。1.系统组成（1）前轮转向机构转向盘齿轮-齿条副转向齿轮液压油缸齿条端部控制齿条前带轮转角传动拉索弹簧带轮传动组件（2）后轮转向机构后带轮凸轮推杆衬套滑阀主动齿轮脉动电动机从动齿轮阀控制杆液压缸右室功率活塞功率活塞液压缸轴液压缸左室弹簧阀套筒控制凸轮2.控制原理后轮转角控制转向盘转角与后轮转角之间的关系转向盘转角在左、右约200°以上的反向区域内，实际上表现的是汽车在低速时的大转角与停车时的转向切换操作。而在中、高速内的转向就变成了仅在电动转向范围内的后轮转向。ECU随时读取来自车速传感器的信号，然后计算出与车辆状态相适应的后轮目标转向角，再驱动脉动电动机，完成后轮转向操作。大转角控制（机械式转向）前带轮滑阀支点A阀控制杆液压缸轴功率活塞阀套筒控制凸轮小转角控制（同向转向）阀套筒滑阀支点A从动齿轮阀控制杆滑阀阀控制杆使汽车滑移角为零的控制使汽车滑移角为零的控制是抑制4WS汽车在转向初期过渡阶段出现的车身向转向内侧转动滞后的一种控制方法。这种控制方法可在转向开始的瞬间，控制后轮反向转动，使车身产生自转运动，抑制公转运动，防止车身向转向外侧转动。此时，横摆角速度传感器会检测出自转运动的增大，并反馈给控制系统，控制后轮产生一个同向转向，取得自转与公转运动的平衡。这样就能保证从转向初期到转向结束汽车滑移角始终为零。受到横向风作用时的控制在突然受到横向风作用，车辆将要偏向时，横摆角速度传感器会立即感知到这一偏转倾向，控制系统就会操纵后轮向消除将要发生的横摆运动的方向转动。由于后轮的转动，在车身上会产生一力矩，它会减少由横向风产生的自转运动，使车身的偏差减低到最小。ABS作用的控制一般情况下，由于比较重视中、低速域的转向响应性，因此其横摆角速度增益会比高速域的有所降低，但在ABS作用时，更重视的是制动车辆的稳定性。所以，将把ABS开始起作用时的横摆角速度增益一直保持到制动结束。3.5电子控制动力转向系统的诊断与检修3.5.1三菱电控动力转向系统的检修EPS警示灯检查当点火开关处于ON位置时，EPS警示灯应点亮，发动机启动后警示灯熄灭为正常。警示灯不亮时，应检查灯泡是否损坏，熔丝和导线是否断路。若发动机启动后，警示灯仍点亮时，首先应考虑该系统是否处于保险状态（只有常规转向机构工作，无电动助力），然后进行自诊断操作。3.5.1三菱电控动力转向系统的检修自诊断操作将万用表直流电压挡的正表笔接在诊断插座的2号端子上，负表笔搭铁。接通点火开关ON挡，通过表针的摆动显示故障代码。如果有多个故障代码，故障