课题六汽车底盘电子控制技术

课题六电控动力转向与四轮转向系统6.1电控动力转向系统6.2电子控制四轮转向控制系统(4WS)6.1电控动力转向系统6.1.1电控液力式动力转向系统电控液力式动力转向系统是通过控制电磁阀使系统中的油压随车速的变化而改变，在大转角或低转速时转向轻便，在中高速时能获得具有一定手感的转向力。图6-1中示出了装有转向助力装置和没装转向助力装置的转向系统转向特性的差别。1.系统的组成为了说明电控液力式动力转向的整体构造和工作原理，图6-2示出了转向齿轮箱与液压回路的结构简图。图中没有标出ECU的详细部分，仅使用了作为ECU输入的车轮转速信号。返回下一页6.1电控动力转向系统(1)车4向齿轮箱在转向齿轮箱中有一个扭杆，其上端用销钉与控制阀轴连接在一起，下端也用销钉与驱动小齿轮轴连接在一起，小齿轮轴的上端又用销钉与回转阀相连接，驾驶室中的转向盘则通过转向轴与控制阀轴相连。因此，转向盘的转向力就通过扭杆以及控制阀轴传到驱动小齿轮轴。当扭杆产生扭转变形时，控制阀和回转阀就会分别产生相对转动，引起各个接目的连通状态的变化，实现对动力缸中油液量的控制和完成对动力缸左、右油室油路的切换。上一页返回下一页6.1电控动力转向系统当高压油作用于油压反力室时，油室中的柱塞就会被紧紧地压向控制阀轴。此时即使扭杆有扭转变形产生，也会由于柱塞压力的作用限制了控制阀与回车令阀的相对转动。(2)分流阀分流阀的作用是将油泵中输出的油液分流后输往回转阀一侧和电磁阀一侧。当车速或者转向角变化时，回转阀一侧与电磁阀一侧的油压会随着变化，在这种情况下，分流阀也要保证供给一定流量的油液给电磁阀。(3)电磁阀图6-3示出了电磁阀的结构与特性。电磁阀的节流面积可通过改变电磁线圈中通电电流的开/关占空比来进行调节。上一页返回下一页6.1电控动力转向系统当线圈通过大电流时，电磁阀中的滑阀被吸引向上，阀的节流面积增大，流回蓄油器的油量就增加。一般车速低时，线圈中的电流较大，节流面积扩大，管路中的油液流回蓄油器。随着车速增高，线圈中的电流减小，油液的回流量也就随之减少。2.控制原理电控器(ECU)根据从轮速传感器传来的输入信号，判断汽车处于停止状态还是处于低速行驶或高速行驶工况，从而对电磁阀线圈的电流进行线性控制，从而达到控制动力转向的目的。一般动力转向的控制形态有以下3种。上一页返回下一页6.1电控动力转向系统(1)以极低速行驶时的控制此时，流经电磁线圈的电流较大，经分流阀分流后的油液通过电磁阀返回到了蓄油器，因此，作用在柱塞上的油压(油压反力室的压力)较小。这样，柱塞作用在控制阀轴上的压力(反力)也就小，在转向盘的转向力作用下，扭就能产生较大的扭转变形。控制阀就会随扭杆的扭转与驱动小齿轮固定在一起的回转阀转过一个角度，使两阀的接口相互连通，动力缸的右室(左室)就受到油泵油压的作用，驱动动力缸内的活塞向左(右)移动，产生一较大的辅助力，增大了转向力。上一页返回下一页6.1电控动力转向系统(2)高速直行时的控制直行时，转向角较小，扭杆产生的变形也很小，回转阀与控制阀相互连通的接口开度也减小，使回转阀一侧的油压上升。由于分流阀的作用，此时电磁阀一侧的油量会增加。另外，伴随着车速的提高，电磁阀线圈内的电流会减小，电磁阀节流开度也会缩小，使作用在油压反力室的反力油压增加，柱塞作用到控制阀轴上的压力也随之增大。因此，增加了转向操纵力，使驾驶员的手感增强，从而可获得良好的转向路感。上一页返回下一页6.1电控动力转向系统(3)中高速转向时的控制从存在油压反力的中高速的直行状态开始转向时，扭杆的扭转角会进一步减小，回转阀与控制阀相连接的阀口开度也减小，使回转阀一侧的油压进一步升高。伴随着回转阀油压的进一步升高，通过固定节流孔的油液也供给到油压反力室。通过分流阀向油压反力室供给的一定量的油液和通过固定节流孔的油液相加，就进一步加强了柱塞的压紧力，使得此时的转向力相应于转向角成线性增加，从而可获得在高速行驶时的稳定转向操纵感。上一页返回下一页6.1电控动力转向系统3.控制机构目前在汽车上采用的电控液力式动力转向系统的控制机构可分为流量控制式、反力控制式和阀灵敏度可变控制式(见表6-1)。其中每一种控制方式都具有一般动力转向装置的功能。(1)流量控制式这是一种通过车速传感器调节动力转向装置供应的压力油液，改变油液的输入、出流量，以控制转向力的方法。优点是，在原来动力转向功能上再增加压力油液流量控制功能即可，可以降低价格，简化结构。上一页返回下一页6.1电控动力转向系统缺点是，当流向动力转向机构的压力油液降低到极限值时，将改变转向控制部分的刚度，使其下降到接近转向刚性。这样，在低供给油量区域内，对于快速转向会产生压力油量不足，降低了响应性。流量控制式动力转向装置的基本结构见图6-4。图中表示出的是曾在日本蓝鸟牌轿车上使用的装置。其特点是在一般动力转向机构上增加旁通流量控制阀、控制器(控制电路)、车速传感器、转向角度传感器、控制开关，在泵与转向机本体之间设有旁通管路，在旁通管路中设有旁通流量控制阀。按照来自车速传感器和开关的信号，控制器向旁通流量控制阀按照车辆的行驶状态供应电流，经过油路的节流，控制旁通流量，从而调整转向器供油量。上一页返回下一页6.1电控动力转向系统当控制器、传感器、开关等电气系统发生故障时，安全保险装置能够确保与一般动力转向装置或手动转向装置同等的转向特性。(2)反力控制式这是一种利用车速传感器控制反力室油压，改变压力油输入、输出的增益幅度，以控制转向力的方法。为此，在转向控制阀中设有反力室。其缺点是价格高，结构复杂。其优点是具有较大的选择转向力的自由度，而且转向刚性大，驾驶者能确实感受到路面情况，可以获得稳定的操作手感，所以能按照车速情况进行最佳的稳定操纵。上一页返回下一页6.1电控动力转向系统图6-5中示出了装备这种装置的爱丹娜轿车的动力转向系统图。它包括能改变转向力的油压反力室、节流孔、控制阀、车速传感器、转换开关以及电子控制器等。(3)阀灵敏度可变控制式这是根据车速操纵电磁阀，直接改变动力转向控制阀的油压增益(阀灵敏度)以控制油压的方法。这种转向装置结构简单，部件少，价格低，且可以有较大的选择转向力的自由度。与反力控制式转向相比，转向刚性差，但可以最大限度地提高原来的弹簧刚度来加以克服。阀灵敏度可变控制动力转向装置能够获得自然的转向感和良好的转向特性。上一页返回下一页6.1电控动力转向系统图6-6示出了89型地平线牌轿车所采用的动力转向装置。转向控制阀的转子阀，做了局部改进并增加了电磁线圈阀、控制元件、车速传感器。转子阀的可变孔分为低速专用和高速专用两种，在高速专用可变孔的前后设有低速专用可变孔。在高速专用可变孔的下游设有旁通回路，在旁通回路中又设置有电磁线圈阀，根据车速开启电磁阀以改变电磁阀灵敏度，控制操纵力。这是一种具有非常自然操纵感的新型电子控制系统，并具有故障安全自保护功能。当电气系统发生故障时，可确保操纵安全性。上一页返回下一页6.1电控动力转向系统该装置的主要部件有转子阀、电磁阀与控制系统等。1)转子阀转子阀一般在圆周上形成6条或8条沟槽，图6-6示出了用于可变特性的具有12条沟槽的系统。各沟槽利用阀部外体与泵、动力缸、电磁阀及油箱连接。图6-7为实际的转子阀结构剖面图。阀AIS的电桥电路见图6-8所示，在动力缸与回转端口间直接配置2个可变孔，在这2个可变孔之间有电磁线圈控制阀的油压回路。上一页返回下一页6.1电控动力转向系统可变小孔1R、1L、2R、2L是能以较小转向扭矩关闭的低速专用小孔；3R、3L是能以较大转向扭矩关闭的高速专用可变小孔。其工作原理是:当车辆停止时，见图6-6所示，电磁线圈阀完全关闭，由于旁通回路没有流入油液，高灵敏度低速专用可变小孔1R及2R以较小转向扭矩关闭，所以具有轻便的转向特性。在高速时，电磁线圈阀全开，经过旁通回路，流向油箱的流体形成环流，灵敏度低的高速专用可变小孔3R控制流向动力缸的抽压，所以具有多工况的转向特性。从低速到高速的过渡区间，由于电磁阀的作用，按照车速控制可变小孔的油量，因而可以按顺序改变转向特性。上一页返回下一页6.1电控动力转向系统2)电磁阀图6-7示出电磁阀的结构，该阀设有控制上下游流量的旁通油路，是可变节流阀。在低速时向电磁线圈通过最大电流时可变孔被关闭，随着车速提高，顺序减少通电量，可变孔开启;在高速时开启面积达到最大值。该阀左右转向时，油液流动方向可以逆转，所以在上下流动方向中，可变小孔必须具有相同的特性。为了确保高压时流体力有效作用于阀，必须提供稳定的油压控制。3)控制系统当接收到来自车速传感器的信号时，控制系统向电磁阀和电磁线圈输出电流。图6-9示出控制系统的电路图。上一页返回下一页6.1电控动力转向系统6.1.2电动式动力转向系统电动动力转向系统EPS,EPAS是ElectronicControlPowerSteering和ElcctroicPowerAssistSteering的简称。液压式动力转向系统由于工作压力和工作灵敏度较高，外廓尺寸较小，因而获得了广泛的应用。在采用气压制动或空气悬架的大型车辆上，也有采用气压动力转向的。但这类动力转向系统的共同缺点是结构复杂、消耗功率大，容易产生泄漏，转向力不易有效控制等。近年来随着电控技术在汽车上的广泛应用，出现了电动式电子控制助力转向系统，简称电动式EPS或EPAS。上一页返回下一页6.1电控动力转向系统电动式动力转向系统(EPS)是一种直接依靠电机提供辅助扭矩的电动助力式转向系统。该系统仅需要控制电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，为转向系统提供了较高的自由度，同时还降低了成本和减少了质量。电动式动力转向系统主要特点如下:①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、油泵等不需单独占据空间，易于装车。②基本上只增加电动机和减速机，没有了液压管道等部件，使整个系统趋于小型轻量化。上一页返回下一页6.1电控动力转向系统③油泵仅在必要时用来使电动机运转，故可以节能。④因为零件数目少，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.EPS的组成与特点(1)EPS的组成EPS是一种直接依靠电动机提供辅助转矩的助力转向系统，其系统框图如图6-10所示。上一页返回下一页6.1电控动力转向系统不同类型的EPS的基本原理是相同的:转矩传感器与转向轴(小齿轮轴)连接在一起，当转向轴转动时，转矩传感器开始工作，把输入轴和输出轴在扭杆作用下产生的相对转动角位移变成电信号传给ECU,ECU根据车速传感器和转矩传感器的信号决定电动机的旋转方向和助力电流的大小，从而完成实时控制助力转向。因此它可以很容易地实现在车速不同时提供不同的电动机助力效果，保证汽车在低速转向行驶时轻便灵活，高速转向行驶时稳定可靠。因此EPS助力特性的设置具有较高的自由度。EPS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6-11所示)。上一页返回下一页6.1电控动力转向系统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。各部件在车上的布置如图6-12。(2)EPS的工作原理当操纵转向盘时，装在转向轴上的转矩传感器不断测出转向轴上的转矩，并由此产生一个电压信号。该信号与车速信号同时输入电子控制单元，电子控制单元根据这些输入信号进行运算处理，确定助力转矩的大小和转向，即选定电的电流和转向，调整转向的助力。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。上一页返回下一页6.1电控动力转向系统(3)EPS的分类根据电动机布置位置不同，EPS可分为转向轴助力式、齿轮助力式、齿条助力式3种。①车令向轴助力式EPS的电动机固定在转向轴一侧