1、電子控制動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)第1頁，共82頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)5分，星期四 第6章 電子控制動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng) 6.1 液壓式電子控制動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng) 電子控制動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)(EPS)可以在低速時(shí)減輕轉(zhuǎn)向力，以提高轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的操縱穩(wěn)定性；在高速時(shí)則可適當(dāng)加重轉(zhuǎn)向力，以提高操縱穩(wěn)定性。 液壓式電子控制動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是在傳統(tǒng)的液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的基礎(chǔ)上增設(shè)電子控制裝置而構(gòu)成的。 根據(jù)控制方式的不同，液壓式電子控制動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)又可分為流量控制式、反力控制式和閥靈敏度控制式三種形式。第2頁，共82頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)5分，星期四6.1.1 流量控制式EPS 1. 豐田凌志轎車電子控制動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng) 圖

2、6.1所示為凌志轎車采用的流量控制式動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。 由圖可見，該系統(tǒng)主要由車速傳感器、電磁閥、整體式動(dòng)力轉(zhuǎn)向控制閥、動(dòng)力轉(zhuǎn)向液壓泵和電子控制單元等組成。 電磁閥安裝在通向轉(zhuǎn)向動(dòng)力缸活塞兩側(cè)油室的油道之間，當(dāng)電磁閥的閥針完全開啟時(shí)，兩油道就被電磁閥旁通。 流量控制式動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)就是根據(jù)車速傳感器的信號(hào)，控制電磁閥閥針的開啟程度，從第3頁，共82頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)5分，星期四而控制轉(zhuǎn)向動(dòng)力缸活塞兩側(cè)油室的旁路液壓油流量，來改變轉(zhuǎn)向盤上的轉(zhuǎn)向力。 車速越高，流過電磁閥電磁線圈的平均電流值越大，電磁閥閥針的開啟程度越大，旁路液壓油流量越大，而液壓助力作用越小，使轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)向盤的力也隨之增加

3、。 這就是流量控制式動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的工作原理。 圖6.2所示為該系統(tǒng)電磁閥的結(jié)構(gòu)。 圖6.3所示為電磁閥的驅(qū)動(dòng)信號(hào)。 由圖可以看出，驅(qū)動(dòng)電磁閥電磁線圈的脈沖電流信號(hào)頻率基本不變，但隨著車速增大，第4頁，共82頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)5分，星期四 脈沖電流信號(hào)的占空比將逐漸增大，使流過電磁線圈的平均電流值隨車速的升高而增大。 圖6.4所示為凌志轎車電子控制動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的電路圖。 2. 藍(lán)鳥轎車電子控制動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng) 圖6.5所示為曾在日產(chǎn)藍(lán)鳥轎車上使用的流量控制式動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。 它的特點(diǎn)是在一般液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)上再增加旁通流量控制閥、車速傳感器、轉(zhuǎn)向角速度傳感器、ECU和控制開關(guān)等。第5頁

4、，共82頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)5分，星期四 在轉(zhuǎn)向油泵與轉(zhuǎn)向機(jī)體之間設(shè)有旁通管路，在旁通管路中又設(shè)有旁通油量控制閥。 根據(jù)車速傳感器、轉(zhuǎn)向角速度傳感器和控制開關(guān)等信號(hào)，ECU向旁通流量控制閥按照汽車的行駛狀態(tài)發(fā)出控制信號(hào)，控制旁通流量，從而調(diào)整向轉(zhuǎn)向器供油的流量，如圖6.6所示。 當(dāng)向轉(zhuǎn)向器供油流量減少時(shí)，動(dòng)力轉(zhuǎn)向控制閥靈敏度下降，轉(zhuǎn)向助力作用降低，轉(zhuǎn)向力增加。 在這一系統(tǒng)中，利用儀表板上的轉(zhuǎn)換開關(guān)，駕駛員可以選擇三種適應(yīng)不同行駛條件的轉(zhuǎn)向力特性曲線，如圖6.7所示。第6頁，共82頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)5分，星期四 另外，ECU還可根據(jù)轉(zhuǎn)向角速度傳感器輸出信號(hào)的大小，在

5、汽車急轉(zhuǎn)彎時(shí)，按照?qǐng)D6.8所示的轉(zhuǎn)向力特性曲線實(shí)施最優(yōu)控制。 圖6.9所示為該系統(tǒng)旁通流量控制閥的結(jié)構(gòu)示意圖。 在閥體內(nèi)裝有主滑閥2和穩(wěn)壓滑閥7，在主滑閥的右端與電磁線圈柱塞3連接，主滑閥與電磁線圈的推力成正比移動(dòng)，從而改變主滑閥左端流量主孔1的開口面積。 調(diào)整調(diào)節(jié)螺釘4可以調(diào)節(jié)旁通流量的大小。 穩(wěn)壓滑閥的作用是保持流量主孔前后壓差的穩(wěn)定，以使旁通流量與流量主孔的開口面積成正比。第7頁，共82頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)5分，星期四 當(dāng)因轉(zhuǎn)向負(fù)荷變化而使流量主孔前后壓差偏離設(shè)定值時(shí)，穩(wěn)壓滑閥閥芯將在其左側(cè)彈簧張力和右側(cè)高壓油壓力的作用下發(fā)生滑移。 如果壓差大于設(shè)定值，則閥芯左移，使節(jié)流孔

6、開口面積減小，流入到閥內(nèi)的液壓油量減少，前后壓差減小； 如果壓差小于設(shè)定值，則閥芯右移，使節(jié)流孔開口面積增大，流入到閥內(nèi)的液壓油量增多，前后壓差增大。 流量主孔前后壓差的穩(wěn)定，保證了旁通流量的大小只與主滑閥控制的流量主孔的開口面積有關(guān)。第8頁，共82頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)5分，星期四 如圖6.10所示為日產(chǎn)藍(lán)鳥轎車流量控制式動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)電路圖。 系統(tǒng)中ECU的基本功能是接收車速傳感器、轉(zhuǎn)向角速度傳感器及變換開關(guān)的信號(hào)，以控制旁通流量控制閥的電流，并具有故障自診斷功能。 流量控制式電子控制動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是一種通過車速傳感器信號(hào)調(diào)節(jié)向動(dòng)力轉(zhuǎn)向裝置供應(yīng)壓力油，改變壓力油的輸入。 輸出流量，

7、以控制轉(zhuǎn)向力的大小。 這種方法的優(yōu)點(diǎn)是在原來液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向功能上再增加壓力油流量控制功能，所以結(jié)構(gòu)簡第9頁，共82頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)5分，星期四單，成本較低。 但是，當(dāng)流向動(dòng)力轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的壓力油降低到極限值時(shí)，對(duì)于快速轉(zhuǎn)向會(huì)產(chǎn)生壓力不足、響應(yīng)較慢等缺點(diǎn)，故使它的推廣應(yīng)用受到限制。 當(dāng)控制單元、傳感器、開關(guān)等電氣系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，安全保險(xiǎn)裝置能夠確保與一般動(dòng)力轉(zhuǎn)向裝置的功能相同。 6.1.2 反力控制式EPS1. 系統(tǒng)組成及工作原理 圖6.11所示為反力控制式動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的工作原理圖。第10頁，共82頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)5分，星期四 由圖可見，系統(tǒng)主要由轉(zhuǎn)向控制閥、分流閥

8、、電磁閥、轉(zhuǎn)向動(dòng)力缸、轉(zhuǎn)向油泵、儲(chǔ)油箱、車速傳感器(圖中未畫出)及電子控制單元(ECU)等組成。 轉(zhuǎn)向控制閥是在傳統(tǒng)的整體轉(zhuǎn)閥式動(dòng)力轉(zhuǎn)向控制閥的基礎(chǔ)上增設(shè)了油壓反力室而構(gòu)成的。 扭力桿的上端通過銷子與轉(zhuǎn)閥閥桿相連，下端與小齒輪軸用銷子連接。 小齒輪軸的上端通過銷子與控制閥閥體相連。 轉(zhuǎn)向時(shí)，轉(zhuǎn)向盤上的轉(zhuǎn)向力通過扭力桿傳遞給小齒輪軸。第11頁，共82頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)5分，星期四 當(dāng)轉(zhuǎn)向力增大，扭力桿發(fā)生扭轉(zhuǎn)變形時(shí)，控制閥體和轉(zhuǎn)閥閥桿之間將發(fā)生相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，于是就改變了閥體和閥桿之間油道的通、斷和工作油液的流動(dòng)方向，從而實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向助力作用。 分流閥的作用把來自轉(zhuǎn)向油泵的液壓油向控制閥一

9、側(cè)和電磁閥一側(cè)進(jìn)行分流。 按照車速和轉(zhuǎn)向要求，改變控制閥一側(cè)與電磁閥一側(cè)的油壓，確保電磁閥一側(cè)具有穩(wěn)定的液壓油流量。 固定小孔的作用是把供給轉(zhuǎn)向控制閥的一部分流量分配到油壓反力室一側(cè)。 電磁閥的作用是根據(jù)需要，將油壓反力室一側(cè)的液壓油流回儲(chǔ)油箱。第12頁，共82頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)5分，星期四 ECU根據(jù)車速的高低線性控制電磁閥的開口面積。 當(dāng)車輛停駛或速度較低時(shí)，ECU使電磁線圈的通電電流增大，電磁閥開口面積增大，經(jīng)分流閥分流的液壓油，通過電磁閥重新回流到儲(chǔ)油箱中，所以作用于柱塞的背壓(油壓反力室壓力)降低。 于是柱塞推動(dòng)控制閥轉(zhuǎn)閥閥桿的力(反力)較小，因此只需要較小的轉(zhuǎn)向力就

10、可使扭力桿扭轉(zhuǎn)變形，使閥體與閥桿產(chǎn)生相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)而實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向助力作用。 第13頁，共82頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)5分，星期四 當(dāng)車輛在中、高速區(qū)域轉(zhuǎn)向時(shí)，ECU使電磁線圈的通電電流減小，電磁閥開口面積減小。 所以，油壓反力室的油壓升高，作用于柱塞的背壓增大，于是柱塞推動(dòng)轉(zhuǎn)閥閥桿的力增大。 此時(shí)需要較大的轉(zhuǎn)向力才能使閥體與閥桿之間作相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)(相當(dāng)于增加了扭力桿的扭轉(zhuǎn)剛度)，而實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向助力作用。 所以在中、高速時(shí)可使駕駛員獲得良好的轉(zhuǎn)向手感和轉(zhuǎn)向特性。第14頁，共82頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)5分，星期四2. 反力控制式動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)實(shí)例 如圖6.12所示為豐田汽車公司“馬克”型車用反力

11、控制式動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。 圖6.13所示為轉(zhuǎn)向控制閥(增設(shè)了反力油壓控制閥和油壓反力室)的結(jié)構(gòu)。 圖6.14所示為電磁閥的結(jié)構(gòu)及其特性曲線。 輸入到電磁閥中的信號(hào)是通、斷脈沖信號(hào)，改變信號(hào)占空比(信號(hào)導(dǎo)通時(shí)間所占的比例)就可以控制流過電磁閥線圈平均電流值的大小。 當(dāng)車速升高時(shí)，受輸出電流特性的限制，輸入到電磁閥線圈的平均電流值減小，所以電磁閥的開度也減小。第15頁，共82頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)5分，星期四 這樣，根據(jù)車速的高、低就可以調(diào)整油壓室反力， 從而得到最佳的轉(zhuǎn)向操縱力。 圖6.15所示為流量控制式動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)與反力控制式動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)轉(zhuǎn)向特性的對(duì)比。 從圖中可以看出，反力控

12、制式動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的轉(zhuǎn)向還是比較理想的。 停車擺放及車輛低速時(shí)的轉(zhuǎn)向操縱力比較小，而中、高速時(shí)又具有轉(zhuǎn)向力手感適宜的特性。 反力控制式動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)根據(jù)車速大小，控制反力室油壓，從而改變輸入、輸出增益幅第16頁，共82頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)5分，星期四度以控制轉(zhuǎn)向力。 其優(yōu)點(diǎn)表現(xiàn)在，具有較大的選擇轉(zhuǎn)向力的自由度，轉(zhuǎn)向剛度大，駕駛員能感受到路面情況，可以獲得穩(wěn)定的操作手感等。 其缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，且價(jià)格較高。6.1.3 閥靈敏度控制式EPS 閥靈敏度控制式EPS是根據(jù)車速控制電磁閥，直接改變動(dòng)力轉(zhuǎn)向控制閥的油壓增益(閥靈敏度)來控制油壓的。 這種轉(zhuǎn)向系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、部件少、價(jià)格便宜，而且具有

13、較大的選擇轉(zhuǎn)向力的自由度。第17頁，共82頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)5分，星期四 與反力控制式轉(zhuǎn)向相比，轉(zhuǎn)向剛性差，但可以最大限度提高原來的彈性剛度來加以克服，從而獲得自然的轉(zhuǎn)向手感和良好的轉(zhuǎn)向特性。 圖6.16所示為89型地平線牌轎車所采用的閥靈敏度可變控制式動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。 該系統(tǒng)對(duì)轉(zhuǎn)向控制閥的轉(zhuǎn)子閥做了局部改進(jìn)，并增加了電磁閥、車速傳感器和電子控制單元等。 (1) 轉(zhuǎn)子閥一般在圓周上形成6條或8條溝糟，各溝槽利用閥部外體，與泵、動(dòng)力缸、電磁閥及油箱連接。第18頁，共82頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)5分，星期四 圖6.17所示為實(shí)際的轉(zhuǎn)子閥結(jié)構(gòu)斷面圖。 圖6.18所示為閥部的等

14、液壓回路圖，轉(zhuǎn)子閥的可變小孔分為低速專用小孔(1R、1L、2R、2L)和高速專用小孔(3R、3L)兩種，在高速專用可變孔的下邊設(shè)有旁通電磁閥回路，其工作過程如下： 當(dāng)車輛停止時(shí)，電磁閥完全關(guān)閉。 如果此時(shí)向右轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)向盤，則高靈敏度低速專用小孔1R及2R在較小的轉(zhuǎn)向扭矩作用下即可關(guān)閉，轉(zhuǎn)向液壓泵的高壓油液經(jīng)1L流向轉(zhuǎn)向動(dòng)力缸右腔室，其左腔室的油液經(jīng)3L、2L流回儲(chǔ)油箱。第19頁，共82頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)5分，星期四 所以，此時(shí)具有輕便的轉(zhuǎn)向特性。 而且施加在轉(zhuǎn)向盤上的轉(zhuǎn)向力矩越大，可變小孔1L、2L的開口面積越大，節(jié)流作用就越小，轉(zhuǎn)向助力作用越明顯。 隨著車輛行駛速度的提高，在電

15、子控制單元的作用下，電磁閥的開度也線性增加。 如果向右轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)向盤，則轉(zhuǎn)向液壓泵的高壓油液經(jīng)1L、3R旁通電磁閥流回儲(chǔ)油箱。 此時(shí)，轉(zhuǎn)向動(dòng)力缸右腔室的轉(zhuǎn)向助力油壓就取決于旁通電磁閥和靈敏度低的高速專用可變孔3R的開度。 第20頁，共82頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)5分，星期四 車速越高，在電子控制單元的控制下，電磁閥的開度越大，旁路流量越大，轉(zhuǎn)向助力作用越小； 在車速不變的情況下，施加在轉(zhuǎn)向盤上的轉(zhuǎn)向力越小，高速專用小孔3R的開度越大，轉(zhuǎn)向助力作用也越?。?當(dāng)轉(zhuǎn)向力增大時(shí)，3R的開度逐漸減小，轉(zhuǎn)向助力作用也隨之增大。 由此可見，閥靈敏度控制式動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)可使駕駛員獲得非常自然的轉(zhuǎn)向手感和良

16、好的速度轉(zhuǎn)向特性。 所以具有多工況的轉(zhuǎn)向特性如圖6.18(c)所示。第21頁，共82頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)5分，星期四 從低速到高速的過渡區(qū)間，由于電磁閥的作用，按照車速控制可變小孔的油量，因而可以按順序改變特性。 (2) 電磁閥如圖6.17所示的電磁閥結(jié)構(gòu)圖，該閥設(shè)有按控制上下流量的旁通油道，是可變的節(jié)流閥。 在低速時(shí)向電磁線圈通以最大的電流，使可變孔關(guān)閉，隨著車速升高，依次減小通電電流，可變孔開啟； 在高速時(shí)，開啟面積達(dá)到最大值。 該閥在左右轉(zhuǎn)向時(shí)，油液流動(dòng)的方向可以逆轉(zhuǎn)，所以在上下流動(dòng)方向中，可變小孔必須具有相同的特性。第22頁，共82頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)5分，

17、星期四 為了確保高壓時(shí)流體有效作用于閥，必須提供穩(wěn)定的油壓控制。(3) 電子控制單元接收來自車速傳感器的信號(hào)，控制向電磁閥和電磁線圈輸出電流。 如圖6.19所示為控制系統(tǒng)的回路圖。第23頁，共82頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)5分，星期四6.2 電動(dòng)式電子控制動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng) 液壓式動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)由于工作壓力和工作靈敏度較高，外廓尺寸較小，因而獲得了廣泛的應(yīng)用。 在采用氣壓制動(dòng)或空氣懸架的大型車輛上，也有采用氣壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向的。 但這類動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的共同缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)復(fù)雜、消耗功率大、容易產(chǎn)生泄漏、轉(zhuǎn)向力不易有效控制等。 近年來隨著微機(jī)在汽車上的廣泛應(yīng)用，出現(xiàn)了電動(dòng)式電子控制動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，簡稱電動(dòng)式EP

18、S。第24頁，共82頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)5分，星期四6.2.1 電動(dòng)式EPS的組成、原理與特點(diǎn) 電動(dòng)式EPS通常由轉(zhuǎn)矩傳感器、車速傳感器、電子控制單元(ECU)、電動(dòng)機(jī)和電磁離合器等組成，如圖6.20所示。 上述部件的主要參數(shù)見表6-1。 EPS系統(tǒng)中各部件的配置、結(jié)構(gòu)與各種汽車的設(shè)計(jì)相適應(yīng)的特點(diǎn)如下：(1) Mira車上，轉(zhuǎn)矩傳感器與傳動(dòng)齒輪是分開的。 電動(dòng)機(jī)和減速機(jī)合為一體，安裝在與傳動(dòng)齒輪相對(duì)的齒條箱上，電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)力直接傳給齒條軸，控制件安裝在司機(jī)助手側(cè)的儀表盤第25頁，共82頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)5分，星期四背板上，如圖6.21所示。(2) 在奧拓(Alto

19、)牌車上，轉(zhuǎn)矩傳感器、電動(dòng)機(jī)和減速機(jī)合為一個(gè)整體，裝在轉(zhuǎn)向柱上，電磁離合器裝在電動(dòng)機(jī)的輸出端旁，控制件裝在司機(jī)座位下。(3) 在Minica車上，轉(zhuǎn)矩傳感器、電動(dòng)機(jī)、減速機(jī)與離合器仍是合為一個(gè)整體，用以驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)軸，控制件裝在司機(jī)助手側(cè)的機(jī)罩下。 電動(dòng)式EPS是利用電動(dòng)機(jī)作為助力源，根據(jù)車速和轉(zhuǎn)向參數(shù)等，由ECU完成助力控制，其原理可概括如下： 當(dāng)操縱轉(zhuǎn)向盤時(shí)，裝在轉(zhuǎn)向盤軸上的轉(zhuǎn)矩第26頁，共82頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)5分，星期四傳感器不斷地測出轉(zhuǎn)向軸上的轉(zhuǎn)矩信號(hào)，該信號(hào)與車速信號(hào)同時(shí)輸入到ECU。 ECU根據(jù)這些輸入信號(hào)，確定助力轉(zhuǎn)矩的大小和方向，即選定電動(dòng)機(jī)的電流和轉(zhuǎn)向，調(diào)整轉(zhuǎn)向

20、輔助動(dòng)力的大小。 電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩由電磁離合器通過減速機(jī)構(gòu)減速增扭后，加在汽車的轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)上，得到一個(gè)與汽車工況相適應(yīng)的轉(zhuǎn)向作用力。 電動(dòng)式EPS有許多液壓式動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)所不具備的優(yōu)點(diǎn)：(1) 將電動(dòng)機(jī)、離合器、減速裝置、轉(zhuǎn)向桿等部件裝配成一個(gè)整體，這既無管道也無控制閥，第27頁，共82頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)5分，星期四使其結(jié)構(gòu)緊湊、質(zhì)量減輕，一般電動(dòng)式EPS的質(zhì)量比液壓式EPS質(zhì)量輕25%左右。(2) 沒有液壓式動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)所必須的常運(yùn)轉(zhuǎn)式轉(zhuǎn)向液壓泵，電動(dòng)機(jī)只是在需要轉(zhuǎn)向時(shí)，才接通電源，所以動(dòng)力消耗和燃油消耗均可降到最低。(3) 省去了油壓系統(tǒng)，所以不需要給轉(zhuǎn)向液壓泵補(bǔ)充油，也不必?fù)?dān)心

21、漏油。(4) 可以比較容易地按照汽車性能的需要設(shè)置、修改轉(zhuǎn)向助力特性。6.2.2 電動(dòng)式EPS主要部件的結(jié)構(gòu)及工作原理第28頁，共82頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)5分，星期四1. 轉(zhuǎn)矩傳感器 轉(zhuǎn)矩傳感器的作用是測量轉(zhuǎn)向盤與轉(zhuǎn)向器之間的相對(duì)轉(zhuǎn)矩，以作為電動(dòng)助力的依據(jù)之一。 圖6.22所示為無觸點(diǎn)式轉(zhuǎn)矩傳感器的結(jié)構(gòu)及工作原理圖。 在輸出軸的極靴上分別繞有A、B、C、D四個(gè)線圈，轉(zhuǎn)向盤處于中間位置(直駛)時(shí)，扭力桿的縱向?qū)ΨQ面正好處于圖示輸出軸極靴AC、BD的對(duì)稱面上。 當(dāng)在U、T兩端加上連續(xù)的輸入脈沖電壓信號(hào)Ui時(shí)由于通過每個(gè)極靴的磁通量相等，所以在V、W兩端檢測到的輸出電壓信號(hào)Uo=0。第

22、29頁，共82頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)5分，星期四 轉(zhuǎn)向時(shí)，由于扭力桿和輸出軸極靴之間發(fā)生相對(duì)扭轉(zhuǎn)變形，極靴A、D之間的磁阻增加，B、C之間的磁阻減少，各個(gè)極靴的磁通量發(fā)生變化，于是在V、W之間就出現(xiàn)了電位差。 其電位差與扭力桿的扭轉(zhuǎn)角和輸入電壓Ui成正比。 所以，通過測量V、W兩端的電位差就可以測量出扭力桿的扭轉(zhuǎn)角，于是也就知道了轉(zhuǎn)向盤施加的轉(zhuǎn)矩。 圖6.23所示為滑動(dòng)可變電阻式轉(zhuǎn)矩傳感器的結(jié)構(gòu)。 它是將負(fù)載力矩引起的扭力桿角位移轉(zhuǎn)換第30頁，共82頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)5分，星期四為電位器電阻的變化，并經(jīng)滑環(huán)傳遞出來作為轉(zhuǎn)矩信號(hào)。 2. 電動(dòng)機(jī) 電動(dòng)式EPS用電動(dòng)機(jī)與

23、啟動(dòng)用直流電動(dòng)機(jī)原理上基本相同，但一般采用永久磁場。 最大電流一般為30A，電壓為DC 12V，額定轉(zhuǎn)矩為10Nm左右。 轉(zhuǎn)向助力用直流電動(dòng)機(jī)需要正、反轉(zhuǎn)控制，圖6.24所示為一種比較簡單適用的控制電路。 a1、a2為觸發(fā)信號(hào)端。 當(dāng)a1端得到輸入信號(hào)時(shí)，晶體管VT3導(dǎo)通，VT2得到基極電流而導(dǎo)通，電流經(jīng)VT2、電動(dòng)第31頁，共82頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)5分，星期四機(jī)M、VT3、搭鐵而構(gòu)成回路，于是電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)。 當(dāng)a2端得到輸入信號(hào)時(shí)，電流則經(jīng)VT1、M、VT4、搭鐵而構(gòu)成回路，電動(dòng)機(jī)因電流方向相反而反轉(zhuǎn)。 控制觸發(fā)信號(hào)端電流的大小，就可以控制通過電動(dòng)機(jī)電流的大小。3. 電磁離合器

24、 如圖6.25所示為單片干式電磁離合器的工作原理圖。 當(dāng)電流通過滑環(huán)進(jìn)入電磁離合器線圈時(shí)，主動(dòng)輪產(chǎn)生電磁吸力，帶花鍵的壓板被吸引與第32頁，共82頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)5分，星期四主動(dòng)輪壓緊，于是電動(dòng)機(jī)的動(dòng)力經(jīng)過軸、主動(dòng)輪、壓板、花鍵、從動(dòng)軸傳遞給執(zhí)行機(jī)構(gòu)。 電動(dòng)式EPS一般都設(shè)定一個(gè)工作范圍。 如當(dāng)車速達(dá)到45km/h時(shí)，就不需要輔助動(dòng)力轉(zhuǎn)向，這時(shí)電動(dòng)機(jī)就停止工作。 為了不使電動(dòng)機(jī)和電磁離合器的慣性影響轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的工作，離合器應(yīng)及時(shí)分離，以切斷輔助動(dòng)力。 另外，當(dāng)電動(dòng)機(jī)發(fā)生故障時(shí)，離合器會(huì)自動(dòng)分離，這時(shí)仍可利用手動(dòng)控制轉(zhuǎn)向。 4. 減速機(jī)構(gòu) 減速機(jī)構(gòu)是電動(dòng)式EPS不可缺少的部件。第

25、33頁，共82頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)5分，星期四 目前，實(shí)用的減速機(jī)構(gòu)有多種組合方式，一般采用蝸輪蝸桿與轉(zhuǎn)向軸驅(qū)動(dòng)組合式，也有的采用兩級(jí)行星齒輪與傳動(dòng)齒輪組合式。 為了抑制噪聲和提高耐久性，減速機(jī)構(gòu)中的齒輪有的采用特殊齒形，有的采用樹脂材料制成。6.2.3 電動(dòng)式EPS實(shí)例 如圖6.26所示為奧拓(Alto)牌汽車電動(dòng)式EPS配件布置圖。 該系統(tǒng)由轉(zhuǎn)矩傳感器、車速傳感器、ECU、電動(dòng)機(jī)和減速機(jī)構(gòu)組成。 轉(zhuǎn)矩傳感器(滑動(dòng)可變電阻型)、電動(dòng)機(jī)和第34頁，共82頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)5分，星期四減速機(jī)構(gòu)制成一個(gè)整體，如圖6.27所示，安裝在轉(zhuǎn)向柱上。 電磁離合器安裝在電動(dòng)機(jī)的

26、輸出端旁，ECU安裝在司機(jī)座位下面。 圖6.28所示為奧拓(Alto)牌汽車用轉(zhuǎn)矩傳感器的結(jié)構(gòu)。 當(dāng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)工作時(shí)，施加在轉(zhuǎn)向盤上的轉(zhuǎn)向力經(jīng)輸入軸、扭桿傳遞給輸出軸，扭桿的扭曲變形使輸入軸與輸出軸之間發(fā)生相對(duì)扭轉(zhuǎn)。 與此同時(shí)滑塊沿軸向移動(dòng)，控制臂將滑塊的軸向移動(dòng)變換成電位器的旋轉(zhuǎn)角度，即將轉(zhuǎn)矩值變換成電壓量，并輸入到電子控制單元。第35頁，共82頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)5分，星期四 當(dāng)轉(zhuǎn)向盤處于中間位置時(shí)，傳感器的輸出電壓為2.5V； 當(dāng)轉(zhuǎn)向盤向右旋轉(zhuǎn)時(shí)，傳感器的輸出電壓大于2.5V； 轉(zhuǎn)矩傳感器的輸出特性曲線如圖6.29所示。 因此，ECU根據(jù)傳感器輸出電壓的高低，就可以判定轉(zhuǎn)向盤

27、的轉(zhuǎn)動(dòng)方向和轉(zhuǎn)動(dòng)角度。 圖6.30所示為奧拓(Alto)牌汽車電動(dòng)式EPS控制框圖，其控制內(nèi)容如下所述： 當(dāng)轉(zhuǎn)向盤向左旋轉(zhuǎn)時(shí)，傳感器的輸出電壓小于2.5V。第36頁，共82頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)5分，星期四1. 電動(dòng)機(jī)電流控制 ECU根據(jù)轉(zhuǎn)向力矩和車速信號(hào)確定并控制電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)電流的方向和大小，使其在每一種車速下都可以得到最優(yōu)化的轉(zhuǎn)向助力轉(zhuǎn)矩。2. 速度控制 當(dāng)車速高于43km/h到52km/h時(shí)，停止對(duì)電動(dòng)機(jī)供電的同時(shí)，使電動(dòng)機(jī)內(nèi)的電磁離合器分離，按普通轉(zhuǎn)向控制方式工作，以確保行車安全。3. 臨界控制 這是為了保護(hù)系統(tǒng)中的電動(dòng)機(jī)及控制組件而設(shè)的控制項(xiàng)目。第37頁，共82頁，202

28、2年，5月20日，20點(diǎn)5分，星期四 在轉(zhuǎn)向器偏轉(zhuǎn)至最大(即臨界狀態(tài))時(shí)，由于此時(shí)電動(dòng)機(jī)不能轉(zhuǎn)動(dòng)，所以流入電動(dòng)機(jī)的電流達(dá)最大值。 為了避免持續(xù)的大電流使電動(dòng)機(jī)及控制組件發(fā)熱損壞，每當(dāng)較大電流連續(xù)通過30s后，系統(tǒng)就會(huì)控制電流使之逐漸減小。 當(dāng)臨界控制狀態(tài)解除后，控制系統(tǒng)就會(huì)再逐漸增大電流，一直達(dá)到正常的工作電流值為止。4. 自診斷和安全控制 該系統(tǒng)的電子控制單元具有故障自診斷功能，當(dāng)電子控制單元檢測到系統(tǒng)存在故障時(shí)即第38頁，共82頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)5分，星期四會(huì)顯示出相應(yīng)的故障碼，以便采取相應(yīng)的措施。 當(dāng)檢測出系統(tǒng)的基本部件如轉(zhuǎn)矩傳感器、電動(dòng)機(jī)、車速傳感器等出現(xiàn)故障而導(dǎo)致系統(tǒng)

29、處于嚴(yán)重故障的情況下，系統(tǒng)就會(huì)使電磁離合器斷開，停止轉(zhuǎn)向助力控制，確保系統(tǒng)安全、可靠。 第39頁，共82頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)5分，星期四6.3 電子控制動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)故障診斷和檢修 電子控制動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)一般都具有故障自診斷功能，以監(jiān)測、診斷系統(tǒng)的工作情況。 當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，電子控制單元將其故障信息以代碼形式顯示出來，以使維修人員快速、準(zhǔn)確地判斷出故障類型及故障部位。 下面以米拉(Mira)轎車電動(dòng)式EPS系統(tǒng)為例介紹電子控制動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的故障自診斷測試方法。1. 警告燈的檢查 當(dāng)點(diǎn)火開關(guān)處于ON位時(shí)，警告燈應(yīng)點(diǎn)亮，第40頁，共82頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)5分，星期四發(fā)動(dòng)

30、機(jī)啟動(dòng)后警告燈熄滅為正常。 警告燈不亮?xí)r，檢查燈泡是否損壞，熔絲和導(dǎo)線是否斷路。 若發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)后，警告燈仍亮?xí)r，首先應(yīng)考慮該系統(tǒng)是否處于保險(xiǎn)狀態(tài)(只有常規(guī)轉(zhuǎn)向工作，無電動(dòng)助力)，并通過其自診斷系統(tǒng)進(jìn)行必要的檢查。2. 自診斷檢查的操作 將萬用表直流電壓擋的正測試棒接在自診斷連接器(如圖6.31所示)的2號(hào)接柱上，負(fù)測試棒接搭鐵，接通點(diǎn)火開關(guān)ON擋，故障碼即由小到大的順序顯示出來。第41頁，共82頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)5分，星期四 故障碼及其含義見表6-2及續(xù)表。 3. 轉(zhuǎn)矩傳感器的檢查 從轉(zhuǎn)向機(jī)總成上拆下轉(zhuǎn)矩傳感器及其連接器(如圖6.32所示)，測定轉(zhuǎn)矩傳感器主側(cè)端子與之間和副側(cè)端

31、子與之間的電阻，其標(biāo)準(zhǔn)值應(yīng)為(2.180.66)k 。 若不符合要求，則為轉(zhuǎn)矩傳感器異常，應(yīng)更換轉(zhuǎn)向機(jī)總成。 用萬用表直流電壓擋測量上述各端子之間的電壓，來判定轉(zhuǎn)矩傳感器是否良好。 檢查時(shí)，轉(zhuǎn)向盤應(yīng)處于中間位置，電壓約2.5V為良好，4.7V以上為斷路，0.3V以下為短路。第42頁，共82頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)5分，星期四4. 電磁離合器的檢查 從轉(zhuǎn)向機(jī)上斷開電磁離合器的導(dǎo)線插接器(如圖6.32所示)，將蓄電池的正極接到電磁離合器端子上，蓄電池的負(fù)極與端子相接。 在接通與斷開端子的瞬間，離合器應(yīng)有工作聲音。 若沒有聲音，表明電磁離合器有故障，應(yīng)更換轉(zhuǎn)向機(jī)總成。5. 直流電動(dòng)機(jī)的檢查

32、 從轉(zhuǎn)向機(jī)上斷開電動(dòng)機(jī)的導(dǎo)線插接器(如圖6.32所示)，給電動(dòng)機(jī)加上蓄電池電壓時(shí)，電動(dòng)機(jī)應(yīng)有轉(zhuǎn)動(dòng)聲音。第43頁，共82頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)5分，星期四若沒有聲音，應(yīng)更換轉(zhuǎn)向機(jī)總成。6. 車速傳感器的檢查 從變速器上拆下車速傳感器，用手轉(zhuǎn)動(dòng)車速傳感器的轉(zhuǎn)子檢查其能否順利運(yùn)轉(zhuǎn)，若有卡滯則應(yīng)予更換。 測定車速傳感器導(dǎo)線插接器的主側(cè)端子與之間及副側(cè)端子與之間的電阻值，其值等于(16520) 為良好。 若與上述不符則必須更換車速傳感器。 本章課程內(nèi)容結(jié)束了，休息一會(huì)兒吧！第44頁，共82頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)5分，星期四圖6.1 流量控制式動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)(凌志轎車)1動(dòng)力轉(zhuǎn)向油缸

33、；2電磁閥；3動(dòng)力轉(zhuǎn)向控制閥；4ECU；5車速傳感器 第45頁，共82頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)5分，星期四圖6.2 電磁閥的結(jié)構(gòu) 第46頁，共82頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)5分，星期四圖6.3 電磁閥的驅(qū)動(dòng)信號(hào) 第47頁，共82頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)5分，星期四圖6.4 凌志轎車電子控制動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的電路圖 第48頁，共82頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)5分，星期四圖6.5 日產(chǎn)藍(lán)鳥轎車流量控制式動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)1動(dòng)力轉(zhuǎn)向油罐；2轉(zhuǎn)向管柱；3轉(zhuǎn)向角速度傳感器；4ECU；5轉(zhuǎn)向角速度傳感器增幅器；6旁通流量控制閥；7電磁線圈；8轉(zhuǎn)向齒輪聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)；9油泵 第49頁，共

34、82頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)5分，星期四圖6.6 流量控制式動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的構(gòu)成 第50頁，共82頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)5分，星期四圖6.7 三種適應(yīng)不同行駛條件的轉(zhuǎn)向力特性曲線 第51頁，共82頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)5分，星期四圖6.8 汽車急轉(zhuǎn)彎時(shí)的轉(zhuǎn)向力特性曲線 第52頁，共82頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)5分，星期四圖6.9 旁通流量控制閥的結(jié)構(gòu)1流量主孔；2主滑閥；3電磁線圈柱塞；4調(diào)節(jié)螺釘；5電磁線圈；6節(jié)流孔；7穩(wěn)壓滑閥 第53頁，共82頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)5分，星期四圖6.10 日產(chǎn)藍(lán)鳥轎車流量控制式動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)電路圖 第54

35、頁，共82頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)5分，星期四圖6.11 反力控制式動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的工作原理圖1泵；2儲(chǔ)油箱；3分流閥；4扭力桿；5轉(zhuǎn)向盤；6銷；7轉(zhuǎn)向閥桿；8控制閥閥體；9銷；10銷；11小齒輪軸；12活塞；13動(dòng)力缸；14齒條；15小齒輪；16柱塞；17油壓反力室；18電磁閥第55頁，共82頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)5分，星期四圖6.12 豐田“馬克”型反力控制式動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)結(jié)構(gòu)第56頁，共82頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)5分，星期四圖6.13 反力控制式轉(zhuǎn)向控制閥的結(jié)構(gòu)1扭桿；2回轉(zhuǎn)閥；3油壓反力室；4柱塞；5控制閥軸第57頁，共82頁，2022年，5月20日，20

36、點(diǎn)5分，星期四(a) (b)圖6.14 電磁閥的結(jié)構(gòu)及其特性曲線 第58頁，共82頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)5分，星期四圖6.15 兩種動(dòng)力轉(zhuǎn)向特性的比較 第59頁，共82頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)5分，星期四(a)系統(tǒng)示意圖 (b)轉(zhuǎn)子閥圖6.16 地平線牌轎車采用的閥靈敏度可變控制式動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng) 第60頁，共82頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)5分，星期四 圖6.17 轉(zhuǎn)子閥及電磁閥結(jié)構(gòu)斷面圖1動(dòng)力缸；2電磁閥；3油箱；4泵第61頁，共82頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)5分，星期四圖6.18 閥部的等效液壓回路圖 第62頁，共82頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)5分

37、，星期四圖6.18 閥部的等效液壓回路圖 第63頁，共82頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)5分，星期四 圖6.17 轉(zhuǎn)子閥及電磁閥結(jié)構(gòu)斷面圖1動(dòng)力缸；2電磁閥；3油箱；4泵第64頁，共82頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)5分，星期四圖6.19 控制系統(tǒng)電路圖 第65頁，共82頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)5分，星期四項(xiàng) 目規(guī) 格電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁方式額定電壓/V額定轉(zhuǎn)矩/(Nm)額定電流A永磁鐵勵(lì)磁式DC0.9830電磁離合器形式額定電壓/V額定電阻/額定傳遞轉(zhuǎn)矩/(Nm)干式單片電磁式DC1219.5(20)1.18(15V，20)轉(zhuǎn)矩傳感器額定電壓/V額定輸出電壓/V全電阻/52.5(中立

38、時(shí))2.180.66車速傳感器輸出特性/V內(nèi)阻/9.5(1000r/min)165(20)電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向控制件控制方式額定電壓/V，工作電壓范圍/V微機(jī)控制(8位)12DC10，DC16表6-1 EPS系統(tǒng)的主要參數(shù)(Minica) 第66頁，共82頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)5分，星期四圖6.20 電動(dòng)式EPS的組成1轉(zhuǎn)向盤；2輸入軸；3ECU；4電動(dòng)機(jī)；5電磁離合器；6轉(zhuǎn)向齒條；7橫拉桿；8轉(zhuǎn)向輪；9輸出軸；10扭力桿；11扭矩傳感器；12轉(zhuǎn)向齒輪 第67頁，共82頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)5分，星期四圖6.21 Mira車上EPS的布置 1制動(dòng)開關(guān)；2轉(zhuǎn)矩傳感器(主、輔助)；3發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)；4車速傳感器；5減速機(jī)；6電動(dòng)機(jī)；7蓄電池；8計(jì)算機(jī) 第68頁，共82頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)5分，星期四(a) (b)圖6.22 無觸點(diǎn)式轉(zhuǎn)矩傳感器的結(jié)構(gòu)及工作原理圖第69頁，共82頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)5分，星期四 圖6.23 滑動(dòng)可