電控助力轉(zhuǎn)向技術(shù)

1、 電控助力轉(zhuǎn)向技術(shù)汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是指能夠按照駕駛員的意愿，使汽車改變或恢復(fù)其行駛方向的一套專設(shè)機(jī)構(gòu)，傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)向系主要由轉(zhuǎn)向操縱機(jī)構(gòu)、轉(zhuǎn)向器、轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)三部分組成。6.1.1 電控動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的功用汽車電控動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的功能就是根據(jù)各傳感器的信號(hào)判斷駕駛意愿和車輛狀態(tài)信息，借助于液壓系統(tǒng)的液體壓力或電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)力來(lái)對(duì)車輪的轉(zhuǎn)向?qū)崿F(xiàn)不同程度的助力，所以動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)也稱為轉(zhuǎn)向助力裝置。一般電控動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)應(yīng)滿足以下要求：（1）優(yōu)越的操縱性 （2）合適的轉(zhuǎn)向力 （3）平順的回正性能 （4）要有隨動(dòng)作用（5）減小從道路表面?zhèn)鱽?lái)的沖擊 （6）工作可靠 6.1 概述6.1.2 電控動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的分類按照動(dòng)力源

2、不同，電控動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)可以分為液壓式和電動(dòng)式兩種。液壓式電控動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是在普通動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中增設(shè)了控制液體流量的電控系統(tǒng)，包括電磁閥、車速傳感器以及電控單元（ECU）等。ECU通過(guò)傳感器的信號(hào)控制電磁閥的開(kāi)、閉，使得動(dòng)力轉(zhuǎn)向的助力程度連續(xù)可調(diào)，從而滿足車輛在高、低速時(shí)的不同轉(zhuǎn)向力要求。電動(dòng)式電控動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是采用電動(dòng)機(jī)作為動(dòng)力源，電控單元依據(jù)轉(zhuǎn)向參數(shù)和車速傳感器信號(hào)控制加在轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)上的電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩的大小和方向，得到一個(gè)相應(yīng)的轉(zhuǎn)向助力。6.2 電控動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與工作原理電控動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（Electronic Control Power Steering,簡(jiǎn)稱EPS）在轎車上得到了廣泛的應(yīng)用

3、。目前常用的電控動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)有液壓式和電動(dòng)式兩種。6.2.1 液壓式電控動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)液壓式電控動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是在普通動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的基礎(chǔ)上增設(shè)了控制液體流量的電磁閥、檢測(cè)車輛信息的各種傳感器、以及電控單元（ECU）。目前液壓式EPS在轎車上應(yīng)用較多，如上海大眾POLO、一汽大眾Audi A6等。根據(jù)控制方式不同，液壓式電控動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)分為流量控制式、反力控制式和閥靈敏度控制式三種形式。1.流量控制式電控液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng) 其工作原理如圖6-1 b）所示，在動(dòng)力轉(zhuǎn)向泵與轉(zhuǎn)向控制閥之間設(shè)有旁通管路，在旁通管路中又設(shè)有旁通流量控制閥。系統(tǒng)工作時(shí)，ECU根據(jù)車速傳感器、轉(zhuǎn)向角速度傳感器和控制開(kāi)關(guān)等信號(hào)，給旁

4、通流量控制閥通入如圖6-2所示的不同占空比的信號(hào)，以控制其開(kāi)啟程度，進(jìn)而控制供油和回油管路之間的旁通油量，從而調(diào)整供給轉(zhuǎn)向器內(nèi)部的轉(zhuǎn)向液的流量。當(dāng)車輛高速行駛時(shí)，流過(guò)旁通流量控制閥電磁線圈上的平均電流大，閥的開(kāi)度大，旁路液壓油量大，油泵向轉(zhuǎn)向器供油量減少，動(dòng)力轉(zhuǎn)向控制閥靈敏度下降（傳力介質(zhì)減少了），轉(zhuǎn)向助力作用降低，操縱轉(zhuǎn)向盤的轉(zhuǎn)向力增加；反之，閥開(kāi)度變小，旁路液壓油量小，油泵向轉(zhuǎn)向器供油量增多，轉(zhuǎn)向助力作用提高，操縱轉(zhuǎn)向盤的轉(zhuǎn)向力減小。a） b）圖6-1 藍(lán)鳥(niǎo)轎車流量控制式EPS組成及原理a） 組成結(jié)構(gòu) b）工作原理圖6-2 電磁閥驅(qū)動(dòng)信號(hào) 如圖6-3所示為該系統(tǒng)旁通流量控制閥的結(jié)構(gòu)示意圖。

5、在閥體內(nèi)裝有主滑閥2和穩(wěn)壓滑閥6，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(kāi)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6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(kāi)口面積成正比。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)流孔開(kāi)口面積減小，流入到閥內(nèi)的液壓油量減少，前后壓差減?。蝗绻麎翰钚∮谠O(shè)定值，則閥芯右移，使節(jié)流孔開(kāi)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

6、旁通流量的大小只與主滑閥控制的流量主孔的開(kāi)口面積有關(guān)。 圖6-3 旁通流量控制閥結(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 6-穩(wěn)壓滑閥 在實(shí)際的轉(zhuǎn)向操作中，駕駛員可以通過(guò)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)選擇不同的轉(zhuǎn)向模式：“H-高”、“N-中”、“L-低”，得到三種適應(yīng)不同行駛條件的轉(zhuǎn)向力特性曲線，如圖6-4所示。另外，ECU還可以根據(jù)轉(zhuǎn)向角度傳感器輸出信號(hào)的大小，在汽車急轉(zhuǎn)彎時(shí)按照特殊的轉(zhuǎn)向力特性實(shí)施最優(yōu)控制，如圖6-5所示。圖6-4 三種不同的轉(zhuǎn)向力特性曲線 圖6-5汽車急轉(zhuǎn)彎時(shí)的轉(zhuǎn)向力特性 如圖6-6所示為該系統(tǒng)電控系統(tǒng)電路圖。主要有傳感器及開(kāi)關(guān)等信號(hào)輸入裝置、EC

7、U、執(zhí)行器等組成，當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，能夠?qū)崿F(xiàn)自診斷和失效保護(hù)等功能。2.反力控制式電控液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)該系統(tǒng)的工作原理是：汽車轉(zhuǎn)向時(shí)，轉(zhuǎn)向盤上的轉(zhuǎn)向力通過(guò)扭力桿傳遞給小齒輪軸。當(dāng)轉(zhuǎn)向力增大，扭力桿發(fā)生扭轉(zhuǎn)變形時(shí)，控制閥閥套和閥芯之間將發(fā)生相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，于是就改變了閥套和閥芯之間油道的通、斷關(guān)系和工作油液的流動(dòng)方向，從而實(shí)現(xiàn)不同的轉(zhuǎn)向助力作用。反力控制式EPS工作時(shí)，ECU根據(jù)車速的高低線性控制電磁閥的開(kāi)度。1）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(kāi)口面積增大，經(jīng)分流閥分流的液壓油通過(guò)電磁閥重新回流到儲(chǔ)油箱中，所以作用于柱塞16的背壓（油壓反力室壓力）降低。于是柱塞推動(dòng)控制

8、閥閥芯的力（反力）較小，因此只需要較小的轉(zhuǎn)向力就可使扭力桿扭轉(zhuǎn)變形，使轉(zhuǎn)向控制閥的閥套與閥芯產(chǎn)生相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)而實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向助力作用。2）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(kāi)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)控制閥閥芯的力增大。此時(shí)需要較大的轉(zhuǎn)向力才能使轉(zhuǎn)向控制閥的閥套與閥芯之間作相對(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。反力控制式EPS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。圖6

9、-6 反力控制式EPS3.閥靈敏度控制式電控液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng) 閥靈敏度控制式電控液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（以下簡(jiǎn)稱閥靈敏度控制式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(lái)控制系統(tǒng)油壓，進(jìn)而控制轉(zhuǎn)向助力的大小。 圖6-8 a）所示為閥靈敏度控制式EPS的組成，該系統(tǒng)主要由轉(zhuǎn)向控制閥、轉(zhuǎn)向動(dòng)力缸、儲(chǔ)油箱、電磁閥、車速傳感器和電子控制單元等組成，系統(tǒng)對(duì)轉(zhuǎn)向控制閥作了局部改進(jìn)，如圖6-8 b）所示，一般在控制閥閥套圓周上形成6條或8條溝槽，各溝槽利用閥部外體與泵、動(dòng)力缸、電磁閥及儲(chǔ)油箱連接?？刂崎y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

10、種，在高速專用可變孔的下邊設(shè)有旁通電磁閥回路。 a） b）圖6-8 閥靈敏度控制式EPSa）系統(tǒng)組成 b）控制閥結(jié)構(gòu)圖6-9 控制閥的等效液壓回路圖a）等效液壓回路 b）助力作用增大 c）助力作用減小3.閥靈敏度控制式電控液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)1）如圖6-9 b）所示，）-9b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)向轉(zhuǎn)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，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lL、2L的開(kāi)口面積越大，節(jié)流作用就越小，轉(zhuǎn)向助力作用

11、越明顯。2）如圖6-9 c）所示，隨著車輛行駛速度的提高，在電子控制單元的作用下，電磁閥的開(kāi)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?；貎?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(kāi)度。車速越高，在電子控制單元的控制下，電磁閥的開(kāi)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(kāi)度越大，轉(zhuǎn)向助力作用也越小。當(dāng)轉(zhuǎn)向力增大時(shí)，3R的開(kāi)度逐漸減小，轉(zhuǎn)向助力作用也隨之增大。由此可見(jiàn)，閥靈敏度控制式EPS可使駕駛員獲得非常自然的轉(zhuǎn)向手感和良好的速度轉(zhuǎn)

12、向特性。圖6-11 閥靈敏度控制式EPS電控系統(tǒng)電路圖6.2.2 電動(dòng)式電控動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)液壓式電控動(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。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。隨著電子技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，目前越來(lái)越多的轎車上采用了電動(dòng)式電控動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（簡(jiǎn)稱電動(dòng)式EPS），它是一種直接依靠電動(dòng)機(jī)提供輔助轉(zhuǎn)矩的電控動(dòng)力式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。主要優(yōu)點(diǎn)有：采用電力作為轉(zhuǎn)向動(dòng)力，省去了油壓系統(tǒng)，所以不需要給轉(zhuǎn)向油泵補(bǔ)充油，也不必?fù)?dān)心漏油。沒(méi)有液壓式動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)所必須的

13、常運(yùn)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)向油泵，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。將各部件裝配成一個(gè)整體，既無(wú)管道也無(wú)控制閥，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。電動(dòng)機(jī)工作可用ECU進(jìn)行控制，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，具有較好的兼容性。1.電動(dòng)式EPS分類根據(jù)電動(dòng)機(jī)對(duì)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)產(chǎn)生助力的部位不同，電動(dòng)式電控動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)有三種類型：（1）轉(zhuǎn)向軸助力式 如圖6-12 a）所示，轉(zhuǎn)向助力機(jī)械安裝在轉(zhuǎn)向軸上。當(dāng)駕駛員轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)向盤時(shí)，控制單元根據(jù)接收的轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)動(dòng)方向、車速等信號(hào)，控制直流助力電動(dòng)機(jī)的電流。電動(dòng)機(jī)的動(dòng)力經(jīng)離合器、電動(dòng)機(jī)齒

14、輪傳給轉(zhuǎn)向軸的齒輪，然后經(jīng)萬(wàn)向節(jié)及中間軸傳給轉(zhuǎn)向器。（2）轉(zhuǎn)向器小齒輪助力式 如圖6-12 b）所示。轉(zhuǎn)向助力機(jī)械安裝在轉(zhuǎn)向器小齒輪處。與轉(zhuǎn)向軸助力式相比，可以提供較大的轉(zhuǎn)向力，適用于中型車。（3）齒條助力式 如圖6-12 c）所示。轉(zhuǎn)向助力機(jī)械安裝在轉(zhuǎn)向齒條處。電動(dòng)機(jī)通過(guò)減速傳動(dòng)機(jī)構(gòu)直接驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)向齒條。與轉(zhuǎn)向器小齒輪助力式相比，可以提供更大的轉(zhuǎn)向力，適用于大型車，對(duì)原有的轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)械有較大改變。2.電動(dòng)式EPS的基本組成及元件結(jié)構(gòu)（1）傳感器 系統(tǒng)中的傳感器主要有車速傳感器和轉(zhuǎn)矩傳感器，其中車速傳感器的作用是測(cè)量車輛行駛速度，作為電動(dòng)助力調(diào)節(jié)的依據(jù)。轉(zhuǎn)矩傳感器的作用是測(cè)量轉(zhuǎn)向盤與轉(zhuǎn)向器之間的相

15、對(duì)轉(zhuǎn)矩，以作為電動(dòng)機(jī)動(dòng)力調(diào)節(jié)的依據(jù)。如圖6-14所示為一種無(wú)觸點(diǎn)式轉(zhuǎn)矩傳感器的結(jié)構(gòu)及原理。圖6-14 無(wú)觸點(diǎn)式轉(zhuǎn)矩傳感器其工作原理是：當(dāng)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(guò)每個(gè)極靴的磁通量相等，所以在V、W兩端檢測(cè)到的輸出電壓信號(hào)U0=0；當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)向盤時(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(guò)測(cè)量V、W兩端的電位差就可

16、以測(cè)量出扭力桿的扭轉(zhuǎn)角，即可得出轉(zhuǎn)向盤上施加的轉(zhuǎn)矩大小。（2）控制單元 ECU包括檢測(cè)電路、微處理器、控制電路等。檢測(cè)電路將傳感器的信號(hào)進(jìn)行整形放大后輸入微處理器，然后微處理器計(jì)算出最優(yōu)化的助力轉(zhuǎn)矩?？刂齐娐穼?lái)自微處理器的電流命令輸送到電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路。（3）電動(dòng)機(jī) 電動(dòng)式EPS中用的電動(dòng)機(jī)是直流電動(dòng)機(jī)，與起動(dòng)用直流電動(dòng)機(jī)原理基本相同，一般采用永磁磁場(chǎng)。最大電流為30A左右，電壓為DC12V，額定轉(zhuǎn)矩為10Nm左右。轉(zhuǎn)向盤的轉(zhuǎn)動(dòng)是雙向的，因此轉(zhuǎn)向助力電動(dòng)機(jī)需要進(jìn)行正反轉(zhuǎn)控制，其控制電路如圖6-15所示。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

17、流經(jīng)VT2電動(dòng)機(jī)MVT3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電動(dòng)機(jī)VT4搭鐵而構(gòu)成回路，電動(dòng)機(jī)則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(guò)電動(dòng)機(jī)電流的大小。圖6-15 電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)控制電路（4）電磁離合器 電控動(dòng)力轉(zhuǎn)向系的工作一般都有一定的范圍，如果超過(guò)規(guī)定車速（如45km/h），就不需要電動(dòng)機(jī)輔助動(dòng)力轉(zhuǎn)向，此時(shí)電動(dòng)機(jī)停止工作，且離合器分離，不再起傳遞動(dòng)力的作用。在不加動(dòng)力的情況下，離合器可以消除電動(dòng)機(jī)慣性的影響。同時(shí)，在系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，因離合器分離，可以恢復(fù)手動(dòng)控制轉(zhuǎn)向。如圖6-16所示為電磁離合器的工作原理，電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)主動(dòng)輪旋轉(zhuǎn)，當(dāng)線圈

18、通電時(shí)，離合器接合，主動(dòng)輪與壓板結(jié)合，通過(guò)壓板內(nèi)的花鍵帶動(dòng)從動(dòng)軸旋轉(zhuǎn)，此時(shí)電動(dòng)機(jī)具有助力作用；反之，離合器分離，助力作用被切斷。為了減少加與不加助力時(shí)駕駛車輛感覺(jué)的差別，設(shè)法使離合器具有滯后輸出特性，同時(shí)還使其具有半離合狀態(tài)區(qū)域。（5）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，其作用是把電動(dòng)機(jī)的輸出進(jìn)行減速增扭，再傳給轉(zhuǎn)向齒輪箱的主要部件。目前已使用的有多種組合方式，如兩級(jí)行星齒輪與傳動(dòng)齒輪驅(qū)動(dòng)組合式，渦輪渦桿與轉(zhuǎn)向軸驅(qū)動(dòng)組合式等。為了抑制噪聲和提高耐久性，減速機(jī)構(gòu)中的齒輪多半采用了特殊齒形或者采用樹(shù)脂材料。3.電動(dòng)式EPS的工作原理系統(tǒng)的工作原理是：當(dāng)駕駛員操縱轉(zhuǎn)向盤時(shí)，轉(zhuǎn)矩傳感器不斷

19、輸出與轉(zhuǎn)向力大小相應(yīng)的轉(zhuǎn)矩信號(hào)，同時(shí)，車速傳感器提供的車速信號(hào)與該信號(hào)同時(shí)輸入給電控單元，電控單元根據(jù)這些輸入信號(hào)，確定動(dòng)力轉(zhuǎn)矩的大小和方向，即選定電動(dòng)機(jī)的電流和方向。電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩由電磁離合器傳遞并通過(guò)減速機(jī)構(gòu)減速增扭后，加在汽車的轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)上，使之得到一個(gè)與汽車工況相適應(yīng)的轉(zhuǎn)向作用力。當(dāng)超過(guò)規(guī)定的車速時(shí)，離合器的驅(qū)動(dòng)信號(hào)被切斷，電動(dòng)機(jī)與減速機(jī)構(gòu)分離，同時(shí)電動(dòng)機(jī)也停止工作。6.3 典型汽車電控動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)目前，電控動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)在國(guó)內(nèi)普遍應(yīng)用于轎車上，國(guó)外部分大中型客、貨車上也有應(yīng)用。本節(jié)主要介紹豐田凌志LS400轎車的電控動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。凌志LS400轎車采用反力控制式電控液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，豐田公

20、司稱之為PPS（ Progressive Power Steering）。1. 凌志LS400轎車動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的功能1）可隨汽車道路駛車速改變液壓助力的大小，提高車輛的轉(zhuǎn)向性和操縱穩(wěn)定性。2）轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)中還包括有動(dòng)力傾斜、動(dòng)力伸縮ECU控制的轉(zhuǎn)向柱，可根據(jù)駕駛員的需要使轉(zhuǎn)向柱自動(dòng)選擇合適的傾斜角度和伸縮長(zhǎng)度，以及返回原位等。2. 凌志LS400轎車電控動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的組成如圖6-18所示，凌志LS400轎車的電控液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)由錐齒輪式轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)、液壓控制系統(tǒng)和電子控制系統(tǒng)三部分組成。3.凌志LS400轎車電控動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的工作原理1）當(dāng)車輛低速行駛或車輛泊位停車時(shí)，轉(zhuǎn)向ECU接收的是低速傳感信號(hào)

21、，即向電磁閥提供較大的電流，閥芯開(kāi)路增大，從轉(zhuǎn)向油泵輸出的壓力油液經(jīng)流量分配閥后，一部分流向轉(zhuǎn)向旋轉(zhuǎn)滑閥，然后經(jīng)助力缸起轉(zhuǎn)向助力作用；另一部分則經(jīng)電磁閥旁路流回到儲(chǔ)液罐內(nèi)，使得流向反力室的液壓油流量大大減少，反力室中的油壓下降，失去阻尼作用，故此時(shí)需要的轉(zhuǎn)向操縱力很小，轉(zhuǎn)向輕巧靈活，對(duì)泊位停車或低速行駛轉(zhuǎn)向十分有利。2）當(dāng)車輛在中、高速行駛轉(zhuǎn)向時(shí)，因?yàn)殡姶砰y從ECU只得到隨車速增高而逐漸減小的電流，閥芯位移很小，流量旁通作用很小，反力室中的油壓上升，使得轉(zhuǎn)向操作的“路感”明顯，可有效地克服高速轉(zhuǎn)向“發(fā)飄”和不易掌握的缺陷，提高行駛穩(wěn)定性和安全性。當(dāng)轉(zhuǎn)向角較大、助力缸液壓升高較大時(shí)，反饋到進(jìn)油管

22、的壓力也升高，則通過(guò)量孔的流量自然增加，使反力室的阻尼作用迅速得以增強(qiáng)。然而，過(guò)分地增加轉(zhuǎn)向操縱力對(duì)駕駛也不利，為此，流量分配閥起限制反力室流量的作用。當(dāng)進(jìn)油壓力升至較高時(shí)，推動(dòng)流量分配閥下閥體逐漸向下，關(guān)小至反力室的液流通道，使反力室的阻尼作用得以抑制。4.凌志LS400轎車電控動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)電路6.5 四輪轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)四輪轉(zhuǎn)向（4WS4 Wheel Steering）汽車是指四個(gè)車輪都是轉(zhuǎn)向車輪的汽車，或4個(gè)車輪都能起轉(zhuǎn)向作用的汽車。它是在傳統(tǒng)兩輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，增設(shè)了一個(gè)安裝在后懸架上的后輪轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)，能夠使駕駛員操縱轉(zhuǎn)向盤時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)汽車的前后四個(gè)車輪，不僅提高了高速時(shí)的穩(wěn)定性和可控性，而且提

23、高了低速時(shí)的機(jī)動(dòng)性。汽車的四輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)在20世紀(jì)80年代中期開(kāi)始發(fā)展，二十世紀(jì)八、九十年代的本田、馬自達(dá)及通用概念車都曾經(jīng)應(yīng)用了四輪轉(zhuǎn)向技術(shù)。此外，最近幾年的豐田概念車、日產(chǎn)以及雷諾等車型都用到了四輪轉(zhuǎn)向技術(shù)。目前該技術(shù)被很多公司所采用，其中大多應(yīng)用在了高級(jí)轎車、大型車輛上，也有一些SUV以及跑車具有四輪轉(zhuǎn)向的功能。6.5.1 4WS車輛的轉(zhuǎn)向特性采用四輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的車輛，在低速行駛時(shí)為逆相轉(zhuǎn)向（前、后輪旋轉(zhuǎn)方向相反），使轉(zhuǎn)彎時(shí)具有較小的轉(zhuǎn)彎半徑，靈活性良好；中高速時(shí)為同相轉(zhuǎn)向（前、后輪旋轉(zhuǎn)方向相同），以提高在高速時(shí)抗側(cè)風(fēng)能力及車道變換或車輛轉(zhuǎn)彎時(shí)的操縱穩(wěn)定性。14WS車輛的低速轉(zhuǎn)向特性24WS

24、車輛的高速轉(zhuǎn)向特性圖6-26 2WS車高速轉(zhuǎn)向的車輛軌跡 圖6-26 中高速轉(zhuǎn)向時(shí)2WS和4WS同向轉(zhuǎn)向操縱比較6.5.2 轉(zhuǎn)向角比例控制 轉(zhuǎn)向角比例控制的四輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是指后輪轉(zhuǎn)角與前輪轉(zhuǎn)角成比例，在低速區(qū)前、后輪逆相，而中高速區(qū)同相的轉(zhuǎn)向操縱控制，使車體的前進(jìn)方向與車體朝向一致，得到穩(wěn)定的轉(zhuǎn)向性能。1. 系統(tǒng)組成 系統(tǒng)主要由車速傳感器、轉(zhuǎn)角比傳感器、轉(zhuǎn)向控制單元、4WS轉(zhuǎn)換器、轉(zhuǎn)向樞軸、前后轉(zhuǎn)向齒輪箱等組成。前后輪的轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)機(jī)械連接，轉(zhuǎn)向盤的轉(zhuǎn)動(dòng)傳到前輪轉(zhuǎn)向齒輪箱（齒輪齒條式），齒條帶動(dòng)前轉(zhuǎn)向橫拉桿左右運(yùn)動(dòng)，以控制前輪轉(zhuǎn)向。同時(shí)，輸出小齒輪旋轉(zhuǎn)，通過(guò)連接軸傳遞到后輪轉(zhuǎn)向齒輪箱，后輪的轉(zhuǎn)角與轉(zhuǎn)

25、向盤的轉(zhuǎn)角成比例變化，使其低速轉(zhuǎn)向時(shí)，后輪與前輪反相轉(zhuǎn)動(dòng)，中高速行駛時(shí)，后輪與前輪同相轉(zhuǎn)動(dòng)。 如圖6-29 a）所示為轉(zhuǎn)向樞軸的結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)向樞軸位于后轉(zhuǎn)向齒輪箱內(nèi)，是一個(gè)大的軸承，其外圈與扇形齒輪成為一體，圍繞樞軸可左右旋轉(zhuǎn)；內(nèi)圈與連桿突出的偏心軸相連，連桿通過(guò)4WS轉(zhuǎn)換器的電動(dòng)機(jī)以連桿旋轉(zhuǎn)中心做正反旋轉(zhuǎn)。偏心軸在轉(zhuǎn)向樞軸機(jī)構(gòu)內(nèi)可上下回轉(zhuǎn)約55。圖6-29 轉(zhuǎn)向樞軸a） 結(jié)構(gòu) b）偏心軸和樞軸的運(yùn)動(dòng) c）樞軸的旋轉(zhuǎn)角與連桿移動(dòng)量之間的關(guān)系 通過(guò)連接軸的輸入使輸入小齒輪向左或向右旋轉(zhuǎn)時(shí)，帶動(dòng)扇形齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)，再由轉(zhuǎn)向樞軸通過(guò)偏心軸使連桿向左右方向移動(dòng)，連桿帶動(dòng)后轉(zhuǎn)向橫拉桿和后轉(zhuǎn)向節(jié)臂實(shí)現(xiàn)后輪的轉(zhuǎn)向。如

26、圖6-29 b）所示為樞軸與偏心軸的運(yùn)動(dòng)，形成后輪的同相位和逆相位的轉(zhuǎn)向原理圖。 偏心軸的前端與樞軸左右旋轉(zhuǎn)中心重合時(shí)，即使轉(zhuǎn)向樞軸左右轉(zhuǎn)動(dòng)，連桿也完全不動(dòng)，后輪就在中立狀態(tài)；隨著偏心軸前端位置與樞軸的旋轉(zhuǎn)中心上下方向的偏離，樞軸左右轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)連桿的移動(dòng)量就會(huì)變大，偏心軸與后輪轉(zhuǎn)向之間的動(dòng)態(tài)關(guān)系是：偏心軸前端位置在轉(zhuǎn)向樞軸的上側(cè)時(shí)為逆相位，而下側(cè)時(shí)為同相位，如圖6-29 c）所示。 圖6-30 4WS轉(zhuǎn)換器的結(jié)構(gòu)2.控制原理 如圖6-31所示為該系統(tǒng)ECU控制流程圖。通過(guò)轉(zhuǎn)向角傳感器、車速傳感器等輸入信號(hào)，進(jìn)行以下控制：(1) 轉(zhuǎn)向角比控制 車速主要由車速表的傳感器提供（SP1），用ABS車速傳感

27、器中的前輪的一個(gè)傳感器輸入信號(hào)作為輔助信號(hào)（SP2）。轉(zhuǎn)向角比傳感器是檢測(cè)后轉(zhuǎn)向齒輪箱內(nèi)的連桿的旋轉(zhuǎn)角度，其工作原理與電位計(jì)式節(jié)氣門位置傳感器類似，根據(jù)與旋轉(zhuǎn)角度的變化，傳感器內(nèi)的滑動(dòng)電阻值發(fā)生變化，進(jìn)而使得電路中的電壓發(fā)生變化，將不同的電壓信號(hào)輸入到ECU即可得出對(duì)應(yīng)的角度。（2）2WS選擇功能 2WS開(kāi)關(guān)為ON且變速器為倒擋狀態(tài)時(shí)，因車速較低，故將后輪的轉(zhuǎn)向操縱量設(shè)定為零。對(duì)2WS車倒退轉(zhuǎn)向操縱已習(xí)慣的人，若對(duì)4WS車倒退轉(zhuǎn)向操縱有失調(diào)感時(shí)，可使用此開(kāi)關(guān)。（3）安全性控制 系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，在進(jìn)行下列工作的同時(shí)點(diǎn)亮“4WS警告燈”通知駕駛員，而且ECU記憶故障信息。主電動(dòng)機(jī)異常時(shí)，驅(qū)動(dòng)副電動(dòng)

28、機(jī)只在同相方向上，以常規(guī)模式（NORMAL）按照車速進(jìn)行轉(zhuǎn)向角比控制。車速傳感器異常時(shí)，在SPl和SP2的任何一個(gè)輸出中，用車速高的值通過(guò)主電動(dòng)機(jī)只對(duì)同相方向進(jìn)行轉(zhuǎn)向角控制。轉(zhuǎn)向角比傳感器異常時(shí)，通過(guò)副電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)到同相方向最大值時(shí)停止控制。此時(shí)，若是副電動(dòng)機(jī)異常，則用主電動(dòng)機(jī)進(jìn)行同樣的控制。ECU異常時(shí)，通過(guò)副電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)到相同方向最大值為止，然后停止控制。此時(shí)，能避免出現(xiàn)逆相位狀態(tài)。6.5.3 橫擺角速度比例控制1系統(tǒng)組成 圖6-33所示為4WS的橫擺角速度比例控制系統(tǒng)的組成。使后輪產(chǎn)生轉(zhuǎn)向角的工作原理就是轉(zhuǎn)換后轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的控制閥油路，使閥芯左右移動(dòng)。在前輪有轉(zhuǎn)向運(yùn)動(dòng)時(shí)控制閥將后輪的最大轉(zhuǎn)向角控

29、制到5（大轉(zhuǎn)向角控制），而與前輪轉(zhuǎn)向無(wú)關(guān)時(shí)將后輪的轉(zhuǎn)向角最大控制到1（小轉(zhuǎn)向角控制）。前者屬于依靠傳動(dòng)繩索的機(jī)械式轉(zhuǎn)向，而后者是依靠轉(zhuǎn)向電動(dòng)機(jī)的電子式轉(zhuǎn)向，后輪的轉(zhuǎn)向角是由上述兩者合成的。 圖6-33 4WS橫擺角速度比例控制系統(tǒng)的組成圖6-34 轉(zhuǎn)向操縱機(jī)構(gòu)a） 前輪轉(zhuǎn)向操縱機(jī)構(gòu) b） 后輪轉(zhuǎn)向操縱機(jī)構(gòu)（1）大轉(zhuǎn)向角控制（機(jī)械式控制） 當(dāng)前輪轉(zhuǎn)向角處在與后輪轉(zhuǎn)向無(wú)關(guān)的控制齒條自由行程范圍（盲區(qū)）內(nèi)時(shí)，閥芯與閥套筒之間的相對(duì)位置處于中立狀態(tài)。因而，來(lái)自液壓泵的工作油液被排出，且返回到副油箱。動(dòng)力油缸的左、右室都成為中立的低油壓，活塞桿在復(fù)位彈簧的作用下停止在中立位置。當(dāng)前輪轉(zhuǎn)向角較大時(shí)，超出轉(zhuǎn)

30、向齒條自由行程范圍，如果向左轉(zhuǎn)向時(shí)，閥套筒向左方向移動(dòng)，并與閥芯之間產(chǎn)生相對(duì)位移，圖6-35中的閥套筒與閥芯在a部位接觸密封，高壓作用于動(dòng)力油缸的右室，推動(dòng)活塞桿向左移動(dòng)，而后輪就向右轉(zhuǎn)向。2控制狀態(tài)圖6-35 大轉(zhuǎn)向角控制當(dāng)活塞桿向左移動(dòng)時(shí)，因?yàn)檗D(zhuǎn)向電動(dòng)機(jī)不工作，閥控制桿就以支點(diǎn)A為中心回轉(zhuǎn)，并將閥芯從B點(diǎn)移到左方的B點(diǎn)（A、B、B點(diǎn)的位置見(jiàn)6-36 a）圖），因此閥套筒與閥芯在a部位脫開(kāi)接觸形成節(jié)流作用，降低動(dòng)力油缸右室的壓力，結(jié)果是當(dāng)活塞桿移動(dòng)到規(guī)定位置時(shí)，節(jié)流壓力與來(lái)自車輪的外力相平衡，后輪就不能進(jìn)行更多的轉(zhuǎn)向。外力產(chǎn)生變化時(shí)，活塞桿將有微小的變化，但閥控制桿立即將變化反饋給閥芯并改變節(jié)流量。這個(gè)過(guò)程直到動(dòng)力活塞的壓力與外力相平衡為止，從而保持穩(wěn)定。 （2）小轉(zhuǎn)向角控制