第七章 電控動力轉向與四輪轉向系統(tǒng)

第七章電控動力轉向與四輪轉向系統(tǒng)第一頁，共三十頁，2022年，8月28日第一節(jié)電控液力式動力轉向系統(tǒng)

一、系統(tǒng)的組成為了說明電控液力式動力轉向的整體構造和工作原理，圖7-2示出了轉向齒輪箱與液壓回路的結構簡圖。圖中沒有標出ECU的詳細部分，僅使用了作為ECU輸入的車輪轉速信號。1轉向齒輪箱2分流閥3電磁閥下一頁第二頁，共三十頁，2022年，8月28日圖7-2電控液力式動力轉向系統(tǒng)結構簡圖返回第三頁，共三十頁，2022年，8月28日第一節(jié)電控液力式動力轉向系統(tǒng)二、控制原理電控器（ECU）根據從輪速傳感器傳來的輸入信號，判別汽車處于停止狀態(tài)還是處于低速行駛或高速行駛工況，對電磁閥線圈的電流進行線性控制，從而達到控制動力轉向的目的。一般動力轉向的控制形態(tài)有以下三種：1以極低速行駛時的控制2高速直行時的控制3中高速轉向時的控制

下一頁上一頁第四頁，共三十頁，2022年，8月28日第一節(jié)電控液力式動力轉向系統(tǒng)三、控制機構目前在汽車上采用的電控液力式動力轉向系統(tǒng)的控制機構可分為流量控制式、反力控制式和閥靈敏度可變控制式。1流量控制式這是一種通過車速傳感器調節(jié)動力轉向裝置供應的壓力油液，改變油液的輸入輸出流量，以控制轉向力的方法。優(yōu)點是，在原來動力轉向功能上再增加壓力油液流量控制功能即可，可以降低價格，簡化結構。缺點是，當流向動力轉向機構的壓力油液降低到極限值時，將改變轉向控制部分的剛度，使其下降到接近轉向剛性。這樣，在低供給油量區(qū)域內，對于快速轉向會產生壓力油量不足，降低了響應性。流量控制式動力轉向裝置的基本結構見圖7-4。下一頁上一頁第五頁，共三十頁，2022年，8月28日圖7-4日本藍鳥牌轎車的電子控制動力轉向裝置返回第六頁，共三十頁，2022年，8月28日第一節(jié)電控液力式動力轉向系統(tǒng)2反力控制式這是一種利用車速傳感器控制反力室油壓，改變壓力油輸入、輸出的增益幅度，以控制轉向力的方法，為此，在轉向控制閥中設有反力室。其缺點是價格高，結構復雜。其優(yōu)點是具有較大的選擇轉向力的自由度，而且轉向剛性大，駕駛者能確實感受到路面情況，可以獲得穩(wěn)定的操作手感，所以能按照車速情況進行最佳的穩(wěn)定操縱。圖7-5中示出了裝備這種裝置的愛丹娜轎車的動力轉向系統(tǒng)圖。

下一頁上一頁第七頁，共三十頁，2022年，8月28日圖7-5反力控制式動力轉向裝置（愛丹娜轎車）返回第八頁，共三十頁，2022年，8月28日第一節(jié)電控液力式動力轉向系統(tǒng)3閥靈敏度可變控制式這是根據車速操縱電磁閥，直接改變動力轉向控制閥的油壓增益（閥靈敏度），以控制油壓的方法。這種轉向裝置結構簡單，部件少，價格低，而且可以有較大的選擇轉向力的自由度。與反力控制式轉向相比，轉向剛性差，但可以最大限度地提高原來的彈簧剛度來加以克服。閥靈敏度可變控制動力轉向裝置能夠獲得自然的轉向感和良好的轉向特性。圖7-6示出了89型地平線牌轎車所采用的動力轉向裝置。

該裝置的主要部件有轉子閥、電磁閥與控制系統(tǒng)等。返回上一頁第九頁，共三十頁，2022年，8月28日圖7-6閥靈敏度可變控制動力轉向裝置返回第十頁，共三十頁，2022年，8月28日第二節(jié)電動式動力轉向系統(tǒng)

電動式動力轉向系統(tǒng)（EPS）是一種直接依靠電機提供輔助扭矩的電動助力式轉向系統(tǒng)。該系統(tǒng)僅需要控制電機電流的方向和幅值，不需要復雜的控制機構。電動式動力轉向系統(tǒng)主要特點如下：①電動機、減速機、轉向柱和轉向齒輪箱可以制成一個整體，管道、油泵等不需單獨占據空間，易于裝車。②基本上只增加電動機和減速機，沒有了液壓管道等部件，使整個系統(tǒng)趨于小型輕量化。③油泵僅在必要時用來使電動機運轉，故可以節(jié)能。④因為零件數目少，不需要加油和抽空氣，所以在生產線上的裝配性好。下一頁第十一頁，共三十頁，2022年，8月28日第二節(jié)電動式動力轉向系統(tǒng)一、電動式動力轉向系統(tǒng)的組成電動式動力轉向系統(tǒng)基本上是由扭矩傳感器、車速傳感器、控制元件、電動機和減速機組成的，見圖7-10所示。在操縱轉向盤時，扭矩傳感器根據輸入力的大小產生相應的電壓信號，由此檢測出操縱力的大小，同時根據車速傳感器產生的脈沖信號又可測出車速，再控制電動機的電流，形成適當的轉向助力。二、控制元件1控制電路控制電路方框圖見圖7-14?？刂齐娐返闹行氖?位的單片微型計算機，內裝256字節(jié)的RAM，4KB的ROM和8位的A/D變換器。下一頁上一頁第十二頁，共三十頁，2022年，8月28日圖7-10Alto車的EPS系統(tǒng)返回第十三頁，共三十頁，2022年，8月28日圖7-14控制電路的框圖返回第十四頁，共三十頁，2022年，8月28日第二節(jié)電動式動力轉向系統(tǒng)電流控制電路把上述的已成為模擬信號的電流指令與電動機的實際電流相比較后，產生二者幅度相同的斬波信號。驅動電路收到斬波信號與旋轉方向指令信號之后，則輸出指令，驅動功率MOS-FET電路，控制電動機的電流，使其按規(guī)定的方向旋轉。2故障診斷與安全保護控制元件具有故障自我診斷功能，當發(fā)生電氣系統(tǒng)故障時，能自動停止助力。同時，計算機可以記憶故障內容，并使故障指示燈點亮。維修時可讀取故障碼，找出故障原因。出現電氣故障后，控制電路停止向電動機供電，在裝有離合器的EPS上，離合器脫開，恢復到手動控制轉向。返回上一頁第十五頁，共三十頁，2022年，8月28日第三節(jié)四輪轉向控制系統(tǒng)（4WS）

一、4WS車的轉向特性14WS車低速時的轉向特性汽車在低速轉向的情況下，可以認為車輛的前進方向和車的朝向是大體一致的，所以各車輪上幾乎不產生轉向力。4輪的前進方向的垂線在一點相交，而車輛以此交點（轉向中心）為中心進行轉向。圖7-15所示為低速轉向時的行駛軌跡，可知2WS車（前輪轉向操縱）的情況是后輪不轉向，所以轉向中心大致在后軸的延長線上。下一頁第十六頁，共三十頁，2022年，8月28日圖7-15低速轉向時的行駛軌跡返回第十七頁，共三十頁，2022年，8月28日第三節(jié)四輪轉向控制系統(tǒng)（4WS）24WS車中高速時的轉向特性直行汽車的轉向是由下列兩個運動的合成，即車輛的質心點繞改變前進方向的轉向中心的公轉和繞質心點的自轉運動。圖7-16為2WS車高速轉向時車輛的運動狀態(tài)。二、轉向角比例控制所謂轉向角比例控制就是與轉向盤轉向角成比例，在低速區(qū)是逆相而在中高速區(qū)是同相地對后輪進行轉向操縱控制。1系統(tǒng)組成圖7-18所示為4WS轉向角成比例控制的系統(tǒng)圖。（1）轉向樞軸（2）4WS轉換器下一頁上一頁第十八頁，共三十頁，2022年，8月28日圖7-162WS車高速轉向的車輛動態(tài)返回第十九頁，共三十頁，2022年，8月28日圖7-18轉向角比例控制4WS系統(tǒng)圖返回第二十頁，共三十頁，2022年，8月28日第三節(jié)四輪轉向控制系統(tǒng)（4WS）2控制邏輯圖7-21所示為ECU控制流程框圖。通過轉向角傳感器、車速傳感器等輸入信號，進行以下控制：（1）轉向角控制按照圖7-22所示的轉向角比控制圖，由主電動機進行控制。駕駛員通過4WS方式轉換開關，可選擇常規(guī)模式（NORMAL）和運動模式（SPORT）。（2）2WS選擇功能2WS開關為ON且變速器為倒擋狀態(tài)時，因與車速無關，故將后輪的轉向操縱量設定為零。

（3）安全性控制系統(tǒng)出現異常時，在進行下列工作的同時點亮“4WS警告燈”通知駕駛員，而且ECU記憶異常部位。下一頁上一頁第二十一頁，共三十頁，2022年，8月28日圖7-21轉向角比例控制4WS控

制流程方框圖返回第二十二頁，共三十頁，2022年，8月28日圖7-22轉向角比控制返回第二十三頁，共三十頁，2022年，8月28日第三節(jié)四輪轉向控制系統(tǒng)（4WS）三、橫擺角速度比例控制在中高速區(qū)為發(fā)揮恒定轉向時4WS的控制功能，并為了改善從轉向初期到恒定轉向的過渡狀態(tài)中“轉向內側車體滯后現象”，已進行了各種各樣控制方法的研究。1系統(tǒng)組成圖7-23所示為4WS的橫擺角速度比例控制系統(tǒng)的組成。使后輪產生轉向角的工作原理就是轉換后轉向機構的控制閥油路，使閥芯左右移動。（1）前輪轉向操縱機構（2）后輪轉向操縱機構下一頁上一頁第二十四頁，共三十頁，2022年，8月28日圖7-23橫擺角速度比例控制4WS系統(tǒng)的組成圖返回第二十五頁，共三十頁，2022年，8月28日第三節(jié)四輪轉向控制系統(tǒng)（4WS）2控制狀態(tài)按照前輪的轉向量，后輪的轉向控制狀態(tài)有大轉向角控制和小轉向角控制兩種狀態(tài)。（1）大轉向角控制（機械式控制）當前輪轉向角處在與后輪轉向無關的轉向齒條自由行程范圍內時，閥芯與閥套筒之間的相對位置處于中立狀態(tài)。因而，來自油泵的工作油液被排出，且返回到副油箱，動力油缸的左右室都成為中立的低油壓，活塞桿在復位彈簧的作用下停止在中立位置。下一頁上一頁第二十六頁，共三十頁，2022年，8月28日第三節(jié)四輪轉向控制系統(tǒng)（4WS）（2）小轉向角控制（電子式控制）為了將脈沖電機的旋轉運動變?yōu)殚y芯的直線運動，采用螺旋齒輪和曲柄組合機構。脈沖電機的旋轉通過蝸輪機構傳遞到從動齒輪，借助曲柄使閥控制桿移動，見圖7-27（a）所示。3控制邏輯圖7-28所示為前輪轉向角與后輪轉向角之間的關系，后輪轉向角是機械式轉向與電子式轉向特性的合成。（1）車體側滑角的零控制（2）受側向風干擾時的控制（3）ABS工作時的控制下一頁上一頁第二十七頁，共三十頁，2022年，8月28日圖7-27小轉向角控制（同相位）返回第二十八頁，共三十頁，2022年，8月28日圖7-28前輪轉向角與后輪返回第二十九頁，共三十頁，2022年，8月28日參考文獻

1麻友良主編.汽車底盤電子控制系統(tǒng)原理與檢修.遼寧：科學技術出版社，19992王家青主編.廣州本田雅閣轎車使用與維修手冊.北京：機械工業(yè)出版社，20013付百學編