汽車智能底盤原理及技術(shù) 課件 第四章 智能轉(zhuǎn)向系統(tǒng)

汽車智能底盤原理及技術(shù)第四章智能轉(zhuǎn)向系統(tǒng)智能轉(zhuǎn)向系統(tǒng)課前小討論3峰巢智能轉(zhuǎn)向，作為中國本土快速成長的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)智能化先驅(qū)，已經(jīng)從最初的電動助力轉(zhuǎn)向（EPS）技術(shù)，發(fā)展到涵蓋L2至L4級自動駕駛需求的完整線控底盤解決方案。峰巢智能轉(zhuǎn)向不僅實(shí)現(xiàn)了L2級和L2+級DP-EPS系統(tǒng)的量產(chǎn)，還成功研發(fā)了面向自動駕駛前瞻領(lǐng)域的多冗余L3級智能轉(zhuǎn)向及L4級線控轉(zhuǎn)向產(chǎn)品，這些產(chǎn)品預(yù)計(jì)將陸續(xù)實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)。通過持續(xù)的技術(shù)創(chuàng)新，峰巢智能轉(zhuǎn)向已經(jīng)突破了線控底盤技術(shù)的壁壘，并成為國內(nèi)少數(shù)能夠大規(guī)模量產(chǎn)的本土企業(yè)之一，其產(chǎn)品和技術(shù)的發(fā)展，預(yù)示著峰巢智能轉(zhuǎn)向?qū)⒃谥悄荞{駛時(shí)代占據(jù)重要地位。汽車智能轉(zhuǎn)向系統(tǒng)類型及發(fā)展趨勢是什么？第四章

智能轉(zhuǎn)向系統(tǒng)

4智能轉(zhuǎn)向系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)電液助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)智能轉(zhuǎn)向系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)1.1智能轉(zhuǎn)向系統(tǒng)組成智能轉(zhuǎn)向系統(tǒng)概念智能轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是專門用來改變或者恢復(fù)汽車行駛方向的機(jī)構(gòu)，其既保障車輛按照駕駛?cè)嘶蜃詣玉{駛系統(tǒng)操縱行駛，又使得車輛在受到路面偶然沖擊或意外偏離行駛方向時(shí)與其他系統(tǒng)配合保持車輛穩(wěn)定行駛，其旨在通過電子控制提高車輛的操控性和安全性，同時(shí)減少駕駛員的體力勞動。智能轉(zhuǎn)向系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)1.1智能轉(zhuǎn)向系統(tǒng)組成智能轉(zhuǎn)向系統(tǒng)組成（1）人機(jī)交互設(shè)備人機(jī)交互設(shè)備是駕駛員與轉(zhuǎn)向系統(tǒng)之間交互的媒介，常見的如各種形式的轉(zhuǎn)向盤，駕駛員可以通過操縱轉(zhuǎn)向盤來實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向控制，同時(shí)轉(zhuǎn)向盤提供駕駛員路感信息。在無人駕駛系統(tǒng)中甚至可以沒有轉(zhuǎn)向盤，這時(shí)通常會有屏幕作為人機(jī)交互設(shè)備，來向駕駛員提供關(guān)于轉(zhuǎn)向系統(tǒng)狀態(tài)的信息等。特斯拉方向盤圓形轉(zhuǎn)向盤和Yoke轉(zhuǎn)向盤智能轉(zhuǎn)向系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)1.1智能轉(zhuǎn)向系統(tǒng)組成智能轉(zhuǎn)向系統(tǒng)組成（2）傳感器模塊傳感器模塊包括用于測量駕駛員駕駛意圖的轉(zhuǎn)角傳感器、力矩傳感器，以及用于測量轉(zhuǎn)向系統(tǒng)關(guān)鍵狀態(tài)的傳感器，如用于監(jiān)測和控制電機(jī)的電流傳感器等。轉(zhuǎn)角傳感器用來精確測量轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)過的角度，通過一定的算法也能計(jì)算出轉(zhuǎn)向角速度，并可以據(jù)此估算出電機(jī)的角速度。力矩傳感器用于檢測駕駛員作用在轉(zhuǎn)向盤上的輸入力矩大小與方向，其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制作成本高。包括接觸式與非接觸式兩種。接觸式的如電位器，非接觸式通過光電、電磁或磁阻等效應(yīng)來感測。電流傳感器是用于監(jiān)測和控制電機(jī)的電流。目前常用的電流傳感器主要分為：電阻式電流傳感器、霍爾效應(yīng)電流傳感器、電流互感器、磁阻式電流傳感器、光電隔離電流傳感器和Rogowski線圈。智能轉(zhuǎn)向系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)1.1智能轉(zhuǎn)向系統(tǒng)組成智能轉(zhuǎn)向系統(tǒng)組成（3）電子控制單元電子控制單元ECU是智能轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的核心部件，其采用的硬件電路與控制策略直接決定了轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的性能。轉(zhuǎn)角傳感器用來精確測量轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)過的角度，通過一定的算法也能計(jì)算出轉(zhuǎn)向角速度，并可以據(jù)此估算出電機(jī)的角速度。（4）電機(jī)電機(jī)包括：用于提供駕駛員轉(zhuǎn)向輔助扭矩助力電機(jī)用于提供駕駛員的路面反饋模擬的路感電機(jī)用于實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)向的轉(zhuǎn)向執(zhí)行電機(jī)。智能轉(zhuǎn)向系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)1.1智能轉(zhuǎn)向系統(tǒng)組成智能轉(zhuǎn)向系統(tǒng)組成（5）轉(zhuǎn)向執(zhí)行機(jī)構(gòu)

轉(zhuǎn)向執(zhí)行機(jī)構(gòu)通常也叫轉(zhuǎn)向器，是完成由旋轉(zhuǎn)運(yùn)動到直線運(yùn)動的一組齒輪機(jī)構(gòu)，同時(shí)也是轉(zhuǎn)向系中的減速傳動裝置。轉(zhuǎn)向器是轉(zhuǎn)向系的減速傳動裝置，一般有1~2個(gè)減速傳動副。轉(zhuǎn)向器包括齒輪、齒條、彈簧、調(diào)整螺釘、鎖緊螺母、石墨壓塊、防塵罩及防塵罩支座、軸承、殼體等。主要的轉(zhuǎn)向器類型有4種：齒輪齒條式、循環(huán)球式、蝸桿曲柄指銷式、蝸桿滾輪式等。智能轉(zhuǎn)向系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)1.1智能轉(zhuǎn)向系統(tǒng)組成智能轉(zhuǎn)向系統(tǒng)組成（5）轉(zhuǎn)向執(zhí)行機(jī)構(gòu)

齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器由與轉(zhuǎn)向軸做成一體的轉(zhuǎn)向齒輪和常與轉(zhuǎn)向橫拉桿做成一體的齒條組成。轉(zhuǎn)向齒輪通過軸承支承在殼體內(nèi)，轉(zhuǎn)向齒輪的一端與轉(zhuǎn)向軸連接，將駕駛員的轉(zhuǎn)向操縱力輸入，另一端與轉(zhuǎn)向齒條直接嚙合，形成一對傳動副，并通過轉(zhuǎn)向齒條傳動，帶動橫拉桿，使轉(zhuǎn)向節(jié)轉(zhuǎn)動。齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器結(jié)構(gòu)簡單、加工方便、工作可靠、使用壽命長、不需要調(diào)整齒輪齒條的間隙，因而廣泛的應(yīng)用于轎車、微型貨車和輕型貨車。智能轉(zhuǎn)向系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)1.1智能轉(zhuǎn)向系統(tǒng)組成智能轉(zhuǎn)向系統(tǒng)組成（5）轉(zhuǎn)向執(zhí)行機(jī)構(gòu)

循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器是國內(nèi)外應(yīng)用最廣泛的結(jié)構(gòu)型式之一，一般有兩級傳動副，第一級是螺桿螺母傳動副，第二級是齒條齒扇傳動副。為了減少轉(zhuǎn)向螺桿轉(zhuǎn)向螺母之間的摩擦，二者的螺紋并不直接接觸，其間裝有多個(gè)鋼球，以實(shí)現(xiàn)滾動摩擦。轉(zhuǎn)向螺桿和螺母上都加工出斷面輪廓為兩段或三段不同心圓弧組成的近似半圓的螺旋槽。循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器更廣泛地應(yīng)用在硬派越野（如奔馳G、豐田陸巡、三菱帕杰羅等）、以及載重量更大的大客車和大貨車上智能轉(zhuǎn)向系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)1.1智能轉(zhuǎn)向系統(tǒng)組成智能轉(zhuǎn)向系統(tǒng)組成（5）轉(zhuǎn)向執(zhí)行機(jī)構(gòu)

蝸桿曲柄指銷式轉(zhuǎn)向器的傳動副以轉(zhuǎn)向蝸桿為主動件，其從動件是裝在搖臂軸曲柄端部的指銷。具有梯形截面螺紋的轉(zhuǎn)向蝸桿支承在轉(zhuǎn)向器殼體兩端的球軸承上，蝸桿與錐形指銷相嚙合，指銷用雙列圓錐滾子軸承支于搖臂軸內(nèi)端的曲柄孔中。當(dāng)轉(zhuǎn)向蝸桿隨轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)動時(shí)，指銷沿蝸桿螺旋槽上下移動，并帶動曲柄及搖臂軸轉(zhuǎn)動。蝸桿曲柄指銷式轉(zhuǎn)向器通常用于轉(zhuǎn)向力較大的載貨汽車上。智能轉(zhuǎn)向系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)1.1智能轉(zhuǎn)向系統(tǒng)組成智能轉(zhuǎn)向系統(tǒng)組成（6）其他助力裝置

除了電機(jī)可以作為轉(zhuǎn)向助力裝置，液壓助力系統(tǒng)也可以作轉(zhuǎn)向助力裝置。（7）電源和通信接口為轉(zhuǎn)向系統(tǒng)提供電力，并允許系統(tǒng)與車輛的其他控制模塊通過車輛總線系統(tǒng)（如CAN總線、FlexRay總線等）進(jìn)行通信。一般來說，前輪轉(zhuǎn)向執(zhí)行電機(jī)的最大功率在500~800W左右，而且大多數(shù)乘用車都有12V和3~3.5kW的低壓電源。（8）冗余系統(tǒng)在線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中，由于切斷了轉(zhuǎn)向盤和轉(zhuǎn)向執(zhí)行機(jī)構(gòu)的機(jī)械連接，增加了系統(tǒng)安全風(fēng)險(xiǎn)，為了提高系統(tǒng)的可靠性，通常會有冗余系統(tǒng)，當(dāng)主系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)提供備份，確保轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的安全性和可靠性。智能轉(zhuǎn)向系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)1.2智能轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的構(gòu)型及工作原理智能轉(zhuǎn)向系統(tǒng)分類按照助力形式或者是否助力可分類：電子液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（ElectronicHydraulicPowerSteering，EHPS）：是一種結(jié)合了傳統(tǒng)液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)和電子技術(shù)的新型汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，利用電子控制單元（ECU）和液壓泵來提供轉(zhuǎn)向助力，具有更好的燃油效率、更精確的轉(zhuǎn)向控制以及更高的可靠性。電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（ElectronicPowerSteering，EPS）：一種直接依靠電動機(jī)提供輔助轉(zhuǎn)矩的動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，能夠根據(jù)轉(zhuǎn)向扭矩和車速傳感器的信號調(diào)節(jié)助力大小。線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（SteerByWire，SWB）：取消了轉(zhuǎn)向盤與轉(zhuǎn)向輪之間的傳統(tǒng)機(jī)械連接，完全通過電子信號來控制和執(zhí)行轉(zhuǎn)向動作。線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)由轉(zhuǎn)向盤總成、路感反饋系統(tǒng)、轉(zhuǎn)向執(zhí)行總成、電子控制單元等組成。智能轉(zhuǎn)向系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)1.2智能轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的構(gòu)型及工作原理智能轉(zhuǎn)向系統(tǒng)分類根據(jù)轉(zhuǎn)向輪布置的位置不同，智能轉(zhuǎn)向系統(tǒng)構(gòu)型可以分為：前輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)：前輪轉(zhuǎn)向是通過將前輪轉(zhuǎn)動一定角度，使得壓在地面的前輪產(chǎn)生側(cè)向力，從而改變車輛的行駛方向。根據(jù)驅(qū)動方式的不同又可以分為：前輪驅(qū)動前輪轉(zhuǎn)向和后輪驅(qū)動前輪轉(zhuǎn)向兩種。后輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)：相對于前輪轉(zhuǎn)向，后輪轉(zhuǎn)向則是利用后輪進(jìn)行方向調(diào)整。其優(yōu)點(diǎn)是可以實(shí)現(xiàn)較小的轉(zhuǎn)彎半徑，不容易側(cè)翻，但需要更高的操作技巧。四輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)：汽車在轉(zhuǎn)向過程中，四個(gè)車輪可根據(jù)前輪或行車速度等信號同時(shí)相對車身偏轉(zhuǎn)。在汽車前輪設(shè)置轉(zhuǎn)向裝置的基礎(chǔ)上，后輪也設(shè)置有轉(zhuǎn)向裝置，轉(zhuǎn)向時(shí)四個(gè)車輪相對自主偏向車身，后輪可相對車身主動轉(zhuǎn)向，使汽車的四個(gè)車輪都能發(fā)揮轉(zhuǎn)向作用。第四章

智能轉(zhuǎn)向系統(tǒng)

16智能轉(zhuǎn)向系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)電液助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)電液助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)2.1EHPS基本結(jié)構(gòu)17電子液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)主要由儲油罐（助力油儲液罐）、助力轉(zhuǎn)向控制單元（控制器）、電動液壓泵（電動機(jī)/齒輪泵/液壓泵）、轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)（轉(zhuǎn)向機(jī)）、助力轉(zhuǎn)向傳感器（轉(zhuǎn)向角速度傳感器）等構(gòu)成。1—儲蓄液；2—EHPS系統(tǒng)控制ECU；3—電磁閥電流；4—取自變速器的車速信號；5—扭矩傳感器信號；6—?jiǎng)恿Ω缀妄X輪齒條式向器；7—電動液壓泵EHPS系統(tǒng)結(jié)合了電子控制和液壓助力的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，它相較于傳統(tǒng)的液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（HPS）具有更高的靈活性和精確性。EHPS系統(tǒng)適用于輕型貨車、中型貨車、重型貨車以及中型客車和大型客車。電液助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)2.1EHPS基本結(jié)構(gòu)18（1）儲油罐儲油罐是EHPS系統(tǒng)中儲存液壓油的容器，確保轉(zhuǎn)向系統(tǒng)有足夠的液壓油進(jìn)行工作。（2）助力轉(zhuǎn)向控制單元助力轉(zhuǎn)向控制單元是電子液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的核心，接收來自車輛的各種傳感器信號（如車速傳感器、轉(zhuǎn)向角度傳感器等），并根據(jù)這些信號計(jì)算出所需的助力大小，控制電動液壓泵以產(chǎn)生相應(yīng)的液壓油壓力。（3）電動液壓泵液壓泵不直接由發(fā)動機(jī)驅(qū)動，而是由一個(gè)集成在電動液壓泵總成中的電動機(jī)來驅(qū)動的。該電動機(jī)只有在點(diǎn)火接通及發(fā)動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的情況下才工作，并且該電機(jī)一直處于小電流驅(qū)動狀態(tài)，以隨時(shí)為轉(zhuǎn)向提供助力。液壓泵內(nèi)布置有共鳴室和限壓閥，共鳴室的作用是降低液壓泵的工作噪聲，限壓閥可以將液壓控制在規(guī)定的范圍內(nèi)。當(dāng)電動機(jī)轉(zhuǎn)動時(shí)，帶動機(jī)械液壓泵驅(qū)動液壓油流動。電液助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)2.1EHPS基本結(jié)構(gòu)19（4）轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)向機(jī)是轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，它將來自電動泵的液壓油壓力轉(zhuǎn)換為機(jī)械力，幫助駕駛員轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)向盤，從而控制車輛的轉(zhuǎn)向，常見的有齒輪齒條式向器。（5）助力轉(zhuǎn)向傳感器助力轉(zhuǎn)向傳感器用于檢測駕駛員的轉(zhuǎn)向意圖和轉(zhuǎn)向角度，并將這些信息傳遞給助力轉(zhuǎn)向控制單元。常見的助力轉(zhuǎn)向傳感器：轉(zhuǎn)向角速度傳感器：通常采用霍爾式傳感器，內(nèi)置于轉(zhuǎn)向盤內(nèi)或轉(zhuǎn)向機(jī)內(nèi)，持續(xù)監(jiān)控轉(zhuǎn)動角速度，以作為轉(zhuǎn)向控制單元控制助力的參考依據(jù)。扭矩傳感器：是用于測量駕駛員作用在轉(zhuǎn)向盤上的力矩大小和方向，并將其轉(zhuǎn)換為電信號，以實(shí)現(xiàn)對轉(zhuǎn)向力矩的精確控制。電液助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)2.2EHPS工作原理20轉(zhuǎn)向系統(tǒng)液壓控制單元電液助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)與一般的液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)相似，在液壓控制單元中有一根扭桿，它一方面與轉(zhuǎn)向控制閥相連，另一方面又與轉(zhuǎn)向齒輪和控制套管相連。當(dāng)?shù)退傩旭倳r(shí)電液控制閥會關(guān)閉，而液壓油唯一能通過轉(zhuǎn)閥流通，此時(shí)系統(tǒng)的工作狀態(tài)和傳統(tǒng)的液壓助力系統(tǒng)一樣；車速提高時(shí)，助力轉(zhuǎn)向控制單元控制電液控制閥也慢慢開啟，此時(shí)液壓旁路也慢慢打開，隨著扭力桿的剛度的變化導(dǎo)致助力也改變；當(dāng)車速超過預(yù)定值時(shí)，液壓旁路完全打開，而液壓油經(jīng)液壓旁路中的截止閥直接流回儲油罐，此時(shí)轉(zhuǎn)閥中沒有液壓油流動，最終油缸兩端壓力達(dá)到平衡，助力消失。電液助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)2.2EHPS工作原理21直線行駛時(shí)，扭桿處于轉(zhuǎn)向控制閥和控制套管的中間位置，電液助力轉(zhuǎn)向裝置傳感器測不出轉(zhuǎn)向角速度。油液幾乎是無壓力地通過液壓控制單元經(jīng)回油通道流回儲油罐。轉(zhuǎn)向控制閥和控制套管的控制槽位于中央位置，兩者控制槽的相互作用使液壓油可以進(jìn)入液壓缸的左、右兩腔，并能相應(yīng)地從控制套管的回油道回到儲油罐。電液助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)2.2EHPS工作原理22轉(zhuǎn)向控制閥通過扭桿的變形相對于控制套管旋轉(zhuǎn)，打開通向液壓缸右腔的高壓油入口。高壓油流入液壓缸并協(xié)助完成轉(zhuǎn)向運(yùn)動，與此同時(shí)，轉(zhuǎn)向控制閥關(guān)閉通往左腔的進(jìn)油口并將與液壓缸的左腔接通的回油口打開。右腔的壓力將油液從液壓缸的左腔壓回到回油道。當(dāng)轉(zhuǎn)向過程結(jié)束時(shí)，扭桿將轉(zhuǎn)向控制閥及控制套管回轉(zhuǎn)到中間位置。電液助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)2.3EHPS分類231—轉(zhuǎn)向角速度傳感器；2—轉(zhuǎn)向柱；3—轉(zhuǎn)向液罐；4—轉(zhuǎn)向泵；5—轉(zhuǎn)向齒輪聯(lián)動機(jī)構(gòu)；6—電磁線圈；7—旁通流量控制閥；8—轉(zhuǎn)向角速度傳感器增幅器；9—ECU按控制方式不同，EHPS又分旁通流量控制式EHPS、反作用力控制式EHPS和電磁閥靈敏度控制式EHPS。(1)旁通流量控制式EHPS旁通流量控制式EHPS是在普通液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的基礎(chǔ)上增設(shè)了旁通流量控制閥、車速傳感器、轉(zhuǎn)向盤角度傳感器、控制開關(guān)和電控單元（ECU）等元件。ECU根據(jù)車速傳感器、轉(zhuǎn)向角速度傳感器及控制開關(guān)的信號，向電磁線圈發(fā)出控制信號，控制旁通流量控制閥的旁通流量，從而調(diào)整轉(zhuǎn)向器的供油量。當(dāng)車速很低時(shí)，ECU輸出的脈沖控制信號占空比很小，通過電磁閥線圈的平均電流很小，電磁閥閥芯開啟程度也很小，旁路液壓油流量小，液壓助力作用大，使轉(zhuǎn)向盤操縱輕便。當(dāng)車速提高時(shí)，ECU輸出的脈沖控制信號占空比很大，使電磁線圈的平均電流增大，電磁閥閥芯的開啟程度增大，旁路液壓油流量增大，從而使液壓助力作用力減小，以提高操縱穩(wěn)定性。電液助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)2.3EHPS分類24(2)反作用力控制式EHPS典型的反作用力控制式EHPS主要由轉(zhuǎn)向控制閥、分流閥、電磁閥、轉(zhuǎn)向動力缸、轉(zhuǎn)向液壓泵、儲油箱、車速傳感器及電子控制單元(ECU)等組成。反作用力控制式EHPS示意圖當(dāng)停車與低速時(shí)，ECU向電磁閥提供大的通電電流，導(dǎo)致電磁閥導(dǎo)通面積變大，從而經(jīng)分流閥分流的壓力重新回到儲油箱，進(jìn)而使作用于柱塞的背壓降低，于是柱塞推動控制閥軸的力變小，轉(zhuǎn)向盤回程力可在扭力桿上產(chǎn)生較大力矩。當(dāng)處于中高速直線行駛時(shí)，隨著車速的增加，ECU向電磁閥提供的通電電流減小，導(dǎo)致電磁閥的導(dǎo)通面積變小，而作用于油壓反作用力室的反壓力增加，柱塞推動控制閥軸的壓力也變大。當(dāng)處于中高速轉(zhuǎn)向運(yùn)行時(shí)，扭力桿扭轉(zhuǎn)角變小，回轉(zhuǎn)閥與控制閥的連通口開度也變得更小，在回轉(zhuǎn)閥一側(cè)的油壓進(jìn)一步升高，導(dǎo)致柱塞的背壓增大，柱塞推動控制閥軸的壓力也增大，轉(zhuǎn)向盤操縱力隨著轉(zhuǎn)向角的增大而增大。電液助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)2.3EHPS分類25(3)電磁閥靈敏度控制式EHPS電磁閥靈敏度控制式EHPS是根據(jù)車速控制電磁閥，直接改變動力轉(zhuǎn)向控制閥的油壓增益（閥靈敏度）來控制油壓的方法。這種轉(zhuǎn)向系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、部件少、價(jià)格便宜，而且具有較大的選擇轉(zhuǎn)向力的自由度，可以獲得自然的轉(zhuǎn)向手感和良好的轉(zhuǎn)向特性。電磁閥靈敏度控制式EHPS示意圖電磁閥靈敏度控制式動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)在轉(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。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。電液助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)2.3EHPS分類26(3)電磁閥靈敏度控制式EHPS——運(yùn)行工況1）車輛停止?fàn)顟B(tài)：電磁閥完全關(guān)閉，若此時(shí)向右轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)向盤，則高靈敏度低速專用小孔1R及2R在較小的轉(zhuǎn)矩作用下即可關(guān)閉，轉(zhuǎn)向泵的高壓油經(jīng)1L流向轉(zhuǎn)向動力缸右腔室，其左腔室的油液經(jīng)3L、2L流回轉(zhuǎn)向液罐（儲油箱），此時(shí)具有輕便的轉(zhuǎn)向特性；并且施加于轉(zhuǎn)向盤的力矩越大，可變小孔1L、2L的開口面積也越大，節(jié)流作用越小，轉(zhuǎn)向助力作用越明顯。2）高速行駛狀態(tài)：隨著車速的增高，在電控單元作用下，電磁閥開度也呈線性增加，若此時(shí)向右轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)向盤，轉(zhuǎn)向泵的高壓油經(jīng)1L、3R旁通電磁閥流回轉(zhuǎn)向油罐（儲油箱）。此時(shí)，轉(zhuǎn)向動力缸右腔的轉(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量孔3R的開度，在電控單元控制下，車速越高，則電磁閥開度越大，旁通流量也越大，轉(zhuǎn)向助力作用越小。3）勻速行駛狀態(tài)：當(dāng)車速不變時(shí)，施加于轉(zhuǎn)向盤上的轉(zhuǎn)向力矩越小，高速專用小孔3R的開度也越大，轉(zhuǎn)向助力作用也越??；當(dāng)轉(zhuǎn)向力矩增大時(shí)，3R的開度逐漸減小，轉(zhuǎn)向助力作用也隨之增大。電液助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)2.4EHPS特點(diǎn)27優(yōu)點(diǎn)：EHPS不依靠發(fā)動機(jī)本身的動力帶動，而且電動液壓泵是由電子系統(tǒng)控制的，不需要轉(zhuǎn)向時(shí)，電動液壓泵關(guān)閉，降低了能耗。EHPS能夠提供穩(wěn)定的助力效果，特別是在低速行駛和需要較大轉(zhuǎn)向力時(shí)，能夠確保駕駛者獲得足夠的助力，減輕駕駛負(fù)擔(dān)。相比全電動助力系統(tǒng)，EHPS在高速行駛時(shí)仍能保持較好的路感反饋，使駕駛者能夠更準(zhǔn)確地感知車輛與路面的動態(tài)關(guān)系。缺點(diǎn)：仍然保留有液壓動力傳遞系統(tǒng)，因此電控液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)仍然具有一些機(jī)械液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)缺點(diǎn)，例如液壓管路占用空間大，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，液壓管路泄漏。相比電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，電控液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的響應(yīng)速度可能稍慢，因?yàn)橐簤合到y(tǒng)需要一定的時(shí)間來建立壓力并傳遞動力，這可能會影響到轉(zhuǎn)向的精確性和靈敏度。第四章

智能轉(zhuǎn)向系統(tǒng)

28智能轉(zhuǎn)向系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)電液助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)29電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)基本概念電動助力式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)EPS（ElectricPowerSteering）是的一種采用電動機(jī)作為動力源的轉(zhuǎn)向裝置，正在逐漸取代傳統(tǒng)的液壓式和電液式的助力轉(zhuǎn)向器。電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)一般由機(jī)械轉(zhuǎn)向器、轉(zhuǎn)矩傳感器、車速傳感器、電子控制單元（ECU）、減速器和電機(jī)等組成。工作原理:ECU通過采集各傳感器測量值，得到駕駛員施加在轉(zhuǎn)向盤上的轉(zhuǎn)向力矩、轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角和車速信號；根據(jù)EPS控制策略計(jì)算出目標(biāo)助力矩并控制電機(jī)產(chǎn)生相應(yīng)的助力力矩，輔助駕駛員克服轉(zhuǎn)向阻力矩，實(shí)現(xiàn)車輛的轉(zhuǎn)向。電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)30電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)分類根據(jù)電機(jī)布置位置的不同，一般可以將EPS分為三類：轉(zhuǎn)向柱助力式、小齒輪助力式和齒條助力式電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)31C-EPS轉(zhuǎn)向管柱轉(zhuǎn)向柱助力式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（ColumnassistElectricPowerSteering,C-EPS）是一種電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，它的助力電機(jī)安裝在轉(zhuǎn)向柱上，通常位于方向盤與轉(zhuǎn)向柱連接的部分。3.1轉(zhuǎn)向柱助力式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)工作過程：當(dāng)駕駛員轉(zhuǎn)動方向盤時(shí)，傳感器檢測到方向盤的轉(zhuǎn)動角度和轉(zhuǎn)動力矩，并將信號傳遞給ECU。ECU計(jì)算出所需的助力，并通過轉(zhuǎn)向柱上的電機(jī)提供助力，進(jìn)而通過齒輪齒條嚙合傳動來把方向盤的力矩轉(zhuǎn)換為齒條的軸向力，通過橫拉桿拉動轉(zhuǎn)向節(jié)來實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向。轉(zhuǎn)向柱助力式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)C-EPS齒輪齒條轉(zhuǎn)向器電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)32優(yōu)點(diǎn)：

構(gòu)緊湊，其電機(jī)、減速機(jī)構(gòu)、傳感器及控制器等通常一體化設(shè)計(jì)，占用空間小，方便布置。缺點(diǎn)：

助力電機(jī)的助力要通過轉(zhuǎn)向管柱和轉(zhuǎn)向齒輪傳遞到轉(zhuǎn)向機(jī)上，轉(zhuǎn)向管柱部件受力較大，可提供的助力大小受到限制，因此，轉(zhuǎn)向柱助力式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)適用于中小型乘用車。典型應(yīng)用：

本田雅力士（ToyotaYaris），本田飛度（HondaFit/Jazz），雪佛蘭（BoltEV），均采用的是轉(zhuǎn)向柱助力式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)3.1轉(zhuǎn)向柱助力式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)轉(zhuǎn)向柱助力式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)優(yōu)缺點(diǎn)電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)3.2小齒輪助力式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)33小齒輪助力式轉(zhuǎn)向（P-EPS）系統(tǒng)小齒輪助力式轉(zhuǎn)向（P-EPS）系統(tǒng)機(jī)械部分示意圖小齒輪電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)P-EPS（PinionElectricPowerSteering）是通過一個(gè)安裝在轉(zhuǎn)向器上的電機(jī)直接驅(qū)動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的齒輪齒條機(jī)構(gòu)，以提供轉(zhuǎn)向助力，主要用于負(fù)載中等的前輪驅(qū)動車輛。電機(jī)及減速器與轉(zhuǎn)向器小齒輪相連，稱之為小齒輪助力式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。小齒輪助力式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)34優(yōu)點(diǎn)：

1.電機(jī)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)向力只需經(jīng)蝸輪蝸桿就傳到了齒條上，消除了轉(zhuǎn)向力經(jīng)轉(zhuǎn)向軸傳遞而產(chǎn)生的損耗，提高了效率；

2.小齒輪助力式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的電機(jī)扭矩不經(jīng)過轉(zhuǎn)向軸，電機(jī)扭矩的增大也無需提高轉(zhuǎn)向軸的剛性，因此小齒輪助力式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)可以更加容易地實(shí)現(xiàn)最大轉(zhuǎn)向力的增加。缺點(diǎn)：1.小齒輪助力式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的電機(jī)需要提供比轉(zhuǎn)向柱助力式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)電機(jī)更大的電流；2.轉(zhuǎn)向柱助力式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)電機(jī)安裝在駕駛艙內(nèi)，而小齒輪助力式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)電機(jī)則要安裝在環(huán)境更為惡劣的駕駛前艙內(nèi)，其工作環(huán)境溫度高，這對于電機(jī)是一個(gè)嚴(yán)格的要求。3.2小齒輪助力式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)小齒輪助力式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)優(yōu)缺點(diǎn)電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)3.3齒條助力式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)35齒條式電動助力轉(zhuǎn)向（R-EPS）系統(tǒng)齒條式電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，也稱為R-EPS（RackElectricPowerSteering）系統(tǒng)，是一種將電動助力裝置直接集成在轉(zhuǎn)向架或齒條上的設(shè)計(jì)，適用于各種類型的車輛，包括高負(fù)載的后輪驅(qū)動車輛和四輪驅(qū)動車輛。轉(zhuǎn)向電機(jī)通過齒條與齒輪系統(tǒng)連接，因此被稱為齒條式電動助力轉(zhuǎn)向（R-EPS）系統(tǒng)。齒條助力助力式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)齒輪式助力傳動機(jī)構(gòu)通常包括一個(gè)與電動機(jī)軸相連的減速齒輪以及一個(gè)與轉(zhuǎn)向齒條相連的齒輪電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)3.3齒條助力式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)36齒條助力助力式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：1)電機(jī)產(chǎn)生的高速旋轉(zhuǎn)通過減速齒輪被轉(zhuǎn)換成較大的扭矩，并以較慢的速度帶動齒條上的齒輪，這種直接作用在齒條上的方式最大限度地減少了能量損失，提高了轉(zhuǎn)向的響應(yīng)效果和精準(zhǔn)度。2)尺寸小，適合于那些對前方空間有限制的車輛設(shè)計(jì)，如一些高性能車型、跑車或是某些特定的商用車輛。第四章

智能轉(zhuǎn)向系統(tǒng)

37智能轉(zhuǎn)向系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)電液助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)4.1線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的組成38線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)把依靠轉(zhuǎn)向管柱連接轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向的傳統(tǒng)方式，改變?yōu)橛呻娍叵到y(tǒng)直接進(jìn)行轉(zhuǎn)向控制，完全由電信號實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向的信息傳遞和控制。其最顯著的特征是去掉了傳統(tǒng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中從轉(zhuǎn)向盤到與轉(zhuǎn)向輪（轉(zhuǎn)向執(zhí)行器）間的機(jī)械連接，采用機(jī)電執(zhí)行器代替了傳統(tǒng)的機(jī)械控制機(jī)構(gòu)。線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)概念線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)4.1線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的組成39線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)主要由：與駕駛員交互的方向盤執(zhí)行總成/模塊，用于產(chǎn)生車輛轉(zhuǎn)向響應(yīng)的轉(zhuǎn)向執(zhí)行總成/模塊、主控制器ECU（控制單元/電控單元，綜合控制器)組成。來自駕駛員的轉(zhuǎn)向指令和來自輪胎的反饋扭矩都通過信號線傳輸。線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)組成方向盤總成包括方向盤、方向盤轉(zhuǎn)角傳感器、力矩傳感器、路感電機(jī)以及負(fù)責(zé)監(jiān)測駕駛員駕駛意圖的轉(zhuǎn)角傳感器與轉(zhuǎn)矩傳感器。轉(zhuǎn)向執(zhí)行總成包括前輪轉(zhuǎn)角傳感器、轉(zhuǎn)向執(zhí)行電機(jī)、轉(zhuǎn)向電機(jī)控制器和前輪轉(zhuǎn)向組件（轉(zhuǎn)向器和轉(zhuǎn)向拉桿）等。轉(zhuǎn)角傳感器負(fù)責(zé)轉(zhuǎn)角信號獲取，執(zhí)行電機(jī)控制器接收綜合控制器的轉(zhuǎn)角請求，控制轉(zhuǎn)向執(zhí)行電機(jī)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)角控制，同時(shí)向主控制器反饋轉(zhuǎn)角及扭矩信息。線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)4.2

線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的工作原理40當(dāng)轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)動時(shí)，轉(zhuǎn)矩及轉(zhuǎn)角傳感器將測量到駕駛員施加得轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)變成電信號輸入到主控制器（ECU）；ECU依據(jù)車速傳感器和安裝在轉(zhuǎn)向傳動機(jī)構(gòu)上的傳感器信號計(jì)算出目標(biāo)前輪轉(zhuǎn)角，并對轉(zhuǎn)向電機(jī)實(shí)施控制，確保這一目標(biāo)前輪轉(zhuǎn)角得實(shí)現(xiàn)。與此同時(shí)，ECU會結(jié)合電機(jī)電流、轉(zhuǎn)向盤力矩計(jì)算出轉(zhuǎn)向盤回正力矩，并對路感電機(jī)實(shí)施控制，確保預(yù)期的回正力矩/路感得以實(shí)現(xiàn)。

SBW系統(tǒng)工作原理圖1-故障處理電機(jī)2-轉(zhuǎn)向執(zhí)行電機(jī)3-車輪角速傳感器4-轉(zhuǎn)向柱轉(zhuǎn)角傳感器5-路感電機(jī)6-車速傳感器、橫擺角速度傳感器、車身加速度傳感器線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)工作流程：線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)4.3

線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)41主動轉(zhuǎn)向控制技主動轉(zhuǎn)向控制能夠在不影響車輛縱向運(yùn)動狀態(tài)的情況上，確保車輛的穩(wěn)定運(yùn)行并提高車輛的轉(zhuǎn)向操縱性和穩(wěn)定性。主動轉(zhuǎn)向控制可以根據(jù)控制目標(biāo)的不同分為兩類：第一類是車輛常規(guī)行駛工況下，以提高車輛轉(zhuǎn)向操縱性為主要目的變轉(zhuǎn)向傳動比控制，通常控制目標(biāo)是在低速時(shí)傳動比設(shè)計(jì)的小一些以減輕原地轉(zhuǎn)向、低速掉工況下駕駛員的體力負(fù)擔(dān)，在高速時(shí)傳動比設(shè)計(jì)的大一些以降低高速轉(zhuǎn)向時(shí)的靈敏度，在保證車輛響應(yīng)速度的基礎(chǔ)上提高高速轉(zhuǎn)向穩(wěn)定性。另一類是以改善危險(xiǎn)駕駛工況下車輛的橫擺穩(wěn)定性為目的的，通常是根據(jù)車輛運(yùn)行狀態(tài)（車輛側(cè)向加速度、橫擺角速度、質(zhì)心側(cè)偏角等）的反饋主動地對前輪轉(zhuǎn)角進(jìn)行控制，從而改變輪胎側(cè)向力以產(chǎn)生補(bǔ)償?shù)臋M擺力矩，確保汽車的轉(zhuǎn)向穩(wěn)定性。線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)4.3

線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)42對于線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，由于取消了轉(zhuǎn)向盤與前輪之間的機(jī)械連接，因此駕駛員感受不到前輪傳遞的路面信息，而駕駛員對路況以及車身狀態(tài)的判斷是穩(wěn)定行駛的基礎(chǔ)，所以路感的模擬控制尤為重要。路感定義之一是指駕駛員通過方向盤得到的車輛行駛中的轉(zhuǎn)向阻力矩，該阻力矩主要包含回正力矩和摩擦力矩2部分。其中，回正力矩是使車輪恢復(fù)到直線行駛位置的主要力矩之一，其數(shù)值的確定通常由經(jīng)驗(yàn)、半經(jīng)驗(yàn)、統(tǒng)計(jì)或?qū)嶒?yàn)的方法獲得?；卣嘏c車輛前輪的受力狀態(tài)存在直接關(guān)系，而前輪受力又和車輛實(shí)時(shí)的運(yùn)動狀態(tài)及路面附著直接相關(guān)。因此，通常把總的回正力矩除以自方向盤到前輪總的力傳動比近似得到的方向盤手力矩近似為路感。通常在車輛低速轉(zhuǎn)向時(shí)，如倒車工況，采用小的力反饋來模擬路感以減輕駕駛員轉(zhuǎn)向負(fù)擔(dān)；車輛在高速轉(zhuǎn)向時(shí)，為了保證車輛的安全，應(yīng)該采用較大的反饋力矩使得駕駛員不會感覺車輛發(fā)飄，即高速路感清晰。路感模擬控制線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)4.3

線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)43比較常用的路感控制方法有基于經(jīng)驗(yàn)和基于模型的控制方法：基于經(jīng)驗(yàn)的方法通常是參考現(xiàn)有的傳統(tǒng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)路感進(jìn)行設(shè)計(jì)，通過擬合路感相關(guān)的輪胎縱向力、側(cè)向力、車輪定位參數(shù)以及轉(zhuǎn)向系統(tǒng)摩擦阻尼來近似模擬線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的路感，這種方法可以獲得與傳統(tǒng)轉(zhuǎn)向系近似的路感，駕駛員更容易適應(yīng)，該方法簡單高效，但是自適應(yīng)性和精度較差。基于動力學(xué)模型的方法是通過參考傳統(tǒng)車輛路感產(chǎn)生的動力學(xué)原理建立相關(guān)的動力學(xué)模型，根據(jù)車輛的動態(tài)響應(yīng)、駕駛員的方向盤輸入等計(jì)算與路感相關(guān)的輪胎力、摩擦力矩等計(jì)算滿足駕駛員所需的