《汽车电器与电子技术》第10章汽车电动助力转向系统

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1、第十章汽车电动助力转向系统1.概述2.电动助力转向系统结构和工作原理3.电动助力转向系统的简单模型与运动特性4.电动助力转向的控制方法5.电动助力转向系统实例和检修6.电动助力转向系统性能台架试验传统的转向系统不能很好的解决转向时“轻”与“灵”的矛盾。即高的转向灵敏性和好的操纵轻便性不可兼得。为解决这一矛盾，除采取尽量减轻自重、选择最佳轴荷分配、提高转向系统传动效率、减小主销后倾角、选择最佳转向器速比曲线等措施外，通常都采用助力转向方式。1.助力转向的产生背景一.概述2.助力转向的概念助力转向系统是指在驾驶员的控制下，借助于汽车发动机通过液压泵产生

2、的液体压力或电动机驱动力来实现车轮转向。是一种以驾驶员操纵方向盘（转矩和转角）为输入信号，以转向车轮的角位移为输出信号的伺服机构。3.助力转向双动伺服机构图1助力转向双动伺服机构4.助力转向系统的类型电子控制式液压助力转向系统（EHPS）传统液压助力转向系统（HPS）电动助力转向系统（EPS）5.对助力转向系统的要求助力转向系统应达到如下要求：（1）能有效减小操纵力，特别是停车转向操纵力。而行车转向的操纵力应不大于250N。（2）转向灵敏性好。助力转向的灵敏度是指在转向器操纵下，转向助力器产生助力作用的快慢程度。助力作用快，转向就灵敏。（3）具有直

3、线行驶的稳定性，转向结束时转向盘应可自动回正；驾驶员应有良好的“路感”。（4）要有随动作用。转向车轮的偏转角和驾驶员转动转向盘的转角保持一定的关系，并能使转向车轮保持在任意偏转角位置上。（5）工作可靠。当助力转向失效或发生故障时，应能保证通过人力进行转向操纵。6.电动助力转向系统（EPS）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（ECU）完成助力控制。图2电动助力转向系统结构示意图1－转向盘2－转向轴3－电动机4－离合器5－齿条6－小齿轮7－横拉杆8－输出轴9－减速机构10－转矩传感器(2)车速传感器:车速传感器常采用电磁

4、感应式传感器，安装在变速箱上。该传感器根据车速的变化，把主副两个系统的脉冲信号传送给ECU，由于是两个系统，因此信号的可靠性提高了。(3)电动机:EPS的动力源是电动机，通常采用无刷永磁式直流电动机，其功能是根据ECU的指令产生相应的输出转矩。转向助力用的电动机需要正反转控制。一种比较简单适用的转向助力电动机正反转控制电路如图4所示。图4电动机正反转控制电路a1端得到输入信号时电动机有电流通过而正转a2端得到输入信号时电动机有电流通过而反转控制三极管基极电流信号触发端(4)离合器：离合器采用干式电磁式离合器，其功能是保证EPS在预先设定的车速范围内

5、闭合。当车速超出设定车速范围时，离合器断开，电动机不再提供助力，转入手动转向状态。另外，当电动机发生故障时，离合器将自动断开。图5电磁离合器工作原理图1－滑环2－线圈3－压板4－花键5－从动轴6－主动轮7－滚珠轴承工作原理:当电流通过滑环进入离合器线圈时，主动轮产生电磁吸力，带花键的压板被吸引与主动轮压紧，电动机的动力经过电机轴、主动轮、压板、花键、从动轴传给执行机构。(5)减速机构:减速机构是用来增大电动机的输出转矩。(6)电子控制单元（ECU）：EPS的电子控制单元通常是一个8位单片机系统，是由一个8位单片机，另加一个256字节的RAM、4KR

6、AM及一个D/A转换器组成。其工作过程是当转矩信号和车速信号输入单片机后，单片机根据这些信号计算出最优化助力转矩，然后输出此值给D/A转换器，输出电流指令信号给电机控制电路，由控制电路以决定电动机作用的大小和方向。ECU还具有安全保护和故障诊断功能。如图2所示，不转向时，助力电动机不工作；当方向盘转动时，与转向轴相连的转矩传感器不断地测出作用于转向轴上的转矩，并由此产生一个电压信号；同时，由车速传感器测出的汽车车速，也产生一个电压信号。这两路信号均被传输到电子控制单元（ECU），经过其运算处理后，由ECU向电动机和离合器发出控制指令，即向其输出一个

7、适合的电流，在离合器结合的同时使电动机转动产生一个转矩，该转矩经与电动机连在一起的离合器、减速机构减速增矩后，施加在输出轴上，输出轴的下端与齿轮齿条转向器总成中的小齿轮相连，于是由电动机发出的转矩最后通过齿轮齿条转向器施加到汽车的转向机构上，使之得到一个与工况相适应的转向助力。2.2电动助力转向系统的工作原理三.电动助力转向系统的简单模型与运动特性图6电动助力转向系统动态模型转向轴：依据牛顿运动定理，系统的运动方程为齿条轴：电动机：3.1电动助力转向系统动态模型的建立(1)(2)(3)式中Mm为电动机的电磁转矩，其值决定于电动机的给定电流大小。在本

8、系统的计算中，Mm值由转矩传感器给出，可表示如下：——转向助力增益。值定义了转向路感，合理选择Ka可得到不同的转向路感。(