汽車(chē)電子電氣第10章汽車(chē)電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)(已修改)
2025-02-13 16:44 本頁(yè)面
【正文】 第十章 汽車(chē)電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng) 傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)不能很好的解決轉(zhuǎn)向時(shí) “輕 ”與 “靈 ”的矛盾。即高的轉(zhuǎn)向靈敏性和好 的操縱輕便性不可兼得。 為解決這一矛盾，除采取盡量減輕自重、選擇最佳軸荷分 配、提高轉(zhuǎn)向系統(tǒng)傳動(dòng)效率、減小主銷(xiāo)后傾角、選擇最佳轉(zhuǎn)向器速比曲線等措施 外，通常都采用助力轉(zhuǎn)向方式。 一 .概述 助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是指在駕駛員的控制下，借助于汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)通過(guò)液壓泵產(chǎn)生的液 體壓力或電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)力來(lái)實(shí)現(xiàn)車(chē)輪轉(zhuǎn)向。是一種以駕駛員操縱方向盤(pán)（轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn) 角）為輸入信號(hào)，以轉(zhuǎn)向車(chē)輪的角位移為輸出信號(hào)的伺服機(jī)構(gòu) 。 圖 1 助力轉(zhuǎn)向雙動(dòng)伺服機(jī)構(gòu) ?電子控制式液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（ EHPS） ?傳統(tǒng)液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（ HPS） ?電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（ EPS） 助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)應(yīng)達(dá)到如下要求： （ 1） 能有效減小操縱力，特別是停車(chē)轉(zhuǎn)向操縱力。 而行車(chē)轉(zhuǎn)向的操縱力應(yīng) 不 大于 250N。 （ 2） 轉(zhuǎn)向靈敏性好。 助力轉(zhuǎn)向的靈敏度是指在轉(zhuǎn)向器操縱下，轉(zhuǎn)向助力器產(chǎn) 生助力作用的快慢程度。助力作用快，轉(zhuǎn)向就靈敏。 （ 3） 具有直線行駛的穩(wěn)定性，轉(zhuǎn)向結(jié)束時(shí)轉(zhuǎn)向盤(pán)應(yīng)可自動(dòng)回正； 駕駛員應(yīng)有 良好的 “路感 ”。 （ 4） 要有隨動(dòng)作用。 轉(zhuǎn)向車(chē)輪的偏轉(zhuǎn)角和駕駛員轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)向盤(pán)的轉(zhuǎn)角保持一定 的關(guān)系，并能使轉(zhuǎn)向車(chē)輪保持在任意偏轉(zhuǎn)角位置上。 （ 5） 工作可靠。 當(dāng)助力轉(zhuǎn)向失效或發(fā)生故障時(shí)，應(yīng)能保證通過(guò)人力進(jìn)行轉(zhuǎn)向 操縱。 （ EPS） EPS是利用電動(dòng)機(jī)作為助力源，根據(jù)車(chē)速和轉(zhuǎn)向參數(shù)等，由電子控制單元 （ ECU）完成助力控制。 圖 2 電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖 1－轉(zhuǎn)向盤(pán) 2－轉(zhuǎn)向軸 3－電動(dòng)機(jī) 4－離合器 5－齒條 6－小齒輪 7－橫拉桿 8－輸出軸 9－減速機(jī)構(gòu) 10－轉(zhuǎn)矩傳感器 電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（ EPS）與液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（ HPS）相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)： （ 1）助力性能優(yōu) （ 2）效率高 （ 3）耗能少 （ 4） “路感 ”好 （ 5）回正性好 （ 6）對(duì)環(huán)境污染少 （ 7）可以獨(dú)立于發(fā)動(dòng)機(jī)工作 （ 8）應(yīng)用范圍廣 （ 9）裝配性好易于布置 圖 3 轉(zhuǎn)矩傳感器基本原理圖 角，從而便可以知道轉(zhuǎn)向盤(pán)桿的轉(zhuǎn)矩。 二 .電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及工作原理 電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)結(jié)構(gòu) (1)轉(zhuǎn)矩傳感器： 矩傳感器用于檢測(cè)作用于轉(zhuǎn)向盤(pán)上的轉(zhuǎn)矩信號(hào)的大小與方向。 扭桿式電位計(jì)轉(zhuǎn)矩傳感器基本原理 在線圈的 U、 T兩端施加連續(xù)的脈沖電壓信號(hào) Ui，當(dāng)轉(zhuǎn)向桿上的轉(zhuǎn)矩為零時(shí)，在 V、 W兩端的 電位差 Uo＝ 0。如果轉(zhuǎn)向桿上存在轉(zhuǎn)矩時(shí)，定子 與轉(zhuǎn)子的相對(duì)轉(zhuǎn)角不為零，此時(shí)轉(zhuǎn)子與定子間 產(chǎn)生角位移 θ。各個(gè)極靴的磁通產(chǎn)生差別，電 橋失去平衡，在 V、 W之間出現(xiàn)電位差。這個(gè)電 位差與桿的扭轉(zhuǎn)角 θ和輸入電壓 Ui成比例。若 比例系數(shù)為 k則有 Uo = kUi? 由 V、 W兩端的電位差 Uo就可以知道轉(zhuǎn)向盤(pán)桿的扭轉(zhuǎn) (2)車(chē)速傳感器 :車(chē)速傳感器常采用電磁感應(yīng)式傳感器，安裝在變速箱上。該傳感器根據(jù)車(chē)速 的變化，把主副兩個(gè)系統(tǒng)的脈沖信號(hào)傳送給 ECU，由于是兩個(gè)系統(tǒng)，因此信號(hào)的可靠性提高 了。 (3)電動(dòng)機(jī) : EPS的動(dòng)力源是電動(dòng)機(jī)，通常采用無(wú)刷永磁式直流電動(dòng)機(jī)，其功能是根據(jù) ECU的 指令產(chǎn)生相應(yīng)的輸出轉(zhuǎn)矩。轉(zhuǎn)向助力用的電動(dòng)機(jī)需要正反轉(zhuǎn)控制。一種比較簡(jiǎn)單適用的轉(zhuǎn)向 助力電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)控制電路如圖 4所示。 a1端得到輸入信號(hào)時(shí)電動(dòng)機(jī) 控制三極管基極電流 有電流通過(guò)而正轉(zhuǎn) 信號(hào)觸發(fā)端 a2端得到輸入信號(hào)時(shí)電動(dòng)機(jī) 有電流通過(guò)而反轉(zhuǎn) 圖 4 電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)控制電路 (4)離合器： 離合器采用干式電磁式離合器，其功能是保證 EPS在預(yù)先設(shè)定的車(chē)速范圍內(nèi)閉合。 當(dāng)車(chē)速超出設(shè)定車(chē)速范圍時(shí)，離合器斷開(kāi)，電動(dòng)機(jī)不再提供助力，轉(zhuǎn)入手動(dòng)轉(zhuǎn)向狀態(tài)。另外，當(dāng) 電動(dòng)機(jī)發(fā)生故障時(shí)，離合器將自動(dòng)斷開(kāi)。 圖 5 電磁離合器工作原理圖 1－滑環(huán) 2－線圈 3－壓板 4－花鍵 5－從動(dòng)軸 6－主動(dòng)輪 7－滾珠軸承 工作原理 :當(dāng)電流通過(guò)滑環(huán)進(jìn)入離合器 線圈時(shí)，主動(dòng)輪產(chǎn)生電磁吸力，帶花鍵 的壓板被吸引與主動(dòng)輪壓緊，電動(dòng)機(jī)的 動(dòng)力經(jīng)過(guò)電機(jī)軸、主動(dòng)輪、壓板、花 鍵、從動(dòng)軸傳給執(zhí)行機(jī)構(gòu)。 (5) 減速機(jī)構(gòu) :減速機(jī)構(gòu)是用來(lái)增大電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩。 (6) 電子控制單元（ ECU）： EPS的電子控制單元通常是一個(gè) 8位單片機(jī)系統(tǒng) ，是由一個(gè)
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