《汽车电器与电子技术》第10章汽车电动助力转向系统研究报告.ppt

* 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 电动助力转向系统（EPS）与液压助力转向系统（HPS）相比，具有以下优点： （1）助力性能优 （2）效率高 （3）耗能少 （4）“路感”好 （5）回正性好 （6）对环境污染少 （7）可以独立于发动机工作 （8）应用范围广 （9）装配性好易于布置 二.电动助力转向系统结构及工作原理 图3 转矩传感器基本原理图 转矩传感器用于检测作用于转向盘上的转矩信号的大小与方向。 在线圈的U、T两端施加连续的脉冲电压信号Ui，当转向杆上的转矩为零时，在V、W两端的电位差Uo＝0。如果转向杆上存在转矩时，定子与转子的相对转角不为零，此时转子与定子间产生角位移θ。各个极靴的磁通产生差别，电桥失去平衡，在V、W之间出现电位差。这个电位差与杆的扭转角θ和输入电压Ui成比例。若比例系数为k则有 由V、W两端的电位差Uo就可以知道转向盘杆的扭转角，从而便可以知道转向盘杆的转矩。 扭杆式电位计转矩传感器基本原理 2.1 电动助力转向系统结构 (1)转矩传感器： (2)车速传感器:车速传感器常采用电磁感应式传感器，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 (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、4KRAM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