第6章电控动力转向与四轮转向系统 汽车电子控制技术(第2版)凌永成 电子课件

5）电子控制系统
电子控制系统由 一个8位单片机 MC6805及外围 电路组成。电子 控制电动式动力 转向的工作过程 如图6-14所示。
电子控制电动式动力转向的工作过程
2.三菱电动式EPS的工作原理
6种车速下电动机的电流状态
6.5 电控四轮转向系统
6.5.1电控四轮转向系统概述 目前，绝大多数汽车都是以两个前轮作为转向车轮，这 样的转向系统称为两轮ห้องสมุดไป่ตู้向系统（Two-wheel steering，略 作2WS）。 为了使汽车具有更好的弯道通过性和操纵稳定性，一些 汽车在后桥上也安装了转向系统，前后左右四个车轮均为转 向车轮，这样的转向系统称为四轮转向系统（Four-wheel steering 或all-wheel steering，略作4WS）。 汽车采用四轮转向（4WS）系统的目的是：在汽车低速 行驶时，依靠逆向转向（前、后车轮的转角方向相反）获得 较小的转向半径，改善汽车的操纵性；在汽车以中、高速行 驶时，依靠同向转向（前、后车轮的转角方向相同）减小汽 车的横摆运动，使汽车可以高速变换行进路线，提高转向时 的操纵稳定性。
图6-5 电控动力转向系统
2.电控动力转向系统的分类
根据动力源的不同，电子控制动力转向系统可分为液压 式电子控制动力转向系统（液压式EPS）和电动式电子控制 动力转向系统（电动式EPS）。 液压式EPS在传统的液压动力转向系统的基础上增设了 控制液体流量的电磁阀、车速传感器和ECU等，ECU根据检 测到的车速信号，控制电磁阀，使转向动力放大倍率实现连 续可调，从而满足汽车在中、低速时的转向助力要求。 电动式EPS是利用直流电动机作为动力源，ECU根据转 向参数和车速等信号，控制电动机转矩的大小和方向。 电动机的转矩由电磁离合器通过减速机构减速增加转矩 后，加在汽车的转向机构上，使之得到一个与工况相适应的 转向作用力。
3.电控动力转向系统的特点 为满足现代汽车对转向系统的要求，电控动力转向系统 具有以下特点。 ①良好的随动性：即方向盘与转向轮之间具有准确的— —对 应关系，同时能保证转向轮可维持在任意转向角位置。
②有高度的转向灵敏度：即转向轮对方向盘具有灵敏的响应。
③良好的稳定性：即具有很好的直线行驶稳定性和转向自动 回正能力。 ④助力效果能随车速变化和转向阻力的变化作相应的调整： 低速时，有较大的助力效果，以克服路面的转向阻力；中、 高速时，要有适当的路感，以避免因转向过轻（方向盘“发 飘”）而发生事故。
④当ECU出现异常时，4WS辅助电动机驱动后轮至与前轮同 向转向最大值位置，以避免后轮处于反向运动状态，并终止 转向角比例控制。当后轮处于与前轮同向转向状态时，后轮 的最大转向角很小，且有利于确保高速转向时的方向稳定性。
6.5.3横摆角速度比例控制式4WS系统 横摆角速度比例控制是一种能根据检测出的车身横摆角 速度来控制后轮转向量的控制方法。 它与转向角比例控制相比，具有两方面优点：一是它可 以使汽车的车身方向从转向初期开始就与其行进方向保持高 度一致；二是它可以通过检测车身横摆角速度感知车身的自 转运动。 因此，即使有外力（如横向风等）引起车身自转，也能 马上感知到，并可迅速通过对后轮的转向控制来抑制自转运 动。 1.系统组成
2.系统的主要控制功能 1）转向控制方式的选择 当通过2WS选择开关选择2WS方式时，ECU控制4WS 转换器使后轮在任何车速下的转向角为零，这是为习惯于前 轮转向的驾驶人设置的；在4WS方式下，驾驶员还可根据驾 驶习惯和行驶情况通过4WS转换开关进行NORM 工况与 SPORT工况的变换，对后轮转向角比例控制特性进行选择。 2）转向角比例控制 当选定4WS方式时，ECU根据车速信号和转向角比例传 感器信号，计算车速与转向角的实际数值，控制4WS转换器 电动机调节后轮转向角控制比例。 3）安全保障功能
四轮转向系统的应用，在提高汽车转向操纵稳定性的同 时，能显著缩短转弯半径，提高车辆的弯道通过性能。
6.2 汽车电控动力转向系统
6.2.1动力转向系统 1.动力转向系统的组成 为使汽车操纵轻便及 行驶安全，目前轿车、载 重汽车、客车大多采用液 压转向助力器，构成液压 式动力转向系统 （Hydraulic power steering system，略作 HPS）。
汽车电子控制技术
沈阳大学
凌永成
配套教材信息
教材名称：汽车电子控制技术（第2版） 教材主编：凌永成 教材定价：40RMB 出版社：北京大学出版社 出版时间/版次：2011年7月第2版 国际标准书号（ISBN ）： 978-7-301-19225-2 教材所属系列： 21世纪全国高等院校汽车类 创新型应用人才培养规划教材
③转向机构应能减小地面传到方向盘上的冲击，并保持适当 的“路感”。
④当汽车发生碰撞时，转向装置应能减轻或避免对驾驶员的 伤害。 6.1.2转向系统的分类 汽车转向系统可按转向的能源不同分为机械转向系统 （Mechanical steering system）和动力转向系统（Power steering system）两类。 电控动力转向系统可以在低速时减轻转向操作力，以提 高转向系统的操纵轻便性；在高速时则可适当加重转向力， 以提高操纵稳定性。
当转向控制系统发生故障时，4WS故障警告灯将点亮， 并在ECU中记忆故障部位，同时，后备系统实施以下控制。
①当4WS转换器主电动机发生故障时，ECU驱动辅助电动机 工作，使后轮以NORM模式与前轮作同向转向运动，并根据 车速进行转向角比例控制。
②当车速传感器发生故障时，ECU取SP1和SP2两个车速传 感器中输出车速信号高的为依据，控制4WS转换器主电动机 仅进行同向转向的转向角比例控制。 ③当转向角比例传感器发生故障时，ECU驱动4WS转换器辅 助电动机使后轮处于与前轮同向转向最大值，并终止转向角 比例控制。如果辅助电动机发生故障，则通过驱动主电动机 完成这一控制。
（b）左转弯行驶时
2.动力转向系统的不足 6.2.2电控动力转向系统 1.电控动力转向系统的组成 电子控制动力转向 （Electronic Control Power Steering，EPS）系 统在低速行驶时可使 转向轻便、灵活；当 汽车在中高速区域转 向时，又能保证提供 最优的动力放大倍率 和稳定的转向手感， 从而提高了高速行驶 的操纵稳定性。
图6-10 电动式EPS的组成 1-方向盘；2-输入轴（转向轴）；3-ECU；4-电动机；5-电磁离合器；6-转向齿条； 7-横拉杆；8-转向车轮；9-输出轴；10-扭力杆；11-转矩传感器；12-转向齿轮
2.电动式EPS的工作原理
图6-10 电动式EPS的组成 1-方向盘；2-输入轴（转向轴）；3-ECU；4-电动机；5-电磁离合器；6-转向齿条； 7-横拉杆；8-转向车轮；9-输出轴；10-扭力杆；11-转矩传感器；12-转向齿轮
第6章 汽车电控转向系统
教学提示：操作轻便、路感清晰的电控转向系统 极大地提高了汽车的操纵性能。四轮转向系统在 提高车辆的弯道通过性能方面优势明显，应用日 益广泛。
教学要求：本章主要介绍汽车电控转向系统和四 轮转向系统。要求学生了解电控转向系统在汽车 上的应用概况，熟悉电控转向系统和四轮转向系 统的基本组成。
液压式动力转向系统结构示意图
图6-3 液压式动力转向系统的油路图 1-油箱；2-溢流阀；3-齿轮油泵；4-进油道量孔；5-单向阀；6-安全阀；7-滑阀；8反作用阀；9-阀体；10-回位弹簧；11-转向螺杆；12-转向螺母；13-纵拉杆；14-转 向垂臂；15-动力缸
（a）右转弯行驶时
图6-4 转向控制阀在转向时改变油路
6.1 汽车转向系统概述
6.1.1转向系统的作用与相关要求 用来改变或保持汽车行驶或倒退方向的一系列装置称为 汽车转向系统（Automobile Steering System，图6-1）。
为确保行车安全，对转向系统有如下要求： ①转向系统应工作可靠，操纵轻便。 ②对轻微的路面冲击，转向系统应有自动回正能力。
图6-7 电磁阀结构
图6-8 电磁阀驱动信号
6.3.3流量控制式动力转向系统的工作电路 动力转向ECU是EPS的核心控制部件。它根据车速传感 器提供的车速信号，通过改变旁通电磁阀驱动信号占空比的 方式调节转向力。
丰田流量控制式动力转向系统电路图
6.4 电动式电控动力转向系统
6.4.1电动式电控动力转向系统概述 1.电动式EPS的组成
（a）后轮执行结构（4WS转换器）
（b）后轮转向传感器的工作原理与电压特性
图6-23 4WS转换器与后轮转向传感器的工作原理及电压特性
3）转向角比例控制系统 转向角比例控制系统主要由转向ECU、车速传感器、 4WS转换开关、转向角比例传感器和4WS转换器等组成，转 向ECU是控制中心。
转向角比例控制式四轮转向系统的工作原理
图6-12 电动机的行星齿轮机构 1-转矩传感器；2-卷轴；3-转矩杆；4-输入轴；5-直流电动机和离合器；6-行星小齿 轮；7-恒星齿轮；8-行星小齿轮；9-齿轮齿条转向机的小齿轮；10-从动齿轮；A-主 动齿轮；B-内齿圈
2）转矩传感器 转矩传感器的功能是将转动方向盘时转矩和转角变为转 向信号，输送给ECU。一般转矩杆的扭转角度设定为4°左 右，这是由于采用行星齿轮机构，使转矩传感器的检测精度 提高所致。 3）车速传感器
横摆角速度比例控制式4WS系统的组成如6-25所示。
3.电动式EPS的优点
6.4.2三菱轿车电动式电控动力转向系统 三菱米尼卡（Minica）轿车所用电子控制电动式动力转 向系统主要由ECU、直流电动机和离合器、车速传感器、转 矩传感器和转向机总成等组成。
三菱米尼卡轿车电动式电控动力转向系统的组成
1.三菱电动式EPS的组成 1）电动机和离合器 系统的ECU根 据车速的快慢来控 制电动机的电流， 车辆在停驶和极低 速状态下电动机电 流最大，助力作用 大。电动机产生的 助力经离合器传动 齿轮减速后，起到 助力作用。