汽车底盘电控系统检修课件：电控动力转向系统认识 27页

学习情境 3.1 电控动力转向系统 认识 学习内容 一、电控液压转向系统 二、电控电动转向系统 重点掌握电控转向系统部件组成及功能操作 一、电控液压转向系统 1、 转向系发展及其特点 机械转向 (MS) ：转向费力 (Manual Steering) 液压动力转向 (HPS) ：转向轻便，适应汽车低速行驶，但高速时方向太轻，不易控制 ( Hydraulic Power Steering ) 电动式电控动力转向 （ EPS ） ：随行驶条件及时调整转向助力放大倍数，既保证低速时转向轻便，高速时能反馈地面作用力，即“路感” （ Electric Power Steering ，简称 EPS ） 电控 液压式 动力转向 (EHPS) : 车速感应功能 ( 车速 ↑ ，转向助力 ↓ ） ， 但是结构复杂、造价较高，而且无法克服液压系统自身所具有的许多缺点，是一种介于液压助力转向和电动 电动 转向之间的过渡产品 （ Electro Hydraulic Power Steering ） 2、 动力转向系统的种类 电控动力转向系 根据动力源不同 液压式电控动力转向系统 电动式电控动力转向系统 转 向 分 类 转向能源不同 控制方式不同 机械转向系 动力转向系 传统动力转向系 电子控制转向系 EPS 1）、流量控制式 原理： 根据车速传感器信号，调节液压动力转向装置中的油液压力、输出流量和压力，来控制液压动力的大小。 流量控制式EPC分为： 分流电磁阀控制式、旁通流量控制式。 特点 ：在液压动力转向系统上增加流量控制电磁阀、车速传感器、电子控制单元和控制开关等元件。 控制原则： 车速低时，所需转向操纵力小；车速高时，转向操纵力适当增大。 1、储液罐 2、转向油泵 3、流量控制电磁阀 4、电子控制单元 5、发动机 6、车速传感器 7、转向器动力缸 流量控制式液压动力转向 3、 电控液压式动力转向系统 根据控制方式的不同：流量控制式、反力控制式、阀灵敏度控制式 ★ 分流电磁阀控制式 特点： 在 普通液压 动力转向的基础上增加了分流电磁阀、电子控制单元、车速传感器等部件 —凌志轿车 。 直线行驶： 控制阀处于中间位置，液压油将通过控制阀进入泄油口并返回储液罐，活塞两侧压力相等，活塞不移动。 汽车转向： 控制阀随转向主轴移向某一方，关小某一液压通道，开大另一通道，活塞两侧形成压力差，推动活塞向压力小的一侧移动，起到转向助力作用。 流量控制阀液压动力转向系统原理图 工作原理： 车速传感器检测车速，转化为电信号给ECU，电子控制单元通过车速信号的大小控制分流电磁阀 电流占空比 ，进而控制油道开度大小，调节控制转向动力缸助力大小。 ○ 点火开关 熔丝 +B SPD ○ ○ ○ ○ 搭铁 电磁阀 SOL+ SOL- 电子控制单元 电子控制动力转向电路图 车速传感器 ★ 旁通流量控制式 特点： 在普通液压动力转向系统基础上增加旁通流量控制阀、车速传感器、转向角速度传感器、电子控制单元、控制开关等 —日产蓝鸟 。 工作原理： 电子控制单元根据车速传感器、转向角速度传感器和控制开关及汽车的行驶状况，向旁通流量电磁阀发出控制信号，控制阀工作进而控制旁通流量，调整转向器供油量的大小，从而调节液压活塞两侧的油压差。 电子控制动力转向系统原理图 1— 流量主孔 2— 主滑阀 3— 电磁线圈柱塞 4— 调节螺钉 5— 电磁线圈 6— 节流孔 7— 稳压滑阀 旁通流量控制阀结构 稳压阀作用： 保持流量主孔前后压差稳定， 确保旁通流量的大小与主滑阀控制的流量主孔的开口面积有关 。 稳压原理： 转向负荷变化 →流量主控前后压差偏离设定值→稳压阀在左侧弹簧力及右侧油压下滑移； 若压差大于设定值 →滑阀左移→节流孔开口减小→流量主孔液压油量减少→前后压差减小； 若压差小于设定值 →滑阀右移→节流孔开口增大→流量主孔液压油量增加→前后压差增大。 转向角速度传感器 ：检测方向盘的偏转方向、偏转角度、偏转速率及是否位于中间位置。 典型转角传感器： 光电式转向角度传感器 ，通过光束的通断变化，产生与转向轴转角成一定比例的数字脉冲信号。 转换开关： 选择适应不同行驶条件的转向力特性曲线。 电子控制动力转向系统电路： 接收车速传感器、转向角速度传感器及转换开关信号，用以控制旁通流量控制阀的电流。 流量控制式电子控制动力转向： 优点： 结构简单、成本低。 缺点 ：响应速度慢，应用受到限制。 2）、反力控制式EPS 组成： 转向控制阀、分流阀、电磁阀、转向动力缸、转向油泵、储油箱、车速传感器及ZCU等 。 原理： 转向时，转向盘上的转向力通过扭力杆传递给小齿轮轴，带动小齿轮旋转，使齿条运动，实现转向。 助力实质： 转向时 扭力杆扭转变形 → 转阀阀杆和控制阀体之间发生相对转动 → 改变阀体和阀杆之间油道的通、断关系 和 工作油液的流动方向 。 ② 分流阀 组成： 阀门、弹簧、进油道和出油道组成。 作用 ： 是将来自转向油泵的液流分送到转阀、油压反力室和电磁阀。 助力实质 ：通过 转阀中的油压来调整电磁阀和油压反力室中的液压油流量。当转动转向盘时，转阀中的油压增 加 ，分配到电磁阀和油压反力室的液压油流量增加；当转阀中的油压达到一定值后，转阀中的油压便不再升高，分配给电磁阀和油压反力室的液流量则不变。 ① 转向控制阀 在传统的整体转阀式动力转向控制阀的基础上增设了油压反力室。扭力杆的上端通过销子与转阀阀杆相连，下端用销子与小齿轮轴和控制阀阀体相连。 分流阀结构示意图 1—至电磁阀 2—至转向油泵 3—至转阀 4—至油压反力室 ③ 分流小孔 把供给转向控制阀的一部分流量分配到油压反力室一侧。 ④ 电磁阀 根据需要将油压反力室一侧的 液压 油压回储油箱。电子控制单元根据车速的高低控制电磁阀油路的阻尼面积，开口面积随电磁线圈通电电流占空比而变化，进而控制油压反力室一侧的液压油压力大小。 输入到电磁阀中的信号是通、断脉冲信号，改变信号占空比可以控制流过电磁阀线圈平均电流值的大小。当车速升高时，输入到电磁阀线圈的平均电流值减小，电磁阀的开度减小。这样，电磁阀开度的大小根据车速的高低就可以调整油压室反力，从而得到最佳的转向操纵力 。 ⑤ 车速传感器 功用 ： 检测汽车行驶速度，通常安装在变速器输出轴上。 ⑥ 电子控制单元 根据车速传感器输入信号控制通入电磁阀的电流，实现相应的控制功能。车速提高时，为了增大转向操纵力，需要加大电磁阀的电流；而当车速超过120km／h时，为防止电流过大而造成过载，电子控制单元则使通往电磁阀的通电电流保持恒定。 工作过程：（ 马克Ⅱ型电子控制动力转向系统结构 ） 当 车辆静止或速度较低 时，电子控制单元使电磁线圈的 电流增大 ，电磁阀开口面积增大，经分流阀分流的液压油和小孔分流的液压油通过电磁阀开口重新回流到储油箱中的油量变大。 作用于柱塞的 背压（油压反力室压力）降低 ，柱塞推动控制阀转阀阀杆的反力较小，因此只需要较小的转向力就可使扭力杆扭转变形，使转阀阀杆和控制阀体发生相对转动而实现转向助力作用 当车辆在 中高速区域转向 时，电子控制单元使电磁线圈的 电流减小 ，电磁阀开口面积减小，经分流阀分流的液压油和小孔分流的液压油通过电磁阀开口重新回流到储油箱中的油量变小，油压反力室的油压升高，作用于 柱塞的背压增大 ，于是柱塞推动转阀阀杆的反力增大，此时需要 较大的转向力 才能使转阀阀杆和控制阀体之间做相对转动，才能实现转向助力作用，实现在中高速时使驾驶员获得良好的转向手感和转向特性。 马克 Ⅱ 型电子控制动力转向系统结构 反力控制式动力转向系统 实质 ： 根据车速大小，控制反力室油压大小，从而控制转向力大小。 优点 ： 是具有较好的转向操纵力，驾驶员可以感受到稳定的操作手感； 缺点 ： 结构复杂，成本较高。 3）、 阀灵敏度控制式EPS 组成： 转子阀、电磁阀、车速传感器及ECU等组成 。 原理： 根据车速控制电磁阀，直接改变动力转向缸的油压增益。 工作过程： 车辆静止时，电磁阀完全关闭，此时若向右转动方向盘，则高灵敏度低速专用小孔1R和2R在较小的转向扭矩作用下关闭，转向液压泵的高压油经1L孔流向转向动力缸右腔室，其左腔室的液压油经1R、2L流回储液箱，起到转向助力作用。 施加在方向盘上的转向力矩越大，可变小孔1L、2L的开口面积越小，转向助力作用越明显。 随着车速的提高，在电子控制单元的控制下，电磁阀的平均电流增加，如果向右转弯转动方向盘时，则转向液压泵的高压油经1L、3R、旁通电磁阀、2L流回储液箱。此时，转向动力腔右腔室油压取决于旁通电磁阀和灵敏度低的高速专用小孔3R的开度。车速越高，电磁阀开度越大，旁通流量越大，转向助力越小；在车速恒定的情况下，作用在方向盘上的转向力越小，专用小孔3R的开度越大，转向助力作用越小；当方向盘转矩增大时，3R开度逐渐减小，转向助力作用也随之增大，驾驶员可获得非常自然的转向手感和良好的转向特性。 ①、 转子阀 结构： 转子阀内体圆周上有6或8条沟槽，各沟槽与阀外体构成油 路 — 与泵、动力缸、电磁阀及油箱连接。 转子阀的可变小孔分为低速专用节流小孔（1R、1L、2R、2L）和高速专用可变控制小孔（3L、3R）两种，在高速专用可变孔的下边设有旁通电磁阀回路。 ② 电磁阀 电磁阀上设有控制进、出的旁通油道，是可变的节流阀。车速低时，电子控制单元向电磁线圈通以较大的电流，使控制孔关闭；随着车速升高，逐渐减小通电电流，控制孔逐渐开启；在高速时，开启通道达到最大值。该阀在汽车左右转向时，转向油流动的方向可以变换。 ③ ECU 接受车速传感器信号，控制电磁阀电磁线圈电流的大小。 二 、 电控电动 转向系统 1、基本组成： 扭矩传感器、车速传感器、电子控制单元、电磁离合器和电动机等组成。电动机是电动式EPS的助力源，电子控制单元根据车速和转向扭矩等参数，控制电动机工作，实现助力转向的作用。 2、工作原理： 转向时，装在转向轴上的扭矩传感器不断地测出转向轴上的扭矩大小，并把它变成输出信号，该信号与车速信号同时输入到电子控制单元。电子控制单元根据这些输入信号，判断汽车的运行工况，确定助力扭矩的大小和方向，控制电动机的电流大小和转向，进而调整转向助力的大小。 扭矩 传感器 车速 传感器 电动机 转向助力 控制装置 3、部件结构及原理 无触点式扭矩传感器 1）、扭矩传感器 作用 ： 测量转向轴与转向器之间的相对扭矩 。 ① 无触点式扭矩传感器 转向时，由于扭力杆和输出轴极靴之间发生相对扭矩位移，产生磁通量的变化，在输出端产生电位差。 通过测量U 0 两端电位差就可以测量出扭力杆的扭转角 θ的大小，就可以计算出方向盘施加的转动扭矩。 ② 有触点式扭矩传感器 将转向力矩引起的扭力杆角位移转换为电位器电阻的变化以引起输出电压的变化，并经滑环传递出来作为扭矩信号。 滑动可变电阻式扭矩传感器 2）、电动机 工作过程 ：当a 1 端得到输入信号时，晶体三极管VT 3 导通，VT 2 得到基极电流而导通。电流经 VT2 →电动机 → VT3 → 搭铁而构成闭合回路，电动机正转； 当a 2 端得到输入信号时，晶体三极管VT4导通，VT1得到基极电流而导通。电流经VT1 →电动机→VT4→搭铁而构成闭合回路，电动机反转 控制方式: 控制触发信号端电流的大小，可以控制通过电动机电流的大小。 4线，两根电源线，较粗 两根促发线（输入脉冲信号，较细 电动机正反转控制电路 3）、电磁离合器 工作过程： 主动轮产生电磁吸力，带花键的压板被吸引与主动轮压紧，于是电动机的动力经过轴、主动轮、压板、花键、从动轴传递给执行机构。 工作范围： 车速小于45km/h时，不需辅助动力转向，电动机停止工作。 安全失效保护： 电动机发生故障时，离合器会自动分离，保证手动转向。 电磁离合器的工作原理 1— 接线柱 2— 线圈 3— 压板 4— 花键 5— 从动轴 6— 主动轮 7— 滚珠轴承 4）、减速结构 ①、 涡轮蜗杆减速助力传动结构 组成： 电磁离合器、一套涡轮涡杆助力传动机构组成 ； 作用： 电动机提供的转向助力通过涡轮涡杆机构放大作用于转向柱，辅助驾驶员进行转向动作。 功能： 车辆高速行驶不需要助力或在助力转向系统出现故障时，为了增加转向的可靠性， 通过 电磁离合器实现电动机与转向系统分离。 涡轮涡杆减速助力传动机构 1— 转向盘 2— 扭矩传感器 3— 涡轮涡杆机构 4— 离合器 5— 电动机 6— 齿轮齿条转向器 ② 、 差动轮系助力减速传动机构 组成： 由 涡轮涡杆机构和一套差动轮系机构组成 ； 结构： 转向输入轴与差动轮系的中心轮相连，电动机经过一级涡轮涡杆减速机构带动齿圈运动，合成的运动由行星架输出 ； 原理: 根据车速和手动转向角度，电子控制单元按照事先确定的控制规律使电动机提供一个与手动转向同方向的辅助转角并利用差动轮系的运动合成得到前轮转向角度 ; 差动轮系助力减速传动机构 1— 转向盘 2— 转角传感器 3— 差动行星轮机构 4— 涡轮涡杆机构 5— 齿轮齿条转向器