电子控制电动式动力转向系统.docx
电子控制电动式动力转向系统一、电动式电子控制动力转向系统的组成与原理电动式EPS在机械转向机构的基础上，增加电动式助力机构、转向助力控制系统而成。电动式EPS如图3-4-6所示。电动式EPS的基本控制原理如下。当操纵转向盘时，装在转向盘轴上的转向力矩传感器不断地测出转向轴上的转向力矩信号，该信号与车速信号同时输入到电子控制单元。电控单元根据这些输入信号，确定助力转矩的大小和方向，即选定电动机的电流大小和方向，调整转向辅助动力的大小。电动机的转矩由电磁离合器通过减速机构减速增矩后，加在汽车的转向机构上，使之得到一个与汽车工况相适应的转向作用力。a3-4-6电动式动力气IM系统的组成l-Wft2，人和电子控制暮I4-助力电动机，5电之令叁，6漫府的轮I7横效杆I-ftK;Mt出*，KMi力IB汗，n较羯传感U，12转向斓轮1.电动式EPS的特点与液压EPS相比电动式EPS具有如下优点。1）能耗降低。电动式EPS只有转向时系统才工作，消耗较少的能量。因而与液压式动力转向系统相比，在各种行驶工况下均可节能80%90%o2）轻量化显著。电动式EPS无液压式EPS必须具有的液压缸、油泵、转阀、液压管道等部件，因此其结构紧凑、重量减轻、无油渗漏问题、系统易于布置。3）优化助力控制特性。液压助力的增减有一定的滞后性，反应敏感性较差，随动性不够。电动式EPS,可以使转向系统的转向性能得到优化，增强随动性。4）系统安全可靠。当电动式EPS出现故障时，可立即切断电动机与助力齿轮机构的动力传送，迅速转为人工机械转向状态。2.电动式EPS的类型电动式EPS转向助力机构有转向轴助力式、转向器小齿轮助力式和齿条助力式3种。1）转向轴助力式。转向助力机构安装在转向轴上（图346）,电动机的动力经离合器、电动机齿轮传给转向轴的齿轮，然后经万向节及中间轴传给转向器。2）转向器小齿轮助力式。如图3-4-7所示，转向助力机构安装在转向器小齿轮处。与转向轴助力式相比，可以提供较大的转向力，适用于中型车。这种助力形式的助力控制特性较复杂。3）齿条助力式。如图3-4-8所示，转向助力机构安装在转向齿条处，电动机通过减速传动机构直接驱动转向齿条。与转向器小齿轮助力式相比，可以提供更大的转向力，适用于大型车。二、电动式电子控制动力转向系统部件1.转矩传感器转矩传感器也称转向传感器，通过测定转向盘与转向器之间的相对转矩，作为电动助力的依据。其原理如图3-49所示在输出轴的极靴上分别绕有A、B、C、D4个线圈，转向盘处于中间位置（直驶）时，扭力杆的纵向对称面正好处于图示输出轴极靴AC、BD的对称面上。当在U、T两端加上连续的输入脉冲电压信号Ui时，由于通过每个极靴的磁通量相等,所以在V、W两端检测到的输出电压信号UO=0。转向时，由于扭力杆和输出轴极靴之间发生相对扭转变形，极靴A、D之间的磁阻增加，B、C之间的磁阻减少，各个极靴的磁通量发生变化于是在V、W之间就出现了电位差。其电位差与扭力杆的扭转角和输入电压Ul成正比。UO=KUi式中：K为比例系数。通过测量V、W两端的电位差就可以测量出扭力杆的扭转角，从而便可以知道转向盘杆的转矩。2.电动机、离合器与减速机构1）电动机与启动机在原理上基本相同，一般采用永磁电动机。为降低噪声和减少振动，有的电动机转子外圆表面开有斜槽。用于小型轿车电动动力转向的电动机最大电流为30A左右，电压为12V,额定转矩为10Nm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3-4-10所示。a,az为触发信号端。从微机系统的D/A转换器得到的直流信号输入到为尸2端，用以触发电动机产生正反转。当a端得到输入信号时，晶体管T。导通，Tz管得到基极电流而导通，电流经Tz管的发射极和集电极、电动机M及1的集电极和发射极搭铁，电动机有电流通过而正转。当日2端得到输入信号时，晶体管工导通，TI管得到基极电流而导通，电流经过工管的发射极和集电极、电动机M及T管的集电极和发射极搭铁，电动机有反向电流通过而反转。控制触发信号端的电流大小,就可以控制电动机通过电流的大小OM34-10电劫机正反*控M电路2）离合器干式单片电磁离合器的工作原理如图3-4-11所示。工作电压为12V,额定转速时传递的转矩为15Nm,线圈电阻（20团时）为19.50。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，电动机的动力经过轴、主动轮、压板、花键、从动轴传给执行器。3）减速机构减速机构是电动动力转向系统不可缺少的部件。减速机构有多种组合方式，一般采用蜗轮蜗杆与转向轴驱动组合式,也有的采用两级行星齿轮与传动齿轮组合式（图3-4-12）o为了抑制噪声和提高耐久性，减速机构中的齿轮有的采用树脂材料制成，有的采用特殊齿形。三、电子控制动力转向系统实例1.控制系统基本组成三菱微型汽车上使用的电动式EPS其电子控制系统组成如图3-4-13所示。该系统在其设定车速以上时，变为常规转向机构（不起助力作用）。当系统发生故障时，系统将切断电动机电流，变为常规转向系统，同时速度表内的EPS警告灯亮起，以提醒驾驶员。交流发电机L端子电压信号输送给EPSECU,用于判断发动机是否开始转动。直流电机最大的通过电流为30A,在发动机不工作时，EPS的工作由蓄电池供电，怠速时由发电机供电。因此，EPS工作时，EPSECU必须控制发动机处于高怠速工作状态。电磁式车速传感器安装在变速器上，提供主、副两个车速信号，提高了信号的可靠性。滑动可变电阻式转向力矩传感器也提供主、副两个信号。2.EPS控制系统工作原理EPS控制系统由一个微型计算机、一个半导体芯片（MC6805）及其外围电路组成。图3-4-14为该控制系统的电路原理图，其工作情况如下：1）点火开关接通时，EPSECU与蓄电池接通，电动转向控制系统开始工作。在发动机启动后，交流发电机L端子电压输送给EPSECU,感知发动机在运转，电动转向控制装置转为工作状态。2）汽车在行驶过程中，EPSECU根据车速和转向力矩传感器信号，经过对比运算后，向电动机和电磁离合器发出控制指令（电信号）使电动机通过相应的电流而转动，电动机由输出轴经减速机构驱动小齿轮，使小齿轮产生转向助力。电动机电流的大小情况如图3415所示。当车速在30kmh以上时，电控装置将切断离合器和电动机电流，使离合器分离、电动机停止工作，电动转向系统变为常规转向工作模式；当车速在27kmh以下时，EPS控制装置使离合器通电接合、电动机电流接通，变为电动助力转向工作模式。
