汽車電子轉(zhuǎn)向系統(tǒng)汽車電子學(xué)

電子轉(zhuǎn)向控制汽車轉(zhuǎn)向技術(shù)發(fā)展概述

傳統(tǒng)汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是機械系統(tǒng)，汽車的轉(zhuǎn)向運動是由駕駛員操縱轉(zhuǎn)向盤，通過轉(zhuǎn)向器和一系列的桿件傳遞到轉(zhuǎn)向車輪而實現(xiàn)的。20世紀(jì)40年代起，為減輕駕駛員的體力負(fù)擔(dān)，在機械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的基礎(chǔ)上增加了液壓助力系統(tǒng)(HPS)由于其工作可靠，技術(shù)成熟，至今仍被廣泛應(yīng)用。近年來，由于電子技術(shù)的發(fā)展，傳統(tǒng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中越來越多地采用電子部件。電液助力轉(zhuǎn)向系（EHPS)是在液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，其特點是液壓助力泵由電機驅(qū)動，取代了傳統(tǒng)液壓泵由發(fā)動機驅(qū)動的方式。電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（EPS）是在機械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)基礎(chǔ)上加入電機作為動力源，電動助力代替了液壓助力。汽車電子轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（Steering-By-WireSystem）(SBW)由于取消了轉(zhuǎn)向盤和轉(zhuǎn)向輪之間的機械連接，完全擺脫了傳統(tǒng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的各種限制，不但可以自由設(shè)計汽車轉(zhuǎn)向的力傳遞特性，而且可以設(shè)計汽車轉(zhuǎn)向的角傳遞特性，給汽車轉(zhuǎn)向特性的設(shè)計帶來無限的空間，是汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的重大革新。汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的類型機械式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)液壓式電子控制動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)電動式電子控制動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)流量式控制EPS反力式控制EPS轉(zhuǎn)向系統(tǒng)液壓式動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)液壓式動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)工作原理在液壓動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中，轉(zhuǎn)向動力的大小取決于作用在轉(zhuǎn)向動力缸活塞上的壓力大小，如果轉(zhuǎn)向操作力較大，液壓就會較高。轉(zhuǎn)向動力缸中液壓的變化是由連接在主轉(zhuǎn)軸上的轉(zhuǎn)向控制閥來調(diào)節(jié)的。如圖a所示，轉(zhuǎn)向油泵將液壓油輸送至轉(zhuǎn)向控制閥。如果轉(zhuǎn)向控制閥處于中間位置，所有的液壓油便會流過轉(zhuǎn)向控制閥，進(jìn)入出油口，流回至轉(zhuǎn)向油泵。由于這時幾乎不能產(chǎn)生壓力，轉(zhuǎn)向動力缸活塞兩端的壓力又相等，活塞便不會朝任何一個方向運動，從而使車輛無法轉(zhuǎn)向。當(dāng)駕駛員控制方向朝任何一個方向轉(zhuǎn)動時，轉(zhuǎn)向控制閥也隨之移動，從而關(guān)閉其中一條油路如圖b，這時另一條油路開得大些，使液壓油流量發(fā)生變化，同時產(chǎn)生壓力。這樣，便會在轉(zhuǎn)向動力缸活塞兩端產(chǎn)生壓力差，動力缸活塞朝低壓方向運動，從而將動力缸中的液壓油，通過轉(zhuǎn)向控制閥壓回轉(zhuǎn)向油泵。返回液壓式電子控制動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)液壓式電子控制動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是在傳統(tǒng)的液壓動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的基礎(chǔ)上增設(shè)電子控制裝置而構(gòu)成的。根據(jù)控制方式的不同，液壓式電子控制動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)又可分為流量控制式和反力控制式。

流量控制式EPS下圖1所示為凌志牌轎車采用的流量控制式動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。由圖可見，該系統(tǒng)主要由車速傳感器、電磁閥、整體式動力轉(zhuǎn)向控制閥、動力轉(zhuǎn)向油泵和電子控制單元等組成。電磁閥安裝在通向轉(zhuǎn)向動力缸活塞兩側(cè)油室的油道之間，當(dāng)電磁閥的閥針完全開啟時，兩油道就被電磁閥旁路。流量控制式動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)就是根據(jù)車速傳感器的信號，制電磁閥閥針的開啟程度，從而控制轉(zhuǎn)向動力缸活塞兩側(cè)油室的旁路液壓油流量，來改變轉(zhuǎn)向盤上的轉(zhuǎn)向力。

返回反力控制式EPS圖5所示為反力控制式動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的工作原理圖。

轉(zhuǎn)向控制閥是在傳統(tǒng)的整體轉(zhuǎn)閥式動力轉(zhuǎn)向控制閥的基礎(chǔ)上增設(shè)了油壓反力室而構(gòu)成。扭力桿的上端通過銷子與轉(zhuǎn)閥閥桿相連，下端與小齒輪軸用銷子連接。小齒輪軸的上端部通過銷子與控制閥閥體相連。轉(zhuǎn)向時，轉(zhuǎn)向盤上的轉(zhuǎn)向力通過扭力桿傳遞給小齒輪軸。當(dāng)轉(zhuǎn)向力增大，扭力桿發(fā)生扭轉(zhuǎn)變形時，控制閥體和轉(zhuǎn)閥閥桿之間將發(fā)生相對轉(zhuǎn)動，于是就改變了閥體和閥桿之間油道的通、斷關(guān)系和工作油液的流動方向，從而實現(xiàn)轉(zhuǎn)向助力作用。分流閥是把來自轉(zhuǎn)向油泵的機油向控制閥一側(cè)和電磁閥一側(cè)進(jìn)行分流的閥。按照車速和轉(zhuǎn)向要求，改變控制閥一側(cè)與電磁閥一側(cè)的油壓，確保電磁閥一側(cè)具有穩(wěn)定的機油流量。電動動式式電電子子控控制制動動力力轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)向向系系統(tǒng)統(tǒng)原原理理示示意意圖圖電動動式式EPS通常常由由扭扭矩矩傳傳感感器器、、車車速速傳傳感感器器、、電電子子控控制制單單元元（（ECU）、、電電動動機機和和電電磁磁離離合合器器等等組組成成（（如如圖圖所所示示））。。電電動動式式EPS是利利用用電電動動機機作作為為助助力力源源，，根根據(jù)據(jù)車車速速和和轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)向向參參數(shù)數(shù)等等，，由由電電子子控控制制單單元元完完成成助助力力控控制制。。原理理:當(dāng)當(dāng)操操縱縱轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)向向盤盤時時，，裝裝在在轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)向向盤盤軸軸上上的的扭扭矩矩傳傳感感器器不不斷斷地地測測出出轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)向向軸軸上上的的扭扭矩矩信信號號，，該該信信號號與與車車速速信信號號同同時時輸輸入入到到電電子子控控制制單單元元。。電電控控單單元元根根據(jù)據(jù)這這些些輸輸入入信信號號，，確確定定助助力力扭扭矩矩的的大大小小和和方方向向，，即即選選定定電電動動機機的的電電流流和和轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)向向，，調(diào)調(diào)整整轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)向向輔輔助助動動力力的的大大小小。。電電動動機機的的扭扭矩矩由由電電磁磁離離合合器器通通過過減減速速機機構(gòu)構(gòu)減減速速增增扭扭后后，，加加在在汽汽車車的的轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)向向機機構(gòu)構(gòu)上上，，使使之之得得到到一一個個與與汽汽車車工工況況相相適適應(yīng)應(yīng)的的轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)向向作作用用力力。。電動動式式EPS主要要部部件件的的結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)扭矩矩傳傳感感器器電動動機機電磁磁離離合合器器減速速機機構(gòu)構(gòu)扭矩矩傳傳感感器器電動動機機轉(zhuǎn)向向助助力力用用直直流流電電動動機機需需要要正正反反轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)控控制制，，圖圖11所所示示為為一一種種比比較較簡簡單單適適用用的的控控制制電電路路。。a1、、a2為為觸觸發(fā)發(fā)信信號號端端。。當(dāng)當(dāng)a1端端得得到到輸輸入入信信號號時時，，晶晶體體管管T3導(dǎo)導(dǎo)通通，，T2得得到到基基極極電電流流而而導(dǎo)導(dǎo)通通，，電電流流經(jīng)經(jīng)T2、、電電動動機機M、、T3、、搭搭鐵鐵而而構(gòu)構(gòu)成成回回路路，，于于是是電電機機正正轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)；；當(dāng)當(dāng)a2端端得得到到輸輸入入信信號號時時，，電電流流則則經(jīng)經(jīng)T1、、M、、T4、、搭搭鐵鐵而而構(gòu)構(gòu)成成回回路路，，電電機機則則因因電電流流方方向向相相反反而而反反轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)。?？乜刂浦朴|觸發(fā)發(fā)信信號號端端電電流流的的大大小小，，就就可可以以控控制制通通過過電電動動機機電電流流的的大大小小。。電磁磁離離合合器器減速速機機構(gòu)構(gòu)減速速機機構(gòu)構(gòu)是是電電動動式式EPS不不可可缺缺少少的的部部件件。。目目前前實實用用的的減減速速機機構(gòu)構(gòu)有有多多種種組組合合方方式式，，一一般般采采用用蝸蝸輪輪蝸蝸桿桿與與轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)向向軸軸驅(qū)驅(qū)動動組組合合式式，，也也有有的的采采用用兩兩級級行行星星齒齒輪輪與與傳傳動動齒齒輪輪組組合合式式。。為為了了抑抑制制噪噪聲聲和和提提高高耐耐久久性性，，減減速速機機構(gòu)構(gòu)中中的的齒齒輪輪有有的的采采用用特特殊殊齒齒形形，，有有的的采采用用樹樹脂脂材材料料制制成成。汽車電電子轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)向系系統(tǒng)的的前景景現(xiàn)有的的EPS中中,驅(qū)驅(qū)動轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)向輪輪進(jìn)行行轉(zhuǎn)向向的力力由人人力和和電動動機助助力兩兩部分分組成成.隨隨著技技術(shù)的的不段段發(fā)展展,未未來的的EPS將將是全全助力力的電電動轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)向系系統(tǒng).即:驅(qū)動動轉(zhuǎn)向向輪轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)向的的力完完全由由電動動機提提供,方向向盤僅僅作為為一個個控制制電機機的信信號發(fā)發(fā)生器器由駕駕駛員員操縱縱.目目前國國外研研究最最多的的線控控轉(zhuǎn)向向就是是一種種全助助力轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)向技技術(shù).汽車轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)向技技術(shù)已已經(jīng)進(jìn)進(jìn)入了了電動動助力力時代代,隨隨著傳傳感器器,控控制方方式,助力力電機機等關(guān)關(guān)鍵技技術(shù)的的不斷斷進(jìn)步步和完完善,以線線控技技術(shù)的的應(yīng)用用為標(biāo)標(biāo)志的的全助助力轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)向系系統(tǒng)將將成為為汽車車轉(zhuǎn)向向技術(shù)術(shù)的焦焦點.這不不僅是是市場場需求