汽車電子控制技術(shù)：電子控制動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)

知識目標(biāo)：1、了解電控動力轉(zhuǎn)向的發(fā)展；2、了解轎車電控動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)主要組成、部件位置及功能；3、掌握電動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)主要部件的結(jié)構(gòu)與控制；4、掌握電控四輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與控制原理。技能目標(biāo)：1、掌握電控動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的故障診斷；2、掌握電控動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)各個部件的檢修步驟與方法。項目十電子控制動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)電子控制動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)電子控制動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)項目十電子控制動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)電子控制動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)活動一概述活動二電子控制動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與原理

一、電子控制動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的發(fā)展

傳統(tǒng)的汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)屬于機(jī)械系統(tǒng)，其轉(zhuǎn)向是由駕駛員操縱轉(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。從20世紀(jì)40年代起，在機(jī)械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)基礎(chǔ)上增加了液壓助力系統(tǒng)，由于其技術(shù)上比較成熟而至今仍被廣泛采用。當(dāng)代，隨著電子技術(shù)的發(fā)展，傳統(tǒng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中越來越多地采用了電子部件，電子控制動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)得到發(fā)展。電子控制動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)主要有兩種類型，即液壓式電子控制動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)及電動式電子控制轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。液壓式電子控制動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是在液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，其液壓助力泵由電機(jī)驅(qū)動，取代了傳統(tǒng)液壓泵由發(fā)動機(jī)驅(qū)動。由于驅(qū)動部分與發(fā)動機(jī)分離，減少了燃油消耗；驅(qū)動電機(jī)是由控制單元控制，可以根據(jù)轉(zhuǎn)向速率、車速等參數(shù)設(shè)計為可變助力。電動式電子控制轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是在機(jī)械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)基礎(chǔ)上加入電機(jī)作為動力源，電動式電子控制動力轉(zhuǎn)向與液壓式電子控制動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)相比，既節(jié)約能源，又由于取消了液壓系統(tǒng)而提高了環(huán)保性能?；顒右桓攀鲰椖渴娮涌刂苿恿D(zhuǎn)向系統(tǒng)

二、電子控制動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的特點

1、提高汽車的穩(wěn)定性能電子控制動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)可以通過對前輪轉(zhuǎn)向的控制，達(dá)到更為理想的控制效果。同時，還可以與其他主動安全設(shè)備如ABS、防碰撞、單個車輪轉(zhuǎn)向、汽車動力學(xué)控制、軌道跟蹤、自動側(cè)向?qū)Ш揭约白詣玉{駛等功能相結(jié)合，實現(xiàn)對汽車的整體控制，提高汽車的整體穩(wěn)定性。

2、改善駕駛員的路感由于轉(zhuǎn)向盤和轉(zhuǎn)向車輪之間已經(jīng)沒有機(jī)械連接，駕駛員的“路感”只能通過模擬生成。作為轉(zhuǎn)向盤回正力矩的控制變量，使轉(zhuǎn)向盤僅僅向駕駛員提供有用信息，從而使駕駛員能夠掌握汽車實際行駛狀態(tài)和路面狀況的信息，提供了更為真實的“路感”的響應(yīng)和人—車閉環(huán)系統(tǒng)的主動安全。活動一概述項目十電子控制動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)

3、提高汽車的操縱性由于在前輪轉(zhuǎn)向控制方面可以實現(xiàn)傳動比的任意設(shè)置，并對隨車速變化的參數(shù)而做出補(bǔ)償，使汽車轉(zhuǎn)向特性不隨車速的變化而變化。從而減輕駕駛員的負(fù)擔(dān)，提高了汽車系統(tǒng)對駕駛員轉(zhuǎn)向輸入。三、發(fā)展前景在采用電子控制動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)后，使底盤開發(fā)的費用降低，因此汽車電子控制動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)具有十分廣闊的發(fā)展前景。但由于目前電子部件還沒有達(dá)到機(jī)械系統(tǒng)部件那樣的可靠程度。要能實現(xiàn)電子轉(zhuǎn)向系統(tǒng)真正走向消費市場，就必須進(jìn)一步提高電子部件的科技含量，切實解決電子轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的安全可靠性問題?；顒右桓攀鲰椖渴娮涌刂苿恿D(zhuǎn)向系統(tǒng)但是，由于電子控制動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的成本還較高，在以價格低為特征的家用轎車上應(yīng)用還有一定的困難。但在追求性能極限的豪華轎車、高級跑車上的應(yīng)用則完全可能和有必要，它可以減輕駕駛員的負(fù)擔(dān)，提高汽車的主動安全性能和舒適度，因而有著很大的應(yīng)用空間。同時，目前的無人駕駛汽車現(xiàn)在已經(jīng)成為汽車產(chǎn)業(yè)的熱門領(lǐng)域，采用電子控制動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)就是汽車智能轉(zhuǎn)向重要環(huán)節(jié)。值得指出的是，由于未來低排放汽車、混合動力型汽車、燃料電池汽車和電動汽車等四大類型汽車是汽車的主體，必將為電子轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的發(fā)展帶來更加廣闊的應(yīng)用前景?；顒右桓攀鲰椖渴娮涌刂苿恿D(zhuǎn)向系統(tǒng)

電子控制動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，可以在低速時減輕轉(zhuǎn)向力，以提高轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的操作穩(wěn)定性；在高速時則可適當(dāng)加重轉(zhuǎn)向力，以提高操縱穩(wěn)定性。根據(jù)其動力源不同分為液壓式電子控制動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)和電動式電子控制動力轉(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、反力控制式和閥靈敏度控制式三種形式?；顒佣娮涌刂苿恿D(zhuǎn)向系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與原理項目十電子控制動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)

一、液壓式電子控制動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)(PPS)液壓式電子控制動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，英文全稱為ProgressivePowerSteering，縮寫為PPS。液壓式電子控制動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)不僅能夠在車低速行駛時，使駕駛員轉(zhuǎn)向靈活輕便，而且當(dāng)汽車在中、高速區(qū)域行駛時，還能使駕駛員轉(zhuǎn)向時感到較為“沉重”，以獲得穩(wěn)定的轉(zhuǎn)向手感，并提高汽車高速行駛時的操縱穩(wěn)定性，使汽車的駕駛性能達(dá)到令人滿意的程度。下面以豐田凌志LS400轎車液壓式電子控制動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)為例進(jìn)行介紹。活動二電子控制動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與原理項目十電子控制動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)

如圖10-1所示為豐田凌志LS400轎車液壓式電子控制動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。除機(jī)械轉(zhuǎn)向部分外，主要由轉(zhuǎn)閥、分流閥、電磁閥、動力轉(zhuǎn)向油缸、轉(zhuǎn)向油泵、儲油箱、車速傳感器及電控單元ECU等組成。

圖10-1豐田凌志LS400轎車液壓式電子控制動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)活動二電子控制動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與原理項目十電子控制動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)

（一）組成1、分流閥分流閥的作用是按照車速和轉(zhuǎn)向要求，將來自轉(zhuǎn)向油泵的液壓油分送到轉(zhuǎn)閥、油壓反力室和電磁閥，通過改變轉(zhuǎn)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)定的油液流量。主要由閥門、彈簧及進(jìn)、出油口等組成。其結(jié)構(gòu)及分流示意圖如圖10-2所示。圖10-2分流閥的結(jié)構(gòu)及分流示意圖活動二電子控制動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與原理項目十電子控制動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)

送到電磁閥和油壓反力室中的液壓油流量是由轉(zhuǎn)閥中的油壓來調(diào)整的。當(dāng)轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)盤時，轉(zhuǎn)閥中的油壓增大，分配到電磁閥和油壓反力室中的液壓油流量隨轉(zhuǎn)閥中的油壓增大而增加；當(dāng)轉(zhuǎn)閥中的油壓達(dá)到一定值后，轉(zhuǎn)閥中的油壓便不再升高，分配給電磁閥和油壓反力室中的液壓油流量則保持不變。2、電磁閥（1）結(jié)構(gòu)電磁閥安裝在通向轉(zhuǎn)向動缸活塞兩側(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通。車速越高，流過電磁閥電磁線圈的平均電流值越大，電磁閥閥針的開啟程度越大，旁路液壓油流量越大，而液壓助力作用越小，使轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)向盤的力也隨之增加。圖10-3所示為電磁閥的結(jié)構(gòu)?；顒佣娮涌刂苿恿D(zhuǎn)向系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與原理項目十電子控制動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)圖10-3電磁閥的構(gòu)造

圖10-4所示為電磁閥的驅(qū)動信號。由圖可以看出，驅(qū)動電磁閥電磁線圈的脈沖電流信號頻率基本不變，但隨著車速增大，電磁閥的驅(qū)動信號脈沖電流信號的占空比將逐漸增大，使流過電磁線圈的平均電流值隨車速的升高而增大。圖10-4電磁閥驅(qū)動信號活動二電子控制動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與原理項目十電子控制動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)

（2）基本原理當(dāng)車輛停駛或速度較低時，ECU使電磁線圈的通電電流增大，電磁閥開口增大，經(jīng)分流閥分流的油液通過電磁閥重新回流到儲油箱中，所以作用于柱塞的背壓（油壓反力室壓力）降低，由于柱塞推動制動閥閥心的力（反力）較小，因此只需要較小的轉(zhuǎn)向力就可使扭桿扭轉(zhuǎn)變形，使閥套與閥心發(fā)生相對轉(zhuǎn)動而實現(xiàn)轉(zhuǎn)向助力作用，如圖10-5(a）所示?；顒佣娮涌刂苿恿D(zhuǎn)向系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與原理項目十電子控制動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)

當(dāng)車輛在中、高速區(qū)域轉(zhuǎn)向時，ECU使電磁線圈的通電電流減小，電磁閥開口減小，所以油壓反力室的油壓升高，作用于柱塞的背壓增大，于是柱塞推動閥心的力增大，此時需要較大的轉(zhuǎn)向力才能使閥套與閥心之間做相對轉(zhuǎn)動（相當(dāng)于增加了扭力桿的扭轉(zhuǎn)剛度），以增大轉(zhuǎn)向阻力，從而提高汽車高速行駛的方向穩(wěn)定性，如圖10-5（b）所示。（a）車速低時電流大、開度大(b)車速高時電流小、開度小圖10-5電磁閥工作原理活動二電子控制動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與原理項目十電子控制動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)

3、轉(zhuǎn)向齒輪箱在轉(zhuǎn)向齒輪箱中有一個扭桿，其上端用銷釘與控制閥軸連接在一起，下端也用銷釘與驅(qū)動小齒輪軸連接在一起，小齒輪軸的上端又用銷釘與回轉(zhuǎn)閥相連接，架駛室中的轉(zhuǎn)向盤則通過轉(zhuǎn)向軸與控制閥軸相連。因此，轉(zhuǎn)向盤的轉(zhuǎn)向力就通過扭桿以及控制閥軸傳到驅(qū)動小齒輪軸。當(dāng)扭桿產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)變形時，控制閥和回轉(zhuǎn)閥就會分別產(chǎn)生相對轉(zhuǎn)動，引起各個接口的連通狀態(tài)的變化，實現(xiàn)對動力缸中油液量的控制和完成對動力缸左、右油室油路的切換。當(dāng)高壓油作用于油壓反力室時，油室中的柱塞就會被緊緊地壓向控制閥軸。此時即使扭桿有扭轉(zhuǎn)變形產(chǎn)生，由于柱塞壓力的作用限制了控制閥與回轉(zhuǎn)閥的相對轉(zhuǎn)動?；顒佣娮涌刂苿恿D(zhuǎn)向系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與原理項目十電子控制動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)

4、車速傳感器車速傳感器的作用是將車速信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘査腿腚娍貑卧狤CU，ECU依據(jù)車速信號來控制轉(zhuǎn)向助力的大小。它與自動變速器、電控巡航系統(tǒng)、空調(diào)系統(tǒng)等車速信號是相同的，通常安裝在變速器輸出軸上。電控液壓式助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)所用的傳感器大多采用磁阻元件傳感器，主要由磁阻元件和磁性轉(zhuǎn)子等組成。（二）控制原理電子控制單元(ECU)根據(jù)從輪速傳感器傳來的輸入信號,判別汽車處于停止?fàn)顟B(tài)還是處于低速行駛或高速行駛工況．對電磁閥線圈的電流進(jìn)行線性控制，從而達(dá)到控制動力轉(zhuǎn)向的目的。活動二電子控制動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與原理項目十電子控制動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)

1、汽車靜止或行駛時的轉(zhuǎn)向如圖10-6所示，車速較低時，ECU輸出一個大電流，使電磁閥的開度增大，由分流閥分出的液壓油流過電磁閥返回到儲油箱的回流量增加，而使到油壓反力室的流量減少，作用于柱塞的背壓減小，于是柱塞推動轉(zhuǎn)閥閥桿的力減小。利用轉(zhuǎn)向盤的轉(zhuǎn)向力來增大扭桿扭力，轉(zhuǎn)閥按照扭桿的扭轉(zhuǎn)角度做相對的旋轉(zhuǎn)，使油泵油壓作用于動力缸的右室，活塞向左方運(yùn)動，從而增加了轉(zhuǎn)向力，使轉(zhuǎn)向輕便。圖10-6豐田凌志LS400轎車液壓式電子控制動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)工作原理圖活動二電子控制動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與原理項目十電子控制動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)

2、汽車在中、高速行駛時的轉(zhuǎn)向車速較高時，駕駛員微量轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)向盤，轉(zhuǎn)閥閥心根據(jù)扭桿的扭轉(zhuǎn)角度而轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)閥的開度減小，轉(zhuǎn)閥里面的壓力增加，流向電磁閥和油壓反力室中的液壓油流量增加。同時，ECU輸出一個大電流，使電磁閥的開度減小，由分流閥分出的液壓油流過電磁閥返回到儲油箱的回流量減少，而使到油壓反力室的液壓油流量增加，作用于柱塞的背壓增加，柱塞推動轉(zhuǎn)閥閥桿的力變大，從而增加了轉(zhuǎn)向阻力，使駕駛員轉(zhuǎn)向變得較為“沉重”，以獲得穩(wěn)定而直接的手感?；顒佣娮涌刂苿恿D(zhuǎn)向系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與原理項目十電子控制動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)

（三）控制機(jī)構(gòu)目前在汽車上采用的電控液力式動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的控制機(jī)構(gòu)可分為流量控制式、反力控制式和閥靈敏度可變控制式。其中每一種控制方式都具有一般動力轉(zhuǎn)向裝置的功能。

1、閥靈敏度可變控制式閥靈敏度可變控制式是根據(jù)車速控制電磁閥，直接改變動力轉(zhuǎn)向控制閥的油壓增益(閥靈敏度)來控制油壓的。這種轉(zhuǎn)向系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、部件少、價格便宜，而且具有較大的選擇轉(zhuǎn)向力的自由度?；顒佣娮涌刂苿恿D(zhuǎn)向系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與原理項目十電子控制動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)

圖10-7示出了89型地平線牌轎車所采用的動力轉(zhuǎn)向裝置。轉(zhuǎn)向控制閥的轉(zhuǎn)子閥，做了局部改進(jìn)并增加了電磁線圈閥、控制元件、車速傳感器。轉(zhuǎn)子閥的可變孔分為低速專用和高速專用兩種，在高速專用可變孔的前后設(shè)有低速專用可變孔。在高速專用可變孔的下游設(shè)有旁通回路，在旁通回路中又設(shè)置有電磁線圈閥，根據(jù)車速開啟電磁閥以改變電磁閥靈敏度，控制操舵力。這是一種具有非常自然操舵感的新型電子控制系統(tǒng)，并具有有效保障安全保險功能。當(dāng)電氣系統(tǒng)發(fā)生故障時，可確保操舵特性?；顒佣娮涌刂苿恿D(zhuǎn)向系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與原理項目十電子控制動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)

(a)系統(tǒng)示意圖(b)轉(zhuǎn)子閥圖10-7地平線牌轎車采用的閥靈敏度可變控制式動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)

（1）轉(zhuǎn)子閥轉(zhuǎn)子閥一般在圓周上形成6條或8條溝槽，各溝槽利用閥體外部與泵、動力缸、電磁閥及油箱連接。圖10-8為實際的轉(zhuǎn)子閥結(jié)構(gòu)剖面圖。閥部的電橋電路見圖10-9所示，在動力缸與回轉(zhuǎn)端口間直接配置2個可變孔，在這2個可變孔之間有電磁線圈控制閥的油壓回路。可變小孔lR、1L、2R、2L是能以較小轉(zhuǎn)向扭矩關(guān)閉的低速專用小孔；3R、3L是能以較大轉(zhuǎn)向扭矩關(guān)閉的高速專用可變小孔。圖10-8轉(zhuǎn)子閥、電磁閥剖面圖圖10-9閥部的等效液壓回路圖活動二電子控制動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與原理項目十電子控制動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)

其工作原理是：當(dāng)車輛停止時，電磁線圈閥完全關(guān)閉，由于旁通回路沒有流入油液，高靈敏度低速專用可變小孔1R及2R以較小轉(zhuǎn)向扭矩關(guān)閉，所以具有輕便的轉(zhuǎn)向特性。在高速時，電磁線圈閥全開，經(jīng)過旁通回路，流向油箱的流體形成環(huán)流，靈敏度低的6速專用可變小孔3R控制通向動力缸的油壓，所以具有多工況的轉(zhuǎn)向特性。從低速到高速的過渡區(qū)間，由于電磁閥的作用，按照車速控制可變小孔的油量，因而可以按順序改變轉(zhuǎn)向特性?；顒佣娮涌刂苿恿D(zhuǎn)向系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與原理項目十電子控制動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)

(2)電磁閥圖10-8示出電磁閥的結(jié)構(gòu)，該閥設(shè)有控制上下游流量的旁通油路，是可變節(jié)流閥。在高速時開啟面積達(dá)到最大值。該閥左右轉(zhuǎn)向時，油液流動方向可以逆轉(zhuǎn)，所以在上下流動方向中，可變小孔必須具有相同的特性。在低速時，向電磁線圈通過最大電流，可變孔被關(guān)閉，隨著車速提高，順序減少通電量，可變孔開啟。為了確保高壓時流體力有效作用于閥，必須提供穩(wěn)定的油壓控制?；顒佣娮涌刂苿恿D(zhuǎn)向系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與原理項目十電子控制動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)

(3)控制系統(tǒng)當(dāng)接受來自車速傳感器的信號，控制系統(tǒng)向電磁閥和電磁線圈輸出電流。圖10-10示出控制系統(tǒng)的電路圖。圖10-10控制系統(tǒng)電路圖活動二電子控制動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與原理項目十電子控制動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)

2、反力控制式（1）特點這是一種利用車速傳感器控制反力室油壓，改變壓力油輪輸入、輸出的增益幅度，以控制轉(zhuǎn)向力的方法，為此，在轉(zhuǎn)向控制閥中設(shè)有反力室。其優(yōu)點是具有較大的選擇轉(zhuǎn)向力的自由度，而且轉(zhuǎn)向剛性大，駕駛者能確實感受到路面情況，可以獲得穩(wěn)定的操作手感，所以能按照車速情況進(jìn)行最佳的穩(wěn)定操縱。但是，其價格高，結(jié)構(gòu)復(fù)雜?；顒佣娮涌刂苿恿D(zhuǎn)向系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與原理項目十電子控制動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)

（2）結(jié)構(gòu)原理由圖10-11可見，系統(tǒng)主要由轉(zhuǎn)向控制閥、分流閥、電磁閥、轉(zhuǎn)向動力缸、轉(zhuǎn)向油泵、儲油箱、車速傳感器(圖中未畫出)及電子控制單元(ECU)等組成。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)成的。圖10-11反力控制式動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)工作原理圖活動二電子控制動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與原理項目十電子控制動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)

圖10-12反力控制式轉(zhuǎn)向控制閥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。如圖10-12所示。活動二電子控制動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與原理項目十電子控制動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)

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。分流閥的作用把來自轉(zhuǎn)向油泵的液壓油向控制閥一側(cè)和電磁閥一側(cè)進(jìn)行分流。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)定的液壓油流量。固定小孔的作用是把供給轉(zhuǎn)向控制閥的一部分流量分配到油壓反力室一側(cè)。電磁閥的作用是根據(jù)需要，將油壓反力室一側(cè)的液壓油流回儲油箱。ECU根據(jù)車速的高低，線性控制電磁閥的開口面積。當(dāng)車輛停駛或速度較低時，ECU使電磁線圈的通電電流增大，電磁閥開口面積增大，經(jīng)分流閥分流的液壓油，通過電磁閥重新回流到儲油箱中，所以作用于柱塞的背壓(油壓反力室壓力)降低。于是柱塞推動控制閥轉(zhuǎn)閥閥桿的力(反力)較小，因此只需要較小的轉(zhuǎn)向力就可使扭力桿扭轉(zhuǎn)變形，使閥體與閥桿產(chǎn)生相對轉(zhuǎn)動而實現(xiàn)轉(zhuǎn)向助力作用?；顒佣娮涌刂苿恿D(zhuǎn)向系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與原理項目十電子控制動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)

當(dāng)車輛在中、高速區(qū)域轉(zhuǎn)向時，ECU使電磁線圈的通電電流減小，電磁閥開口面積減小。所以，油壓反力室的油壓升高，作用于柱塞的背壓增大，于是柱塞推動轉(zhuǎn)閥閥桿的力增大。此時需要較大的轉(zhuǎn)向力才能使閥體與閥桿之間作相對轉(zhuǎn)動(相當(dāng)于增加了扭力桿的扭轉(zhuǎn)剛度)，而實現(xiàn)轉(zhuǎn)向助力作用。所以在中、高速時可使駕駛員獲得良好的轉(zhuǎn)向手感和轉(zhuǎn)向特性。

3、流量控制式（1）特點這是一種通過車速傳感器調(diào)節(jié)動力轉(zhuǎn)向裝置供應(yīng)的壓力油液，改變油液的輸入輸出流量，以控制轉(zhuǎn)向力的方法。優(yōu)點是，在原來動力轉(zhuǎn)向功能上再增加壓力油液流量控制功能即可，可以降低價格，簡化結(jié)構(gòu)?；顒佣娮涌刂苿恿D(zhuǎn)向系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與原理項目十電子控制動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)

當(dāng)車輛停駛或速度較低時，ECU使電磁線圈的通電電流增大，電磁閥開口面積增大，經(jīng)分流閥分流的液壓油，通過電磁閥重新回流到儲油箱中，所以作用于柱塞的背壓(油壓反力室壓力)降低。于是柱塞推動控制閥轉(zhuǎn)閥閥桿的力(反力)較小，因此只需要較小的轉(zhuǎn)向力就可使扭力桿扭轉(zhuǎn)變形，使閥體與閥桿產(chǎn)生相對轉(zhuǎn)動而實現(xiàn)轉(zhuǎn)向助力作用。缺點是，當(dāng)流向動力轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的壓力油液降低到極限值時，將改變轉(zhuǎn)向控制部分的剛度，使其下降到接近轉(zhuǎn)向剛性。這樣，在低供給油量區(qū)域內(nèi)，對于快速轉(zhuǎn)向會產(chǎn)生壓力油量不足。降低了響應(yīng)性?；顒佣娮涌刂苿恿D(zhuǎn)向系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與原理項目十電子控制動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)

流量控制式動力轉(zhuǎn)向裝置的基本結(jié)構(gòu)見圖10-13。其表示出的是曾在日本藍(lán)鳥牌轎車上使用的裝置。圖10-13日產(chǎn)藍(lán)鳥轎車流量控制式動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)活動二電子控制動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與原理項目十電子控制動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)

(2)工作原理控制原理為：在轉(zhuǎn)向液壓泵與轉(zhuǎn)向器之間設(shè)有旁流通道，由旁通流量控制閥控制流量的大小，間接控制流向動力轉(zhuǎn)向器的壓力油流量，也即控制轉(zhuǎn)向助力的大小。電子控制單元接收轉(zhuǎn)向角傳感器和車速傳感器輸入的轉(zhuǎn)角、車速等信號，通過分析計算，控制分流電磁閥通電電流的大小，進(jìn)而控制旁通閥的旁通流量，最終控制轉(zhuǎn)向助力的大小。其控制程序決定了操縱特性，當(dāng)?shù)退俸驮剞D(zhuǎn)向時，電磁閥斷電，關(guān)閉旁通流量控制閥，液壓助力最大，保證了低速時轉(zhuǎn)向輕便；中高速時，電子控制單元給電磁閥通電，并根據(jù)車速大小控制通電電流的大小。車速不是很高時，通電電流小，由轉(zhuǎn)向液壓泵輸出的液壓油被旁路流回的流量小，液壓助力效果降低的程度小；車速高時，電磁閥通電電流大，電磁閥開啟程度大，由轉(zhuǎn)向液壓泵輸出的液壓油被旁路流回的流量大，液壓助力效果降低的程度大，駕駛員在轉(zhuǎn)向盤處獲得的路感就強(qiáng)，避免了高速“發(fā)飄”現(xiàn)象的發(fā)生，但這時轉(zhuǎn)向操縱力也需適當(dāng)加大。當(dāng)控制系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，旁通閥完全關(guān)閉，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)變?yōu)榉请娍貏恿D(zhuǎn)向系統(tǒng)?；顒佣娮涌刂苿恿D(zhuǎn)向系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與原理項目十電子控制動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)

工作原理圖如圖10-14所示。圖10-14流量控制式動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的構(gòu)成及工作原理示意圖活動二電子控制動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與原理項目十電子控制動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)

二、電動式電子控制動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（EPS）隨著汽車的高速化，對汽車操縱的輕便性及靈活性要求越來越高?，F(xiàn)今廣泛應(yīng)用的液壓式助力轉(zhuǎn)向系，因存在著結(jié)構(gòu)復(fù)雜、價格高、維修保養(yǎng)困難等缺陷，應(yīng)用范圍受到一定的影響，故常用于中、重型汽車及高級轎車上，而電動式動力轉(zhuǎn)向系可廣泛應(yīng)用于輕型汽車及普通型轎車上，并可提高汽車的操縱靈活性。其主要優(yōu)點如下：1、電動機(jī)、減速機(jī)、轉(zhuǎn)向橋和轉(zhuǎn)向齒輪箱可以制成一個整體，管道、油泵等不需單獨占據(jù)空間，易于裝車。2、基本上只增加電動機(jī)和減速機(jī)，沒有了液壓管道等部件，使整個系統(tǒng)趨于小型輕量化。3、油泵僅在必要時用來使電動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，故可以節(jié)能。4、因為零件數(shù)目少，不需要加油和抽空氣，所以在生產(chǎn)線上的裝配性好。雖然動力比不上液壓式。該系統(tǒng)已廣泛應(yīng)用于日本日產(chǎn)、三菱、大發(fā)、鈴木等汽車公司的許多車型。

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（一）電動式電子控制轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的組成、特點電動式電子控制動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)通常由轉(zhuǎn)矩傳感器、車速傳感器、電子控制單元（ECU）、電動機(jī)和電磁離合器等組成。如圖10-15所示：圖10-15電動式電子控制動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的組成活動二電子控制動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與原理項目十電子控制動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)

1、信號源如圖10-16所示，轉(zhuǎn)矩傳感器和車速傳感器為助力轉(zhuǎn)矩的信號源。ECU根據(jù)各傳感器的輸入信號確定助力轉(zhuǎn)矩的幅值和方向，并且直接控制驅(qū)動電路去驅(qū)動電動機(jī)。圖10-16滑動可變電阻式轉(zhuǎn)矩傳感器結(jié)構(gòu)活動二電子控制動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與原理項目十電子控制動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)

（1）轉(zhuǎn)矩傳感器轉(zhuǎn)矩傳感器的作用是用來檢測轉(zhuǎn)向盤的力矩和轉(zhuǎn)動方向，并將轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)向盤時扭桿的轉(zhuǎn)角變?yōu)檗D(zhuǎn)向信號輸送給ECU。轉(zhuǎn)矩傳感器常用的主要有滑動可變電阻式和無觸點式兩類。①滑動可變電阻式轉(zhuǎn)矩傳感器結(jié)構(gòu)如圖10-16所示。它是將載荷力矩引起的扭桿角位移轉(zhuǎn)換為電位器電阻的變化，并經(jīng)滑環(huán)傳遞出來作為轉(zhuǎn)矩信號?；顒佣娮涌刂苿恿D(zhuǎn)向系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與原理項目十電子控制動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)

圖10-17工作原理示意圖圖10-17所示為滑動可變電阻式傳矩傳感器工作原理示意圖。其輸出特性曲線如圖10-18所示。當(dāng)轉(zhuǎn)向盤向左旋轉(zhuǎn)時，傳感器的輸出電壓小于2.5V；當(dāng)轉(zhuǎn)向盤位于中間位置時，傳感器的輸出電壓為2.5V；當(dāng)轉(zhuǎn)向盤向右旋轉(zhuǎn)時，其輸出電壓大于2.5V。因此，ECU根據(jù)傳感器輸出電壓的高低來判斷轉(zhuǎn)向盤的轉(zhuǎn)動方向和角度。圖10-18轉(zhuǎn)矩傳感器的輸出特性曲線活動二電子控制動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與原理項目十電子控制動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)

②無觸點式轉(zhuǎn)矩傳感器外形及工作原理示意圖如圖10-19所示。在輸出軸的極靴上分別繞有A、B、C、D共4個線圈，轉(zhuǎn)向盤處于中間位置（直線行駛）時，扭桿的縱向?qū)ΨQ面正好處于圖示輸出軸極靴AC、BD的對稱面上。當(dāng)在U、T兩端加上連續(xù)的輸入脈沖電壓信號U1時，由于通過每個極靴的磁通量相等，所以在V、W兩端檢測到的輸出電壓信號U0=0。

圖10-19無觸點式轉(zhuǎn)矩傳感器外線和工作原理示意圖活動二電子控制動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與原理項目十電子控制動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)

轉(zhuǎn)向時，由于扭桿和輸出軸極靴之間發(fā)生相對扭轉(zhuǎn)變形，各個極靴的磁通量發(fā)生變化，極靴A、D之間的磁阻增加，B、C之間的磁阻減少，于是在V、W之間就出現(xiàn)了電位差，其電位差與扭桿的扭轉(zhuǎn)角和輸入電壓成正比。通過測量U1兩端的電位差來測量出扭桿的扭轉(zhuǎn)角，于是也就知道了轉(zhuǎn)向盤施加的轉(zhuǎn)動力矩。（2）車速傳感器車速傳感器安裝在變速器上，其作用是將車速的變化轉(zhuǎn)變?yōu)槊}沖信號輸送到ECU?；顒佣娮涌刂苿恿D(zhuǎn)向系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與原理項目十電子控制動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)

2、執(zhí)行器執(zhí)行器包括直流電動機(jī)、電磁離合器及減速機(jī)構(gòu)等。（1）電動機(jī)EPS上所采用的電動機(jī)是在一般汽車用電動機(jī)基礎(chǔ)上加以改進(jìn)后得到的。為了改善操縱感、降低噪聲和減少振動，有的電動機(jī)轉(zhuǎn)子外圓表面開有斜槽，有的則改變定子磁鐵的中心處或底部的厚度。電動機(jī)連同離合器和減速齒輪在一起，通過一個橡膠底座安裝在左車架上。電動機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩由減速齒輪增大，并通過萬向節(jié)、轉(zhuǎn)向器中的助力小齒輪把輸出轉(zhuǎn)矩送至齒條，以便向轉(zhuǎn)向輪提供助力轉(zhuǎn)矩。該直流電動機(jī)通常采用永久磁場與發(fā)動機(jī)用直流電動機(jī)工作原理基本相同。其電壓為12V，最大電流約為30A，額定轉(zhuǎn)矩約為9N.m。而且，該直流電動機(jī)通過一種比較簡單適用的控制電路，能夠?qū)崿F(xiàn)正反方向旋轉(zhuǎn)?；顒佣娮涌刂苿恿D(zhuǎn)向系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與原理項目十電子控制動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)

如圖10-20所示，a1、a2為觸發(fā)信號端，當(dāng)a1端得到輸入信號時，晶體管T3導(dǎo)通，T2得到基極電流而導(dǎo)通，電流經(jīng)T2、電動機(jī)、T3、搭鐵而構(gòu)成回路，于是電動機(jī)正轉(zhuǎn)；當(dāng)a2端得到輸入信號時，電流則經(jīng)T1、電動機(jī)M、T4、搭鐵而構(gòu)成回路，電動機(jī)則因電流方向相反而反轉(zhuǎn)。同時，只要控制信號電流的大小，就可以控制電動機(jī)電流的大小，即可以控制電動機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩的大小。圖10-20電動機(jī)正反轉(zhuǎn)控制電路活動二電子控制動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與原理項目十電子控制動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)

(2)電磁離合器結(jié)構(gòu)如圖10-21所示，主要由電磁線圈、主動輪、從動軸、壓板等組成。工作過程是：電流通過滑環(huán)進(jìn)入電磁線圈，主動輪便產(chǎn)生電磁吸力，帶花鍵的壓板就被吸引，并與主動輪壓緊，于是電動機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩便經(jīng)過輸出軸→主動輪→壓板→花鍵→從動軸，傳遞給減速機(jī)構(gòu)。圖10-21電磁離合器結(jié)構(gòu)活動二電子控制動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與原理項目十電子控制動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)

電動機(jī)的工作范圍限定在某一速度區(qū)域內(nèi)，如果達(dá)到30km/h,則離合器使電動機(jī)停轉(zhuǎn)，且離合器分離，不再起傳遞動力的作用,恢復(fù)到手動轉(zhuǎn)向控制。在不加助力的情況下，離合器可以清除電動機(jī)慣性的影響。同時，在系統(tǒng)發(fā)生故障時，因離