新能源汽車-電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)認知與檢修-電子教案

PAGEPAGE24《新能源汽車電氣技術》教案授課班級班級人數(shù)授課教師課題序號7授課課型授課課時課時授課章節(jié)名稱任務一新能源汽車電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)認知教學目標知識目標1.掌握電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（EPS）概述；2.電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（EPS）結構。技能目標1.能夠正確拆裝EPS控制器；情感目標1.培養(yǎng)勤于思考、舉一反三的學習習慣；2.培養(yǎng)良好的團隊合作精神。教學重點正確拆裝EPS控制器教學難點電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（EPS）結構教學方法講授法、自主學習法、探究法、小組討論法教學資源教材、網(wǎng)絡資源、教學視頻、相關PPT，多媒體教室板書設計任務一新能源汽車電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)認知[知識學習]1.電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)概述2.電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)作用3.電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)組成4.電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)分類5.電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的優(yōu)缺點6.電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的工作原理7.比亞迪E5電動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的工作原理[技能訓練]1.正確拆裝EPS控制器成部件認知教學過程主要教學內(nèi)容及步驟教師活動學生活動教學目標【一】導入新章節(jié)案例導入：因為采用電力驅(qū)動的原因，新能源汽車特別是純電動汽車的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)都采用電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，你熟悉這個系統(tǒng)的結構原理嗎？這個系統(tǒng)出現(xiàn)故障，你能檢修嗎？如果不能，我們一起來學習?！径啃率谌蝿找恍履茉雌囯妱又D(zhuǎn)向系統(tǒng)認知[學習目標]知識目標1.掌握電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（EPS）概述；2.電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（EPS）結構。能力目標1.能夠正確拆裝EPS控制器；[知識學習]一、汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)概述車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（SteeringSystem）是汽車的一個重要構成部件，是保障汽車安全駕駛十分重要的安全裝置，其功能就是要求能夠按照駕駛員的意圖來控制汽車的行駛方向，它直接影響到汽車的整體操縱性和行駛穩(wěn)定性。隨著汽車各方面的技術不斷發(fā)展、完善、突破、創(chuàng)新，人們對汽車的需求已經(jīng)不僅僅局限于安全性和功能性，還比較關注它的舒適性和經(jīng)濟性等。轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是用來控制車輛前進方向的一套機構，最初的轉(zhuǎn)向機構是純機械結構，操作費力、駕駛舒適性差。助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的出現(xiàn)很好的解決了這個難題，并逐漸發(fā)展成為現(xiàn)代汽車結構中必不可少的一部分。傳統(tǒng)液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)自誕生以來已經(jīng)經(jīng)過了半個多世紀的發(fā)展，它的技術也已經(jīng)趨于成熟，但是它結構復雜、效率低、易泄露、有污染等固有弊端難以解決；而電動助力轉(zhuǎn)向（ElectricPowerSteering，簡稱EPS或ElectricPowerAssistSteering，簡稱EPAS）系統(tǒng)只依靠電動機提供轉(zhuǎn)向助力，具有機構簡單、控制靈活、效率高等諸多優(yōu)點，并且助力電機只是在有轉(zhuǎn)向操作時才轉(zhuǎn)動，與前者相比可以顯著降低能耗；此外，還可以提供合理的助力轉(zhuǎn)矩來適應不同的車速，更好地協(xié)調(diào)了駕駛輕便性和路感。因此，在汽車行業(yè)的助力轉(zhuǎn)向領域，EPS產(chǎn)品表現(xiàn)出強有力的競爭力，必將逐漸取代液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。EPS系統(tǒng)結合了汽車電子和控制技術，有助于車輛的智能化發(fā)展。作為一種機電一體化的產(chǎn)品，控制是必不可少的，所以，EPS系統(tǒng)的控制對EPS系統(tǒng)的研究來說尤為重要，包括助力方式的確定、系統(tǒng)動力的匹配、助力曲線的選擇、控制策略的設計等等，對電動助力轉(zhuǎn)向（EPS）系統(tǒng)的工作性能都有很大影響。二、汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的發(fā)展歷程作為車輛的重要組成部分之一，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)會按照駕駛員的意圖控制著車輛前進的方向，并直接影響著車輛的安全性和操縱穩(wěn)定性。汽車的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)按照轉(zhuǎn)向力的來源不同可以分為純機械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)和動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，其中后者又先后經(jīng)歷了傳統(tǒng)液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（HPS）、電控液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（EHPS）、電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（EPS）和線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（SBW）幾個發(fā)展階段。1.機械式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)純機械式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)大致分為三部分：轉(zhuǎn)向操控機構、轉(zhuǎn)向器和轉(zhuǎn)向傳動部分。轉(zhuǎn)向操控機構是指駕駛員直接接觸的部分，負責把駕駛員的動作和力傳遞到轉(zhuǎn)向系統(tǒng)當中；轉(zhuǎn)向器是轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的核心部件，一方面將駕駛員輸入的力進行放大，另一方面變換這個力的方向；轉(zhuǎn)向傳動部分包括轉(zhuǎn)向器與轉(zhuǎn)向輪之間的傳動零部件，負責把轉(zhuǎn)向器輸出的力傳遞到轉(zhuǎn)向輪上，從而完成轉(zhuǎn)向輪的動作。如圖4-1所示。圖4-1純機械式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)圖是純機械式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的結構組成，從原理上來說機械式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的結構最好理解，就是用單純的人力驅(qū)動整個機械系統(tǒng)，駕駛員操控轉(zhuǎn)向盤，轉(zhuǎn)向力經(jīng)中間傳動零部件輸入給轉(zhuǎn)向器，轉(zhuǎn)向器將動力放大、變向后輸出給橫拉桿，再經(jīng)梯形臂作用于輪轂實現(xiàn)轉(zhuǎn)向輪的轉(zhuǎn)動。這種方式的整體結構簡單、可靠性高、制造成本低；但操縱費力，增加了駕駛員的工作強度，操縱穩(wěn)定性和精確程度都不高，多用于微型轎車和一些農(nóng)用車上。2.傳統(tǒng)液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)液壓助力是目前車輛使用最多的一種轉(zhuǎn)向助力方式，其系統(tǒng)結構如圖所示，它通過在純機械式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中添加一套液壓系統(tǒng)（包括動力缸、閥、液壓油罐、油泵和油管等）用以提供轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的助力，液壓系統(tǒng)根據(jù)液流的形式不同，又能夠分為常流式和常壓式。常壓式液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)在車輛行駛過程中，不管轉(zhuǎn)向盤有沒有轉(zhuǎn)向力輸入，它的液壓系統(tǒng)始終保持高油壓；而常流式液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)在車輛行駛過程中，轉(zhuǎn)向盤不動的情況下，流量控制閥處于中間處，油路常通。如圖4-2所示。圖4-2液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)傳統(tǒng)液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)因其技術成熟可靠，并且成本不高，所以得到廣泛普及。但隨著我國高速公路的快速建設和車速的不斷提升，它的一些固有的缺點和不足慢慢顯現(xiàn)出來：1）不能兼顧車輛低速時轉(zhuǎn)向的輕便性和高速時駕駛員的路感。如果保證了車輛停車或低速時轉(zhuǎn)向輕松省力，高速時駕駛員就不能獲得好的路感；而保證了車輛高速行駛時駕駛員的操縱手感，停車或低速的轉(zhuǎn)向就會非常吃力。2）無論轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是否工作，只要發(fā)動機轉(zhuǎn)動，油泵就保持運轉(zhuǎn)，增加了整車的動力消耗。3）油液泄露和污染，油液泄露是液壓系統(tǒng)不可避免的問題，同時會對環(huán)境造成污染，這是液壓系統(tǒng)固有的不足。4）冷起動工作性能較差，低溫條件下液壓油的黏度變大，液壓系統(tǒng)不能正常工作，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的助力性能變差。3.電控液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)由于傳統(tǒng)液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)會消耗相當多的發(fā)動機動力，所以人們在它的基礎上進行改進，得到了能耗相對較低的電控液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，它的結構如圖，主要包括動力轉(zhuǎn)向電子控制系統(tǒng)（ECU）、電動液壓油泵、液壓油罐、限壓閥、單向閥、轉(zhuǎn)向器、車速傳感器以及其他信號傳感器等。如圖4-3所示。圖4-3電控液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)轉(zhuǎn)向油泵用一個單獨的電動機帶動，不再直接消耗發(fā)動機的動力，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的ECU根據(jù)根據(jù)車速信號調(diào)節(jié)電磁閥的電流大小，進而控制其節(jié)流開度，最終達到控制助力大小的目的。電控液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)雖然兼顧了車輛低速時轉(zhuǎn)向的輕便性和高速時駕駛員的路感，也降低了發(fā)動機的燃油消耗，但是仍然沒有解決油液泄露、環(huán)境污染以及效率低的問題，所以它只是傳統(tǒng)液壓助力轉(zhuǎn)向（HPS）系統(tǒng)向電動助力轉(zhuǎn)向（EPS）系統(tǒng)過渡的一個產(chǎn)品類型。4.電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)現(xiàn)如今汽車微電子技術越來越成熟，因此，對車輛節(jié)能與環(huán)保方面的要求也越來越高，液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)所存在的能耗高、油液泄漏和污染等問題變得更加明顯，不能完全滿足時代發(fā)展的要求。電動助力轉(zhuǎn)向（EPS）系統(tǒng)綜合了最前沿的電子控制技術和最新的電動機控制技術，它不僅能有效改善車輛的動靜態(tài)性能，還可以顯著提高車輛的駕駛舒適性和安全性，降低對環(huán)境所造成的污染。所以，EPS系統(tǒng)剛剛提出，就得到了很多大型汽車企業(yè)的青睞，并在第一時間投入大量的人力、財力進行相關研究，由此可見，電動助力轉(zhuǎn)向必將成為助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中的佼佼者。圖所示為速騰汽車EPS系統(tǒng)的組成。如圖4-4所示。圖4-4速騰汽車的EPS系統(tǒng)結構電動助力轉(zhuǎn)向（EPS）系統(tǒng)是由電動機來提供轉(zhuǎn)向助力的，其助力的大小是通過電控單元（ECU）進行調(diào)控的。扭矩傳感器安裝在轉(zhuǎn)向管柱上，當轉(zhuǎn)向盤有轉(zhuǎn)向動作時，傳感器進行檢測，并將檢測到的扭矩信號傳給ECU，同時車速傳感器將車速信號傳遞給ECU，ECU根據(jù)車速決定電動機的助力效果，以保證車輛既能滿足低速時轉(zhuǎn)向輕松省力，又能保障高速時轉(zhuǎn)向穩(wěn)重。關于EPS系統(tǒng)將在第二章做詳細介紹。5.線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是EPS系統(tǒng)的一個發(fā)展方向，英文名稱SteeringByWire，故簡稱SBW，其結構如圖所示，主要包括電子控制單元（ECU）、轉(zhuǎn)向盤、扭矩傳感器、轉(zhuǎn)向盤回正電機、助力電機、轉(zhuǎn)向器以及助力傳動機構等，它省去了轉(zhuǎn)向盤和轉(zhuǎn)向器之間的傳動機構。線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)通過各種傳感器來判斷駕駛員的一系列動作，并把檢測信號傳送給電控單元（ECU），同時從控制系統(tǒng)獲取反饋信息；控制系統(tǒng)也是通過操縱機構得到駕駛員的轉(zhuǎn)向指令，并從轉(zhuǎn)向系統(tǒng)得到轉(zhuǎn)向輪的狀態(tài)，從而控制汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的工作。轉(zhuǎn)向系統(tǒng)控制轉(zhuǎn)向輪運動，并將轉(zhuǎn)向輪的轉(zhuǎn)角和轉(zhuǎn)矩信息反饋到轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的操縱機構，使駕駛員更好的感知當前路況。線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的特點如下：如圖4-5所示。圖4-5線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的組成1）線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)通過車輛的車速、發(fā)動機轉(zhuǎn)速等相關參數(shù)，智能分析車輛行駛工況下，隨時改變轉(zhuǎn)向盤和轉(zhuǎn)向車輪之間的角度傳動比。低速或停車時，提供相對小的角傳動比，減小轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)動的角度；高速行駛時，車輛轉(zhuǎn)向比較靈活，提供相對較大的角傳動比，為高速行駛的車輛提供更好的直線行駛條件，改善了車輛的轉(zhuǎn)向性能，有利于減少交通事故的發(fā)生。2）SBW系統(tǒng)不存在中間傳動的機械結構，所以，路面的沖擊和震動不會傳遞到轉(zhuǎn)向盤上，系統(tǒng)綜合分析各種傳感器信號，更好的判斷出車輛的行駛工況和路面信息，通過轉(zhuǎn)向盤回正電機為駕駛員提供適當?shù)穆犯?，既保留了有用的信息，又避免了外界的干擾，使駕駛員獲得更加真實的“路感”，提高了駕駛舒適性。3）線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)沒有中間傳動的機械結構，事故發(fā)生時，避免了轉(zhuǎn)向柱可能對駕駛員造成的傷害，進一步改善了駕駛安全性。此外，去除中間傳動的接卸結構不僅減少了動力傳遞過程，提高了系統(tǒng)的效率和響應速度，還增加了駕駛員的腿部空間，方便了相鄰系統(tǒng)結構的布置和安裝。但是線控轉(zhuǎn)型系統(tǒng)還處于研發(fā)階段，并沒有大量投入使用，原因主要有以下兩個方面，一是硬件系統(tǒng)的成本問題與可靠性，二是軟件系統(tǒng)的可靠性與安全性不能保障。三、電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)概述由于汽車電子控制技術的不斷發(fā)展，對汽車設計的要求以及對汽車的操縱穩(wěn)定性的要求也逐漸增高，特別是對車輛的環(huán)保和節(jié)能的要求越來越顯著。曾經(jīng)的液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（HPS）存在的浪費能源和污染環(huán)境的缺點己經(jīng)變得越發(fā)嚴重，不能夠滿足時代對汽車發(fā)展的需要。而電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（EPS）將最新的高性能的電機控制理論和電子技術應用到汽車的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中，顯著的改善了車輛的動態(tài)特性和靜態(tài)特性，并更加有效的提高了行駛過程中駕駛員的轉(zhuǎn)向輕便性和駕駛安全性，于此同時也更加節(jié)能和環(huán)保。對于電動汽車來說，采用電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是一種必然的選擇，因為它本身不需要使用內(nèi)燃機，助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)動力的來源完全來自電機，所以電動汽車動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的選擇只能是EHPS或EPS，一般情況下，設計者都會選擇EPS。因此，在未來的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)發(fā)展過程中，電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)將會成為汽車動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的主力軍，對電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)進行開發(fā)和研究會成為今后汽車企業(yè)和科研機構的研究重點。四、電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)分類根據(jù)助力電機在轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中的安裝位置可分為三類：轉(zhuǎn)向柱助力型（ColumnEPS，C-EPS）；小齒輪助力型（PinionEPS，P-EPS）；齒條助力型（RackEPS，R-EPS）。其中，C-EPS與P-EPS、R-EPS相比，由于駕駛員和電機助力的轉(zhuǎn)矩同時通過轉(zhuǎn)向器的小齒輪齒條傳遞，考慮到齒的剛度和強度，助力轉(zhuǎn)矩值不能太大，多用于小型汽車；而P-EPS和R-EPS成本相對較高，多用于中高級車輛。按照助力電機的安裝部位不同，EPS系統(tǒng)一般分為轉(zhuǎn)向軸助力式、齒輪助力式和齒條助力式3種類型，如圖4-6所示。圖4-6電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)分類1）轉(zhuǎn)向軸助力式EPS系統(tǒng)的助力電機安裝在轉(zhuǎn)向軸附近，轉(zhuǎn)向助力經(jīng)離合器和減速機構施加在轉(zhuǎn)向軸上，適用于一些小的車型。由于助力電機的安裝位置靠近轉(zhuǎn)向盤，各部件相對獨立，所以安裝維修方便，但必須考慮助力電機震動和噪聲對駕駛?cè)藛T的影響。2）齒輪助力式EPS系統(tǒng)的助力電機、減速器和離合器集成在一起，助力電機的助力作用在齒輪上，助力作用較轉(zhuǎn)向軸式大，適用于前軸載荷中等的車輛。3）齒條助力式EPS系統(tǒng)的助力電機和減速機構直接將助力施加到齒條上,所以其響應快，效率高，助力效果好；結構緊湊，安裝位置選擇性比較大，助力電機遠離駕駛艙，噪聲和振動不會對駕駛員產(chǎn)生影響；系統(tǒng)剛度好、傳動能力大，適用于一些前軸載荷較大的汽車。但是齒輪齒條式EPS系統(tǒng)結構相對復雜，造價高，出現(xiàn)故障時維修不方便。五、EPS系統(tǒng)的優(yōu)缺點1.EPS系統(tǒng)具有以下優(yōu)點：與其他轉(zhuǎn)向系統(tǒng)相比，該系統(tǒng)突出的優(yōu)點表現(xiàn)在：1）更加節(jié)省能源和環(huán)保。因為EPS沒有液壓器件，所以可算得上是標準的“按需供能型”系統(tǒng)，即在轉(zhuǎn)向的情況下系統(tǒng)才工作，而汽車停止時或者直線運行時完全不消耗任何能量，這樣一來耗能就會相對較少。因此與液壓動力系統(tǒng)進行比較，可以節(jié)約能源80%到90%。而在不轉(zhuǎn)向時，EPS燃油消耗會降低2.5%；在使用轉(zhuǎn)向系統(tǒng)時，則會減少5.5%。另外又因為在-40℃的低溫的狀況下，EPS也可以較好地工作，而傳統(tǒng)的液壓系統(tǒng)只有液壓油預熱后才可以工作，由于EPS沒有起動時的預熱過程，所以節(jié)省了許多能量。EPS也不存在液態(tài)油的泄漏問題，從而也不會對環(huán)境造成嚴重的污染，符合了環(huán)保的設計理念。2）助力效果相對更好。EPS可根據(jù)汽車運行的不同工況，通過優(yōu)化設計助力特性曲線，獲得準確的助力，助力效果十分理想。同時還可以通過控制阻尼系數(shù)減小因為路面的干擾對轉(zhuǎn)向系統(tǒng)產(chǎn)生的影響，保障車輛低速行駛時的輕便性，提高汽車高速行駛時的穩(wěn)定性，進而提高汽車的轉(zhuǎn)向性能。3）質(zhì)量大大減輕。與液壓轉(zhuǎn)向比較，電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的結構更加簡單，零件數(shù)目顯著減少，因而帶來質(zhì)量的輕便，于此同時使布置更加簡單，而且降低了工作時產(chǎn)生的噪聲污染。4）安全性能更好。與HPS比較，EPS發(fā)生故障后，系統(tǒng)通過電磁離合器切斷電機與減速傳動機構的動力連接，進入機械轉(zhuǎn)向模式。另一方面由于EPS的助力由電機提供，所以與車輛的驅(qū)動系統(tǒng)相互獨立，只要電動汽車的DC/DC不出現(xiàn)問題，即使在汽車不啟動或發(fā)生故障也能夠準確的提供助力。5）開發(fā)和生產(chǎn)的周期短。雖然EPS的設計時間會比較長，但是設計完成以后，可以通過編輯相應的設計程序，實現(xiàn)與各種不同車型之間的匹配，從而能夠減少針對各個車型的設計時間。6）提高了轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的回正性能。在某一車速下，當駕駛員轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)向盤一個角度放手后，汽車具有使其自身回到直線方向行駛的特性，這是汽車固有屬性所決定的。但是EPS系統(tǒng)能夠?qū)卣^程進行人工控制，在最大限度內(nèi)通過軟件修改設計參數(shù)達到使車輛獲得最優(yōu)回正性的目的。在傳統(tǒng)的HPS中，汽車一旦設計完成，回正特性就無法改變，否則必須徹底改動底盤的結構，實現(xiàn)起來非常困難。7）EPS效率一般比HPS高，使用車輛范圍也相對較廣，特別適用于電動汽車。2.EPS系統(tǒng)的缺點：1）由于車載電源的電壓一般比較低，故電動助力轉(zhuǎn)向（EPS）系統(tǒng)所能提供的助力轉(zhuǎn)矩也不會太大，所以不適合用于大型車輛。2）助力電機、減速機構等零部件的摩擦和轉(zhuǎn)動慣量會對EPS系統(tǒng)的轉(zhuǎn)向特性產(chǎn)生一定的影響，因此動力匹配比較困難。六、電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（EPS）結構汽車電動助力轉(zhuǎn)向器（EPS）是一種機電一體化的新一代車輛動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。它由扭矩傳感器、電機總成、轉(zhuǎn)向器和控制器（VCU）組成。汽車電動助力轉(zhuǎn)向器是根據(jù)轉(zhuǎn)向盤的轉(zhuǎn)向力（即扭矩傳感器）、車速傳感器、發(fā)動機轉(zhuǎn)速等控制信號，確定轉(zhuǎn)向助力的大小和方向，并驅(qū)動電機輔助轉(zhuǎn)向操作。如圖4-7所示。圖4-7電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（EPS）結構1.扭矩傳感器扭矩傳感器由二個帶孔圓環(huán)，線圈，線圈盒及電路板組成。它獲得轉(zhuǎn)向盤上操作力大小和方向信號，并把它們轉(zhuǎn)換為電信號，傳遞到EPS控制盒二個帶孔圓環(huán)一個安裝在輸出軸上，一個安裝在輸入軸上。當輸入軸相對輸出軸轉(zhuǎn)動時，電路板計算出輸入軸相對于輸出軸的旋轉(zhuǎn)方向和旋轉(zhuǎn)量。當轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)向盤時，扭矩被傳遞到扭力桿，輸入軸和輸出軸之間出現(xiàn)角度偏差，電路板檢測出角度偏差及方向，通過計算得到扭矩大小和方向并轉(zhuǎn)換為電壓信號傳遞到EPS控制器中.如圖4-8所示。圖4-8扭矩傳感器2.電機總成安裝在轉(zhuǎn)向器上的電機總成由一個蝸桿，一個蝸輪和一個直流電機組成。當蝸桿與安裝在轉(zhuǎn)向器輸出軸上的蝸輪嚙合時，它降低電機速度并把電機輸出力矩傳遞到輸出軸.如圖4-9所示。圖4-9電機總成3.轉(zhuǎn)向器通過蝸輪降低動力轉(zhuǎn)向電動機的轉(zhuǎn)速，并將它傳遞到轉(zhuǎn)向柱軸.如圖4-10所示。圖4-10轉(zhuǎn)向器4.控制器（VCU）控制器（VCU）的作用（1）EPS控制動力轉(zhuǎn)向ECU接收各傳感器的信號，判斷車輛當前的狀況，并測定施加到動力轉(zhuǎn)向電動機上相應的助力電流。對于裝有車輛穩(wěn)定控制系統(tǒng)（VSC）的車型，根據(jù)制動防滑控制ECU信息，聯(lián)合控制轉(zhuǎn)向助力力矩，使駕駛?cè)说霓D(zhuǎn)向操作更靈便，提高轉(zhuǎn)向穩(wěn)定性。（2）動力轉(zhuǎn)向ECU溫度傳感器動力轉(zhuǎn)向ECU中的溫度傳感器用于檢測ECU是否過熱。如果溫度傳感器檢測到ECU過熱，則動力轉(zhuǎn)向電動機上的助力電流會減小。（3）診斷如果動力轉(zhuǎn)向ECU檢測到EPS故障，則與出現(xiàn)故障的功能相關的主警告燈點亮，提示駕駛?cè)顺霈F(xiàn)故障。同時，DTC（診斷故障碼）存儲到存儲器中。（4）安全保護如果動力轉(zhuǎn)向ECU檢測到EPS故障，則組合儀表上的主警告燈點亮，且蜂鳴器鳴響。同時，動力轉(zhuǎn)向ECU使PS警告出現(xiàn)在復式顯示器上以提示駕駛?cè)?，并進入安全保護模式。EPS和手動轉(zhuǎn)向以相同方式工作。出現(xiàn)故障時，安全保護功能被激活，ECU會影響各種控制。七、電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（EPS）工作原理圖2-6為轉(zhuǎn)向軸助力式EPS系統(tǒng)的組成結構，轉(zhuǎn)向器選擇齒輪齒條式，轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)矩通過扭矩傳感器來測得。當沒有轉(zhuǎn)向動作時，助力電機不工作；當駕駛員有轉(zhuǎn)向操作時，扭矩傳感器發(fā)出一個電壓信號，電子控制單元（ECU）根據(jù)電壓信號值推算得到轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)矩的大小及方向，同時，車速傳感器將檢測到的當前車速傳遞到電子控制單元（ECU），電子控制單元（ECU）先根據(jù)車速選擇與之對應的助力特性曲線，再根據(jù)轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)矩進行運算處理，得到目標助力轉(zhuǎn)矩的大小以及方向，再經(jīng)過一系列計算確定助力電機的旋轉(zhuǎn)方向和驅(qū)動電流的大小，助力電機根據(jù)得到的驅(qū)動電流提供相應的助力轉(zhuǎn)矩，減速增扭后作用到轉(zhuǎn)向軸上，為轉(zhuǎn)向系統(tǒng)提供與工況相適應的助力。如圖4-11所示。圖4-11EPS系統(tǒng)簡圖當EPS系統(tǒng)發(fā)生故障時，助力電機斷電停轉(zhuǎn)，離合器分離，系統(tǒng)不提供助力，僅保持機械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的功能。八、電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（EPS）的助力策略EPS是一個非線性、多輸入多輸出的控制系統(tǒng)，因此，控制策略的設計是EPS的核心技術之一。EPS控制策略的基本功能是在不同行駛工況下的轉(zhuǎn)向過程中提供最佳轉(zhuǎn)向助力，從而減輕駕駛員的操作疲勞。根據(jù)不同的控制目標，控制策略可分為：基本助力控制，設計合理助力曲線，兼顧低速的轉(zhuǎn)向輕便性和高速的穩(wěn)定性；回正控制，使轉(zhuǎn)向盤具有較好的回正特性，避免回正不足或回正超調(diào)；補償控制，EPS轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中除了機械部件的摩擦和阻尼因素，還有電機和減速機構的慣量因素，因此，需要采用合適的補償控制，減小慣量、摩擦、阻尼因素的影響，提高車輛的穩(wěn)態(tài)性能和動態(tài)性能；抑振控制，當在不平路面行駛時，由輪胎傳遞過來的擾動會造成轉(zhuǎn)向盤的振動，使駕駛員感到不適，喪失路感；魯棒控制，抑制系統(tǒng)內(nèi)部的各種擾動；其他控制，隨著汽車安全性和舒適性要求的提高，EPS的控制策略正朝著智能化的方向發(fā)展，包括：個性化助力特性、自動泊車功能、車道保持功能等等。九、實施步驟1.拆裝EPS控制器拆卸1）將車鑰匙置于OFF擋2）斷開蓄電池負極電纜3）拆下右前門踏板沿-箭頭-所指位置撬起前門踏板-1-，翻轉(zhuǎn)取出前門踏板-1-。如圖4-13所示。圖4-13右前門踏板4）拆下A柱下飾板旋出塑料螺母座-1-。5）沿-箭頭-方向?qū)柱下飾板-2-從車身上脫出.如圖4-14所示。圖4-14A柱下飾板6）拆下副儀表板前擋板，旋出子母扣-2-。將副儀表右前擋板-1-從副儀表骨架總成中撬出。如圖4-15所示。圖4-15副儀表板前擋板7）撬下固定卡-1-和旋出螺母-3-8）取下前地板擱腳板-2-.如圖4-16所示。圖4-16前地板擱腳板9）拔下EPS控制器連接插頭10）擰下EPS控制器固定螺栓并取下控制器。安裝以倒序進行。2.EPS本體拆裝拆卸1）將車鑰匙置于OFF擋2）斷開蓄電池負極電纜3）將轉(zhuǎn)向盤回正，并拔出車鑰匙鎖定轉(zhuǎn)向盤。注意：回正一下轉(zhuǎn)向盤，確定轉(zhuǎn)向系統(tǒng)處于鎖止狀態(tài)4）拆卸車輪5）拆卸轉(zhuǎn)向機連接線束（詳見EPS控制器拆裝步驟）6）拔下轉(zhuǎn)向拉桿球頭鎖止銷不要拆下。7）用球形萬向節(jié)拉出器將轉(zhuǎn)向拉桿球頭總成-1-從轉(zhuǎn)向節(jié)上壓出，擰出螺母-箭頭-，將轉(zhuǎn)向拉桿球頭總成-1-拆下。螺母-箭頭-擰緊力矩：55±5Nm.。如圖4-17所示。圖4-17轉(zhuǎn)向節(jié)8）松開前懸下擺臂鎖緊螺母-1-，不要拆下。注意：螺母-1-擰緊力矩：66±6Nm9）用球形萬向節(jié)拔出器將前懸下?lián)u臂主銷-2-從轉(zhuǎn)向節(jié)壓出。10）擰出螺母-1-，將前懸下?lián)u臂主銷拆下。11）轉(zhuǎn)向管柱連接十字軸拆卸.如圖4-18所示。注意：擰下螺栓-2-，將十字萬向節(jié)-1-從轉(zhuǎn)向器上拔下。螺栓-2-擰緊力矩：23±3Nm擰出螺栓-3-，從變速器上松開擺動支撐。螺栓-3-擰緊力矩：80±5Nm圖4-18轉(zhuǎn)向管柱連接十字軸12）將舉升裝置放到副車架下。13）擰出螺栓-1-和-2-，并將副車架略微降低。如圖4-19所示。注意：螺栓-1-和-2-擰緊力矩：165～180Nm圖4-19副車架14）旋出副車架的固定螺栓。15）將副車架和轉(zhuǎn)向機總成降下。16）旋出整體式動力轉(zhuǎn)向器總成固定螺栓-箭頭A-和固定螺母-箭頭B-，取下固定板。注意：17）固定螺栓-箭頭A-擰緊力矩：90±5Nm固定螺母-箭頭B-擰緊力矩：90±5Nm.如圖4-20所示。圖4-20動力轉(zhuǎn)向器總成固定螺栓18）從副車架上取下轉(zhuǎn)向器。安裝安裝以倒序進行注意:安裝副車架前，將整體式動力轉(zhuǎn)向器總成固定在副車架上，并安裝整體式動力轉(zhuǎn)向器總成的螺栓【三】小結與評價1）在新能源汽車中，大多數(shù)混合動力汽車和所有純電動汽車都采用了電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，因為電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是完全獨立于發(fā)動機運作的。2）汽車電動助力轉(zhuǎn)向器（EPS）是一種機電一體化的新一代車輛動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)?！舅摹孔鳂I(yè)布置1.簡述電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（EPS）結構。2.簡述電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（EPS）概述。3.簡述EPS控制器的拆裝步驟。展示一段實車故障案例的視頻出示并分析本次課學習目標對汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)概述的講解汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的發(fā)展歷程理論講解講解、分析講解、分析講解、圖片資料例舉引導觀看圖片、視頻資源，并進行講解引導觀看圖片、視頻資源，并進行講解引導觀看圖片、視頻資源，并進行講解引導觀看圖片、視頻資源，并進行講解引導觀看圖片、視頻資源，并進行講解教師引導總結小結、評價聽講、思考聽講、思考聽講、思考聽講、思考

聽講、思考聽講、思考觀看案例、思考聽講、思考觀看、思考觀看、思考觀看、思考、實訓觀看、思考、實訓學生評價并小結培養(yǎng)對本節(jié)課內(nèi)容學習興趣目標導向?qū)ζ囖D(zhuǎn)向系統(tǒng)概述有總體認知理解汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的發(fā)展歷程了解電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)概述掌握電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)分類直觀認識EPS系統(tǒng)的優(yōu)缺點了解電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（EPS）結構電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（EPS）工作原理電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（EPS）的助力策略掌握拆裝EPS控制器的步驟掌握拆裝EPS控制器的步驟鞏固本節(jié)課內(nèi)容，分享成果，培養(yǎng)表達能力教后記（教學反思）《新能源汽車電氣技術》教案授課班級班級人數(shù)授課教師課題序號8授課課型授課課時課時授課章節(jié)名稱任務一新能源汽車電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)檢修教學目標知識目標1.掌握電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（EPS）概述；2.電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（EPS）結構。3.電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的工作原理技能目標1.能夠正確拆裝EPS控制器；2.能夠正確進行EPS故障檢修。情感目標1.培養(yǎng)勤于思考、舉一反三的學習習慣；2.培養(yǎng)良好的團隊合作精神。教學重點動力蓄電池的組成教學難點電動汽車電源系統(tǒng)的組成部件教學方法講授法、自主學習法、探究法、小組討論法教學資源教材、網(wǎng)絡資源、教學視頻、相關PPT，多媒體教室板書設計任務一新能源汽車電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)檢修[知識學習]1.電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的控制策略2.電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的助力特性3.電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的基本參數(shù)4.電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的常見故障[技能訓練]1.電動助力轉(zhuǎn)向EPS故障檢修教學過程主要教學內(nèi)容及步驟教師活動學生活動教學目標【一】導入新章節(jié)案例導入：因為采用電力驅(qū)動的原因，新能源汽車特別是純電動汽車的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)都采用電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，你熟悉這個系統(tǒng)的結構原理嗎？這個系統(tǒng)出現(xiàn)故障，你能檢修嗎？如果不能，我們一起來學習?！径啃率谌蝿找恍履茉雌囯妱又D(zhuǎn)向系統(tǒng)檢修[學習目標]知識目標1.掌握電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（EPS）概述；2.電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（EPS）結構。3.電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的工作原理能力目標1.能夠正確拆裝EPS控制器；2.能夠正確進行EPS故障檢修。[知識學習]一、EPS控制策略及算法電動汽車在不同車速下轉(zhuǎn)向時，EPS的控制部件能夠通過對助力電機電流的控制，提供合適的轉(zhuǎn)向助力，這樣既減輕了駕駛員的操縱負擔，又能保持一定的路感，同時還可以兼顧車輛低速時的操縱輕便性和高速時的操縱穩(wěn)定性，也即是在轉(zhuǎn)向輕便性和路感之間找到1個合適的平衡點。EPS系統(tǒng)的控制策略和控制算法是EPS系統(tǒng)控制性能的關鍵，根據(jù)汽車不同轉(zhuǎn)向行駛的狀態(tài)，助力轉(zhuǎn)向的控制方法一般主要包括助力控制、阻尼控制和回正控制。在車輛原地轉(zhuǎn)向和低速行駛時，以助力控制為主；車輛中低速行駛時以助力和回正控制為主；在車輛高速行駛時，以阻尼控制為主，防止車輛轉(zhuǎn)向過快導致側(cè)滑和翻車現(xiàn)象的發(fā)生。按不同的控制方式，中央處理單元ECU作為EPS系統(tǒng)的核心部件，將所有的控制策略和算法以軟件與數(shù)據(jù)的形式存儲在微處理器的存儲器中。二、助力控制模式及控制策略助力控制模式是電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)最基本的控制方法，該模式的主要功能是可以使駕駛員獲得良好的路感和手感，合理的助力特性對車輛的駕駛輕便性、路感、安全性和回正特性都有重要的影響。在該模式下，EPS助力電動機提供的助力按照車速的遞增是逐漸減小的，也就是說，當車輛原地轉(zhuǎn)向時EPS提供的助力是最大的，當車輛高速行駛的時候EPS提供的助力最小或者不提供助力，以保證高速時車輛的行駛安全。三、助力特性EPS的助力特性是指助力電機提供的助力隨汽車車速和轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)矩以及車輛運動狀態(tài)變化而變化的規(guī)律。由于助力力矩大小與電機電流成比例，所以一般用轉(zhuǎn)向盤力矩為橫坐標，電機電流或輸出扭矩為縱坐標，同時考慮車速的變化，用它們之間的關系曲線來表示EPS的助力特性。在助力控制模式下，助力特性曲線的設計是控制策略主要的設計目標，這與傳統(tǒng)的HPS是完全不同的，HPS當制造完成后，其特性曲線是固定且不能調(diào)整的，不再隨外部條件的變化而變化，除非調(diào)整底盤的結構。而EPS是首先通過理論的分析，得到一組特定的理想特性曲線，然后，ECU根據(jù)車速、扭矩等傳感器信號通過一定的算法確定助力電機的電流，以獲得合適的助力轉(zhuǎn)矩，跟蹤某條理想的助力特性曲線，因此EPS的特性曲線是可以通過軟件來調(diào)整的。早期的EPS產(chǎn)品，均屬于低速型的產(chǎn)品，只在低速和原地轉(zhuǎn)向時提供一定的助力，車速高于一定值時（一般30km/h左右）就停止助力，其優(yōu)點是算法和控制比較簡單，對硬件的要求相對較低；缺點是無法改善車輛的高速操縱穩(wěn)定性，在車速切換點附近時，轉(zhuǎn)向盤力矩會突變而導致駕駛不適，其典型代表如韓國萬都的早期產(chǎn)品。而目前EPS產(chǎn)品均屬于全速型產(chǎn)品，EPS在任何車速下都提供助力。全速型的優(yōu)點是車輛的高速操縱穩(wěn)定性好，缺點是算法復雜，對控制系統(tǒng)的硬件要求較高等，本項目開發(fā)的是全速型的EPS。對EPS助力電機輸出轉(zhuǎn)矩進行控制是EPS控制器的主要任務。利用電動機轉(zhuǎn)矩和電樞電流成正比的特性，控制器中的微處理機檢測轉(zhuǎn)矩信號和車速信號，根據(jù)相應的控制算法進行快速運算，得到理想的助力電機目標電流，該電流能同時表示轉(zhuǎn)矩的大小和方向。四、電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的工作原理汽車轉(zhuǎn)向時，力矩及轉(zhuǎn)角傳感器把檢測到的力矩及角度信號處理后傳給動力轉(zhuǎn)向ECU，動力轉(zhuǎn)向ECU同時接收車速傳感器檢測到的車速信號，然后根據(jù)這兩個信號決定電動機的旋轉(zhuǎn)方向和助力力矩的大小。同時，電流傳感器檢測電路電流，對驅(qū)動電路實施監(jiān)控，最后由驅(qū)動電路驅(qū)動電動機工作，實施助力轉(zhuǎn)向，其工作原理如圖4-21所示。圖4-21電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的工作原理五、電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的優(yōu)點電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)采用現(xiàn)代控制技術，與傳統(tǒng)液壓動力轉(zhuǎn)向相比，它具有下述優(yōu)點：1.電動機和減速機構安裝在轉(zhuǎn)向柱或轉(zhuǎn)向助力缸外，所占空間小，零部件結構簡單、安裝方便，維護費用低。2.以電動機為動力，不需要轉(zhuǎn)向油泵、油管及控制閥等液壓元件，不發(fā)生液壓油泄漏和損耗。電動機只在需要時才起動，耗用電能較少，提高了汽車經(jīng)濟性。六、電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的基本參數(shù)電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)至少需要3個輸入?yún)?shù)：轉(zhuǎn)向盤的位置，轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)向力矩和車速。幾乎所有的電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)都有專用的ECU來控制電動機。作為車輛穩(wěn)定性控制系統(tǒng)的一部分，許多動力轉(zhuǎn)向ECU會與其他ECU保持通信，相互作用。1.轉(zhuǎn)向盤位置轉(zhuǎn)向盤位置由滑動電位器、霍爾傳感器或旋轉(zhuǎn)變壓器來確定。如果車輛有泊