汽車智能底盤原理及技術 課件 第四章 智能轉向系統(tǒng)

汽車智能底盤原理及技術第四章智能轉向系統(tǒng)智能轉向系統(tǒng)課前小討論3峰巢智能轉向，作為中國本土快速成長的轉向系統(tǒng)智能化先驅，已經(jīng)從最初的電動助力轉向（EPS）技術，發(fā)展到涵蓋L2至L4級自動駕駛需求的完整線控底盤解決方案。峰巢智能轉向不僅實現(xiàn)了L2級和L2+級DP-EPS系統(tǒng)的量產(chǎn)，還成功研發(fā)了面向自動駕駛前瞻領域的多冗余L3級智能轉向及L4級線控轉向產(chǎn)品，這些產(chǎn)品預計將陸續(xù)實現(xiàn)量產(chǎn)。通過持續(xù)的技術創(chuàng)新，峰巢智能轉向已經(jīng)突破了線控底盤技術的壁壘，并成為國內少數(shù)能夠大規(guī)模量產(chǎn)的本土企業(yè)之一，其產(chǎn)品和技術的發(fā)展，預示著峰巢智能轉向將在智能駕駛時代占據(jù)重要地位。汽車智能轉向系統(tǒng)類型及發(fā)展趨勢是什么？第四章

智能轉向系統(tǒng)

4智能轉向系統(tǒng)基本結構電液助力轉向系統(tǒng)電動助力轉向系統(tǒng)線控轉向系統(tǒng)智能轉向系統(tǒng)基本結構1.1智能轉向系統(tǒng)組成智能轉向系統(tǒng)概念智能轉向系統(tǒng)是專門用來改變或者恢復汽車行駛方向的機構，其既保障車輛按照駕駛人或自動駕駛系統(tǒng)操縱行駛，又使得車輛在受到路面偶然沖擊或意外偏離行駛方向時與其他系統(tǒng)配合保持車輛穩(wěn)定行駛，其旨在通過電子控制提高車輛的操控性和安全性，同時減少駕駛員的體力勞動。智能轉向系統(tǒng)基本結構1.1智能轉向系統(tǒng)組成智能轉向系統(tǒng)組成（1）人機交互設備人機交互設備是駕駛員與轉向系統(tǒng)之間交互的媒介，常見的如各種形式的轉向盤，駕駛員可以通過操縱轉向盤來實現(xiàn)轉向控制，同時轉向盤提供駕駛員路感信息。在無人駕駛系統(tǒng)中甚至可以沒有轉向盤，這時通常會有屏幕作為人機交互設備，來向駕駛員提供關于轉向系統(tǒng)狀態(tài)的信息等。特斯拉方向盤圓形轉向盤和Yoke轉向盤智能轉向系統(tǒng)基本結構1.1智能轉向系統(tǒng)組成智能轉向系統(tǒng)組成（2）傳感器模塊傳感器模塊包括用于測量駕駛員駕駛意圖的轉角傳感器、力矩傳感器，以及用于測量轉向系統(tǒng)關鍵狀態(tài)的傳感器，如用于監(jiān)測和控制電機的電流傳感器等。轉角傳感器用來精確測量轉向盤轉過的角度，通過一定的算法也能計算出轉向角速度，并可以據(jù)此估算出電機的角速度。力矩傳感器用于檢測駕駛員作用在轉向盤上的輸入力矩大小與方向，其結構復雜，制作成本高。包括接觸式與非接觸式兩種。接觸式的如電位器，非接觸式通過光電、電磁或磁阻等效應來感測。電流傳感器是用于監(jiān)測和控制電機的電流。目前常用的電流傳感器主要分為：電阻式電流傳感器、霍爾效應電流傳感器、電流互感器、磁阻式電流傳感器、光電隔離電流傳感器和Rogowski線圈。智能轉向系統(tǒng)基本結構1.1智能轉向系統(tǒng)組成智能轉向系統(tǒng)組成（3）電子控制單元電子控制單元ECU是智能轉向系統(tǒng)的核心部件，其采用的硬件電路與控制策略直接決定了轉向系統(tǒng)的性能。轉角傳感器用來精確測量轉向盤轉過的角度，通過一定的算法也能計算出轉向角速度，并可以據(jù)此估算出電機的角速度。（4）電機電機包括：用于提供駕駛員轉向輔助扭矩助力電機用于提供駕駛員的路面反饋模擬的路感電機用于實現(xiàn)轉向輪轉向的轉向執(zhí)行電機。智能轉向系統(tǒng)基本結構1.1智能轉向系統(tǒng)組成智能轉向系統(tǒng)組成（5）轉向執(zhí)行機構

轉向執(zhí)行機構通常也叫轉向器，是完成由旋轉運動到直線運動的一組齒輪機構，同時也是轉向系中的減速傳動裝置。轉向器是轉向系的減速傳動裝置，一般有1~2個減速傳動副。轉向器包括齒輪、齒條、彈簧、調整螺釘、鎖緊螺母、石墨壓塊、防塵罩及防塵罩支座、軸承、殼體等。主要的轉向器類型有4種：齒輪齒條式、循環(huán)球式、蝸桿曲柄指銷式、蝸桿滾輪式等。智能轉向系統(tǒng)基本結構1.1智能轉向系統(tǒng)組成智能轉向系統(tǒng)組成（5）轉向執(zhí)行機構

齒輪齒條式轉向器由與轉向軸做成一體的轉向齒輪和常與轉向橫拉桿做成一體的齒條組成。轉向齒輪通過軸承支承在殼體內，轉向齒輪的一端與轉向軸連接，將駕駛員的轉向操縱力輸入，另一端與轉向齒條直接嚙合，形成一對傳動副，并通過轉向齒條傳動，帶動橫拉桿，使轉向節(jié)轉動。齒輪齒條式轉向器結構簡單、加工方便、工作可靠、使用壽命長、不需要調整齒輪齒條的間隙，因而廣泛的應用于轎車、微型貨車和輕型貨車。智能轉向系統(tǒng)基本結構1.1智能轉向系統(tǒng)組成智能轉向系統(tǒng)組成（5）轉向執(zhí)行機構

循環(huán)球式轉向器是國內外應用最廣泛的結構型式之一，一般有兩級傳動副，第一級是螺桿螺母傳動副，第二級是齒條齒扇傳動副。為了減少轉向螺桿轉向螺母之間的摩擦，二者的螺紋并不直接接觸，其間裝有多個鋼球，以實現(xiàn)滾動摩擦。轉向螺桿和螺母上都加工出斷面輪廓為兩段或三段不同心圓弧組成的近似半圓的螺旋槽。循環(huán)球式轉向器更廣泛地應用在硬派越野（如奔馳G、豐田陸巡、三菱帕杰羅等）、以及載重量更大的大客車和大貨車上智能轉向系統(tǒng)基本結構1.1智能轉向系統(tǒng)組成智能轉向系統(tǒng)組成（5）轉向執(zhí)行機構

蝸桿曲柄指銷式轉向器的傳動副以轉向蝸桿為主動件，其從動件是裝在搖臂軸曲柄端部的指銷。具有梯形截面螺紋的轉向蝸桿支承在轉向器殼體兩端的球軸承上，蝸桿與錐形指銷相嚙合，指銷用雙列圓錐滾子軸承支于搖臂軸內端的曲柄孔中。當轉向蝸桿隨轉向盤轉動時，指銷沿蝸桿螺旋槽上下移動，并帶動曲柄及搖臂軸轉動。蝸桿曲柄指銷式轉向器通常用于轉向力較大的載貨汽車上。智能轉向系統(tǒng)基本結構1.1智能轉向系統(tǒng)組成智能轉向系統(tǒng)組成（6）其他助力裝置

除了電機可以作為轉向助力裝置，液壓助力系統(tǒng)也可以作轉向助力裝置。（7）電源和通信接口為轉向系統(tǒng)提供電力，并允許系統(tǒng)與車輛的其他控制模塊通過車輛總線系統(tǒng)（如CAN總線、FlexRay總線等）進行通信。一般來說，前輪轉向執(zhí)行電機的最大功率在500~800W左右，而且大多數(shù)乘用車都有12V和3~3.5kW的低壓電源。（8）冗余系統(tǒng)在線控轉向系統(tǒng)中，由于切斷了轉向盤和轉向執(zhí)行機構的機械連接，增加了系統(tǒng)安全風險，為了提高系統(tǒng)的可靠性，通常會有冗余系統(tǒng)，當主系統(tǒng)出現(xiàn)故障時提供備份，確保轉向系統(tǒng)的安全性和可靠性。智能轉向系統(tǒng)基本結構1.2智能轉向系統(tǒng)的構型及工作原理智能轉向系統(tǒng)分類按照助力形式或者是否助力可分類：電子液壓助力轉向系統(tǒng)（ElectronicHydraulicPowerSteering，EHPS）：是一種結合了傳統(tǒng)液壓助力轉向系統(tǒng)和電子技術的新型汽車轉向系統(tǒng)，利用電子控制單元（ECU）和液壓泵來提供轉向助力，具有更好的燃油效率、更精確的轉向控制以及更高的可靠性。電動助力轉向系統(tǒng)（ElectronicPowerSteering，EPS）：一種直接依靠電動機提供輔助轉矩的動力轉向系統(tǒng)，能夠根據(jù)轉向扭矩和車速傳感器的信號調節(jié)助力大小。線控轉向系統(tǒng)（SteerByWire，SWB）：取消了轉向盤與轉向輪之間的傳統(tǒng)機械連接，完全通過電子信號來控制和執(zhí)行轉向動作。線控轉向系統(tǒng)由轉向盤總成、路感反饋系統(tǒng)、轉向執(zhí)行總成、電子控制單元等組成。智能轉向系統(tǒng)基本結構1.2智能轉向系統(tǒng)的構型及工作原理智能轉向系統(tǒng)分類根據(jù)轉向輪布置的位置不同，智能轉向系統(tǒng)構型可以分為：前輪轉向系統(tǒng)：前輪轉向是通過將前輪轉動一定角度，使得壓在地面的前輪產(chǎn)生側向力，從而改變車輛的行駛方向。根據(jù)驅動方式的不同又可以分為：前輪驅動前輪轉向和后輪驅動前輪轉向兩種。后輪轉向系統(tǒng)：相對于前輪轉向，后輪轉向則是利用后輪進行方向調整。其優(yōu)點是可以實現(xiàn)較小的轉彎半徑，不容易側翻，但需要更高的操作技巧。四輪轉向系統(tǒng)：汽車在轉向過程中，四個車輪可根據(jù)前輪或行車速度等信號同時相對車身偏轉。在汽車前輪設置轉向裝置的基礎上，后輪也設置有轉向裝置，轉向時四個車輪相對自主偏向車身，后輪可相對車身主動轉向，使汽車的四個車輪都能發(fā)揮轉向作用。第四章

智能轉向系統(tǒng)

16智能轉向系統(tǒng)基本結構電液助力轉向系統(tǒng)電動助力轉向系統(tǒng)線控轉向系統(tǒng)電液助力轉向系統(tǒng)2.1EHPS基本結構17電子液壓助力轉向系統(tǒng)主要由儲油罐（助力油儲液罐）、助力轉向控制單元（控制器）、電動液壓泵（電動機/齒輪泵/液壓泵）、轉向機構（轉向機）、助力轉向傳感器（轉向角速度傳感器）等構成。1—儲蓄液；2—EHPS系統(tǒng)控制ECU；3—電磁閥電流；4—取自變速器的車速信號；5—扭矩傳感器信號；6—動力缸和齒輪齒條式向器；7—電動液壓泵EHPS系統(tǒng)結合了電子控制和液壓助力的轉向系統(tǒng)，它相較于傳統(tǒng)的液壓助力轉向系統(tǒng)（HPS）具有更高的靈活性和精確性。EHPS系統(tǒng)適用于輕型貨車、中型貨車、重型貨車以及中型客車和大型客車。電液助力轉向系統(tǒng)2.1EHPS基本結構18（1）儲油罐儲油罐是EHPS系統(tǒng)中儲存液壓油的容器，確保轉向系統(tǒng)有足夠的液壓油進行工作。（2）助力轉向控制單元助力轉向控制單元是電子液壓助力轉向系統(tǒng)的核心，接收來自車輛的各種傳感器信號（如車速傳感器、轉向角度傳感器等），并根據(jù)這些信號計算出所需的助力大小，控制電動液壓泵以產(chǎn)生相應的液壓油壓力。（3）電動液壓泵液壓泵不直接由發(fā)動機驅動，而是由一個集成在電動液壓泵總成中的電動機來驅動的。該電動機只有在點火接通及發(fā)動機運轉的情況下才工作，并且該電機一直處于小電流驅動狀態(tài)，以隨時為轉向提供助力。液壓泵內布置有共鳴室和限壓閥，共鳴室的作用是降低液壓泵的工作噪聲，限壓閥可以將液壓控制在規(guī)定的范圍內。當電動機轉動時，帶動機械液壓泵驅動液壓油流動。電液助力轉向系統(tǒng)2.1EHPS基本結構19（4）轉向機構轉向機是轉向系統(tǒng)的執(zhí)行機構，它將來自電動泵的液壓油壓力轉換為機械力，幫助駕駛員轉動轉向盤，從而控制車輛的轉向，常見的有齒輪齒條式向器。（5）助力轉向傳感器助力轉向傳感器用于檢測駕駛員的轉向意圖和轉向角度，并將這些信息傳遞給助力轉向控制單元。常見的助力轉向傳感器：轉向角速度傳感器：通常采用霍爾式傳感器，內置于轉向盤內或轉向機內，持續(xù)監(jiān)控轉動角速度，以作為轉向控制單元控制助力的參考依據(jù)。扭矩傳感器：是用于測量駕駛員作用在轉向盤上的力矩大小和方向，并將其轉換為電信號，以實現(xiàn)對轉向力矩的精確控制。電液助力轉向系統(tǒng)2.2EHPS工作原理20轉向系統(tǒng)液壓控制單元電液助力轉向系統(tǒng)與一般的液壓助力轉向系統(tǒng)相似，在液壓控制單元中有一根扭桿，它一方面與轉向控制閥相連，另一方面又與轉向齒輪和控制套管相連。當?shù)退傩旭倳r電液控制閥會關閉，而液壓油唯一能通過轉閥流通，此時系統(tǒng)的工作狀態(tài)和傳統(tǒng)的液壓助力系統(tǒng)一樣；車速提高時，助力轉向控制單元控制電液控制閥也慢慢開啟，此時液壓旁路也慢慢打開，隨著扭力桿的剛度的變化導致助力也改變；當車速超過預定值時，液壓旁路完全打開，而液壓油經(jīng)液壓旁路中的截止閥直接流回儲油罐，此時轉閥中沒有液壓油流動，最終油缸兩端壓力達到平衡，助力消失。電液助力轉向系統(tǒng)2.2EHPS工作原理21直線行駛時，扭桿處于轉向控制閥和控制套管的中間位置，電液助力轉向裝置傳感器測不出轉向角速度。油液幾乎是無壓力地通過液壓控制單元經(jīng)回油通道流回儲油罐。轉向控制閥和控制套管的控制槽位于中央位置，兩者控制槽的相互作用使液壓油可以進入液壓缸的左、右兩腔，并能相應地從控制套管的回油道回到儲油罐。電液助力轉向系統(tǒng)2.2EHPS工作原理22轉向控制閥通過扭桿的變形相對于控制套管旋轉，打開通向液壓缸右腔的高壓油入口。高壓油流入液壓缸并協(xié)助完成轉向運動，與此同時，轉向控制閥關閉通往左腔的進油口并將與液壓缸的左腔接通的回油口打開。右腔的壓力將油液從液壓缸的左腔壓回到回油道。當轉向過程結束時，扭桿將轉向控制閥及控制套管回轉到中間位置。電液助力轉向系統(tǒng)2.3EHPS分類231—轉向角速度傳感器；2—轉向柱；3—轉向液罐；4—轉向泵；5—轉向齒輪聯(lián)動機構；6—電磁線圈；7—旁通流量控制閥；8—轉向角速度傳感器增幅器；9—ECU按控制方式不同，EHPS又分旁通流量控制式EHPS、反作用力控制式EHPS和電磁閥靈敏度控制式EHPS。(1)旁通流量控制式EHPS旁通流量控制式EHPS是在普通液壓轉向系統(tǒng)的基礎上增設了旁通流量控制閥、車速傳感器、轉向盤角度傳感器、控制開關和電控單元（ECU）等元件。ECU根據(jù)車速傳感器、轉向角速度傳感器及控制開關的信號，向電磁線圈發(fā)出控制信號，控制旁通流量控制閥的旁通流量，從而調整轉向器的供油量。當車速很低時，ECU輸出的脈沖控制信號占空比很小，通過電磁閥線圈的平均電流很小，電磁閥閥芯開啟程度也很小，旁路液壓油流量小，液壓助力作用大，使轉向盤操縱輕便。當車速提高時，ECU輸出的脈沖控制信號占空比很大，使電磁線圈的平均電流增大，電磁閥閥芯的開啟程度增大，旁路液壓油流量增大，從而使液壓助力作用力減小，以提高操縱穩(wěn)定性。電液助力轉向系統(tǒng)2.3EHPS分類24(2)反作用力控制式EHPS典型的反作用力控制式EHPS主要由轉向控制閥、分流閥、電磁閥、轉向動力缸、轉向液壓泵、儲油箱、車速傳感器及電子控制單元(ECU)等組成。反作用力控制式EHPS示意圖當停車與低速時，ECU向電磁閥提供大的通電電流，導致電磁閥導通面積變大，從而經(jīng)分流閥分流的壓力重新回到儲油箱，進而使作用于柱塞的背壓降低，于是柱塞推動控制閥軸的力變小，轉向盤回程力可在扭力桿上產(chǎn)生較大力矩。當處于中高速直線行駛時，隨著車速的增加，ECU向電磁閥提供的通電電流減小，導致電磁閥的導通面積變小，而作用于油壓反作用力室的反壓力增加，柱塞推動控制閥軸的壓力也變大。當處于中高速轉向運行時，扭力桿扭轉角變小，回轉閥與控制閥的連通口開度也變得更小，在回轉閥一側的油壓進一步升高，導致柱塞的背壓增大，柱塞推動控制閥軸的壓力也增大，轉向盤操縱力隨著轉向角的增大而增大。電液助力轉向系統(tǒng)2.3EHPS分類25(3)電磁閥靈敏度控制式EHPS電磁閥靈敏度控制式EHPS是根據(jù)車速控制電磁閥，直接改變動力轉向控制閥的油壓增益（閥靈敏度）來控制油壓的方法。這種轉向系統(tǒng)結構簡單、部件少、價格便宜，而且具有較大的選擇轉向力的自由度，可以獲得自然的轉向手感和良好的轉向特性。電磁閥靈敏度控制式EHPS示意圖電磁閥靈敏度控制式動力轉向系統(tǒng)在轉向控制閥的轉子閥做了局部改進，并增加了電磁閥、車速傳感器和電子控制單元等。轉子閥的可變小孔分為低速專用小孔（1R、1L、2R、2L）和高速專用小孔（3R、3L）兩種，在高速專用可變孔的下邊設有旁通電磁閥回路。電液助力轉向系統(tǒng)2.3EHPS分類26(3)電磁閥靈敏度控制式EHPS——運行工況1）車輛停止狀態(tài)：電磁閥完全關閉，若此時向右轉動轉向盤，則高靈敏度低速專用小孔1R及2R在較小的轉矩作用下即可關閉，轉向泵的高壓油經(jīng)1L流向轉向動力缸右腔室，其左腔室的油液經(jīng)3L、2L流回轉向液罐（儲油箱），此時具有輕便的轉向特性；并且施加于轉向盤的力矩越大，可變小孔1L、2L的開口面積也越大，節(jié)流作用越小，轉向助力作用越明顯。2）高速行駛狀態(tài)：隨著車速的增高，在電控單元作用下，電磁閥開度也呈線性增加，若此時向右轉動轉向盤，轉向泵的高壓油經(jīng)1L、3R旁通電磁閥流回轉向油罐（儲油箱）。此時，轉向動力缸右腔的轉向助力油壓就取決于旁通電磁閥和靈敏度低的高速專用可變量孔3R的開度，在電控單元控制下，車速越高，則電磁閥開度越大，旁通流量也越大，轉向助力作用越小。3）勻速行駛狀態(tài)：當車速不變時，施加于轉向盤上的轉向力矩越小，高速專用小孔3R的開度也越大，轉向助力作用也越??；當轉向力矩增大時，3R的開度逐漸減小，轉向助力作用也隨之增大。電液助力轉向系統(tǒng)2.4EHPS特點27優(yōu)點：EHPS不依靠發(fā)動機本身的動力帶動，而且電動液壓泵是由電子系統(tǒng)控制的，不需要轉向時，電動液壓泵關閉，降低了能耗。EHPS能夠提供穩(wěn)定的助力效果，特別是在低速行駛和需要較大轉向力時，能夠確保駕駛者獲得足夠的助力，減輕駕駛負擔。相比全電動助力系統(tǒng)，EHPS在高速行駛時仍能保持較好的路感反饋，使駕駛者能夠更準確地感知車輛與路面的動態(tài)關系。缺點：仍然保留有液壓動力傳遞系統(tǒng)，因此電控液壓助力轉向系統(tǒng)仍然具有一些機械液壓助力轉向系統(tǒng)缺點，例如液壓管路占用空間大，系統(tǒng)結構復雜，液壓管路泄漏。相比電動助力轉向系統(tǒng)，電控液壓轉向系統(tǒng)的響應速度可能稍慢，因為液壓系統(tǒng)需要一定的時間來建立壓力并傳遞動力，這可能會影響到轉向的精確性和靈敏度。第四章

智能轉向系統(tǒng)

28智能轉向系統(tǒng)基本結構電液助力轉向系統(tǒng)電動助力轉向系統(tǒng)線控轉向系統(tǒng)電動助力轉向系統(tǒng)29電動助力轉向系統(tǒng)電動助力轉向系統(tǒng)基本概念電動助力式轉向系統(tǒng)EPS（ElectricPowerSteering）是的一種采用電動機作為動力源的轉向裝置，正在逐漸取代傳統(tǒng)的液壓式和電液式的助力轉向器。電動助力轉向系統(tǒng)一般由機械轉向器、轉矩傳感器、車速傳感器、電子控制單元（ECU）、減速器和電機等組成。工作原理:ECU通過采集各傳感器測量值，得到駕駛員施加在轉向盤上的轉向力矩、轉向盤轉角和車速信號；根據(jù)EPS控制策略計算出目標助力矩并控制電機產(chǎn)生相應的助力力矩，輔助駕駛員克服轉向阻力矩，實現(xiàn)車輛的轉向。電動助力轉向系統(tǒng)30電動助力轉向系統(tǒng)電動助力轉向系統(tǒng)分類根據(jù)電機布置位置的不同，一般可以將EPS分為三類：轉向柱助力式、小齒輪助力式和齒條助力式電動助力轉向系統(tǒng)。電動助力轉向系統(tǒng)31C-EPS轉向管柱轉向柱助力式轉向系統(tǒng)（ColumnassistElectricPowerSteering,C-EPS）是一種電動助力轉向系統(tǒng)，它的助力電機安裝在轉向柱上，通常位于方向盤與轉向柱連接的部分。3.1轉向柱助力式轉向系統(tǒng)工作過程：當駕駛員轉動方向盤時，傳感器檢測到方向盤的轉動角度和轉動力矩，并將信號傳遞給ECU。ECU計算出所需的助力，并通過轉向柱上的電機提供助力，進而通過齒輪齒條嚙合傳動來把方向盤的力矩轉換為齒條的軸向力，通過橫拉桿拉動轉向節(jié)來實現(xiàn)轉向。轉向柱助力式轉向系統(tǒng)基本結構C-EPS齒輪齒條轉向器電動助力轉向系統(tǒng)32優(yōu)點：

構緊湊，其電機、減速機構、傳感器及控制器等通常一體化設計，占用空間小，方便布置。缺點：

助力電機的助力要通過轉向管柱和轉向齒輪傳遞到轉向機上，轉向管柱部件受力較大，可提供的助力大小受到限制，因此，轉向柱助力式轉向系統(tǒng)適用于中小型乘用車。典型應用：

本田雅力士（ToyotaYaris），本田飛度（HondaFit/Jazz），雪佛蘭（BoltEV），均采用的是轉向柱助力式轉向系統(tǒng)3.1轉向柱助力式轉向系統(tǒng)轉向柱助力式轉向系統(tǒng)優(yōu)缺點電動助力轉向系統(tǒng)3.2小齒輪助力式轉向系統(tǒng)33小齒輪助力式轉向（P-EPS）系統(tǒng)小齒輪助力式轉向（P-EPS）系統(tǒng)機械部分示意圖小齒輪電動助力轉向系統(tǒng)P-EPS（PinionElectricPowerSteering）是通過一個安裝在轉向器上的電機直接驅動轉向系統(tǒng)的齒輪齒條機構，以提供轉向助力，主要用于負載中等的前輪驅動車輛。電機及減速器與轉向器小齒輪相連，稱之為小齒輪助力式轉向系統(tǒng)。小齒輪助力式轉向系統(tǒng)基本結構電動助力轉向系統(tǒng)34優(yōu)點：

1.電機產(chǎn)生的轉向力只需經(jīng)蝸輪蝸桿就傳到了齒條上，消除了轉向力經(jīng)轉向軸傳遞而產(chǎn)生的損耗，提高了效率；

2.小齒輪助力式轉向系統(tǒng)的電機扭矩不經(jīng)過轉向軸，電機扭矩的增大也無需提高轉向軸的剛性，因此小齒輪助力式轉向系統(tǒng)可以更加容易地實現(xiàn)最大轉向力的增加。缺點：1.小齒輪助力式轉向系統(tǒng)的電機需要提供比轉向柱助力式轉向系統(tǒng)電機更大的電流；2.轉向柱助力式轉向系統(tǒng)電機安裝在駕駛艙內，而小齒輪助力式轉向系統(tǒng)電機則要安裝在環(huán)境更為惡劣的駕駛前艙內，其工作環(huán)境溫度高，這對于電機是一個嚴格的要求。3.2小齒輪助力式轉向系統(tǒng)小齒輪助力式轉向系統(tǒng)優(yōu)缺點電動助力轉向系統(tǒng)3.3齒條助力式轉向系統(tǒng)35齒條式電動助力轉向（R-EPS）系統(tǒng)齒條式電動助力轉向系統(tǒng)，也稱為R-EPS（RackElectricPowerSteering）系統(tǒng)，是一種將電動助力裝置直接集成在轉向架或齒條上的設計，適用于各種類型的車輛，包括高負載的后輪驅動車輛和四輪驅動車輛。轉向電機通過齒條與齒輪系統(tǒng)連接，因此被稱為齒條式電動助力轉向（R-EPS）系統(tǒng)。齒條助力助力式轉向系統(tǒng)基本結構齒輪式助力傳動機構通常包括一個與電動機軸相連的減速齒輪以及一個與轉向齒條相連的齒輪電動助力轉向系統(tǒng)3.3齒條助力式轉向系統(tǒng)36齒條助力助力式轉向系統(tǒng)優(yōu)缺點優(yōu)點：1)電機產(chǎn)生的高速旋轉通過減速齒輪被轉換成較大的扭矩，并以較慢的速度帶動齒條上的齒輪，這種直接作用在齒條上的方式最大限度地減少了能量損失，提高了轉向的響應效果和精準度。2)尺寸小，適合于那些對前方空間有限制的車輛設計，如一些高性能車型、跑車或是某些特定的商用車輛。第四章

智能轉向系統(tǒng)

37智能轉向系統(tǒng)基本結構電液助力轉向系統(tǒng)電動助力轉向系統(tǒng)線控轉向系統(tǒng)線控轉向系統(tǒng)4.1線控轉向系統(tǒng)的組成38線控轉向系統(tǒng)把依靠轉向管柱連接轉向機構來實現(xiàn)轉向的傳統(tǒng)方式，改變?yōu)橛呻娍叵到y(tǒng)直接進行轉向控制，完全由電信號實現(xiàn)轉向的信息傳遞和控制。其最顯著的特征是去掉了傳統(tǒng)轉向系統(tǒng)中從轉向盤到與轉向輪（轉向執(zhí)行器）間的機械連接，采用機電執(zhí)行器代替了傳統(tǒng)的機械控制機構。線控轉向系統(tǒng)概念線控轉向系統(tǒng)4.1線控轉向系統(tǒng)的組成39線控轉向系統(tǒng)主要由：與駕駛員交互的方向盤執(zhí)行總成/模塊，用于產(chǎn)生車輛轉向響應的轉向執(zhí)行總成/模塊、主控制器ECU（控制單元/電控單元，綜合控制器)組成。來自駕駛員的轉向指令和來自輪胎的反饋扭矩都通過信號線傳輸。線控轉向系統(tǒng)組成方向盤總成包括方向盤、方向盤轉角傳感器、力矩傳感器、路感電機以及負責監(jiān)測駕駛員駕駛意圖的轉角傳感器與轉矩傳感器。轉向執(zhí)行總成包括前輪轉角傳感器、轉向執(zhí)行電機、轉向電機控制器和前輪轉向組件（轉向器和轉向拉桿）等。轉角傳感器負責轉角信號獲取，執(zhí)行電機控制器接收綜合控制器的轉角請求，控制轉向執(zhí)行電機實現(xiàn)轉角控制，同時向主控制器反饋轉角及扭矩信息。線控轉向系統(tǒng)4.2

線控轉向系統(tǒng)的工作原理40當轉向盤轉動時，轉矩及轉角傳感器將測量到駕駛員施加得轉矩和轉向盤轉角轉變成電信號輸入到主控制器（ECU）；ECU依據(jù)車速傳感器和安裝在轉向傳動機構上的傳感器信號計算出目標前輪轉角，并對轉向電機實施控制，確保這一目標前輪轉角得實現(xiàn)。與此同時，ECU會結合電機電流、轉向盤力矩計算出轉向盤回正力矩，并對路感電機實施控制，確保預期的回正力矩/路感得以實現(xiàn)。

SBW系統(tǒng)工作原理圖1-故障處理電機2-轉向執(zhí)行電機3-車輪角速傳感器4-轉向柱轉角傳感器5-路感電機6-車速傳感器、橫擺角速度傳感器、車身加速度傳感器線控轉向系統(tǒng)工作流程：線控轉向系統(tǒng)4.3

線控轉向系統(tǒng)的關鍵技術41主動轉向控制技主動轉向控制能夠在不影響車輛縱向運動狀態(tài)的情況上，確保車輛的穩(wěn)定運行并提高車輛的轉向操縱性和穩(wěn)定性。主動轉向控制可以根據(jù)控制目標的不同分為兩類：第一類是車輛常規(guī)行駛工況下，以提高車輛轉向操縱性為主要目的變轉向傳動比控制，通?？刂颇繕耸窃诘退贂r傳動比設計的小一些以減輕原地轉向、低速掉工況下駕駛員的體力負擔，在高速時傳動比設計的大一些以降低高速轉向時的靈敏度，在保證車輛響應速度的基礎上提高高速轉向穩(wěn)定性。另一類是以改善危險駕駛工況下車輛的橫擺穩(wěn)定性為目的的，通常是根據(jù)車輛運行狀態(tài)（車輛側向加速度、橫擺角速度、質心側偏角等）的反饋主動地對前輪轉角進行控制，從而改變輪胎側向力以產(chǎn)生補償?shù)臋M擺力矩，確保汽車的轉向穩(wěn)定性。線控轉向系統(tǒng)4.3

線控轉向系統(tǒng)的關鍵技術42對于線控轉向系統(tǒng)，由于取消了轉向盤與前輪之間的機械連接，因此駕駛員感受不到前輪傳遞的路面信息，而駕駛員對路況以及車身狀態(tài)的判斷是穩(wěn)定行駛的基礎，所以路感的模擬控制尤為重要。路感定義之一是指駕駛員通過方向盤得到的車輛行駛中的轉向阻力矩，該阻力矩主要包含回正力矩和摩擦力矩2部分。其中，回正力矩是使車輪恢復到直線行駛位置的主要力矩之一，其數(shù)值的確定通常由經(jīng)驗、半經(jīng)驗、統(tǒng)計或實驗的方法獲得?；卣嘏c車輛前輪的受力狀態(tài)存在直接關系，而前輪受力又和車輛實時的運動狀態(tài)及路面附著直接相關。因此，通常把總的回正力矩除以自方向盤到前輪總的力傳動比近似得到的方向盤手力矩近似為路感。通常在車輛低速轉向時，如倒車工況，采用小的力反饋來模擬路感以減輕駕駛員轉向負擔；車輛在高速轉向時，為了保證車輛的安全，應該采用較大的反饋力矩使得駕駛員不會感覺車輛發(fā)飄，即高速路感清晰。路感模擬控制線控轉向系統(tǒng)4.3

線控轉向系統(tǒng)的關鍵技術43比較常用的路感控制方法有基于經(jīng)驗和基于模型的控制方法：基于經(jīng)驗的方法通常是參考現(xiàn)有的傳統(tǒng)轉向系統(tǒng)路感進行設計，通過擬合路感相關的輪胎縱向力、側向力、車輪定位參數(shù)以及轉向系統(tǒng)摩擦阻尼來近似模擬線控轉向系統(tǒng)的路感，這種方法可以獲得與傳統(tǒng)轉向系近似的路感，駕駛員更容易適應，該方法簡單高效，但是自適應性和精度較差?；趧恿W模型的方法是通過參考傳統(tǒng)車輛路感產(chǎn)生的動力學原理建立相關的動力學模型，根據(jù)車輛的動態(tài)響應、駕駛員的方向盤輸入等計算與路感相關的輪胎力、摩擦力矩等計算滿足駕駛員所需的