現(xiàn)代汽車電子控制技術(shù)第12章-電子控制轉(zhuǎn)向系統(tǒng)課件

1、第12章電子控制轉(zhuǎn)向系統(tǒng)第13章電子控制懸架系統(tǒng)第14章巡航控制系統(tǒng)第12章電子控制轉(zhuǎn)向系統(tǒng)12.1概述12.2液壓式電控動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)12.3電動(dòng)式電控動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)12.4四輪轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)1.4WS汽車低速時(shí)的轉(zhuǎn)向特性2.4WS汽車中高速時(shí)的轉(zhuǎn)向特性12.5主動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)12.1概述12.1.1對(duì)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的要求12.1.2動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)種類12.1.1對(duì)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的要求(1)優(yōu)越的操縱性當(dāng)汽車行駛在狹窄彎曲的道路上要轉(zhuǎn)彎時(shí)，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)必須保證靈活、平順。(2)合適的轉(zhuǎn)向力如沒有其他的障礙物，轉(zhuǎn)向力在汽車停止時(shí)應(yīng)較大，隨汽車行駛速度的增加而減少。(3)平順的回轉(zhuǎn)性能要求在轉(zhuǎn)向結(jié)束時(shí)，轉(zhuǎn)向盤能自動(dòng)回正即使

2、車輪回到直線行駛的位置上，當(dāng)駕駛?cè)朔潘赊D(zhuǎn)向盤之后，這個(gè)回位動(dòng)作必須平順地進(jìn)行。(4)要有隨動(dòng)作用轉(zhuǎn)向車輪的偏轉(zhuǎn)角和駕駛?cè)宿D(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)向盤的轉(zhuǎn)角要保持一定的關(guān)系，并能使轉(zhuǎn)向車輪保持在任一偏轉(zhuǎn)角位置上。12.1.1對(duì)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的要求(5)減小從道路表面?zhèn)鱽淼臎_擊要求轉(zhuǎn)向裝置決不可以因道路表面不平坦而使轉(zhuǎn)向盤失去控制或造成反轉(zhuǎn)的情況。(6)工作可靠當(dāng)動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)發(fā)生故障或失效時(shí)，應(yīng)能保證通過人力進(jìn)行轉(zhuǎn)向操縱。(1)優(yōu)越的操縱性當(dāng)汽車行駛在狹窄彎曲的道路上要轉(zhuǎn)彎時(shí)，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)必須保證靈活、平順。(2)合適的轉(zhuǎn)向力如沒有其他的障礙物，轉(zhuǎn)向力在汽車停止時(shí)應(yīng)較大，隨汽車行駛速度的增加而減少。(3)平順的回轉(zhuǎn)性能要求在

3、轉(zhuǎn)向結(jié)束時(shí)，轉(zhuǎn)向盤能自動(dòng)回正即使車輪回到直線行駛的位置上，當(dāng)駕駛?cè)朔潘赊D(zhuǎn)向盤之后，這個(gè)回位動(dòng)作必須平順地進(jìn)行。(4)要有隨動(dòng)作用轉(zhuǎn)向車輪的偏轉(zhuǎn)角和駕駛?cè)宿D(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)向盤的轉(zhuǎn)角要保持一定的關(guān)系，并能使轉(zhuǎn)向車輪保持在任一偏轉(zhuǎn)角位置上。(5)減小從道路表面?zhèn)鱽淼臎_擊要求轉(zhuǎn)向裝置決不可以因道路表面不平坦而使轉(zhuǎn)向盤失去控制或造成反轉(zhuǎn)的情況。(6)工作可靠當(dāng)動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)發(fā)生故障或失效時(shí)，應(yīng)能保證通過人力進(jìn)行轉(zhuǎn)向操縱。12.1.2動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)種類1)低速轉(zhuǎn)向輕便，高速轉(zhuǎn)向穩(wěn)定。2)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)響應(yīng)快。3)在危險(xiǎn)工況下實(shí)現(xiàn)車輛穩(wěn)定性的控制。1)低速轉(zhuǎn)向輕便，高速轉(zhuǎn)向穩(wěn)定。2)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)響應(yīng)快。3)在危險(xiǎn)工況下實(shí)現(xiàn)車輛穩(wěn)定

4、性的控制。12.2液壓式電控動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)12.2.1流量控制式EPS12.2.2反力控制式EPS12.2.3閥靈敏度控制式EPS12.2.1流量控制式EPS圖12-1雷克薩斯轎車的流量控制式動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)1動(dòng)力轉(zhuǎn)向液壓泵2電磁閥3動(dòng)力轉(zhuǎn)向控制閥4ECU5車速傳感器12.2.2反力控制式EPS圖12-2反力控制式動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的工作原理1轉(zhuǎn)向盤2扭桿3儲(chǔ)油箱4接口5銷釘6控制閥軸7回轉(zhuǎn)閥8小齒輪軸9左室10右室11動(dòng)力缸12活塞13齒條14小齒輪15轉(zhuǎn)向齒輪箱16柱塞17油壓反力室18電磁閥19液壓泵20分流閥21小節(jié)流孔12.2.3閥靈敏度控制式EPS1.轉(zhuǎn)子閥2.電磁閥3.電子控制單元12.2.

5、3閥靈敏度控制式EPS圖12-3閥靈敏度可變控制動(dòng)力轉(zhuǎn)向裝置a)系統(tǒng)示意圖b)轉(zhuǎn)子閥1.轉(zhuǎn)子閥圖12-4轉(zhuǎn)子閥及電磁閥剖視圖1動(dòng)力缸2電磁閥3儲(chǔ)油箱4泵1.轉(zhuǎn)子閥圖12-5閥部的等效液壓回路圖a)靜止b)轉(zhuǎn)向c)高速2.電磁閥3.電子控制單元圖12-6控制系統(tǒng)電路圖12.3電動(dòng)式電控動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)1)EPS能夠在不同車速下給車輛提供最佳的轉(zhuǎn)向助力，其助力特性的設(shè)計(jì)依據(jù)車速高低而不同，可以兼顧車輛低速行駛時(shí)的轉(zhuǎn)向輕便性及車輛高速行駛時(shí)的轉(zhuǎn)向穩(wěn)定性，從而改善車輛的操縱穩(wěn)定性。2)EPS具有較好的燃油經(jīng)濟(jì)性。3)EPS助力與發(fā)動(dòng)機(jī)的工作狀況無關(guān)，因?yàn)槠渲﹄妱?dòng)機(jī)由蓄電池供電，即使在發(fā)動(dòng)機(jī)熄火或出現(xiàn)故障

6、時(shí)EPS也能提供轉(zhuǎn)向助力。4)EPS取消了液壓泵、傳動(dòng)帶、傳動(dòng)帶輪、液壓軟管、液壓油及密封件等零件，零件數(shù)比HPS大大減少，易于模塊化設(shè)計(jì)與安裝。12.3電動(dòng)式電控動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)5)EPS沒有液壓裝置，因此不存在滲油問題，可大大降低保修成本并減小對(duì)環(huán)境的污染。6)EPS更易調(diào)整和檢測(cè)，可以通過設(shè)置不同的程序快速與不同車型匹配，因而能縮短開發(fā)和生產(chǎn)周期。12.3.1電動(dòng)式電控動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與工作原理12.3.2電動(dòng)式電控動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的控制1)EPS能夠在不同車速下給車輛提供最佳的轉(zhuǎn)向助力，其助力特性的設(shè)計(jì)依據(jù)車速高低而不同，可以兼顧車輛低速行駛時(shí)的轉(zhuǎn)向輕便性及車輛高速行駛時(shí)的轉(zhuǎn)向穩(wěn)定性，從而改

7、善車輛的操縱穩(wěn)定性。2)EPS具有較好的燃油經(jīng)濟(jì)性。3)EPS助力與發(fā)動(dòng)機(jī)的工作狀況無關(guān)，因?yàn)槠渲﹄妱?dòng)機(jī)由蓄電池供電，即使在發(fā)動(dòng)機(jī)熄火或出現(xiàn)故障時(shí)EPS也能提供轉(zhuǎn)向助力。4)EPS取消了液壓泵、傳動(dòng)帶、傳動(dòng)帶輪、液壓軟管、液壓油及密封件等零件，零件數(shù)比HPS大大減少，易于模塊化設(shè)計(jì)與安裝。5)EPS沒有液壓裝置，因此不存在滲油問題，可大大降低保修成本并減小對(duì)環(huán)境的污染。6)EPS更易調(diào)整和檢測(cè)，可以通過設(shè)置不同的程序快速與不同車型匹配，因而能縮短開發(fā)和生產(chǎn)周期。12.3.1電動(dòng)式電控動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與工作原理1.轉(zhuǎn)矩傳感器2.電動(dòng)機(jī)、離合器、減速機(jī)12.3.1電動(dòng)式電控動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與

8、工作原理圖12-7電動(dòng)式EPS的組成1轉(zhuǎn)向盤2輸入軸3電控單元4電動(dòng)機(jī)5電磁離合器6轉(zhuǎn)向齒條7橫拉桿8轉(zhuǎn)向輪9轉(zhuǎn)向齒數(shù)10輸出軸11扭桿12轉(zhuǎn)矩傳感器1.轉(zhuǎn)矩傳感器圖12-8無觸點(diǎn)式轉(zhuǎn)矩傳感器a)結(jié)構(gòu)b)工作原理2.電動(dòng)機(jī)、離合器、減速機(jī)圖12-9滑動(dòng)可變電阻式轉(zhuǎn)矩傳感器1小齒輪2集電環(huán)3軸4扭桿5輸出端6外殼7電位器2.電動(dòng)機(jī)、離合器、減速機(jī)圖12-10電動(dòng)機(jī)的特性2.電動(dòng)機(jī)、離合器、減速機(jī)圖12-11電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)控制電路2.電動(dòng)機(jī)、離合器、減速機(jī)圖12-12電磁閥離合器工作原理1集電環(huán)2線圈3壓板4花鍵5從動(dòng)軸6主動(dòng)輪7滾動(dòng)軸承2.電動(dòng)機(jī)、離合器、減速機(jī)圖12-13減速機(jī)構(gòu)1電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)齒輪

9、2、6傳動(dòng)齒輪3、5太陽輪4齒圈7齒圈8從動(dòng)齒9齒條12.3.2電動(dòng)式電控動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的控制1.控制電路2.故障診斷與安全保護(hù)1.控制電路圖12-14控制電路的框圖2.故障診斷與安全保護(hù)12.4四輪轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)12.4.14WS汽車的轉(zhuǎn)向特性12.4.14WS汽車的轉(zhuǎn)向特性1.4WS汽車低速時(shí)的轉(zhuǎn)向特性圖12-15低速轉(zhuǎn)向時(shí)的行駛軌跡a)前輪轉(zhuǎn)向汽車b)四輪轉(zhuǎn)向汽車2.4WS汽車中高速時(shí)的轉(zhuǎn)向特性12.4.2轉(zhuǎn)向角比例控制12.4.3橫擺角速度比例控制2.4WS汽車中高速時(shí)的轉(zhuǎn)向特性圖12-162WS汽車高速轉(zhuǎn)向的車輛動(dòng)態(tài)2.4WS汽車中高速時(shí)的轉(zhuǎn)向特性圖12-17高速轉(zhuǎn)向時(shí)的2WS與4WS汽

10、車同相轉(zhuǎn)向操縱的比較a)2WS汽車b)4WS汽車12.4.2轉(zhuǎn)向角比例控制1.系統(tǒng)組成2.控制邏輯1.系統(tǒng)組成(1)轉(zhuǎn)向樞軸如圖12-19所示，后轉(zhuǎn)向齒輪箱的轉(zhuǎn)向樞軸是一個(gè)大的軸承。(2)4WS轉(zhuǎn)換器圖12-20所示為4WS轉(zhuǎn)換器的結(jié)構(gòu)。1.系統(tǒng)組成圖12-18轉(zhuǎn)向角比例控制4WS系統(tǒng)圖(1)轉(zhuǎn)向樞軸如圖12-19所示，后轉(zhuǎn)向齒輪箱的轉(zhuǎn)向樞軸是一個(gè)大的軸承。圖12-19轉(zhuǎn)向樞軸a)結(jié)構(gòu)b)偏心軸c)樞軸的旋轉(zhuǎn)角與連桿移動(dòng)量之間的關(guān)系(2)4WS轉(zhuǎn)換器圖12-20所示為4WS轉(zhuǎn)換器的結(jié)構(gòu)。圖12-204WS轉(zhuǎn)換器的結(jié)構(gòu)2.控制邏輯(1)轉(zhuǎn)向角控制按照?qǐng)D12-22所示的轉(zhuǎn)向角比控制圖，由主電動(dòng)機(jī)進(jìn)

11、行控制。(2)2WS選擇功能2WS開關(guān)為ON且變速器為倒檔狀態(tài)時(shí)，因與車速無關(guān)，故將后輪的轉(zhuǎn)向操縱量設(shè)定為零。(3)安全性控制系統(tǒng)出現(xiàn)異常時(shí)，在進(jìn)行下列工作的同時(shí)點(diǎn)亮“4WS警告燈”通知駕駛?cè)?，而且ECU記憶異常部位。2.控制邏輯圖12-21轉(zhuǎn)向角比例控制4WS控制流程框圖(1)轉(zhuǎn)向角控制按照?qǐng)D12-22所示的轉(zhuǎn)向角比控制圖，由主電動(dòng)機(jī)進(jìn)行控制。圖12-22轉(zhuǎn)向角比例控制a)轉(zhuǎn)向角控制b)轉(zhuǎn)向角比傳感器的特性(2)2WS選擇功能2WS開關(guān)為ON且變速器為倒檔狀態(tài)時(shí)，因與車速無關(guān)，故將后輪的轉(zhuǎn)向操縱量設(shè)定為零。(3)安全性控制系統(tǒng)出現(xiàn)異常時(shí)，在進(jìn)行下列工作的同時(shí)點(diǎn)亮“4WS警告燈”通知駕駛?cè)?，?/p>

12、且ECU記憶異常部位。1)主電動(dòng)機(jī)異常時(shí)，驅(qū)動(dòng)副電動(dòng)機(jī)只在同相方向上，以常規(guī)模式(NORMAL)按照車速進(jìn)行轉(zhuǎn)向角比例控制。2)車速傳感器異常時(shí)，在SP1和SP2的任何一個(gè)輸出中，用車速高的值通過主電動(dòng)機(jī)只對(duì)同相方向進(jìn)行轉(zhuǎn)向角比例控制。3)轉(zhuǎn)向角比傳感器異常時(shí)，通過副電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)到同相方向最大值時(shí)停止控制。4)ECU異常時(shí)，通過副電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)到相同方向最大值為止，然后停止控制。1)主電動(dòng)機(jī)異常時(shí)，驅(qū)動(dòng)副電動(dòng)機(jī)只在同相方向上，以常規(guī)模式(NORMAL)按照車速進(jìn)行轉(zhuǎn)向角比例控制。2)車速傳感器異常時(shí)，在SP1和SP2的任何一個(gè)輸出中，用車速高的值通過主電動(dòng)機(jī)只對(duì)同相方向進(jìn)行轉(zhuǎn)向角比例控制。3)轉(zhuǎn)向角

13、比傳感器異常時(shí)，通過副電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)到同相方向最大值時(shí)停止控制。4)ECU異常時(shí)，通過副電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)到相同方向最大值為止，然后停止控制。12.4.3橫擺角速度比例控制1.系統(tǒng)組成2.控制狀態(tài)3.控制邏輯1.系統(tǒng)組成(1)前輪轉(zhuǎn)向操縱機(jī)構(gòu)圖12-24所示為前輪轉(zhuǎn)向操縱機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)。(2)后輪轉(zhuǎn)向操縱機(jī)構(gòu)圖12-25所示為后輪轉(zhuǎn)向操縱機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)。1.系統(tǒng)組成圖12-23橫擺角速度比例控制4WS系統(tǒng)的組成1.系統(tǒng)組成圖12-24前輪轉(zhuǎn)向操縱機(jī)構(gòu)(1)前輪轉(zhuǎn)向操縱機(jī)構(gòu)圖12-24所示為前輪轉(zhuǎn)向操縱機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)。(2)后輪轉(zhuǎn)向操縱機(jī)構(gòu)圖12-25所示為后輪轉(zhuǎn)向操縱機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)。圖12-25后輪轉(zhuǎn)向操縱機(jī)構(gòu)2.控制狀

14、態(tài)(1)大轉(zhuǎn)向角控制(機(jī)械式控制)當(dāng)前輪轉(zhuǎn)向角處在與后輪轉(zhuǎn)向無關(guān)的轉(zhuǎn)向齒條自由行程范圍內(nèi)時(shí)，閥芯與閥套筒之間的相對(duì)位置處于中立狀態(tài)。(2)小轉(zhuǎn)向角控制(電子式控制)為了將脈沖電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變?yōu)殚y芯的直線運(yùn)動(dòng)，采用弧齒齒輪和曲柄組合機(jī)構(gòu)。(1)大轉(zhuǎn)向角控制(機(jī)械式控制)當(dāng)前輪轉(zhuǎn)向角處在與后輪轉(zhuǎn)向無關(guān)的轉(zhuǎn)向齒條自由行程范圍內(nèi)時(shí)，閥芯與閥套筒之間的相對(duì)位置處于中立狀態(tài)。圖12-26大轉(zhuǎn)角控制(逆相位)(2)小轉(zhuǎn)向角控制(電子式控制)為了將脈沖電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變?yōu)殚y芯的直線運(yùn)動(dòng)，采用弧齒齒輪和曲柄組合機(jī)構(gòu)。圖12-27小轉(zhuǎn)角控制(同相位)a)反饋桿的工作原理b)整體工作原理3.控制邏輯(1)車體側(cè)滑

15、角的零控制車體側(cè)滑角零控制是在轉(zhuǎn)向初期的過渡過程中，4WS以特有的抑制轉(zhuǎn)向時(shí)車體向轉(zhuǎn)向內(nèi)側(cè)滯后的轉(zhuǎn)向角比例現(xiàn)象，使轉(zhuǎn)向時(shí)車體的方向與前進(jìn)方向相一致，從而確保穩(wěn)定轉(zhuǎn)向的一種控制。(2)受側(cè)向風(fēng)干擾時(shí)的控制由于突然的側(cè)向風(fēng)力的作用，車輛就要偏向行駛。(3)ABS工作時(shí)的控制通常為了提高中低速范圍的轉(zhuǎn)向操縱的響應(yīng)性，正如橫擺角速度比例系數(shù)Y特性中見到的那樣，角速度增益低于高速區(qū)域。(1)車體側(cè)滑角的零控制車體側(cè)滑角零控制是在轉(zhuǎn)向初期的過渡過程中，4WS以特有的抑制轉(zhuǎn)向時(shí)車體向轉(zhuǎn)向內(nèi)側(cè)滯后的轉(zhuǎn)向角比例現(xiàn)象，使轉(zhuǎn)向時(shí)車體的方向與前進(jìn)方向相一致，從而確保穩(wěn)定轉(zhuǎn)向的一種控制。圖12-28前輪轉(zhuǎn)向角與后輪轉(zhuǎn)向角之間的關(guān)系(1)車體側(cè)滑角的零控制車體側(cè)滑角零控制是在轉(zhuǎn)向初期的過渡過程中，4WS以特有的抑制轉(zhuǎn)向時(shí)車體向轉(zhuǎn)向內(nèi)側(cè)滯后的轉(zhuǎn)向角比例現(xiàn)象，使轉(zhuǎn)向時(shí)車體的方向與前進(jìn)方向相一致，從而確保穩(wěn)定轉(zhuǎn)向的一種控制。圖12-29控制比例系數(shù)(2)受側(cè)向風(fēng)干擾時(shí)的控制由于突然的側(cè)向風(fēng)力的作用，車輛就要偏向行駛。(3)ABS工作時(shí)的控制通常為了提高中低速范圍的轉(zhuǎn)向操縱的響應(yīng)性，正如橫擺角速度比例系數(shù)Y特性中見到的那樣，角速度增益低于高速區(qū)域。12.5主動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)1)低速轉(zhuǎn)向輕便，高速轉(zhuǎn)向穩(wěn)定。2)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)響應(yīng)快。3)在危險(xiǎn)工況下實(shí)現(xiàn)車輛穩(wěn)定性的控制。12.5.1主動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)分類12.5.