朱明zhubob汽车电控第七章底盘其他电控系统三节教案.docx
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朱明zhubob汽车电控第七章底盘其他电控系统三节教案
朱明zhubob-汽车电控
第七章底盘其他电子控制系统
第三节电子控制动力转向系统
复习(5')
电子控制悬架的工作过程
内容(60')
一、概述
汽车的动力转向系统是利用一定的动力助力方式,帮助执行转向操作的转向总成。
它是在转向系统中增设的一个动力装置,按传力介质的不同分:
气动式、液动式和电力式三大类。
统计资料表明,目前日、美、欧生产的汽车应用动力转向的比例大致为:
车型
重型车
中型车
轻型车
小轿车
比例
100%
75%—85%
25%-35%
45%左右
电动动力转向通常采用微机控制。
微机控制的电动动力转向装置功能:
1)可完成比较复杂的调整工作;
2)减少发动机损耗,增大输出功率,节省燃油;
3)实现在各种行驶条件下转向盘所得到的操纵力均为最佳值;
4)实现系统的小型轻量化,因此发展尤为迅速。
1.动力转向系统的特点
(1)能有效减少操纵力,特别是停车转向的操纵力。
(1)转向灵敏隆好。
动力转向的灵敏度是指在转向器操纵下,转向助力群产生助力作用的快慢程度。
助力作用快,转向就灵敏。
(3)具有直线行驶的稳定性。
转向结束时转向盘应可自动回正。
(4)具有良好的随动作用。
转向车轮的偏转角和驾驶员转动转向盘的转角保持一定的关系,并能使转向车轮保持在任一偏转角位置上。
(5)工作可靠。
当动力转向失效或发生故障时,应能保证通过人力进行转向操纵。
2.电子控制动力转向系统类型及应用
电子控制动力转向系统根据转向助力源的不同可以分为:
电子控制液压动力转向系统
电子控制电动式动力转向系统。
电子控制液压动力转向系统广泛应用于日本丰田汽车公司的凌志(Lexus)400型、马克(Mark)Ⅱ型等轿车上。
该动力转向装置为连续型动力转向装置,英文缩写为PPS(ProgressivePowerSteering)。
电子控制电动式动力转向系统(EPS)因结构紧凑、质量轻、没有液压系统、工作可靠而广泛应用于三菱公司的“迷尼卡”轿车和大发公司1989午生产的“米拉”(L70系列)车,大发公司目前生产的“米拉”(L200系列)、海捷特、阿托雷5(80系列)车上大部分都采用了电控动力转向,铃木公司“奥托”车采用了低中速控制型电控EPS。
二、电控动力转向系统的组成与工作原理
1.电控连续型动力转向系统(PPS)(液压系统)
1)PPS系统的组成
丰田“马克”Ⅱ型车动力转向系统结构。
如图7-30所示:
由转向动力油泵、转向齿轮箱、电磁阀、分流阀、电控单元ECU和车速传感器等组成。
1)基本工作原理
PPS系统工作原理示意图。
图7-31:
电控单元ECU接受车速传感器的信号,控制电磁阀根据车速的变化改变动力转向装置液压控制油压,以调整动力转向器,从而使汽车在各种行驶条件下,转向盘上所需的转向操纵力达到最佳状态。
2.电子控制电动式动力转向系统(EPS)(电动机)
1)EPS的组成
电动式动力转向系统通常由转矩传感器、车速传感器、转向角传感器、电子控制单元ECU、电动机、电磁寓合器和减速机构等组成。
如图7—32所示为Alto车电子控制动力转向系统的组成。
如图7-33所示该系统各部件在车上的布置。
电控电动式动力转向系统是利用电动机作为助力源,根据转向参数和车速等数据,由微机完成助力控制。
2)基本工作原理
当操纵转向盘时,装在转向轴上的转矩传感器不断测出转向轴上的扭矩,并由此产生一个电压信号,该信号与车速信号同时输入电控单元ECU,由微机根据输入信号进行运算处理,确定助力转矩的大小和方向,即选定电动机的电流和转向,调整转向的辅助动力。
电动机的转矩由电磁离合器通过减速机构减速增扭(矩)后,加在汽车的转向机构上,使之得到一个与工况
相适应的转向作用力。
与液力动力转向系统相比,电动动力转向系统有以下主要优点:
(1)结构紧凑、质量轻。
一般电控电动式动力转向系统的质量比液力式动力转向系统轻25%。
(2)没有液力式动力转向所必需的常运转油泵,因而节省了发动机动力。
(3)没有液压系统,工作更加可靠。
(4)能根据不同的情况产生适合各种车速的动力转向,不受发动机停止的影响。
(5)有利于实现四轮转向,并能促进悬架系统的发展。
三、电子控制动力转向系统主要部件的结构与工作原理
(一)电控连续型动力转向系统(PPS)
1.转向齿轮箱
在转向齿轮箱中,除了主控制阀之外,又增设了反力油压控制阀和油压反力室,如图7-34所示。
扭杆的上端与控制阀轴,下端与小齿轮轴通过销钉分别相连。
转向盘的回转力是通过扭杆和控制阀轴传递到小齿轮轴上的。
当扭杆产生扭转时,控制阀和回转阀就回转相应的量,并改变与各个接口的连通状态,以控制动力油缸的流量以及切换动力油缸的左室或右室的油路。
电控单元ECU安装在中央控制箱内,ECU根据车速传感器的信号控制电磁阀的输入电流,电磁阀就设在反力控制阀上。
当高压油作用于油压反力室时,柱塞强制压住控制阀轴,根据车速的高低就可以调整油压反力,从而得到最佳的转向操纵力。
2.分流阀
分流阀的作用是将从油泵输出的油液向回转阀和电磁阀分流。
由于车速和转向操纵,回转阀侧和电磁阀侧的油压是变化的,分流阀总是向电磁阀侧供给一定流量的油液。
3.电磁阀
电磁阀的结构和特性。
如图7-35所示:
输入到电磁阀中的信号是通断的脉冲信号,通过改变电磁线圈电流的ON/OFF占空比,能够改变电磁阀的开度大小(节流面积)。
根据车速的高低就可以调整油压反力,从而得到最佳的转向操纵力控制。
电控连续型动力转向系统工作控制:
该动力转向装置有下列3种控制状态,即ECU根据来自车速传感器的辅人信号,判断停止、低速以及中高速等3种状态,并按照上述状态对电磁线圈的电流进行线性控制。
(二)电控电动式动力转向系统(EPS)
1.转矩传感器
转矩传感器功能是用来测定转向盘与转向器之间的相对转矩,
转矩传感器的结构和工作原理如图7-36所示:
用磁性材料制成的定子和转子形成了闭合的磁路。
线圈A、B、C、D分别绕在极靴上接成一个桥式回路。
转向盘杆扭转变形的扭转角与扭矩成比例,
所以,只要测定杆的扭转角就可间接地知道转向力的大小。
在线圈的U、T两端施加连续的脉冲电压信号Ui,当转向杆上的扭矩为零时,定子与转子的相对转角也为零,这时转子的纵向对称面处于图示定子AC、BD的对称平面上,每个极靴上的磁通量是相同的,因而电桥是平衡的,在V、W两端的电位差
Uo=O。
如果转向杆上存在扭矩时,定了与转子的相对转角不为零,此时转子与定子间产生如图所示的角位移。
极靴A、D之间的磁阻增加,B、C间的磁阻减少,各个极靴的磁通产生差别,电桥失去平衡,在V、W之间出现电位差。
这个电位差与杆的扭转角θ和输入电压Ui成比例。
若比例系数为k,则有:
Uo=kUiθ
由电桥出现的电位差Uo就可以知道转向盘杆的扭转角,从而便可以知道转向盘杆的转矩。
2.电动机及传动装置
1)电动机
产生转向助力的执行元件,采用永磁直流电动机,
工作原理与起动电机基本相同,
为降低噪声和减少振动,有的电动机转子外圆表面开有斜槽。
用于小型轿车电动动力转向的电动机最大电流为30A(安培)左右,电压为DCl2V,额定转矩为10Nm。
转向助力用的电动机需要正反转控制。
图7-37所示为一种简单适用的转向助力电动机正反转控制电路图,al、a2:
为触发信号端。
从微机系统的D/A转换器得到的直流信号输入到al或a2端,用以触发电动机产生正反转。
控制触发信号端的电流大小,就可以控制电动机通过电流的大小。
2)离合器
于式单片电磁离合器,工作原理如图7-38所示。
工作电压为DCl2V,额定转速时传递的转矩为15N·m,线圈电阻为19.5Ω(200C)。
当电流通过滑环进入离合6S线圈时,主动轮产生电磁吸力,带花键的压板被吸引与主动轮压紧,电动机的动力经过'轴、主动轮、压板、花键、从动轴传给执行机构。
3)减速机构
减速机构组合方式:
一般采用蜗轮蜗杆与转向轴驱动组合式(如图7-39所示),
也有的采用两级行星齿轮与传动齿轮组合式。
为了抑制噪声和提高耐久性,减速机构中的齿轮有的采用树脂材料制成,有的采用特殊齿形。
3.电子控制单元ECU
电子控制电动动力转向的控制系统结构如图740所示。
该系统的核心是一个有4KROM和256RAM的8位微处理器。
输入的主要信号:
有转矩传感器、转向角传感器、车速传感器、发电机电压及发动机转速等。
随着车速的升高,微机控制相应地降低助力电动机电流,以减少助力转矩,
当发动机处于怠速时,微机控制助力电动机和离合器不工作,微机的控制指令经输出接口送人电动机和离合器的驱动放大电路中,控制电动机的旋转方向和寓合器的离合。
四、电子控制动力转向系统控制
电子控制电动动力转向系统的控制功能有:
1.速度控制
当车速高于4510n/h时,系统停止对电动机供电,离合器处于分离状态,此时按普通转向控制方式工作,以确保行车安全。
2.电动机电流的控制
该系统根据汽车转向力矩和车速信号来确定电动机的驱动电流,并向电动机输入电流。
当车速很低时,转向需要的助力大,所以此时供给电动机的电流值很大;当车速接近45km/h时,需要的转向助力减少,供给电动机的助力电流也减少;
当车速高45km/h时,无需助力,电动机的电流被自动切断。
这样,在车速从o~45km/h的整个范围内实现了助力作用,
因此把这种转向系统称为车速感应式电控动力转向系统。
3.临界控制
临界控制是为了保护电控动力转向系统中的电动机以及电控单元而设的控制项目。
在转向器偏转最大(临界状态)时,向电动机供给的助力电流(20A)达到最大。
在这种场合下,因为电动机不能转动,此时能量全部转换成热能。
另一方面,电子控制装置兼任功率放大器,若持续对其供电,也要发热,引起控制系统的损坏。
所以临界控制的内容就是当电动机连续通过大电流30s之后,系统就会控制电流使之逐渐减少。
反之,当临界控制状态解除之后,就会逐渐增大电流,一直达到正常的工作电流值为止。
练习(5')
电子控制电动动力转向系统的控制功能
小结(10')
电控动力转向系统的组成与工作原理
电子控制动力转向系统控制
作业(5')
(把课堂练习写成作业待交)
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