电子控制助力转向系统.doc

1、电子控制助力转向系统目 前 ， 汽 车 上 常 见 的 助 力 转 向 系 统 根 据 动 力 源 可 以 分 为 2 类 ， 即 机 械 助 力 转 向系 统 和 电 子 控 制 助 力 转 向 系 统 。 机 械 助 力 转 向 系 统 中 以 机 械 液 压 助 力 转 向 系 统 最 为 常 见 ，电 子 控 制 助 力 转 向 系 统 可 以 分 为 电 控 液 压 助 力 转 向 系 统 和 电 动 助 力 转 向 系 统 。机 械 液 压 助 力 转 向 系 统 在 汽 车 上 的 应 用 最 为 广 泛 ， 系 统 的 核 心 部 件 是 机 械 液 压 泵(图 1)， 液 压

2、 泵 通 过 传 动 胶 带 由 发 动 机 驱 动 。 大 家 已 经 对 机 械 液 压 助 力 转 向 系 统 比 较 熟悉 ， 下 面 重 点 对 电 子 控 制 助 力 转 向 系 统 进 行 介 绍 。图 1 机 械 液 压 泵电 子 控 制 助 力 转 向 系 统由 于 助 力 转 向 系 统 具 有 转 向 轻 便 和 响 应 性 好 等 优 点 ， 已 经 在 汽 车 上 广 泛 使 用 。 但 是 ，固 定 助 力 效 果 的 助 力 转 向 系 统 具 有 明 显 的 缺 点 ， 虽 然 这 种 转 向 系 统 的 助 力 效 果 在 车 速 较低 时 能 够 起 到 很

3、 好 的 作 用 ， 但 是 当 车 速 不 断 升 高 时 ， 固 定 的 助 力 效 果 会 使 转 向 盘 过 于 灵敏 ， 不 利 于 驾 驶 者 对 方 向 进 行 控 制 。 基 于 这 种 原 因 ， 设 计 人 员 通 过 电 子 控 制 技 术 在 助 力转 向 系 统 上 增 加 了 车 速 感 应 式 转 向 功 能 ， 以 实 现 车 辆 低 速 行 驶 时 助 力 力 矩 大 和 高 速 行 驶时 助 力 力 矩 小 的 效 果 ， 这 就 出 现 了 电 子 控 制 助 力 转 向 系 统 。 在 此 需 要 说 明 的 是 ， 有 些 车型 配 置 的 助 力 转

4、 向 系 统 不 是 通 过 感 应 车 速 来 改 变 助 力 力 矩 的 大 小 ， 而 是 通 过 感 应 发 动 机转 速 来 改 变 助 力 力 矩 的 大 小 ， 但 是 这 种 助 力 转 向 系 统 应 用 得 比 较 少 。 随 着 人 们 对 车 辆 舒适 性 和 安 全 性 要 求 的 不 断 提 高 ， 目 前 的 电 动 助 力 转 向 系 统 已 经 不 仅 仅 具 有 车 速 感 应 式 转向 功 能 ， 例 如 有 些 车 型 还 具 有 “一 般 转 向 模 式 ”和 “运 动 转 向 模 式 ”， 并 可 以 在 2 种 转向 模 式 之 间 自 由 切 换

5、 。(1)电 控 液 压 助 力 转 向 系 统 从 广 泛 意 义 上 讲 ， 电 控 液 压 助 力 转 向 系 统 分 为 2 种 。一 种 是 为 了 实 现 车 速 感 应 式 转 向 功 能 ， 而 在 机 械 液 压 助 力 转 向 系 统 的 基 础 上 增 加 了 控 制液 体 流 量 的 电 磁 阀 、 车 速 传 感 器 以 及 转 向 控 制 单 元 等 ， 转 向 控 制 单 元 根 据 车 速 信 号 控 制电 磁 阀 ， 从 而 通 过 控 制 液 体 流 量 实 现 了 助 力 作 用 随 车 速 的 变 化 。 另 一 种 助 力 转 向 系 统 是用 由 电

6、 动 机 驱 动 的 液 压 泵 (图 2)代 替 了 机 械 液 压 助 力 转 向 系 统 中 的 机 械 液 压 泵 ， 而 且 增加 了 车 速 传 感 器 、 转 向 角 速 度 传 感 器 (图 3)以 及 转 向 控 制 单 元 等 部 件 。 从 性 能 上 讲 ，采 用 电 动 液 压 泵 的 电 控 液 压 助 力 转 向 系 统 具 有 更 好 的 性 能 。(2)电 动 助 力 转 向 系 统 电 动 助 力 转 向 系 统 是 一 种 直 接 依 靠 电 动 机 (图 4)提 供 助 力 的转 向 系 统 ， 这 种 转 向 系 统 省 去 了 复 杂 的 液 压 管

7、 路 和 储 液 罐 等 液 压 部 件 ， 不 采 用 发 动 机 的动 力 作 为 动 力 源 ， 而 是 依 靠 蓄 电 池 作 为 动 力 源 。 电 动 助 力 转 向 系 统 不 需 要 复 杂 的 控 制 机构 ， 只 要 根 据 需 要 改 变 电 动 机 的 电 流 大 小 和 方 向 ， 就 能 实 现 助 力 转 向 系 统 的 自 动 控 制 。图 4 电 动 机 （ 电 动 助 力 转 向 机 ）工 作 过 程虽 然 电 子 控 制 助 力 转 向 系 统 分 为 2 种 ， 但 是 其 工 作 过 程 大 致 是 相 同 的 。 转 向 控 制单 元 根 据 车 辆

8、 的 行 驶 速 度 和 转 向 角 度 等 输 入 信 号 计 算 出 理 想 的 输 出 信 号 ， 然 后 控 制 电 动机 输 出 适 当 的 功 率 。 电 控 液 压 助 力 转 向 系 统 (图 5)中 的 电 动 液 压 泵 工 作 ， 通 过 液 压 油为 转 向 机 提 供 助 力 ； 电 动 助 力 转 向 系 统 中 的 电 动 机 通 过 减 速 机 构 为 转 向 机 提 供 助 力 。 当汽 车 低 速 行 驶 时 ， 转 向 控 制 单 元 控 制 电 动 机 输 出 较 大 的 功 率 ， 使 驾 驶 者 可 以 轻 松 地 转 动转 向 盘 ； 当 汽 车

9、高 速 行 驶 时 ， 转 向 控 制 单 元 控 制 电 动 机 输 出 较 小 的 功 率 ， 这 样 驾 驶 者 在操 纵 转 向 盘 时 就 比 较 稳 定 ， 也 就 实 现 了 车 速 感 应 式 转 向 。图 5 电 控 液 压 助 力 转 向 系 统 的 工 作 过 程系 统 组 成电 控 液 压 助 力 转 向 系 统 简 称 为 EHPAS(Electro-Hydraulic Power Assist Steering)， 系 统 部 件 主 要 包 括 电 动 机 、 液 压 泵 、 转 向 机 、 转 向 角 速 度 传 感 器 、 转 向 控 制单 元 、 EHPAS

10、 警 告 灯 以 及 助 力 油 储 液 罐 等 ， 其 中 转 向 控 制 单 元 和 电 动 机 及 液 压 泵 通 常安 装 在 一 起 。电 动 助 力 转 向 系 统 部 件 包 括 电 动 机 、 转 向 机 、 转 向 角 速 度 传 感 器 、 转 向 控 制 单 元 以及 EPAS 警 告 灯 等 。(1)电 动 机 通 常 采 用 免 维 护 无 碳 刷 式 电 动 机 。 这 种 电 动 机 利 用 电 子 方 式 实 现 整 流 ，而 且 没 有 碳 刷 的 磨 损 ， 因 此 具 有 很 好 的 可 靠 性 和 较 长 的 使 用 寿 命 。 当 不 需 要 提 供

11、转 向 助力 时 ， 电 动 机 在 很 小 的 电 流 驱 动 下 转 动 ， 这 样 当 需 要 较 大 的 转 向 助 力 时 ， 电 动 机 就 可 以立 即 提 高 转 速 以 提 供 所 需 要 的 助 力 。图 5 齿 轮 式 液 压 泵(2)液 压 泵 采 用 齿 轮 式 液 压 泵 (图 6)或 叶 片 式 液 压 泵 (图 7)。 液 压 泵 体 内 布 置 有 共鸣 室 和 限 压 阀 ， 共 鸣 室 的 作 用 是 降 低 液 压 泵 的 工 作 噪 声 ， 限 压 阀 可 以 将 液 压 控 制 在 规 定的 范 围 内 。 当 电 动 机 转 动 时 ， 带 动 机

12、 械 液 压 泵 驱 动 液 压 油 流 动 。 在 更 换 液 压 油 或 更 换 助力 转 向 系 统 部 件 导 致 空 气 进 入 液 压 管 路 时 ， 电 控 液 压 助 力 转 向 系 统 需 要 执 行 排 气 程 序 ，否 则 会 导 致 转 向 时 产 生 噪 声 或 振 动 。图 7 叶 片 式 液 压 泵(3)转 向 角 速 度 传 感 器 通 常 是 霍 尔 式 传 感 器 ， 内 置 于 转 向 盘 内 或 转 向 机 内 ， 持 续 监控 转 动 角 速 度 ， 以 作 为 转 向 控 制 单 元 控 制 助 力 的 参 考 依 据 。 例 如 ， 当 车 辆 高

13、 速 行 驶 时 ，在 车 速 感 应 式 转 向 功 能 的 作 用 下 ， 助 力 转 向 系 统 提 供 的 助 力 作 用 会 减 小 ， 但 是 行 驶 中 有可 能 出 现 需 要 紧 急 转 向 的 突 发 情 况 。 当 驾 驶 者 猛 打 转 向 盘 时 ， 转 向 角 速 度 传 感 器 会 感 知这 一 变 化 并 会 向 转 向 控 制 单 元 发 出 信 号 ， 转 向 控 制 单 元 控 制 电 动 机 的 转 速 迅 速 提 高 ， 助力 作 用 会 瞬 间 增 大 ， 以 便 车 辆 顺 利 完 成 转 向 动 作 。 在 拆 卸 和 安 装 转 向 角 速 度

14、 传 感 器 时 ，应 注 意 将 转 向 盘 置 于 正 中 间 位 置 。(4)转 向 控 制 单 元 转 向 控 制 单 元 具 有 接 收 和 处 理 各 个 传 感 器 信 号 、 输 出 执 行 信 号 以及 监 控 系 统 工 作 状 态 等 多 种 功 能 。 转 向 控 制 单 元 接 收 来 自 发 动 机 控 制 单 元 的 车 速 信 号 或 发 动 机 转 速 信 号 ， 以 及 来 自 转向 角 速 度 传 感 器 的 角 速 度 信 号 ， 并 计 算 出 理 想 的 控 制 电 流 输 出 给 电 动 机 ， 以 控 制 助 力 力矩 的 大 小 和 方 向 。

15、 当 系 统 存 在 故 障 时 ， 转 向 控 制 单 元 会 存 储 故 障 码 并 点 亮 仪 表 板 上 的 EHPAS 警告 灯 或 EPAS 警 告 灯 。 当 监 测 到 系 统 内 电 动 机 等 部 件 出 现 严 重 故 障 时 ， 转 向 控 制 单 元 会切 断 助 力 转 向 系 统 ， 此 时 机 械 转 向 系 统 仍 然 正 常 。 为 了 保 护 电 动 机 等 部 件 ， 转 向 控 制 单 元 在 适 当 的 时 候 会 起 动 临 界 状 态 控 制 程 序 。 例如 当 转 向 机 转 动 至 极 限 位 置 时 ， 由 于 此 时 助 力 转 向 系

16、 统 的 电 动 机 不 能 转 动 ， 所 以 通 过 电动 机 的 电 流 就 会 达 到 最 大 值 ， 为 了 避 免 持 续 大 电 流 导 致 电 动 机 和 控 制 单 元 损 坏 ， 所 以 当较 大 电 流 连 续 通 过 30 s 后 ， 转 向 控 制 单 元 就 会 控 制 电 流 逐 渐 减 小 。 当 这 种 状 态 消 失 后 ，转 向 控 制 单 元 就 会 根 据 需 要 控 制 电 流 逐 渐 增 大 ， 直 到 达 到 正 常 工 作 电 流 值 。特 点相 对 于 机 械 助 力 转 向 系 统 而 言 ， 电 子 控 制 助 力 转 向 系 统 具 有

17、 以 下 特 点 。(1)优 点 由 于 电 子 控 制 助 力 转 向 系 统 采 用 了 电 动 机 代 替 发 动 机 驱 动 机 械 液 压 泵 ， 这 在 一 定 程度 上 降 低 了 发 动 机 的 负 荷 ， 从 而 降 低 了 燃 油 消 耗 。 根 据 技 术 性 统 计 结 果 ， 车 辆 在 正 常 行 驶 时 ， 在 超 过 85%的 行 驶 时 间 内 助 力 转 向系 统 不 需 要 提 供 助 力 。 电 子 控 制 助 力 转 向 系 统 中 的 电 动 机 在 不 需 要 提 供 助 力 时 只 有 很 小的 电 流 通 过 ， 只 有 在 需 要 提 供 助

18、 力 时 才 会 提 高 通 过 的 电 流 ， 这 样 可 以 避 免 消 耗 不 必 要 的电 能 。 电 子 控 制 助 力 转 向 系 统 具 有 调 校 灵 活 的 特 点 ， 通 过 修 改 转 向 控 制 单 元 内 存 储 的 软 件 ，可 以 很 容 易 地 按 照 行 驶 需 要 设 定 或 修 改 转 向 助 力 的 特 性 ， 因 此 在 低 速 和 高 速 行 驶 时 都 能有 良 好 的 助 力 效 果 。 由 于 采 用 了 转 向 控 制 单 元 ， 在 系 统 出 现 故 障 时 可 以 使 用 故 障 诊 断 仪 辅 助 故 障 的 检 修 。(2)缺 点

19、虽 然 采 用 了 电 能 作 为 动 力 源 ， 但 是 仍 然 保 留 有 液 压 动 力 传 递 系 统 ， 因 此 电 控 液 压 助力 转 向 系 统 仍 然 具 有 一 些 机 械 液 压 助 力 转 向 系 统 缺 点 ， 例 如 系 统 结 构 复 杂 ， 以 及 液 压 管路 有 泄 漏 的 可 能 等 问 题 。 由 于 电 动 助 力 转 向 系 统 省 去 了 液 压 管 路 ， 因 此 助 力 转 向 系 统 在 车 身 上 的 布 置 位 置 比较 灵 活 。 但 是 电 控 液 压 助 力 转 向 系 仍 然 带 有 液 压 管 路 和 储 油 罐 等 ， 系 统 不 能 实 现 模 块 化设 计 ， 各 部 件 在 车 身 上 的 布 置 仍 然 有 一 定 的 局 限 性 。