电控转向ppt.ppt
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第六章汽车电控转向系统,概述汽车转向系统:
汽车上由驾驶员操纵、控制车轮偏转和回正的一整套装置。
转向系的功用:
根据需要改变和保持汽车的行驶方向。
转向系的分类:
按照转向动力源的不同分为:
传统机械转向系液压助力转向系电控动力(助力)转向系电控四轮转向系,
(一)汽车传统(非动力)转向系,1、组成:
转向操纵机构转向器转向传动机构,转向盘转向柱:
目前多设计成可“坍塌”式(或可伸缩式)转向传动轴转向万向节,
(1)转向操纵机构,种类:
循环球-齿条齿扇式循环球-曲柄指销式齿轮齿条式涡杆曲柄指销式作用:
为12级减速增扭传动组件,将转向盘的回转运动转换为转向传动机构的往复运动。
并将驾驶员作用于转向盘的转向力矩放大、减速。
(2)转向器,(3)转向传动机构,组成:
转向摇臂、转向直拉杆、转向节臂、左转向节、梯形臂、转向横拉杆、右转向节功用:
将转向器输出的力和运动传递到转向桥两转向节,使两侧车轮偏转,且使两车轮偏转角按一定关系变化,保证转向时车轮对地面的相对滑动尽可能小。
汽车转向条件,汽车转向时,为了避免车轮沿路面边滚动边滑动,致使转向时的行驶阻力增大,轮胎磨损增加,要求转向系保证所有车轮均作纯滚动。
这只有在转向时,所有车轮的轴线都交于一点时方能实现。
此交点O称为转向中心,此时,内侧车轮和外侧车轮滚过的距离是不相等的。
一般,后桥左右两侧的驱动轮由于差速器的作用,能够以不同的转速滚过不同的距离。
而前桥左右两侧的转向轮,则要求内侧转向轮偏转角大于外侧转向轮偏转角,这一关系由转向梯形机构保证,
(1)传统机械转向系统的特点,由于传统机械式转向系统的转向力全部由驾驶员施加,驾驶员的操纵力较大。
而且:
停车和车速很低时:
转向盘的操纵很费力中速时:
操纵较轻快高速时:
转向操纵很轻(发飘),
(二)动力(助力)转向系统,助力(动力)转向系统是兼用驾驶员体力和发动机或蓄电池动力为转向能源的转向系。
即用伺服助力机构进行动力放大,来减轻转动方向盘所需要的操纵力(特别是车速较低时)。
是在原有转向系统基础上加设一套转向助力装置而成。
在转向助力装置失效时,还可由驾驶员独立承担汽车转向任务。
动力转向系统最早于1974年出现在丰田的皇冠轿车上。
发展:
机械液压式电控式普通型速度响应型电控前轮(2WS)电控四轮(4WS)电控助力转向电控主动转向(线控转向),1)分类,按动力源分液压动力(普通型)转向系统:
具有固定的放大倍数。
目前的主要形式,电控动力转向系统(速度响应型):
可提供可变助力。
采用电子技术,低速行驶时减轻转向操纵力,高速时具有相当的转向操纵力,提高转向操纵稳定性。
电子控制动力转向系统EPS,EPS-ElectronicControlPowerSteering)根据动力源又分为:
液压式电子控制动力转向系统(液压式EPS):
在液压动力转向系统基础上增设控制液体流量的电磁阀、车速传感器和电子控制单元等,电控单元根据车速信号,控制电磁阀,使转向动力放大倍率实现连续可调,从而满足高、低速时的转向助力要求。
电动式电子控制动力转向系统(电动式EPS):
用直流电动机作为动力源,电控单元根据转向参数和车速等信号,控制电动机扭矩的大小和方向。
电动机扭矩由电磁离合器通过减速机构减速增扭后加在汽车转向机构上,使之得到一个与工况相适应的转向作用力。
EPS根据控制的车轮数分为:
电控前轮转向电控四轮转向,2)汽车转向操纵力与车速的关系,
(1)液压(普通型)动力转向,具有固定的放大倍数。
若以减少停车时的转向操纵力为设计目标则高速时转向操纵太轻松不稳定。
若以高速时获得相当的转向操纵力为设计目标则停车或低速行驶时,转向操纵力太大。
折中,
(2)电控(速度响应型)动力转向,在车速大小不同时,通过控制,可实现在两种不同的特性线之间转换。
低速时,提供较大的转向助力,使驾驶员操纵力减小。
高速时,增加转向阻力,使驾驶员的操纵力加大,不再感觉飘。
使转向操纵轻便,并提高了操纵稳定性。
一、液压助力(动力)转向系,液压助力转向系统:
利用发动机驱动转向液压泵作为转向动力源,转向时,转向盘的转动控制转向控制阀使转向液压缸作用,产生较大地转向力,可减轻驾驶员的转向操作力。
液压助力转向系统又分为常压式和常流式两种。
常流式应用广泛。
1)液压常流式按布置结构分为,整体式:
机械转向器与转向动力缸组合成一体,并与转向控制阀组装在一起半整体式:
转向控制阀同机械转向器组合成一体,转向动力缸为独立部件。
(齿轮齿条式)分置式:
机械转向器为独立的,转向控制阀和转向动力缸组合成转向加力器。
2)液压动力转向系统的结构及原理,
(1)普通常流液压式组成:
(在原有转向系基础上增加:
)转向油罐转向油泵转向控制阀转向动力缸,驾驶员逆时针转动转向盘1-转向摇臂4-推动转向直拉杆5后移-依次作用于转向节臂6、梯形臂7和转向横拉杆8,使之右移。
同时,转向直拉杆5还带动转向控制阀11中的滑阀,使转向动力缸12的右腔接通转向油泵10的出口,左腔接通压力为零的转向油罐。
这样,转向动力缸12的活塞所受向右的液压力便经推杆加在横拉杆8上,驾驶员的转向操纵力可大大减少。
工作原理,二、电子控制动力转向系统EPS,EPS-ElectronicControlPowerSteering)EPS可以在低速时减轻转向力,在高速时则可适当加重转向力,以提高转向系统的操纵稳定性。
EPS分类,液压式电子控制动力转向系统(电液控制式EPS):
是在传统的液压动力转向系统基础上增设电子控制装置而构成的。
又分为:
液压式EPS:
液压泵由发动机驱动。
混合式EPS:
采用电机驱动液压助力泵,实现流量控制,从而控制转向操纵力。
因液压泵不需发动机控制,所以系统布置方便,且高速时残余功率损失少。
电动式电子控制动力转向系统(电动式EPS):
也称全电式EPS。
用直流电动机作为动力源,电控单元根据转向角度和车速等信号,控制电动机扭矩的大小和方向。
电动机扭矩由电磁离合器通过减速机构减速增扭后加在汽车转向机构上,使之得到一个与工况相适应的转向作用力。
液压式EPS,混合式EPS,电动式EPS,各种电控动力转向系统的特点,分类:
电液控制式EPS:
又分为:
液压式EPS和混合式EPS电控电动机式EPS:
电动式EPS,汽车转向系统的发展,转向系统,传统机械转向系统,液压助力转向系统,电控助力转向系统(EPS),机械+助力转向系统,线控转向系统(Steeringbywire),电液式EPS,电动式EPS或全电式EPS,液压式EPS,混合式EPS,1.电控液压式动力转向(液压式EPS),液压式EPS是在传统的液压动力转向系统的基础上增设电子控制装置而构成的主要组成:
比例电磁阀、车速传感器和电控单元构成。
系统根据车速传感器信号控制电磁阀的开启实现液压系统流量和压力的调节。
根据控制方法分为:
流量控制法油缸旁路控制法液压反作用力控制法阀控制法,
(1)电控液压式助力转向(流量控制法),电磁阀置于油泵排油口高速时开度小,流到动力油缸的液压流量减少,减小助力。
低速时,开度大,增加助力,
(2)电控液压式助力转向(油路旁通控制法),电磁阀和旁通管道位于动力缸两腔之间。
车速增加,电控单元加大阀的开度,降低动力缸中的压力,减小助力。
(3)电控液压式助力转向(阀控制法),通过截流转阀和截流电磁阀控制到动力主缸的液压流量和压力特点:
结构简单,供油无浪费,效率高,转向反应速率快。
车辆停止时,电磁阀完全关闭,如果向右转动转向盘,则高灵敏度低速专用小孔1R及2R在较小的转向扭矩作用下即可关闭,转向油泵的高压油液经lL流向转向动力缸右腔室,其左腔室的油液经3L、2L流回储油箱。
所以此时具有轻便的转向特性。
而且施加在转向盘上的转向力矩越大,可变小孔lL、2L的开口面积越大,节流作用越小,转向助力作用越明显。
丰田电控液压式助力转向(油路旁通控制法),组成车速传感器流量控制电磁阀:
线性比例电磁阀动力转向齿轮箱动力转向泵:
发动机直接驱动ECU,工作原理,液压系统特点:
油泵的流量通过P-A-T和P-B-T油路循环瓣形控制阀V1和V4,V2和V3各组成一对,若其中一对阀打开,则另一对阀关闭。
工作原理,转向盘处于中间位置时,油路中A、B两点的压力相等,保证控制转向的活塞处于中间位置不动。
转向时,产生的转向力使动力转向齿轮箱中的扭杆变形,根据扭杆上扭力矩的大小,瓣形阀被机械地打开一个相应的角度,活塞两端产生不平衡压力,推动活塞移动实现转向,并相应带动扇形轴转动,从而消除扭杆变形。
在A和B两点间设有旁通油路,通过电磁阀控制流经旁通油路的流量,调节A、B两点间压力差的大小,从而控制转向助力的程度。
2)电控混合式助力转向,采用电机驱动液压助力泵的转速,实现流量控制,从而控制转向操纵力。
因液压泵不需发动机控制,所以系统布置方便,且高速时残余功率损失少。
控制方法:
驱动模式响应法转向盘速度响应法,
(1)驱动模式响应法,组成:
车速传感器转向盘角速度传感器电控单元电机驱动液压泵驱动模式有:
城市工况乡村工况、弯路工况高速路工况,
(2)转向盘速度响应法,根据车速和转向盘角速度控制电机的转速,进而实现液压泵流量控制。
高速时,流量少。
可根据转向盘角速度的增加加大电机转速,助力转向ECU,ECU采用模拟电路构成输入信号:
车速传感器输出信号:
控制比例电磁阀的电流,3)全电式助力转向系统,全电式助力转向系统EPS(ElectricPowerSteering)为电控电机式,即通过电机直接驱动转向系统而使整个转向机构简化。
因直接控制电机输出,转向调节范围较大。
可根据需要提供动力,使得转向对动力的需求大大降低,减少了功率损失。
一般通过涡轮蜗杆机构放大电机的输出力矩,进行转向调节。
组成,车速传感器转向传感器(力矩、角度、速度)电控单元驱动单元电机,三菱迷尼卡轿车电动转向系统(ECPS),ECU摩托罗拉8位单片机MC6805,上下两组行星齿轮机构共用一个太阳轮。
行星齿轮A固定在输入轴上,太阳轮与扭力杆连接相当于行星架A与太阳轮连成一体,上排行星齿轮机构只是用来检测转矩信号。
齿圈B通过连接销固定在齿轮箱上固定不动行星架B与转向小齿轮为一体,同时又与电动机的减速齿轮啮合。
4、电控四轮转向系统,电控两轮转向(2WS):
较普及通过控制转向力,保证汽车停驶或低速行驶时转向轻便,高速行驶时,又确保安全。
电控四轮转向(4WS):
小轿车动力转向的发展方向。
具有后轮转向机构(安装在后悬架上),使驾驶员在操纵方向盘时转动前后四个车轮,不仅提高了高速时的稳定性和可控制性,而且提高了低速时的机动性。
(1)4WS系统汽车的转向特性,后轮转角与前轮转角成一定比例且方向一致时,转向性能类似于2WS,但后轮与前轮转动方向相同时,横摆角度减小,中高速行驶时,汽车转向稳定性和操纵能力均得到改善。
4WS系统汽车的转向特性,轻微转向或高速行驶改变行驶路线时:
后轮转向与方向盘(即前轮)转动方向相同可保持汽车行驶方向基本不变行车摆动小,稳定性好。
汽车出入车库、左右转弯行驶或大转弯及做“U”型调头时:
后轮与方向盘(即前轮)转动方向相反可使汽车具有较小的转弯半径,转弯容易。
所以在十分狭小拥挤的地方,也可方便地驶出停车位置、转向或调头。
当汽车高速转弯时,离心力使车辆后部产生侧向移动的趋势,从而使后轮发生侧向滑动,车速和转向的急剧程度决定了侧滑的大小。
侧滑过大,会使汽车发生横向旋转从而失去对车辆的控制。
高速时,后轮转动方向与前轮相同侧滑将减轻,汽车稳定性得到改善。
(2)电控四轮转向系统的组成,1992年电控四轮转向系统出现在本田序曲汽车上。
前轮转向器和后轮转向执行器之间没有任何机械连接装置,后轮转向执行器是由安装在左后座椅后部的行李箱内的转向电控模块来控制。
控制单元根据转向盘转动速度、车速和前轮转角来计算并控制后轮。
1)转向角度传感器,为电位计式,安装在转向器内。
电压大小表示转向角度和方向,2)执行机构,电机驱动的4WS后轮执行机构,执行机构原理,电动机接收ECU的控制信号,带动继动杆左右移动,驱动后轮偏转。
(转动方向盘确定前轮转动方向和角度,同时带动前轮的输出齿杆,通过连接轴将前轮转动方向和角度传入后轮执行机构中。
),3)控制方法,ECU根据车速大小控制执行机构中电机的转动。
一种控制方法是:
当车速40km/h时,同相转动后轮。
实际中,为了提高稳定性存在一个速差,即:
当车速60km/h时,同相转动后轮。
当40km/h车速60km/h时,执行机构保持不动。
另一种控制方法是:
在汽车行驶时,协调控制后轮转动。
当汽车转向、侧向风力、制动等引起侧滑时,系统控制后轮的转动,可提高汽车行驶的稳定性。
电控四轮转向系统的组成,电控主动转向(线控转向)Steeringbywire,电控转向是线控技术在汽车上的一种应用,是以电子信号为载体,利用电线将指令传递到执行机构,从而避免结构繁杂的机械传动,可以减重、提升效率以及实现更多智能控制功能等,电控(线控)转向系统:
在转向系统和方向盘之间取消传统机械连接,车轮的转向角度和速度均依靠电脑根据行驶路况和驾驶者转动方向盘的意图综合计算,并由电脑控制转向机实现控制目的。
好像驾驶员手里的方向盘是一个遥控器,或者赛车游戏中的模拟方向盘,而真正执行转向命令的是车上的电脑。
日产电控转向DAS结构原理解析,英菲尼迪Q50上的电控转向技术(DirectAdaptiveSteering,简称DAS),传统的电控技术基本结构与控制原理都比较简单,只有传感器、ECU以及执行器便能完成动作。
但是考虑到电控转向的可靠性,英菲尼迪的研发人员采取多重保险安全保证策略。
在转向系统中设有三个ECU、两个执行转向动作的电机以及一个离合器。
系统中三个ECU内部是完全相同且彼此互通的。
如果有一个ECU出现错误,会采取“少数服从多数原则”根据其它两个正常ECU的处理结果进行控制。
执行转向动作的电动机也是如此,即便其中一组发生故障,仅凭另一组仍可继续控制车辆的转向动作。
总结,电控转向系统没有液压助力泵通过皮带与发动机连接,能在一定程度上降低发动机油耗。
但是电控转向系统结构与控制逻辑比较复杂,采用了多套转向系统,成本直线增加。
由于转向系统没有了机械性连接,在路感传递方面有所减弱。
另外,电控转向系统的电子化程度比较高,可以调整ECU参数将该系统匹配到不同类型车上,车辆间部件的通用性大大提高,而且可以在同一款车上具有多重驾驶体验。
电控转向系统为自动驾驶时代的到来奠定坚实的基础。
思考题,1.动力转向系统的优点有哪些?
2液压式电控动力转向系统有哪些类型?
3.了解各种液压式电控动力转向系统的工作原理。
4.试说说电动式EPS的组成和工作原理。
5.四轮转向系统的转向特性是什么?
6.四轮转向系统的分类有哪些?
7.简述四轮转向系统的工作原理,试驾Q50,
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