电控动力转向系统课件

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1、汽车底盘及车身电控系统维修机械工业出版社机械工业出版社主编主编: :于京诺于京诺 配配 套套 教教 材材 信信 息息教材名称：汽车底盘及车身教材名称：汽车底盘及车身电控系统维修电控系统维修教材主编：于京诺教材主编：于京诺出版社：机械工业出版社出版社：机械工业出版社出版时间出版时间/版次：版次：2011年年2月月第第1版版国际标准书号（国际标准书号（ISBN ）：）： 978-7-111-32432-4教材所属系列：教材所属系列： 高职高专汽车类专业技能型高职高专汽车类专业技能型教育规划教材教育规划教材 第第7 7章章 电控动力转向系统与四轮转向系统电控动力转向系统与四轮转向系统汽车转向系统是指

2、能够按照驾驶员的意愿，使汽车改变或恢复其行驶汽车转向系统是指能够按照驾驶员的意愿，使汽车改变或恢复其行驶方向的一套专设机构，传统的转向系主要由转向操纵机构、转向器、转向方向的一套专设机构，传统的转向系主要由转向操纵机构、转向器、转向传动机构三部分组成。传动机构三部分组成。7.1.1 电控动力转向系统的功用电控动力转向系统的功用汽车电控动力转向系统的功能就是根据各传感器的信号判断驾驶意愿汽车电控动力转向系统的功能就是根据各传感器的信号判断驾驶意愿和车辆状态信息，借助于液压系统的液体压力或电动机驱动力来对车轮的和车辆状态信息，借助于液压系统的液体压力或电动机驱动力来对车轮的转向实现不同程度的助力，

3、所以动力转向系统也称为转向助力装置。转向实现不同程度的助力，所以动力转向系统也称为转向助力装置。一般电控动力转向系统应满足以下要求：一般电控动力转向系统应满足以下要求：（1）优越的操纵性）优越的操纵性 （2）合适的转向力）合适的转向力 （3）平顺的回正性能）平顺的回正性能 （4）要有随动作用）要有随动作用（5）减小从道路表面传来的冲击）减小从道路表面传来的冲击 （6）工作可靠）工作可靠 7.1 概述概述7.1.2 电控动力转向系统的分类电控动力转向系统的分类按照动力源不同，电控动力转向系统可以分为液压式和电按照动力源不同，电控动力转向系统可以分为液压式和电动式两种。动式两种。液压式电控动力转向

4、系统是在普通动力转向系统中增设了液压式电控动力转向系统是在普通动力转向系统中增设了控制液体流量的电控系统，包括电磁阀、车速传感器以及电控制液体流量的电控系统，包括电磁阀、车速传感器以及电控单元（控单元（ECUECU）等。）等。ECUECU通过传感器的信号控制电磁阀的开、通过传感器的信号控制电磁阀的开、闭，使得动力转向的助力程度连续可调，从而满足车辆在高、闭，使得动力转向的助力程度连续可调，从而满足车辆在高、低速时的不同转向力要求。低速时的不同转向力要求。电动式电控动力转向系统是采用电动机作为动力源，电控电动式电控动力转向系统是采用电动机作为动力源，电控单元依据转向参数和车速传感器信号控制加在转

5、向机构上的单元依据转向参数和车速传感器信号控制加在转向机构上的电动机转矩的大小和方向，得到一个相应的转向助力。电动机转矩的大小和方向，得到一个相应的转向助力。7.2 电控动力转向系统的结构与工作原理电控动力转向系统的结构与工作原理电控动力转向系统（电控动力转向系统（Electronic Control Power Electronic Control Power Steering,Steering,简称简称EPSEPS）在轿车上得到了广泛的应用。目前常）在轿车上得到了广泛的应用。目前常用的电控动力转向系统有液压式和电动式两种用的电控动力转向系统有液压式和电动式两种。7.2.1 液压式电控动力转

6、向系统液压式电控动力转向系统液压式电控动力转向系统是在普通动力转向系统的基液压式电控动力转向系统是在普通动力转向系统的基础上增设了控制液体流量的电磁阀、检测车辆信息的各种础上增设了控制液体流量的电磁阀、检测车辆信息的各种传感器、以及电控单元（传感器、以及电控单元（ECUECU）。目前液压式）。目前液压式EPSEPS在轿车上在轿车上应用较多，如上海大众应用较多，如上海大众POLOPOLO、一汽大众、一汽大众Audi A6Audi A6等。等。根据控制方式不同，液压式电控动力转向系统分为流根据控制方式不同，液压式电控动力转向系统分为流量控制式、反力控制式和阀灵敏度控制式三种形式。量控制式、反力控制

7、式和阀灵敏度控制式三种形式。1.1.流量控制式电控液压动力转向系统流量控制式电控液压动力转向系统 其工作原理如图其工作原理如图7-1 b7-1 b）所示，在动力转向泵与转向）所示，在动力转向泵与转向控制阀之间设有旁通管路，在旁通管路中又设有旁通流量控制阀之间设有旁通管路，在旁通管路中又设有旁通流量控制阀。系统工作时，控制阀。系统工作时，ECUECU根据车速传感器、转向角速度根据车速传感器、转向角速度传感器和控制开关等信号，给旁通流量控制阀通入如图传感器和控制开关等信号，给旁通流量控制阀通入如图7-7-2 2所示的不同占空比的信号，以控制其开启程度，进而控所示的不同占空比的信号，以控制其开启程度

8、，进而控制供油和回油管路之间的旁通油量，从而调整供给转向器制供油和回油管路之间的旁通油量，从而调整供给转向器内部的转向液的流量。当车辆高速行驶时，流过旁通流量内部的转向液的流量。当车辆高速行驶时，流过旁通流量控制阀电磁线圈上的平均电流大，阀的开度大，旁路液压控制阀电磁线圈上的平均电流大，阀的开度大，旁路液压油量大，油泵向转向器供油量减少，动力转向控制阀灵敏油量大，油泵向转向器供油量减少，动力转向控制阀灵敏度下降（传力介质减少了），转向助力作用降低，操纵转度下降（传力介质减少了），转向助力作用降低，操纵转向盘的转向力增加；反之，阀开度变小，旁路液压油量小，向盘的转向力增加；反之，阀开度变小，旁路

9、液压油量小，油泵向转向器供油量增多，转向助力作用提高，操纵转向油泵向转向器供油量增多，转向助力作用提高，操纵转向盘的转向力减小。盘的转向力减小。a a） b）图图7-1 蓝鸟轿车流量控制式蓝鸟轿车流量控制式EPS组成及原理组成及原理a a） 组成结构组成结构 b）工作原理）工作原理图图7-2 电磁阀驱动信号电磁阀驱动信号 如图如图7-37-3所示为该系统旁通流量控制阀的结构示意图。所示为该系统旁通流量控制阀的结构示意图。在阀体内装有主滑阀在阀体内装有主滑阀2 2和稳压滑阀和稳压滑阀7 7，在主滑阀的右端与电，在主滑阀的右端与电磁线圈柱塞磁线圈柱塞3 3连接，主滑阀与电磁线圈的推力成正比移动，连

10、接，主滑阀与电磁线圈的推力成正比移动，从而改变主滑阀左端流量主孔从而改变主滑阀左端流量主孔1 1的开口面积。调整调节螺的开口面积。调整调节螺钉钉4 4可以调节旁通流量的大小。稳压滑阀可以调节旁通流量的大小。稳压滑阀7 7的作用是保持流的作用是保持流量主孔前后压差的稳定，以使旁通流量与流量主孔的开口量主孔前后压差的稳定，以使旁通流量与流量主孔的开口面积成正比。当因转向负荷变化而使流量主孔前后压差偏面积成正比。当因转向负荷变化而使流量主孔前后压差偏离设定值时，稳压滑阀阀芯将在其左侧弹簧张力和右侧高离设定值时，稳压滑阀阀芯将在其左侧弹簧张力和右侧高压油压力的作用下发生滑移。如果压差大于设定值，则阀压

11、油压力的作用下发生滑移。如果压差大于设定值，则阀芯左移，使节流孔开口面积减小，流入到阀内的液压油量芯左移，使节流孔开口面积减小，流入到阀内的液压油量减少，前后压差减小；如果压差小于设定值，则阀芯右移，减少，前后压差减小；如果压差小于设定值，则阀芯右移，使节流孔开口面积增大，流入到阀内的液压油量增多，前使节流孔开口面积增大，流入到阀内的液压油量增多，前后压差增大。流量主孔前后压差的稳定，保证了旁通流量后压差增大。流量主孔前后压差的稳定，保证了旁通流量的大小只与主滑阀控制的流量主孔的开口面积有关。的大小只与主滑阀控制的流量主孔的开口面积有关。 图图7-3 旁通流量控制阀结构旁通流量控制阀结构1-流

12、量主孔流量主孔 2-主滑阀主滑阀 3-电磁线圈柱塞电磁线圈柱塞 4-调节螺钉调节螺钉 5-电磁线圈电磁线圈 6-节节流孔流孔 7-稳压滑阀稳压滑阀 在实际的转向操作中，驾驶员可以通过转换开关选择不同的在实际的转向操作中，驾驶员可以通过转换开关选择不同的转向模式：转向模式：“H-H-高高”、“N-N-中中”、“L-L-低低”，得到三种适应不同，得到三种适应不同行驶条件的转向力特性曲线，如图行驶条件的转向力特性曲线，如图7-47-4所示。另外，所示。另外，ECUECU还可以根还可以根据转向角度传感器输出信号的大小，在汽车急转弯时按照特殊的据转向角度传感器输出信号的大小，在汽车急转弯时按照特殊的转向

13、力特性实施最优控制，如图转向力特性实施最优控制，如图7-57-5所示。所示。图7-4 三种不同的转向力特性曲线 图7-5汽车急转弯时的转向力特性 如图如图7-67-6所示为该系统电控系统电路图。主要有传感器所示为该系统电控系统电路图。主要有传感器及开关等信号输入装置、及开关等信号输入装置、ECUECU、执行器等组成，当系统出现、执行器等组成，当系统出现故障时，能够实现自诊断和失效保护等功能。故障时，能够实现自诊断和失效保护等功能。2.2.反力控制式电控液压动力转向系统反力控制式电控液压动力转向系统该系统的工作原理是：汽车转向时，转向盘上的转向力通该系统的工作原理是：汽车转向时，转向盘上的转向力

14、通过扭力杆传递给小齿轮轴。当转向力增大，扭力杆发生扭转过扭力杆传递给小齿轮轴。当转向力增大，扭力杆发生扭转变形时，控制阀阀套和阀芯之间将发生相对转动，于是就改变形时，控制阀阀套和阀芯之间将发生相对转动，于是就改变了阀套和阀芯之间油道的通、断关系和工作油液的流动方变了阀套和阀芯之间油道的通、断关系和工作油液的流动方向，从而实现不同的转向助力作用。向，从而实现不同的转向助力作用。反力控制式反力控制式EPSEPS工作时，工作时，ECUECU根据车速的高低线性控制电磁根据车速的高低线性控制电磁阀的开度。阀的开度。1 1）当车辆停驶或速度较低时，）当车辆停驶或速度较低时，ECUECU使电磁线圈的通电电流

15、使电磁线圈的通电电流增大，电磁阀开口面积增大，经分流阀分流的液压油通过电增大，电磁阀开口面积增大，经分流阀分流的液压油通过电磁阀重新回流到储油箱中，所以作用于柱塞磁阀重新回流到储油箱中，所以作用于柱塞1616的背压（油压的背压（油压反力室压力）降低。于是柱塞推动控制阀阀芯的力（反力）反力室压力）降低。于是柱塞推动控制阀阀芯的力（反力）较小，因此只需要较小的转向力就可使扭力杆扭转变形，使较小，因此只需要较小的转向力就可使扭力杆扭转变形，使转向控制阀的阀套与阀芯产生相对转动而实现转向助力作用。转向控制阀的阀套与阀芯产生相对转动而实现转向助力作用。2 2）当车辆在中、高速区域转向时，）当车辆在中、高

16、速区域转向时，ECUECU使电磁线圈的通电使电磁线圈的通电电流减小，电磁阀开口面积减小，所以油压反力室的油压升电流减小，电磁阀开口面积减小，所以油压反力室的油压升高，作用于柱塞的背压增大，于是柱塞推动控制阀阀芯的力高，作用于柱塞的背压增大，于是柱塞推动控制阀阀芯的力增大。此时需要较大的转向力才能使转向控制阀的阀套与阀增大。此时需要较大的转向力才能使转向控制阀的阀套与阀芯之间作相对转动（相当于增加了扭力杆的扭转刚度）而实芯之间作相对转动（相当于增加了扭力杆的扭转刚度）而实现转向助力作用，所以在中、高速时可使驾驶员获得良好的现转向助力作用，所以在中、高速时可使驾驶员获得良好的转向手感和转向特性。转

17、向手感和转向特性。反力控制式反力控制式EPSEPS具有较大的选择转向力的自由度，转向刚具有较大的选择转向力的自由度，转向刚度大，驾驶员能感受到路面情况，可以获得稳定的操作手感度大，驾驶员能感受到路面情况，可以获得稳定的操作手感等；其缺点是结构复杂，且价格较高。等；其缺点是结构复杂，且价格较高。图图7-7 反力控制式反力控制式EPS3.3.阀灵敏度控制式电控液压动力转向系统阀灵敏度控制式电控液压动力转向系统 阀灵敏度控制式电控液压动力转向系统（以下简阀灵敏度控制式电控液压动力转向系统（以下简称阀灵敏度控制式称阀灵敏度控制式EPSEPS）是根据车速控制电磁阀直接改）是根据车速控制电磁阀直接改变动力

18、转向控制阀的油压增益（阀灵敏度）来控制系变动力转向控制阀的油压增益（阀灵敏度）来控制系统油压，进而控制转向助力的大小。统油压，进而控制转向助力的大小。 图图7-8 a7-8 a）所示为阀灵敏度控制式）所示为阀灵敏度控制式EPSEPS的组成，该的组成，该系统主要由转向控制阀、转向动力缸、储油箱、电磁系统主要由转向控制阀、转向动力缸、储油箱、电磁阀、车速传感器和电子控制单元等组成，系统对转向阀、车速传感器和电子控制单元等组成，系统对转向控制阀作了局部改进，如图控制阀作了局部改进，如图7-8 b7-8 b）所示，一般在控制）所示，一般在控制阀阀套圆周上形成阀阀套圆周上形成6 6条或条或8 8条沟槽，

19、各沟槽利用阀部外条沟槽，各沟槽利用阀部外体与泵、动力缸、电磁阀及储油箱连接。控制阀的可体与泵、动力缸、电磁阀及储油箱连接。控制阀的可变小孔分为低速专用小孔（变小孔分为低速专用小孔（1R1R、1L1L、2R2R、2L2L）和高速）和高速专用小孔（专用小孔（3R3R、3L3L）两种，在高速专用可变孔的下边）两种，在高速专用可变孔的下边设有旁通电磁阀回路。设有旁通电磁阀回路。 a a） b）图图7-8 阀灵敏度控制式阀灵敏度控制式EPSa a）系统组成）系统组成 b b）控制阀结构）控制阀结构图图7-9 控制阀的等效液压回路图控制阀的等效液压回路图a a）等效液压回路）等效液压回路 b）助力作用增大

20、）助力作用增大 c）助力作用减小）助力作用减小3.3.阀灵敏度控制式电控液压动力转向系统阀灵敏度控制式电控液压动力转向系统1 1）如图）如图7-97-9 b b）所示，）所示，）-9b-9b当车辆停止时，电磁阀完全当车辆停止时，电磁阀完全关闭，如果此时向右转动转向盘，则高灵敏度低速专用小孔关闭，如果此时向右转动转向盘，则高灵敏度低速专用小孔1R1R及及2R2R在较小的转向转矩作用下即可关闭。转向液压泵的高在较小的转向转矩作用下即可关闭。转向液压泵的高压油液经压油液经1L1L流向转向动力缸右腔室，其左腔室的油液经流向转向动力缸右腔室，其左腔室的油液经3L3L、2L2L流回储油箱，所以此时具有轻便

21、的转向特性。而且施加在流回储油箱，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，可变小孔转向盘上的转向力矩越大，可变小孔lLlL、2L2L的开口面积越大，的开口面积越大，节流作用就越小，转向助力作用越明显。节流作用就越小，转向助力作用越明显。2 2）如图）如图7-97-9 c c）所示，随着车辆行驶速度的提高，在电子）所示，随着车辆行驶速度的提高，在电子控制单元的作用下，电磁阀的开度也线性增加，如果向右转控制单元的作用下，电磁阀的开度也线性增加，如果向右转动转向盘，则转向液压泵的高压油液经动转向盘，则转向液压泵的高压油液经1L1L、3R3R旁通电磁阀流旁通电磁阀流回储油箱。回储

22、油箱。回储油箱。此时，转向动力缸右腔室的转向助力油压就取回储油箱。此时，转向动力缸右腔室的转向助力油压就取决于旁通电磁阀和灵敏度低的高速专用可变孔决于旁通电磁阀和灵敏度低的高速专用可变孔3R3R的开度。车的开度。车速越高，在电子控制单元的控制下，电磁阀的开度越大，旁速越高，在电子控制单元的控制下，电磁阀的开度越大，旁路流量越大，转向助力作用越小；在车速不变的情况下，施路流量越大，转向助力作用越小；在车速不变的情况下，施加在转向盘上的转向力越小，高速专用小孔加在转向盘上的转向力越小，高速专用小孔3R3R的开度越大，的开度越大，转向助力作用也越小。当转向力增大时，转向助力作用也越小。当转向力增大时

23、，3R3R的开度逐渐减小，的开度逐渐减小，转向助力作用也随之增大。转向助力作用也随之增大。由此可见，阀灵敏度控制式由此可见，阀灵敏度控制式EPSEPS可使驾驶员获得非常自然可使驾驶员获得非常自然的转向手感和良好的速度转向特性。的转向手感和良好的速度转向特性。图图7-11 阀灵敏度控制式阀灵敏度控制式EPS电控系统电路图电控系统电路图7.2.2 电动式电控动力转向系统电动式电控动力转向系统 液压式电控动力转向系统由于工作压力和工作灵敏度较液压式电控动力转向系统由于工作压力和工作灵敏度较高，外廓尺寸较小，因而获得了广泛的应用。在采用气压制高，外廓尺寸较小，因而获得了广泛的应用。在采用气压制动或空气

24、悬架的大型车辆上，也有采用气压动力转向的。这动或空气悬架的大型车辆上，也有采用气压动力转向的。这类动力转向系统的共同缺点是结构复杂、消耗功率大，容易类动力转向系统的共同缺点是结构复杂、消耗功率大，容易产生泄漏，转向力不易有效控制等。产生泄漏，转向力不易有效控制等。随着电子技术的进一步发展，目前越来越多的轿车上采随着电子技术的进一步发展，目前越来越多的轿车上采用了电动式电控动力转向系统（简称电动式用了电动式电控动力转向系统（简称电动式EPSEPS），它是一种），它是一种直接依靠电动机提供辅助转矩的电控动力式转向系统。直接依靠电动机提供辅助转矩的电控动力式转向系统。主要优点有：主要优点有：采用电力

25、作为转向动力，省去了油压系统，所以不需采用电力作为转向动力，省去了油压系统，所以不需要给转向油泵补充油，也不必担心漏油。要给转向油泵补充油，也不必担心漏油。没有液压式动力转向系统所必须的常运转转向油泵，没有液压式动力转向系统所必须的常运转转向油泵，电动机只是在需要转向时才接通电源，所以动力消耗和电动机只是在需要转向时才接通电源，所以动力消耗和燃油消耗均可降到最低。燃油消耗均可降到最低。将各部件装配成一个整体，既无管道也无控制阀，其将各部件装配成一个整体，既无管道也无控制阀，其结构紧凑、质量减轻。一般电动式结构紧凑、质量减轻。一般电动式EPSEPS的质量比液压式的质量比液压式EPSEPS质量轻质

26、量轻25%25%左右。左右。电动机工作可用电动机工作可用ECUECU进行控制，可以比较容易地按照进行控制，可以比较容易地按照汽车性能的需要设置、修改转向助力特性，具有较好的汽车性能的需要设置、修改转向助力特性，具有较好的兼容性。兼容性。1.1.电动式电动式EPSEPS分类分类根据电动机对转向系统产生助力的根据电动机对转向系统产生助力的部位不同，电动式电控动力转向系统有部位不同，电动式电控动力转向系统有三种类型：三种类型：（1 1）转向轴助力式）转向轴助力式 如图如图7-12 a7-12 a）所示，转向助力机械安装在转向轴上。所示，转向助力机械安装在转向轴上。当驾驶员转动转向盘时，控制单元根据当

27、驾驶员转动转向盘时，控制单元根据接收的转矩、转动方向、车速等信号，接收的转矩、转动方向、车速等信号，控制直流助力电动机的电流。电动机的控制直流助力电动机的电流。电动机的动力经离合器、电动机齿轮传给转向轴动力经离合器、电动机齿轮传给转向轴的齿轮，然后经万向节及中间轴传给转的齿轮，然后经万向节及中间轴传给转向器。向器。（2 2）转向器小齿轮助力式）转向器小齿轮助力式 如图如图7-7-12 b12 b）所示。转向助力机械安装在转向）所示。转向助力机械安装在转向器小齿轮处。与转向轴助力式相比，可器小齿轮处。与转向轴助力式相比，可以提供较大的转向力，适用于中型车。以提供较大的转向力，适用于中型车。（3

28、3）齿条助力式）齿条助力式 如图如图7-12 c7-12 c）所）所示。转向助力机械安装在转向齿条处。示。转向助力机械安装在转向齿条处。电动机通过减速传动机构直接驱动转向电动机通过减速传动机构直接驱动转向齿条。与转向器小齿轮助力式相比，可齿条。与转向器小齿轮助力式相比，可以提供更大的转向力，适用于大型车，以提供更大的转向力，适用于大型车，对原有的转向传动机械有较大改变。对原有的转向传动机械有较大改变。2.2.电动式电动式EPSEPS的基本的基本组成及元件结构组成及元件结构（1 1）传感器）传感器 系统中的系统中的传感器主要有车速传感器和传感器主要有车速传感器和转矩传感器，其中车速传感转矩传感器

29、，其中车速传感器的作用是测量车辆行驶速器的作用是测量车辆行驶速度，作为电动助力调节的依度，作为电动助力调节的依据。转矩传感器的作用是测据。转矩传感器的作用是测量转向盘与转向器之间的相量转向盘与转向器之间的相对转矩，以作为电动机动力对转矩，以作为电动机动力调节的依据。如图调节的依据。如图7-147-14所示所示为一种无触点式转矩传感器为一种无触点式转矩传感器的结构及原理。的结构及原理。图图7-14 无触点式转矩传感器无触点式转矩传感器其工作原理是：当转向盘处于中间位置（直驶）时，扭力杆的其工作原理是：当转向盘处于中间位置（直驶）时，扭力杆的纵向对称面正好处于图示输出轴极靴纵向对称面正好处于图示输

30、出轴极靴ACAC、BDBD的对称面上，当在的对称面上，当在U U、T T两端加上连续的输入脉冲电压信号两端加上连续的输入脉冲电压信号UiUi时，由于通过每个极靴的磁通时，由于通过每个极靴的磁通量相等，所以在量相等，所以在V V、W W两端检测到的输出电压信号两端检测到的输出电压信号U0=0U0=0；当转动转向；当转动转向盘时，由于扭力杆和输出轴极靴之间发生相对扭转变形，极靴盘时，由于扭力杆和输出轴极靴之间发生相对扭转变形，极靴A A、D D之间的磁阻增加，之间的磁阻增加，B B、C C之间的磁阻减少，各个极靴的磁通量发生变之间的磁阻减少，各个极靴的磁通量发生变化，于是在化，于是在V V、W W

31、之间就出现了电位差。其电位差与扭力杆的扭转角之间就出现了电位差。其电位差与扭力杆的扭转角和输入电压和输入电压UiUi成正比。所以，通过测量成正比。所以，通过测量V V、W W两端的电位差就可以测两端的电位差就可以测量出扭力杆的扭转角，即可得出转向盘上施加的转矩大小。量出扭力杆的扭转角，即可得出转向盘上施加的转矩大小。（2 2）控制单元）控制单元 ECU ECU包括检测电路、微处理器、控制电路等。包括检测电路、微处理器、控制电路等。检测电路将传感器的信号进行整形放大后输入微处理器，然后微处检测电路将传感器的信号进行整形放大后输入微处理器，然后微处理器计算出最优化的助力转矩。控制电路将来自微处理器

32、的电流命理器计算出最优化的助力转矩。控制电路将来自微处理器的电流命令输送到电机驱动电路。令输送到电机驱动电路。（3 3）电动机）电动机 电动式电动式EPSEPS中用的电动机是直流电动机，与起动中用的电动机是直流电动机，与起动用直流电动机原理基本相同，一般采用永磁磁场。最大电流为用直流电动机原理基本相同，一般采用永磁磁场。最大电流为30A30A左右，电压为左右，电压为DC12VDC12V，额定转矩为，额定转矩为10Nm10Nm左右。左右。转向盘的转动是双向的，因转向盘的转动是双向的，因此转向助力电动机需要进行正反此转向助力电动机需要进行正反转控制，其控制电路如图转控制，其控制电路如图7-157-

33、15所所示。示。a1a1、a2a2为触发信号端，当为触发信号端，当a1a1端得到输入信号时，晶体管端得到输入信号时，晶体管VT3VT3导导通，通，VT2VT2得到基极电流而导通，电得到基极电流而导通，电流经流经VT2VT2电动机电动机MVT3MVT3搭铁而搭铁而构成回路，于是电动机正转；当构成回路，于是电动机正转；当a2a2端得到输入信号时，电流则经端得到输入信号时，电流则经VT1VT1电动机电动机VT4VT4搭铁而构成搭铁而构成回路，电动机则因电流方向相反回路，电动机则因电流方向相反而反转。控制触发信号端电流的而反转。控制触发信号端电流的大小，就可以控制通过电动机电大小，就可以控制通过电动机

34、电流的大小。流的大小。图7-15 电动机正反转控制电路电动机正反转控制电路（4 4）电磁离合器）电磁离合器 电控动力转向电控动力转向系的工作一般都有一定的范围，如果超系的工作一般都有一定的范围，如果超过规定车速（如过规定车速（如45km/h45km/h），就不需要电），就不需要电动机辅助动力转向，此时电动机停止工动机辅助动力转向，此时电动机停止工作，且离合器分离，不再起传递动力的作，且离合器分离，不再起传递动力的作用。在不加动力的情况下，离合器可作用。在不加动力的情况下，离合器可以消除电动机惯性的影响。同时，在系以消除电动机惯性的影响。同时，在系统发生故障时，因离合器分离，可以恢统发生故障时，

35、因离合器分离，可以恢复手动控制转向。复手动控制转向。如图如图7-167-16所示为电磁离合器的工作所示为电磁离合器的工作原理，电动机带动主动轮旋转，当线圈原理，电动机带动主动轮旋转，当线圈通电时，离合器接合，主动轮与压板结通电时，离合器接合，主动轮与压板结合，通过压板内的花键带动从动轴旋转，合，通过压板内的花键带动从动轴旋转，此时电动机具有助力作用；反之，离合此时电动机具有助力作用；反之，离合器分离，助力作用被切断。为了减少加器分离，助力作用被切断。为了减少加与不加助力时驾驶车辆感觉的差别，设与不加助力时驾驶车辆感觉的差别，设法使离合器具有滞后输出特性，同时还法使离合器具有滞后输出特性，同时还

36、使其具有半离合状态区域。使其具有半离合状态区域。（5 5）减速机构）减速机构 减速机构是电动式减速机构是电动式EPSEPS不可缺少的部件，不可缺少的部件，其作用是把电动机的输出进行减速增扭，再传给转向齿轮箱的其作用是把电动机的输出进行减速增扭，再传给转向齿轮箱的主要部件。目前已使用的有多种组合方式，如两级行星齿轮与主要部件。目前已使用的有多种组合方式，如两级行星齿轮与传动齿轮驱动组合式，涡轮涡杆与转向轴驱动组合式等。为了传动齿轮驱动组合式，涡轮涡杆与转向轴驱动组合式等。为了抑制噪声和提高耐久性，减速机构中的齿轮多半采用了特殊齿抑制噪声和提高耐久性，减速机构中的齿轮多半采用了特殊齿形或者采用树脂

37、材料。形或者采用树脂材料。3.3.电动式电动式EPSEPS的工作原理的工作原理系统的工作原理是：当驾驶员操纵转向盘时，转矩传感器系统的工作原理是：当驾驶员操纵转向盘时，转矩传感器不断输出与转向力大小相应的转矩信号，同时，车速传感器提不断输出与转向力大小相应的转矩信号，同时，车速传感器提供的车速信号与该信号同时输入给电控单元，电控单元根据这供的车速信号与该信号同时输入给电控单元，电控单元根据这些输入信号，确定动力转矩的大小和方向，即选定电动机的电些输入信号，确定动力转矩的大小和方向，即选定电动机的电流和方向。电动机的转矩由电磁离合器传递并通过减速机构减流和方向。电动机的转矩由电磁离合器传递并通过

38、减速机构减速增扭后，加在汽车的转向机构上，使之得到一个与汽车工况速增扭后，加在汽车的转向机构上，使之得到一个与汽车工况相适应的转向作用力。当超过规定的车速时，离合器的驱动信相适应的转向作用力。当超过规定的车速时，离合器的驱动信号被切断，电动机与减速机构分离，同时电动机也停止工作。号被切断，电动机与减速机构分离，同时电动机也停止工作。7.3 典型汽车电控动力转向系统典型汽车电控动力转向系统目前，电控动力转向系统在国内普遍应用于轿车上，国目前，电控动力转向系统在国内普遍应用于轿车上，国外部分大中型客、货车上也有应用。本节主要介绍丰田凌志外部分大中型客、货车上也有应用。本节主要介绍丰田凌志LS400

39、LS400轿车的电控动力转向系统。轿车的电控动力转向系统。凌志凌志LS400LS400轿车采用反力控制式电控液压动力转向系统，轿车采用反力控制式电控液压动力转向系统，丰田公司称之为丰田公司称之为PPSPPS（ Progressive Power Steering Progressive Power Steering）。）。1. 1. 凌志凌志LS400LS400轿车动力转向系统的功能轿车动力转向系统的功能1 1）可随汽车道路驶车速改变液压助力的大小，提高车辆）可随汽车道路驶车速改变液压助力的大小，提高车辆的转向性和操纵稳定性。的转向性和操纵稳定性。2 2）转向机构中还包括有动力倾斜、动力伸缩）

40、转向机构中还包括有动力倾斜、动力伸缩ECUECU控制的控制的转向柱，可根据驾驶员的需要使转向柱自动选择合适的倾斜转向柱，可根据驾驶员的需要使转向柱自动选择合适的倾斜角度和伸缩长度，以及返回原位等。角度和伸缩长度，以及返回原位等。2. 凌志凌志LS400轿车电控动力转向系统的组成轿车电控动力转向系统的组成如图如图7-187-18所示，凌志所示，凌志LS400LS400轿车的电控液压动力转向系统由锥齿轿车的电控液压动力转向系统由锥齿轮式转向机构、液压控制系统和电子控制系统三部分组成。轮式转向机构、液压控制系统和电子控制系统三部分组成。3.凌志凌志LS400轿车电控动力转向系统的工作原理轿车电控动力

41、转向系统的工作原理1 1）当车辆低速行驶或车辆泊位停车时，转向）当车辆低速行驶或车辆泊位停车时，转向ECUECU接收的接收的是低速传感信号，即向电磁阀提供较大的电流，阀芯开路增是低速传感信号，即向电磁阀提供较大的电流，阀芯开路增大，从转向油泵输出的压力油液经流量分配阀后，一部分流大，从转向油泵输出的压力油液经流量分配阀后，一部分流向转向旋转滑阀，然后经助力缸起转向助力作用；另一部分向转向旋转滑阀，然后经助力缸起转向助力作用；另一部分则经电磁阀旁路流回到储液罐内，使得流向反力室的液压油则经电磁阀旁路流回到储液罐内，使得流向反力室的液压油流量大大减少，反力室中的油压下降，失去阻尼作用，故此流量大大

42、减少，反力室中的油压下降，失去阻尼作用，故此时需要的转向操纵力很小，转向轻巧灵活，对泊位停车或低时需要的转向操纵力很小，转向轻巧灵活，对泊位停车或低速行驶转向十分有利。速行驶转向十分有利。2 2）当车辆在中、高速行驶转向时，因为电磁阀从）当车辆在中、高速行驶转向时，因为电磁阀从ECUECU只只得到随车速增高而逐渐减小的电流，阀芯位移很小，流量旁得到随车速增高而逐渐减小的电流，阀芯位移很小，流量旁通作用很小，反力室中的油压上升，使得转向操作的通作用很小，反力室中的油压上升，使得转向操作的“路感路感”明显，可有效地克服高速转向明显，可有效地克服高速转向“发飘发飘”和不易掌握的缺陷，和不易掌握的缺陷

43、，提高行驶稳定性和安全性。提高行驶稳定性和安全性。当转向角较大、助力缸液压升高较大时，反馈到进油管当转向角较大、助力缸液压升高较大时，反馈到进油管的压力也升高，则通过量孔的流量自然增加，使反力室的阻的压力也升高，则通过量孔的流量自然增加，使反力室的阻尼作用迅速得以增强。尼作用迅速得以增强。然而，过分地增加转向操纵力对驾驶也不利，为此，流然而，过分地增加转向操纵力对驾驶也不利，为此，流量分配阀起限制反力室流量的作用。当进油压力升至较高时，量分配阀起限制反力室流量的作用。当进油压力升至较高时，推动流量分配阀下阀体逐渐向下，关小至反力室的液流通道，推动流量分配阀下阀体逐渐向下，关小至反力室的液流通道

44、，使反力室的阻尼作用得以抑制。使反力室的阻尼作用得以抑制。4.凌志凌志LS400轿车电控动力转向系统电路轿车电控动力转向系统电路7.4电控动力转向系统故障诊断与检修电控动力转向系统故障诊断与检修7.4.1检修注意事项检修注意事项1 1）应经常检查转向系统储油罐油面以及油质，如需添）应经常检查转向系统储油罐油面以及油质，如需添加更换或排气应及时进行。加更换或排气应及时进行。2 2）行驶过程中尽量避免将方向打到某一侧极限，防止）行驶过程中尽量避免将方向打到某一侧极限，防止动力油泵负荷过大。动力油泵负荷过大。3 3）电控转向系统发生故障时，通常不要打开）电控转向系统发生故障时，通常不要打开ECUEC

45、U及各种及各种电控元件的盖子或盒子，以免造成电控元件的盖子或盒子，以免造成ECUECU被静电损坏。被静电损坏。4 4）检修过程中一般按照可能性由大到小，检查复杂程）检修过程中一般按照可能性由大到小，检查复杂程度由简到难的顺序进行，先对线路和传感器等元件进行基本度由简到难的顺序进行，先对线路和传感器等元件进行基本检查，不要轻易更换检查，不要轻易更换ECUECU或拆卸管路。或拆卸管路。7.4.2 凌志凌志LS400轿车电控转向系统基本检查轿车电控转向系统基本检查电控转向系统装配完毕后，应进行基本检查，主要包括电控转向系统装配完毕后，应进行基本检查，主要包括针对液压系统的油量、油压试验，系统排气，转

46、向油泵皮带针对液压系统的油量、油压试验，系统排气，转向油泵皮带松紧度调整，以及电控部分及相关部件的工作状态检查等，松紧度调整，以及电控部分及相关部件的工作状态检查等，以确定系统是否需要进一步检修，保证转向系统良好的工作以确定系统是否需要进一步检修，保证转向系统良好的工作性能。不同车型动力转向系统的检查内容和方法基本类似，性能。不同车型动力转向系统的检查内容和方法基本类似，下面就以凌志下面就以凌志LS400LS400电控转向系统为例讲解电控转向系统的电控转向系统为例讲解电控转向系统的基本检查程序。基本检查程序。1初步检查初步检查在进行系统检查之前，首先要根据车辆的具体情况初步在进行系统检查之前，

47、首先要根据车辆的具体情况初步的检查一下轮胎气压（前轮：的检查一下轮胎气压（前轮：230kPa230kPa；后轮：；后轮：250kPa250kPa）、前）、前轮定位、悬架与转向连接杆之间的润滑情况、转向系统接头轮定位、悬架与转向连接杆之间的润滑情况、转向系统接头及悬架臂球头等处是否正常，转向柱管是否弯曲，转向盘的及悬架臂球头等处是否正常，转向柱管是否弯曲，转向盘的自由间隙是否正常等。自由间隙是否正常等。2 2常规检查常规检查（1 1）检查传动带）检查传动带 对于动对于动力转向泵传动带的检查主要包力转向泵传动带的检查主要包括两项内容：括两项内容：一是传动带与带轮配合位一是传动带与带轮配合位置的检查

48、，如图置的检查，如图7-22a7-22a）所示。）所示。二是传动带松紧度的检查，二是传动带松紧度的检查，如图如图7-22b7-22b）所示，利用丰田）所示，利用丰田专用工具检查，在专用工具检查，在95Nm95Nm的作用的作用力矩下，皮带的挠度为：力矩下，皮带的挠度为：运转运转5min5min以下时：以下时：7.59.5mm7.59.5mm；运转运转5min5min以上时：以上时：913mm913mm。（2 2）检查储液罐液面高度）检查储液罐液面高度 丰田汽车采用的转向液压油牌号丰田汽车采用的转向液压油牌号为为ATF DEXRONATF DEXRON，检查油面高度时，保持车身水平位置，油温，检查

49、油面高度时，保持车身水平位置，油温80C80C时进行。时进行。在发动机维持怠速运转（约在发动机维持怠速运转（约850r/min850r/min）的条件下，反复将转）的条件下，反复将转向盘从左侧打到右侧再返回，使得油温达到正常要求后，打开储向盘从左侧打到右侧再返回，使得油温达到正常要求后，打开储液箱，检查液压油有无泡沫或乳化现象，量油尺液面应在液箱，检查液压油有无泡沫或乳化现象，量油尺液面应在HOTHOT范围范围以内。以内。若在检查系统无泄漏情况下需要补给液压油，按规定号牌补若在检查系统无泄漏情况下需要补给液压油，按规定号牌补给；若需更换液压油，则先顶起转向桥，从转向油罐及回油管排给；若需更换液

50、压油，则先顶起转向桥，从转向油罐及回油管排出旧液压油，并将转向盘反复左、右转至极限位置，直至旧液压出旧液压油，并将转向盘反复左、右转至极限位置，直至旧液压油排尽后油排尽后12s12s后加注新液压油。后加注新液压油。（3 3）系统空气排放）系统空气排放 动力转向系统在更换液压油后和检查转动力转向系统在更换液压油后和检查转向油罐中油位时发现有气泡冒出时，说明系统内渗入了空气，这向油罐中油位时发现有气泡冒出时，说明系统内渗入了空气，这将引起转向沉重，前轮摆动，转向噪声等故障，必须对系统进行将引起转向沉重，前轮摆动，转向噪声等故障，必须对系统进行排气，具体程序如下：排气，具体程序如下：架起转向桥，发动

51、机怠速运转，反复向左、右转动转向盘到架起转向桥，发动机怠速运转，反复向左、右转动转向盘到极限位置，直至转向油罐内无气泡冒出并消除乳化现象，表明液极限位置，直至转向油罐内无气泡冒出并消除乳化现象，表明液力转向系统中的空气已基本排除干净。力转向系统中的空气已基本排除干净。（4 4）检查油泵压力）检查油泵压力 将油压表的一将油压表的一端接在转向液压泵的输出端，另一端端接在转向液压泵的输出端，另一端接在转向助力器的输入端，维持发动接在转向助力器的输入端，维持发动机怠速运转，油温达到机怠速运转，油温达到80C80C，如图，如图7-7-2323所示。所示。检查阀关闭时的压力：不小于检查阀关闭时的压力：不小

52、于7845kPa7845kPa；检查阀全开时的压力差检查阀全开时的压力差（1000r/min1000r/min和和3000r/min3000r/min时）：不大时）：不大于于490kPa490kPa；检查转向盘在锁定位置时：不小于检查转向盘在锁定位置时：不小于7845kPa7845kPa。（5 5）检查转向盘转向力矩）检查转向盘转向力矩 使汽车使汽车停放在平坦地面上，两转向轮在直线停放在平坦地面上，两转向轮在直线行驶位置，发动机怠速运转，测量转行驶位置，发动机怠速运转，测量转向盘从中间位置向左、右转动所需的向盘从中间位置向左、右转动所需的力矩，标准：不大于力矩，标准：不大于5.9Nm5.9Nm

53、。7.4.3 电控动力转向系统故障自诊断电控动力转向系统故障自诊断电控动力转向控制系统具有自诊断功能，当发生系统故电控动力转向控制系统具有自诊断功能，当发生系统故障时，能自动停止助力，同时障时，能自动停止助力，同时ECUECU可以记忆故障内容，并使故可以记忆故障内容，并使故障指示灯点亮，提醒驾驶员，维修时可以读取故障代码，找障指示灯点亮，提醒驾驶员，维修时可以读取故障代码，找出故障原因。此功能与大多数电控系统故障自诊断的工作原出故障原因。此功能与大多数电控系统故障自诊断的工作原理类似，在此不详述。理类似，在此不详述。对于电动式动力转向系统而言，当自诊断系统诊断出有对于电动式动力转向系统而言，当

54、自诊断系统诊断出有故障后，控制电路停止向电动机供电，并且将离合器脱开，故障后，控制电路停止向电动机供电，并且将离合器脱开，此时系统恢复至机械转向系统，仍能够实现正常的转向，只此时系统恢复至机械转向系统，仍能够实现正常的转向，只是转向力变大。是转向力变大。7.4.4 电控动力转向系统故障检修电控动力转向系统故障检修电控动力转向系统常见的故障有转向沉重或助力不足，动力转向液电控动力转向系统常见的故障有转向沉重或助力不足，动力转向液产生乳状泡沫、液面低以及压力低，向左或向右急转转向盘时转向力瞬产生乳状泡沫、液面低以及压力低，向左或向右急转转向盘时转向力瞬时增大等。时增大等。主要原因集中在油路系统和电

55、控系统中，对于油路系统的检修在基主要原因集中在油路系统和电控系统中，对于油路系统的检修在基本检查中逐步排查（详见本检查中逐步排查（详见7.4.27.4.2），电控系统的检修主要针对传感器、），电控系统的检修主要针对传感器、执行器、执行器、ECUECU及线路连接，并应充分利用故障自诊断系统的功能。及线路连接，并应充分利用故障自诊断系统的功能。下面就以凌志下面就以凌志LS400LS400轿车为例，讲解电控动力转向系统的检修方法轿车为例，讲解电控动力转向系统的检修方法1.车速传感器检修车速传感器检修顶起汽车，旋转后轮，用万用表测量传感器侧线束插接器上的顶起汽车，旋转后轮，用万用表测量传感器侧线束插接

56、器上的SPDSPD与与GNDGND之间的电压，应在之间的电压，应在05V05V之间，否则应检查传感器及其连接线路之间，否则应检查传感器及其连接线路2.电磁阀的检修电磁阀的检修用万用表检测电磁阀侧线束插接器上的用万用表检测电磁阀侧线束插接器上的SOL+SOL+与与SOL-SOL-之间的阻值，应之间的阻值，应为为611611，否则说明线圈断路或短路故障；用，否则说明线圈断路或短路故障；用12V12V的蓄电池电压给电磁的蓄电池电压给电磁阀通电，应能听到咔哒声，否则说明线路断路或电磁阀损坏，需更换。阀通电，应能听到咔哒声，否则说明线路断路或电磁阀损坏，需更换。7.4.5 7.4.5 雷克萨斯雷克萨斯L

57、S400LS400型轿车电控动力转向系型轿车电控动力转向系统工作异常故障案例分析统工作异常故障案例分析（1 1）故障症状）故障症状 该车不论在正常行驶时转向，原地转该车不论在正常行驶时转向，原地转向时转向盘明显沉重，助力泵噪声很大，同时在转动向时转向盘明显沉重，助力泵噪声很大，同时在转动转向盘时，观察油杯的液面变化不明显。转向盘时，观察油杯的液面变化不明显。（2 2）可能故障部位）可能故障部位 轮胎气压，系统机械连接，油面轮胎气压，系统机械连接，油面高度，系统管路，液压泵，助力器，安全阀，电控系高度，系统管路，液压泵，助力器，安全阀，电控系统等。统等。（3 3）故障检修）故障检修1 1）首先检

58、查轮胎气压、转向系统的各球头磨损、相关）首先检查轮胎气压、转向系统的各球头磨损、相关悬架悬臂部分、转向器本身及相关管路渗漏状况、油悬架悬臂部分、转向器本身及相关管路渗漏状况、油杯液面高度及油质、转向助力泵传动带松紧度、前轮杯液面高度及油质、转向助力泵传动带松紧度、前轮定位等，各项参数都在正常技术规范范围内。定位等，各项参数都在正常技术规范范围内。2 2）该电控动力转向电路控制如图）该电控动力转向电路控制如图7-217-21所示。所示。3 3）拔下电磁阀线束插接器，测量动力转向电磁阀阻值）拔下电磁阀线束插接器，测量动力转向电磁阀阻值在在1010左右，基本符合标准。起动发动机，转动转向左右，基本符

59、合标准。起动发动机，转动转向盘，用发光二极管测试灯连接电磁阀线束插接器的两盘，用发光二极管测试灯连接电磁阀线束插接器的两个端子，试灯点亮；用数字万用表电压档测量两个端个端子，试灯点亮；用数字万用表电压档测量两个端子之间的电压，电压数值正常。说明动力转向子之间的电压，电压数值正常。说明动力转向ECUECU本身本身无故障，动力转向无故障，动力转向ECUECU与与SOL+SOL+、SOL-SOL-端子之间的连接正端子之间的连接正常。常。4 4）在驾驶室内转向盘下方找到动力转向）在驾驶室内转向盘下方找到动力转向ECUECU，拆下，拆下ECUECU的线束插接器，用数字万用表检查的线束插接器，用数字万用表

60、检查ECUECU线束侧插接器线束侧插接器+B+B端子的输入电压正常，且该车发电机发电量正常，说端子的输入电压正常，且该车发电机发电量正常，说明连接明连接ECUECU的的+B+B端子的线路无问题。顶起该车后端，用端子的线路无问题。顶起该车后端，用手转动后轮，同时用数字万用表电阻档检查手转动后轮，同时用数字万用表电阻档检查SPDSPD端子与端子与GNDGND端子之间的电阻值的变化，表的读数在端子之间的电阻值的变化，表的读数在0 0之间之间交替变化，说明车速传感器信号输入交替变化，说明车速传感器信号输入ECUECU是正常的。是正常的。5 5）用举升机将车举起，再次拔下动力转向电磁阀的线）用举升机将车

61、举起，再次拔下动力转向电磁阀的线束插接器，用试灯连接线束插接器的两个端子，同时束插接器，用试灯连接线束插接器的两个端子，同时左右转动转向盘，试灯仍亮；用手晃动电磁阀线束，左右转动转向盘，试灯仍亮；用手晃动电磁阀线束，并稍用力拉伸、弯折线束，试灯熄灭，说明此线束有并稍用力拉伸、弯折线束，试灯熄灭，说明此线束有折断或虚接的地方。经检查，是折断或虚接的地方。经检查，是SOLSOL端子到电磁阀间端子到电磁阀间的线束有问题，重新接好的线束有问题，重新接好SOL-SOL-到电磁阀间的线路后试到电磁阀间的线路后试车，不管是在原地还是行驶时左右转动转向盘，都有车，不管是在原地还是行驶时左右转动转向盘，都有明显

62、的改善。但是仍感觉稍沉，有时感觉像转向助力明显的改善。但是仍感觉稍沉，有时感觉像转向助力突然失效一样，时沉时轻，说明动力转向系统还存在突然失效一样，时沉时轻，说明动力转向系统还存在故障。故障。6 6）将动力转向电磁阀从转向器上拆下来，直接用）将动力转向电磁阀从转向器上拆下来，直接用12V12V电源驱动电磁阀，用时通时断的方法来验证其技术状电源驱动电磁阀，用时通时断的方法来验证其技术状态，检验结果电磁阀能发出态，检验结果电磁阀能发出“咔嗒咔嗒”的工作声，但声的工作声，但声音很小，判断该阀可能发卡或开度不够。更换新电磁音很小，判断该阀可能发卡或开度不够。更换新电磁阀后，故障得以完全排除。在原地转动

63、转向盘，用一阀后，故障得以完全排除。在原地转动转向盘，用一个手指拨动感觉不费力，且在低速、高速等不同工况个手指拨动感觉不费力，且在低速、高速等不同工况下都正常。下都正常。（4 4）原因分析）原因分析 转向电磁阀接线不良导致其信号时有转向电磁阀接线不良导致其信号时有时无，以及电磁阀本身发卡或开度不够，使得助力转时无，以及电磁阀本身发卡或开度不够，使得助力转向电子控制系统的工作不良，从而导致了助力不良，向电子控制系统的工作不良，从而导致了助力不良，间歇性的失效，驾驶感觉转向沉重。间歇性的失效，驾驶感觉转向沉重。 7.5 四轮转向控制系统四轮转向控制系统四轮转向（四轮转向（4WS4 Wheel St

64、eering4WS4 Wheel Steering）汽车是指四个车轮）汽车是指四个车轮都是转向车轮的汽车，或都是转向车轮的汽车，或4 4个车轮都能起转向作用的汽车。它个车轮都能起转向作用的汽车。它是在传统两轮转向系统的基础上，增设了一个安装在后悬架上是在传统两轮转向系统的基础上，增设了一个安装在后悬架上的后轮转向机构，能够使驾驶员操纵转向盘时转动汽车的前后的后轮转向机构，能够使驾驶员操纵转向盘时转动汽车的前后四个车轮，不仅提高了高速时的稳定性和可控性，而且提高了四个车轮，不仅提高了高速时的稳定性和可控性，而且提高了低速时的机动性。低速时的机动性。汽车的四轮转向系统在汽车的四轮转向系统在2020

65、世纪世纪8080年代中期开始发展，二十年代中期开始发展，二十世纪八、九十年代的本田、马自达及通用概念车都曾经应用了世纪八、九十年代的本田、马自达及通用概念车都曾经应用了四轮转向技术。此外，最近几年的丰田概念车、日产以及雷诺四轮转向技术。此外，最近几年的丰田概念车、日产以及雷诺等车型都用到了四轮转向技术。目前该技术被很多公司所采用，等车型都用到了四轮转向技术。目前该技术被很多公司所采用，其中大多应用在了高级轿车、大型车辆上，也有一些其中大多应用在了高级轿车、大型车辆上，也有一些SUVSUV以及以及跑车具有四轮转向的功能。跑车具有四轮转向的功能。7.5.1 4WS车辆的转向特性车辆的转向特性采用四

66、轮转向系统的车辆，在低速行驶时为逆相转采用四轮转向系统的车辆，在低速行驶时为逆相转向（前、后轮旋转方向相反），使转弯时具有较小的转弯向（前、后轮旋转方向相反），使转弯时具有较小的转弯半径，灵活性良好；中高速时为同相转向（前、后轮旋转半径，灵活性良好；中高速时为同相转向（前、后轮旋转方向相同），以提高在高速时抗侧风能力及车道变换或车方向相同），以提高在高速时抗侧风能力及车道变换或车辆转弯时的操纵稳定性。辆转弯时的操纵稳定性。1 14WS4WS车辆的低速转向特性车辆的低速转向特性24WS车辆的高速转向特性车辆的高速转向特性图图7-26 2WS车高速转车高速转向的车辆轨迹向的车辆轨迹 图图7-27

67、中高速转向时中高速转向时2WS和和4WS同向转向操纵比较同向转向操纵比较7.5.2 转向角比例控制转向角比例控制 转向角比例控制的四轮转向系统是指后轮转角与前轮转向角比例控制的四轮转向系统是指后轮转角与前轮转角成比例，在低速区前、后轮逆相，而中高速区同相的转角成比例，在低速区前、后轮逆相，而中高速区同相的转向操纵控制，使车体的前进方向与车体朝向一致，得到转向操纵控制，使车体的前进方向与车体朝向一致，得到稳定的转向性能稳定的转向性能。1. 系统组成系统组成 系统主要由车速传感器、转角比传感器、转向控制单系统主要由车速传感器、转角比传感器、转向控制单元、元、4WS4WS转换器、转向枢轴、前后转向齿

68、轮箱等组成。转换器、转向枢轴、前后转向齿轮箱等组成。前后轮的转向机构机械连接，转向盘的转动传到前轮转向前后轮的转向机构机械连接，转向盘的转动传到前轮转向齿轮箱（齿轮齿条式），齿条带动前转向横拉杆左右运动，齿轮箱（齿轮齿条式），齿条带动前转向横拉杆左右运动，以控制前轮转向。同时，输出小齿轮旋转，通过连接轴传以控制前轮转向。同时，输出小齿轮旋转，通过连接轴传递到后轮转向齿轮箱，后轮的转角与转向盘的转角成比例递到后轮转向齿轮箱，后轮的转角与转向盘的转角成比例变化，使其低速转向时，后轮与前轮反相转动，中高速行变化，使其低速转向时，后轮与前轮反相转动，中高速行驶时，后轮与前轮同相转动。驶时，后轮与前轮同

69、相转动。 如图如图7-29 a7-29 a）所示为转向枢轴的结构，转向枢轴）所示为转向枢轴的结构，转向枢轴位于后转向齿轮箱内，是一个大的轴承，其外圈与扇位于后转向齿轮箱内，是一个大的轴承，其外圈与扇形齿轮成为一体，围绕枢轴可左右旋转；内圈与连杆形齿轮成为一体，围绕枢轴可左右旋转；内圈与连杆突出的偏心轴相连，连杆通过突出的偏心轴相连，连杆通过4WS4WS转换器的电动机以连转换器的电动机以连杆旋转中心做正反旋转。偏心轴在转向枢轴机构内可杆旋转中心做正反旋转。偏心轴在转向枢轴机构内可上下回转约上下回转约5555。图7-29 转向枢轴a） 结构 b）偏心轴和枢轴的运动 c）枢轴的旋转角与连杆移动量之间

70、的关系 通过连接轴的输入使输入小齿轮向左或向右旋转通过连接轴的输入使输入小齿轮向左或向右旋转时，带动扇形齿轮转动，再由转向枢轴通过偏心轴使时，带动扇形齿轮转动，再由转向枢轴通过偏心轴使连杆向左右方向移动，连杆带动后转向横拉杆和后转连杆向左右方向移动，连杆带动后转向横拉杆和后转向节臂实现后轮的转向。如图向节臂实现后轮的转向。如图7-29 b7-29 b）所示为枢轴与）所示为枢轴与偏心轴的运动，形成后轮的同相位和逆相位的转向原偏心轴的运动，形成后轮的同相位和逆相位的转向原理图。理图。 偏心轴的前端与枢轴左右旋转中心重合时，即使偏心轴的前端与枢轴左右旋转中心重合时，即使转向枢轴左右转动，连杆也完全不

71、动，后轮就在中立转向枢轴左右转动，连杆也完全不动，后轮就在中立状态；随着偏心轴前端位置与枢轴的旋转中心上下方状态；随着偏心轴前端位置与枢轴的旋转中心上下方向的偏离，枢轴左右转动时连杆的移动量就会变大，向的偏离，枢轴左右转动时连杆的移动量就会变大，偏心轴与后轮转向之间的动态关系是：偏心轴前端位偏心轴与后轮转向之间的动态关系是：偏心轴前端位置在转向枢轴的上侧时为逆相位，而下侧时为同相位，置在转向枢轴的上侧时为逆相位，而下侧时为同相位，如图如图7-29 c7-29 c）所示。）所示。 图7-30 4WS转换器的结构2.2.控制原理控制原理 如图如图7-317-31所示为该系统所示为该系统ECUECU

72、控制流程图。通过转向角控制流程图。通过转向角传感器、车速传感器等输入信号，进行以下控制：传感器、车速传感器等输入信号，进行以下控制：(1) 转向角比控制转向角比控制 车速主要由车速表的传感器提供（车速主要由车速表的传感器提供（SP1SP1），用），用ABSABS车速传感器车速传感器中的前轮的一个传感器输入信号作为辅助信号（中的前轮的一个传感器输入信号作为辅助信号（SP2SP2）。转向角）。转向角比传感器是检测后转向齿轮箱内的连杆的旋转角度，其工作原理比传感器是检测后转向齿轮箱内的连杆的旋转角度，其工作原理与电位计式节气门位置传感器类似，根据与旋转角度的变化，传与电位计式节气门位置传感器类似，根

73、据与旋转角度的变化，传感器内的滑动电阻值发生变化，进而使得电路中的电压发生变化，感器内的滑动电阻值发生变化，进而使得电路中的电压发生变化，将不同的电压信号输入到将不同的电压信号输入到ECUECU即可得出对应的角度。即可得出对应的角度。（2 2）2WS2WS选择功能选择功能 2WS 2WS开关为开关为ONON且变速器为倒挡状态时，因车速较低，故将后轮且变速器为倒挡状态时，因车速较低，故将后轮的转向操纵量设定为零。对的转向操纵量设定为零。对2WS2WS车倒退转向操纵已习惯的人，若对车倒退转向操纵已习惯的人，若对4WS4WS车倒退转向操纵有失调感时，可使用此开关。车倒退转向操纵有失调感时，可使用此开

74、关。（3 3）安全性控制）安全性控制 系统出现故障时，在进行下列工作的同时点亮系统出现故障时，在进行下列工作的同时点亮“4WS“4WS警告灯警告灯”通知驾驶员，而且通知驾驶员，而且ECUECU记忆故障信息。记忆故障信息。主电动机异常时，驱动副电动机只在同相方向上，以常规模式主电动机异常时，驱动副电动机只在同相方向上，以常规模式（NORMALNORMAL）按照车速进行转向角比控制。）按照车速进行转向角比控制。车速传感器异常时，在车速传感器异常时，在SPlSPl和和SP2SP2的任何一个输出中，用车速高的的任何一个输出中，用车速高的值通过主电动机只对同相方向进行转向角控制。值通过主电动机只对同相方

75、向进行转向角控制。转向角比传感器异常时，通过副电动机驱动到同相方向最大值时转向角比传感器异常时，通过副电动机驱动到同相方向最大值时停止控制。此时，若是副电动机异常，则用主电动机进行同样的控停止控制。此时，若是副电动机异常，则用主电动机进行同样的控制。制。ECUECU异常时，通过副电动机驱动到相同方向最大值为止，然后停异常时，通过副电动机驱动到相同方向最大值为止，然后停止控制。此时，能避免出现逆相位状态。止控制。此时，能避免出现逆相位状态。7.5.3 横摆角速度比例控制横摆角速度比例控制1系统组成系统组成 图图7-337-33所示为所示为4WS4WS的横摆角速度比例控制系统的的横摆角速度比例控制

76、系统的组成。使后轮产生转向角的工作原理就是转换后转向组成。使后轮产生转向角的工作原理就是转换后转向机构的控制阀油路，使阀芯左右移动。在前轮有转向机构的控制阀油路，使阀芯左右移动。在前轮有转向运动时控制阀将后轮的最大转向角控制到运动时控制阀将后轮的最大转向角控制到55（大转（大转向角控制），而与前轮转向无关时将后轮的转向角最向角控制），而与前轮转向无关时将后轮的转向角最大控制到大控制到11（小转向角控制）。前者属于依靠传动（小转向角控制）。前者属于依靠传动绳索的机械式转向，而后者是依靠转向电动机的电子绳索的机械式转向，而后者是依靠转向电动机的电子式转向，后轮的转向角是由上述两者合成的。式转向，后

77、轮的转向角是由上述两者合成的。 图7-33 4WS横摆角速度比例控制系统的组成图图7-34 转向操纵机构转向操纵机构a a） 前轮转向操纵机构前轮转向操纵机构 b） 后轮转向操纵机构后轮转向操纵机构（1 1）大转向角控制（机械式控制）大转向角控制（机械式控制） 当前轮转向角处在与后轮转向无关的控制齿条自由当前轮转向角处在与后轮转向无关的控制齿条自由行程范围（盲区）内时，阀芯与阀套筒之间的相对位置行程范围（盲区）内时，阀芯与阀套筒之间的相对位置处于中立状态。因而，来自液压泵的工作油液被排出，处于中立状态。因而，来自液压泵的工作油液被排出，且返回到副油箱。动力油缸的左、右室都成为中立的低且返回到副

78、油箱。动力油缸的左、右室都成为中立的低油压，活塞杆在复位弹簧的作用下停止在中立位置。油压，活塞杆在复位弹簧的作用下停止在中立位置。当前轮转向角较大时，超出转向齿条自由行程范围，当前轮转向角较大时，超出转向齿条自由行程范围，如果向左转向时，阀套筒向左方向移动，并与阀芯之间如果向左转向时，阀套筒向左方向移动，并与阀芯之间产生相对位移，图产生相对位移，图7-357-35中的阀套筒与阀芯在中的阀套筒与阀芯在a a部位接触部位接触密封，高压作用于动力油缸的右室，推动活塞杆向左移密封，高压作用于动力油缸的右室，推动活塞杆向左移动，而后轮就向右转向。动，而后轮就向右转向。2控制状态控制状态图图7-35 大转

79、向角控制大转向角控制当活塞杆向左移动时，因为转向电动机不工作，阀控当活塞杆向左移动时，因为转向电动机不工作，阀控制杆就以支点制杆就以支点A A为中心回转，并将阀芯从为中心回转，并将阀芯从B B点移到左方的点移到左方的BB点（点（A A、B B、BB点的位置见点的位置见7-36 a7-36 a）图），因此阀套筒）图），因此阀套筒与阀芯在与阀芯在a a部位脱开接触形成节流作用，降低动力油缸部位脱开接触形成节流作用，降低动力油缸右室的压力，结果是当活塞杆移动到规定位置时，节流右室的压力，结果是当活塞杆移动到规定位置时，节流压力与来自车轮的外力相平衡，后轮就不能进行更多的压力与来自车轮的外力相平衡，后

80、轮就不能进行更多的转向。转向。外力产生变化时，活塞杆将有微小的变化，但阀控制外力产生变化时，活塞杆将有微小的变化，但阀控制杆立即将变化反馈给阀芯并改变节流量。这个过程直到杆立即将变化反馈给阀芯并改变节流量。这个过程直到动力活塞的压力与外力相平衡为止，从而保持稳定。动力活塞的压力与外力相平衡为止，从而保持稳定。 （2 2）小转向角控制（电子式控制）小转向角控制（电子式控制） 为了将转向电动机的旋转运动变为阀芯的直线运动，为了将转向电动机的旋转运动变为阀芯的直线运动，采用螺旋齿轮和曲柄组合机构。转向电动机的旋转通过蜗采用螺旋齿轮和曲柄组合机构。转向电动机的旋转通过蜗轮机构传递到从动齿轮，借助曲柄使

81、阀控制杆移动，如图轮机构传递到从动齿轮，借助曲柄使阀控制杆移动，如图7-36 a7-36 a）所示。当从动齿轮逆时针旋转时，阀控制杆的上）所示。当从动齿轮逆时针旋转时，阀控制杆的上端支点端支点A A就以从动齿轮中心就以从动齿轮中心O O点为回转中心移动到点为回转中心移动到AA点。转点。转向电动机刚起动的瞬间，后转向轴还没有运动，所以阀控向电动机刚起动的瞬间，后转向轴还没有运动，所以阀控制杆就以制杆就以C C点为回转中心向左运动，杆中央的点为回转中心向左运动，杆中央的B B点成为点成为BB点，点，使阀芯向左移动。缆绳不动时，阀套筒固定不动，阀芯与使阀芯向左移动。缆绳不动时，阀套筒固定不动，阀芯与

82、阀套筒产生相对位移，图阀套筒产生相对位移，图7-36 b7-36 b）中阀的）中阀的b b部分被节流，高部分被节流，高压油进入油缸左室。压油进入油缸左室。 当活塞杆向右移动时，如图当活塞杆向右移动时，如图7-36 b7-36 b）所示，阀控制杆）所示，阀控制杆以支点以支点A A为中心回转，使阀芯向右移动到为中心回转，使阀芯向右移动到BB点为止。结果点为止。结果打开打开b b部分，减少节流使压力下降。而后以与机械式转向操部分，减少节流使压力下降。而后以与机械式转向操纵相同的方法保持平衡。纵相同的方法保持平衡。图图7-36小转向角控制小转向角控制3控制逻辑控制逻辑图图7-37 前轮转向角与后轮转向

83、角之前轮转向角与后轮转向角之间的关系间的关系 图图7-38 控制比例系数控制比例系数（1 1）车体侧滑角的零控制）车体侧滑角的零控制 车体侧滑角零控制是在转向车体侧滑角零控制是在转向初期的过渡过程中，初期的过渡过程中，4WS4WS以特有的抑制转向时车体向转向内以特有的抑制转向时车体向转向内侧滞后的转向角比例现象，使转向时车体的方向与前进方向侧滞后的转向角比例现象，使转向时车体的方向与前进方向相一致，从而确保稳定转向的一种控制。根据式相一致，从而确保稳定转向的一种控制。根据式7-17-1所示的所示的控制规则，它通过逆相位转向角比例控制与横摆角速度反馈控制规则，它通过逆相位转向角比例控制与横摆角速

84、度反馈控制的组合来实现，如图控制的组合来实现，如图7-387-38所示。所示。 r= KS r= KS（v v） f+ KY f+ KY（v v） Y Y 7-1 7-1式式7-17-1中，中，rr是后轮转向角；是后轮转向角；ff是前轮转向角；是前轮转向角；YY是是横摆角速度；横摆角速度；v v是车速；是车速；KSKS是转向角比例系数；是转向角比例系数；KYKY是横摆角是横摆角速度比例系数。速度比例系数。在转向初期的瞬间，对后轮进行逆相控制使它产生自转在转向初期的瞬间，对后轮进行逆相控制使它产生自转并抑制公转，从而能防止车体朝转向外侧倾斜。与此同时，并抑制公转，从而能防止车体朝转向外侧倾斜。与

85、此同时，横摆角速度传感器能检测自转运动的增大状态并进行反馈控横摆角速度传感器能检测自转运动的增大状态并进行反馈控制，同时附加同相位成分以取得自转与公转运动的平衡。从制，同时附加同相位成分以取得自转与公转运动的平衡。从转向开始至转向结束，一直进行使车体侧滑角成为零的控制。转向开始至转向结束，一直进行使车体侧滑角成为零的控制。（2 2）受侧向风干扰时的控制）受侧向风干扰时的控制 由于突然的侧向风力的作由于突然的侧向风力的作用，车辆会偏向行驶。横摆角速度传感器能立即检测出它的用，车辆会偏向行驶。横摆角速度传感器能立即检测出它的偏向，并对后轮进行转向控制以消除产生的偏向行驶。由于偏向，并对后轮进行转向

86、控制以消除产生的偏向行驶。由于后轮产生的力矩，侧向风引起的自转运动会减小，并能使汽后轮产生的力矩，侧向风引起的自转运动会减小，并能使汽车的行驶方向偏差最小。车的行驶方向偏差最小。（3 3）ABSABS工作时的控制工作时的控制 通常为了提高中低速范围的转通常为了提高中低速范围的转向操纵的响应性，正如横摆角速度比例系数向操纵的响应性，正如横摆角速度比例系数KYKY特性中见到的特性中见到的那样，角速度增益低于高速区域。但是那样，角速度增益低于高速区域。但是ABSABS工作时，与转向工作时，与转向操纵响应性相比将更加重视车辆的稳定性，而且将操纵响应性相比将更加重视车辆的稳定性，而且将ABSABS开始开始工作的瞬间的横摆角速度增益（工作的瞬间的横摆角速度增益（KYKY值）一直保持到值）一直保持到ABSABS的工的工作结束。作结束。思考题思考题汽车动力转向系统应该满足那些要求？动力转向系再设计时存在什么问题？如何解决？简述流量控制式电控液压动力转向系的工作原理？简述反力控制式电控液压动力转向系的工作原理？简述阀灵敏度控制式电控液压动力转向系的工作原理？以转向轴助力式为例说明电动助力转向系的工作原理？在电动动力转向系统中，电磁离合器起什么作用？如何实现？在何种情况下需要对动力转向系统进行排气？如何操作？四轮转向系统在高、低速转向时如何保证车辆的最佳转向性能？分析4WS车辆的低速转向特性如何？