第10章汽车控制系统

三亚学院理工学院第十章汽车电动助力转向系统汽车电器与电子控制系统主讲：伍时和三亚学院理工学院第十章汽车电动助力转向系统第十章汽车电动助力转向系统三亚学院理工学院第十章汽车电动助力转向系统第一节概述第二节电动助力转向系统的结构及工作原理第三节电动助力转向系统的简单模型与运动特性第四节电动助力转向的控制方法第五节电动助力转向系统实例第六节电动助力转向系统性能台架试验第十章第十章汽车电动助力转向系统三亚学院理工学院第十章汽车电动助力转向系统第一节概述一、对助力转向系统的要求二、助力转向系统的功用（3）具有执行行驶的稳定性。自动回正功能（4）有随动作用。汽车转向角与驾驶员的操纵方向角一致。（5）可靠。能够保证大力转向的可靠性（1）能够有效减小操纵力。操纵力小于250Nm（2）转向性能好。助力作用快，转向性能好。（1）功用：以驾驶员操纵方向盘为输入信号，以车轮的角位移为输出信号的伺服机构——由液压系统实现。（2）产生一定的反向作用力矩，使得司机具有操纵手感。缺点：具有固定倍率的转向系统——汽车高速转向角显得过小，反之低速时显得过大。电子阻力转向系统可以克服这一缺点。（3）能够吸收路面对前轮的冲击力。三亚学院理工学院第十章汽车电动助力转向系统制动力分配图第一节概述三亚学院理工学院第十章汽车电动助力转向系统第一节概述一、对助力转向系统的要求二、助力转向系统的功用的组成三亚学院理工学院第十章汽车电动助力转向系统第一节概述三、助力转向系统的类型1．传统液压式助力转向系统2．电子控制式液压助力转向系统（下页图10-2）（1）常流式：汽车行驶过程中，方向盘是不转动时，流量控制阀保持在中间位置，油路保持畅通。（2）常压式：汽车行驶过程中，无论方向盘是否转动，整个液压系统始终保持高压。按液流形式分类缺点：若汽车高速运行调整方向盘力感，低速时显得力感过大。反之，则在高速时，会感到方向盘处于飘拂感觉。电子阻力转向系统可以克服这一缺点。电子阻力转向系统可以引入速度信号反馈，可以根据车速的状况，改变调节阻力转向装置的反馈力感，可以克服这一缺点。三亚学院理工学院第十章汽车电动助力转向系统第一节概述2．电子控制式液压助力转向系统——组成：电子控制系统、转向齿轮箱、油泵、分流阀组成。控制——电磁阀。三、助力转向系统的类型低速电流大，回流大，高速电流小，回流小。三亚学院理工学院第十章汽车电动助力转向系统电子控制器：检测轮速信号，判断车辆运行工况（停止、高速、低速）对电磁阀的电流进行线性控制，从而达到控制阻力转向的目的。力感调节：低速和大转角时，电流大，电磁阀吸力增加，液压调节用的油回流较多，作用在柱塞油压降低，操纵阀轴油压降低，操纵杆力感较小。反之则产生相反的效果。第一节概述三、助力转向系统的类型2．电子控制式液压助力转向系统助力过程：在转向盘的转向力作用下，扭杆就可以产生一定的扭矩作用在与驱动小齿轮固定在一起的旋转阀转过一定的角度，使得两阀的通道口相通，动力缸受到压力油的作用，驱动缸内的活塞左右移动，产生转向助力。三亚学院理工学院第十章汽车电动助力转向系统电动助力转向系统（EPS）：利用电动机的作用作为助力源。根据车速、转向等参数，由电子控制单元完成助力控制。第一节概述三、助力转向系统的类型3．电动助力转向系统系统组成——转矩传感器、车速传感器、电子控制电源、电动机、离合器、减速机构、转向轴、手动齿轮组成。电动助力转向系统（EPS）分类：转向柱助力式、齿轮助力式、齿条助力式。齿轮助力式——电动机固定在转向柱一侧，经减速机构与转向轴相连，直接驱动助力转向。转向柱助力式——电动机经减速机构与小齿轮相连，直接驱动齿轮助力转向。齿条助力式——电动机经减速机构驱动齿条产生助力转向。三亚学院理工学院第十章汽车电动助力转向系统（1）性能优第一节概述四、电动助力转向系统的特点（2）效率高（3）油耗小（4）路感好（5）回正好（8）应用范围广（9）装配性好，且易于布置（6）对环境污染小（7）可以独立于发动机工作三亚学院理工学院第十章汽车电动助力转向系统系统的组成系统的组成：转矩传感器、车速传感器、电子控制单元、电动机、离合器、减速机构、转向轴。手动齿轮条式转向器构成。第一节概述三、助力转向系统的类型2．电子控制式液压助力转向系统三亚学院理工学院第十章汽车电动助力转向系统原理：不转向时，助力电机不工作，转向盘转动时，与转轴相连的转矩传感器，不断地测出作用于转轴上的转矩，并由此产生一个对应的电压信号；同时，车速传感器测出车速信号（电压量），这两路信号被传送到ECU控制单元，经处理后，产生控制指令，控制电机转速，离合器的离合力矩。产生助力输出。一、电动助力转向系统结构第二节电动助力转向系统的结构及工作原理系统的组成三亚学院理工学院第十章汽车电动助力转向系统一、电动助力转向系统结构第二节电动助力转向系统的结构及工作原理1．转矩传感器转矩传感器在线圈W、V两端施加脉冲电压UiiokUU''1I(1)接触式转矩传感器接触式和非接触式转矩的大小正比于转角θ，输出电压也正比于θ，测量输出电压就可以反映转矩的大小。三亚学院理工学院第十章汽车电动助力转向系统一、电动助力转向系统结构第二节电动助力转向系统的结构及工作原理(1)非接触式转矩传感器1．转矩传感器转矩传感器在线圈W、V两端施加脉冲电压UiiokUU转矩的大小正比于转角θ，输出电压也正比于θ，测量输出电压就可以反映转矩的大小。三亚学院理工学院第十章汽车电动助力转向系统采用电磁感应式车速传感器，安装在变速器上，传感器根据车速的变化，把主、副两个系统的脉冲信号传送给ECU，由于是两个系统，因此信号的可靠性提高了。一、电动助力转向系统结构第二节电动助力转向系统的结构及工作原理2、车速传感器三亚学院理工学院第十章汽车电动助力转向系统一、电动助力转向系统结构第二节电动助力转向系统的结构及工作原理3．电动机EPS电动助力转向，的动力源是电动机。，功能是根据ECU发出的指令，调整助力的大小，产生相应的输出转矩。电动机具有正反转控制功能。控制电路如图所示。三亚学院理工学院第十章汽车电动助力转向系统一、电动助力转向系统结构第二节电动助力转向系统的结构及工作原理4．离合器1—滑环外引线连接器，2—线圈，3—压板，4—花键，5—从动轴，6—主动轮，7—滚子轴承，8—电动机。在车速的设定范围内，线圈2通以直流12V电压，将压板吸合（离合），电动机由ECU根据司机的操作方向运转，带动主动轮旋转，带动花键上的从动轮旋转产生转向助力。车速超出设定范围时，线圈2断电，转为司机无助力转向操作。三亚学院理工学院第十章汽车电动助力转向系统第二节电动助力转向系统的结构及工作原理5．减速机构6．电子控制单元作用：增加电动机的输出转矩。（1）蜗轮蜗杆减速机构（2）双行星齿轮式减速机构形式：用于：齿轮助力式及齿条助力式转向系统。用于：转向助力式转向系统。8位CPU，256zb内存RAM，4k的只读存储器ROM（硬盘）以及一个D/A转换器组成。要求：控制算法是关键，响应速度快。三亚学院理工学院第十章汽车电动助力转向系统第二节电动助力转向系统的结构及工作原理二、电动助力转向系统工作原理电子控制器：不转向时，助力电机不工作，转向盘转动时，与转轴相连的转矩传感器，不断地测出作用于转轴上的转矩，并由此产生一个对应的电压信号；同时，车速传感器测出车速信号（电压量），这两路信号被传送到ECU控制单元，经处理后，产生控制指令，控制电机转速，离合器的离合力矩。产生助力输出。三亚学院理工学院第十章汽车电动助力转向系统第三节电动助力转向系统的简单模型与运动特性一．电动助力转向的控制原理三亚学院理工学院第十章汽车电动助力转向系统第二节电动助力转向系统的结构及工作原理二．电动助力转向系统的工作原理1．助力控制3．阻尼控制2．回正控制电动机理想模型的基本方程为助力控制的过程是通过减速机构电动机转矩作用到机械转向系统（转轴、齿轮、齿条）上的一种控制模式。图10-6电动机控制电路。阻尼控制是汽车运行时为提高高速运行直线稳定性的一种控制模式。汽车高速运行时，如果转向过于灵敏，会影响汽车高速行驶的稳定性，为此，设置在死区范围内进行阻尼控制。改善转向回正特性的一种控制模式。根据转向盘转矩和转动的方向可以判断转向盘是否处于回正状态。一般用于低速行驶状态时的转向控制。三亚学院理工学院第十章汽车电动助力转向系统第三节电动助力转向系统的简单模型与运动特性二．电动助力转向的控制策略3．阻尼控制电动机理想模型的基本方程为因此，用一定占空比的PWM信号在电动机控制电路内部使电机短路电机旋转产生的反电动势形成阻碍电动机继续旋转的阻尼转矩，改变占空比，既可以改变阻尼转矩的大小。三亚学院理工学院第十章汽车电动助力转向系统第三节电动助力转向系统的简单模型与运动特性三、电动助力转向的控制逻辑计算机控制的电动转向系统车速感应控制型。随着车速的升高，助力转向系统的助力转矩应该减小，反之，低速时，助力转矩可以提高，故此，形成如图所示的理想控制逻辑组合关系。三亚学院理工学院第十章汽车电动助力转向系统第三节电动助力转向系统的简单模型与运动特性四、电动助力转向的控制流程图10—10控制软件流程图。三亚学院理工学院第十章汽车电动助力转向系统第三节电动助力转向系统的简单模型与运动特性四、电动助力转向的控制流程图10—10控制软件流程图。采集转矩信号三亚学院理工学院第十章汽车电动助力转向系统第四节电动助力转向的控制方法一、富士重工电动助力转向系统1．系统的结构特点三亚学院理工学院第十章汽车电动助力转向系统第四节电动助力转向的控制方法一、富士重工电动助力转向系统1．系统的结构特点2．系统的控制过程3．控制系统的功能三亚学院理工学院第十章汽车电动助力转向系统第四节电动助力转向的控制方法一、富士重工电动助力转向系统3．控制系统的功能（1）控制阻力转矩的功能三亚学院理工学院第十章汽车电动助力转向系统第四节电动助力转向的控制方法一、富士重工电动助力转向系统3．控制系统的功能（2）自诊断和安全功能三亚学院理工学院第十章汽车电动助力转向系统第四节电动助力转向的控制方法一、富士重工电动助力转向系统4．全电子控制电动助力转向系统的特点1）．可以十分灵活地修改转矩、转向角和车速信号的软件控制逻辑。能够通过软件自由的设置转向特性。2）．根据转向角进行回正控制，根据转向角速度进行阻尼控制，能够利用软件设置转向助力特性。3）．由于只有需要时，电动机才进行运行，故此助力损耗和燃油损耗均能够降到最低。4）．可以利用电动机惯性的质量阻尼效应，可以使转向轴的抖（颤动）动降低到最小。三亚学院理工学院第十章汽车电动助力转向系统第四节电动助力转向的控制方法二、三菱“米尼卡车电子控制电动助力转向系统l一车速传感器，2一速度表引出电缆的部位，3—传动轴，4一副驾驶员脚下部位，5一车速信号(主)，6一车速信号(副)，7一EcPs电子控制器，8一点火电源信号，9一蓄电池信号，10一发电机信号，11一指示灯电流信号，12一提高怠速电流信号，13一电动机电流信号，14一离合器电流信号，15—转矩信号(主)，16一转矩信号(副)，17一电动机，18一扭杆，19一齿条，20一小齿轮，2l—传动齿轮，22一电动机齿轮，23一离合器，24一转矩传感器，25一转向器齿轮总成，26一电动机与离合器，27一发动机电子控制器，28一怠速提高电磁阀，29一指示灯，30一交流发电机(L端子)，31—熔丝，32一点火开关。三亚学院理工学院第十章汽车电动助力转向系统第四节电动助力转向的控制方法二、三菱“米尼卡车电子控制电动助力转向系统三亚学院理工学院第十章汽车电动助力转向系统第四节电动助力转向的控制方法二、三菱“米尼卡车电子控制电动助力转向系统图10·15电子控制器电路示意图1一点火开关(IGI),2一交流发电机(L端子),3一易熔线,4一电动机与离合器,4．1一电动机,4．2一离合器,5一转矩传感器,5．1一副传感器,5．2一主传感器,6一自我修正控制，7一发电检测，8一电源电路，9一电流极性控制，10一驱动电路，1l