电动转向系统

凤舞残雪

电动转向系统概述
最早的电动转向系统出现在上世纪七十年代中期，当时采用这种系统的目的是为了：当车辆行驶中，发动机突然停止工作，失去液压转向助力时，防止突然失去对车辆的控制，此时用蓄电池供电的电动转向系统投入工作。
1.     不转向时，不消耗功率，比液压转向系统可降低燃油消耗3～5％
2.       改善车辆操纵性能，助力的大小，可以通过控制单元中的软件，容易实现随车速等的变化而变化
3.       结构紧凑、重量轻
4.       工作时噪音小
5.       比液压转向系统结构简洁，无油泵、液压油、橡胶软管、油罐等
6.       符合环保要求，车辆报废时，不需去处理液压油、橡胶软管等，也无液压油的泄漏问题
7.       安装简化（特别对于发动机后置和中置的车辆），装配时可节省时间三分半钟。
因此，预测在未来的车辆中，电动转向系统使用的数量会愈来愈多，见图1。

图1
电动转向系统可分为以下四大类：
1.     液压电动转向系统(Electro-Hydraulic Power Steering  EHPS)
2.     电动转向助力系统(Electrically Power Assisted Steering  EPAS 或EPS)
3.     主动前轮电动转向系统(Active Front Steering AFS)
4.     线控电动转向系统(Electric Power Steering by wire EPS－by wire或steering by wire SBW)
下面分别介绍之。
液压电动转向系统
这类转向系统的特点是：液压油泵的驱动与发动机无关，改成由智能电控单元ECU控制的高性能直流无刷电机驱动，它们可根据转向需要向液压转向助力器提供压力油。与传统转向助力系统相比，根据不同的车型，油耗的降低，大约可以达到3％以上。而且车辆的操纵性能也有提高。图2是DANA公司开发的电动转向油泵模块，它们已成功地应用在Chevy Silverado 及 GMC Sierra 轻度并联混合动力皮卡的转向系统上。这两种皮卡装有5.3升的V型发动机、Hydra-Matic 4L60-E四速自动变速箱、一组42V铅酸电池以及一台发动机与变速箱之间的辅助电机，此电机作为发电机使用时，可有14kw的发电能力。

图2
此专门为42V系统开发的油泵模块将电机、油泵、电控单元、油箱等集成为一个整体。可以很方便地布置在车辆上任何合适的地方。DANA公司认为未来EHPS 将取代传统的液压转向助力系统，该公司预测2010左右，欧洲全部小客车的三分之一将采用EHPS ，全球市场潜力将由2001年的2500万美元增加到2010年的7000万美元，那时全球每年的EHPS产量达到1000万套。
图3 是清华大学电动车辆研究室，为完成863燃料电池大客车项目，而开发的第一代电动转向油泵，该电动油泵由一个额定功率为1.5Kw的直流永磁电机驱动，可输出的最大流量为17升/分，安全阀的设定压力为13Mp，其工作由一个专为它设计的控制器控制，它们已成功地应用于863燃料电池大客车项目的数辆试验样车上。
  
图3
电动转向系统
电动转向系统是一种全电动，且与发动机无关的动力转向系统。这种系统取消了传统的液压油泵、软管、液压油、皮带和皮带轮等零件。与液压转向系统相比燃油消耗可减少4％左右。

图4
图4是一种安装在转向柱上的电动转向助力系统，它由一个电机、电控单元ECU、一个齿轮齿条式转向器、两个传感器组成。这两个传感器，一个为扭矩传感器，用以检测驾驶员转动方向盘的力，另一个传感器用来检测方向盘转动方向和转动速度（角度）。对一个典型的EPS（或EPAS）系统，由四个基本部分组成其核心，见图5，即：
       来自车辆速度传感器的读数
       来自方向盘转动力矩、转动方向、转动角度（速度）传感器的读数
       信号与系统处理单元
       电机

图5
信号与系统处理单元，接收来自车辆速度传感器的读数，和来自方向盘转动力矩、转动方向、转动角度（速度）传感器的读数后，按预先编制好的算法程序，由其中的中央处理器对它们进行复杂的控制运算与处理后，由控制单元向“动力单元”送出相应的控制指令，然后动力单元再向电机供应相应的电流，使带动方向柱的电机力矩和方向得到控制，实现需要大小的转向助力。图6 给出了某EPS系统所设计的，在不同车速下，转向助力电流与方向盘转动力矩之间的关系曲线。

图6
根据电动转向助力单元在电动转向系统中安装位置的不同，见图7，可分为：

图7
       转向柱型EPS——  型式的EPS，其动力辅助单元、控制器、力矩传感器等都装在转向柱上，系统结构紧凑，不论是固定式转向柱或是倾斜式转向柱以及其它型式转向柱，都能安装，这种结构适用于中型车辆。
       齿条型EPS—— 这种结构型式的EPS，其动力辅助单元安装在转向机构的齿条上，动力辅助单元可以装在齿条的任何位置，增加了结构设计布置的灵活性。动力辅助单元的大减速比，使得惯性很小同时打方向盘的感觉非常好。
       小齿轮型EPS——这种结构型式的EPS，其动力辅助单元安装在转向机构的小齿轮轴上，由于动力辅助单元在车厢外面，使得即使辅助力矩有很大增加也不会增加车厢内的噪声。如果再将它与可变速比的转向器结合在一起，该系统的操纵特性将会非常好。
       直接驱动型EPS——转向齿条与动力辅助单元形成一个部件，该系统很紧凑，而且容易将它布置在发动机舱内，由于直接对齿条通过助力，摩擦与惯性都很小，进而打方向盘的感觉很理想。
图8是本田公司开发的EPS电动转向器。
  
图8
该电动转向助力系统由一个齿轮齿条式转向器与一个齿条同心安装的电机组成；电机通过一个循环球驱动机构，推动齿条左右移动。“转向传感器”安装在输入軸齿轮壳体内。转向传感器实际上有两个，一个是力矩传感器，它将转向力矩大小及方向转换为电信号，另一为旋转传感器，它将转动速度与转动方向转换为电信号。壳体内还有一块接口电路，它将这些信号转变成微处理控制单元能处理的信号。
微处理控制单元接收上述信号和来自车速传感器的信号后，经过存储在存储器中的程序的处理，向动力单元送出控制信号，然后动力单元向电机供应与要求的转向助力大小所需的电流，电机则通过循环球驱动机构，推动齿条左右移动。
如果方向盘转动到最大转角位置，并保持在此位置，以及转向助力也达到最大时，控制单元减小供给电机的电流，以防止电机过载和损坏电机。另外，控制单元也提供由于发电机或充电失灵引起的电压冲击，以保护电机。

图9
图9 所示，该齿轮齿条转向机构的速比是变化的，方向盘在中间位置时的速比，大于在行程的两端时的速比，改善了转向操作性能。
图10是本田的EPS系统在车上的布置情况，图11是电控单元ECU的框图。

图10
该系统有三种工作模式：
       正常控制模式  此模式，响应来自转向力矩和旋转传感器的信号，提供左右转向助力
       返回控制模式  在完成转向后，用此模式，帮助转向回正
       阻尼控制模式  随车速的变化来改善路感和对反冲的不良反应进行阻尼

图11
该电动转向助力系统，通过监控系统的输入输出和电机的驱动电流，还具有故障自诊断功能，如果发生问题，通过动力单元中，失效安全继电器的动作，控制单元就将系统关闭。这样转向助力全部取消，系统回复到手动转向，EPS报警灯闪烁，向驾驶员报警。
主动前轮电动转向系统
现在我们以BMW公司E60 5和E63 6系列新车型中可选用的“主动前轮转向系统（AFS）为例，来对它进行介绍。当车辆要以很小的转弯半径转弯时，这种转向系统不必要求驾驶员把他的胳膊交叉地放在方向盘上；以及停车转向时只需要转动方向盘很小的角度就可以轻松地转向（图12，13），提高了车辆操纵性能。

图12
AFS转向系统与各种转向助力系统相比，不仅仅减轻方向盘操纵力，而是一种电子化的、转向转动比可变的、必要时可与动态稳定控制DSC配合工作的系统，其转向转动比直接与车辆速度、行车模式、道路状况有关。在正常道路条件下，低速和中速行驶时，方向盘的输入角与前轮转向角比例较小，例如1：10，转向感觉变得更为直接，驾驶员只需对转动方向盘转动很小角度，就可不费力地使前轮转动较大角度，以增加在交通繁忙的城市道路上的车辆操控性，尤其是提供了停车转向时，驾驶车辆的敏捷度。高速行驶时，转向速比变大，例如1：20，转向则变得 “迟钝”以提供更加安全的操纵稳定性。

图13
为了保持人们熟悉的驾驶方式和驾驶感觉，该系统并未采用完全电子化的线控操纵系统，其方向盘与前轮仍是机械地连接，只是在方向盘转向柱与齿轮齿条式转向机构之间，安装了一个方向盘和电机共同驱动的行星机构（方向盘与太阳轮连接，电机与齿圈连接），见图7－14。AFS系统中还有两个传感器,一个是方向盘转角传感器，用来测量转动方向盘转速和角度值，另一个侧滑传感器用来测量实际车辆的侧滑率（yaw rate），这两个信号通过计算机计算、比较，可以知道车辆是过度转向还是不足转向；决定对车轮转向角度进行修正的量，然后调整与行星机构齿圈相连接的电机转速，改变输入与输出軸之间的速比；AFS还可以通过与DSC（Dynamic Stability Control，动态稳定控制）密切配合，当车辆行驶在光滑路面或转弯过急，出现严重不足转向，计算机则使内后轮进行适当制动，以对转向特性进行修正。（某些系统，如Bosch的系统，还会减少发动机输出，以便配合）；如果是严重过度转向，则对外前轮进行适当制动， 提高了车辆转弯时的行驶安全稳定性。

图14
当电动转向失灵示，图14中的电磁锁止机构接合，保证转向机构仍能工作。
线控电动转向系统
线控电动转向系统代表了下一代车辆转向系统的发展方向，这是因为与传统转向系统比较，它去掉了方向盘与车轮之间直接的机械运动学连接，通过控制算法可以实现智能化车辆转向，使车辆的操纵安全更有保证；同时比传统转向系统更节省安装空间、重量更轻；还有它提供了整车设计布置的极大灵活性。线控电动转向系统的概念可以用图7－15来说明。

图15
整个这种系统可以划分为三大主要部分：
       方向盘子系统
       车轮转向子系统
       电子控制子系统
方向盘子系统包含了提供驾驶员转向输入的传感器、模拟车轮转向阻力，提供路感的部件、使方向盘回正的装置等。车轮转向子系统主要应包含有：一个由电机驱动的车轮转向执行装置、反映车辆当前状态的各种传感器等。整个系统的工作如下：来自方向盘传感器和各种车辆当前状态的信息送给电子控制子系统后。利用计算机对这些信息进行控制运算，然后对车辆转向子系统发出指令，使车辆转向。同时车轮转向子系统中的转向阻力传感器给出的信息也经电子控制子系统，传给方向盘子系统中模拟路感的部件。
线控传动系统在飞机上的应用已存在多年，但是与汽车转向系统的设计要求不同，因此它们只能提供有限的参考。汽车线控转向系统应有自己的结构特点和危险隐患控制策略。有关这方面的论述参考相关文献。

audiom

好东西，下载个先了！

audiom

下载不好，直接打开看看先

loveusky

有图就好了

seaforestlove

谢谢了，真是个好东西

nereus

不错，好好学习一下