汽車防滑和轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng).ppt

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1、第 7章 汽車防滑與轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng) 概述 汽車操縱穩(wěn)定性是保證汽車行駛安全的重 要性能，是提高行車速度的重要保證，汽 車防滑與轉(zhuǎn)向控制是提高操縱穩(wěn)定性的重 要措施，主要包括 制動防抱死系統(tǒng) （ ABS）、 電子制動力分配系統(tǒng) （ EBD）、 驅(qū)動防滑 轉(zhuǎn)控制系統(tǒng) （ ARS）和 電控汽車穩(wěn)定行駛系 統(tǒng) （ ESP）等 汽車制動性能的評價指標 制動效能 制動性能 最基本 的評價指標 制動效能的恒定性 最主要的就是 抗熱衰退性能 制動時汽車方向的穩(wěn)定性 制動力與附著系數(shù) x u X Z r M F 制動時的車輪受力分析 a）縱向； b）橫向 附著系數(shù)與滑移率關(guān)系 車輪的縱向運動可分為： 純滾動 ，

2、純滑動 和邊滾邊 滑 車輪與地面之間的附著系數(shù) 除了與 車輪狀況 、 地面狀 況 有關(guān)外，還與 車輪的運動狀態(tài) 有關(guān) %100 v rvs 理想狀態(tài) ：滑移率保持在 10%20%,獲得較大的縱向、側(cè) 向附著系數(shù) 防滑控制系統(tǒng) 汽車防滑控制是提高操縱穩(wěn)定性的重要措 施，主要包括制動防抱死系統(tǒng)（ ABS）、 電子制動力分配系統(tǒng)（ EBD）、驅(qū)動防滑 轉(zhuǎn)控制系統(tǒng)（ ARS）和電控汽車穩(wěn)定行駛 系統(tǒng)（ ESP）等 防滑控制系統(tǒng) 1.制動防抱死系統(tǒng)在制動過程中，通常將車輪滑移率控制在 10%20%的范圍內(nèi)。 制動防抱死系統(tǒng) (ABS) 都是在制動過程中，通過 調(diào) 節(jié) 輪缸（或制動氣室）的 制動壓力 使作

3、用車輪的制動力矩 受到控制，從而控制車輪的滑移率。 2.驅(qū)動防滑系統(tǒng)在驅(qū)動過程中，通常將車輪滑移率控制在 5%15%的范圍內(nèi)。 而防滑驅(qū)動控制系統(tǒng) (ASR) 在驅(qū)動過程中通常可以通 過 調(diào)節(jié) 發(fā)動機的輸出轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)動系的傳動比、差速器的鎖 緊系數(shù)等控制作用于驅(qū)動車輪的 驅(qū)動力矩 ，以及通過調(diào)節(jié) 驅(qū)動車輪制動輪缸（或制動氣室）的制動壓力控制作用于 驅(qū)動車輪的制動力矩。實現(xiàn)對驅(qū)動車輪牽引力矩的控制。 制動防抱死系統(tǒng) ABS的作用 ： 改善了汽車制動時的方向穩(wěn)定性 縮短了制動距離 增加了汽車制動時的轉(zhuǎn)向操縱能力 減少了輪胎磨損 驅(qū)動防滑系統(tǒng) ASR的作用： 防止汽車在起步、加速和滑溜路面行 駛時驅(qū)動

4、輪的滑轉(zhuǎn) 提高汽車的牽引性和操縱穩(wěn)定性以及 燃料經(jīng)濟性 減少事故發(fā)生率 打滑 有 TRAC 無 TRAC 可控 汽車防抱死制動系統(tǒng) 前輪抱死 失去轉(zhuǎn)向能力 后輪抱死 側(cè)滑甚至掉頭（ 危險 ） 為了防止制動時車輪被抱死進行純粹的滑移，提 高制動時的轉(zhuǎn)向操作能力和方向穩(wěn)定性，縮短制 動距離，這種汽車防滑控制系統(tǒng)叫 防抱死制動系 統(tǒng) 防抱死制動系統(tǒng)的優(yōu)點 制動 無 ABS 有 ABS 行駛方向 障礙物 汽車防抱死制動系統(tǒng)的形式 基本概念： 控制通道 ：能夠進行制動壓力調(diào)節(jié)的制動管路 獨立控制 ：車輪的制動壓力可以進行單獨調(diào)節(jié) 一同控制 ：兩個車輪的制動壓力一同進行調(diào)節(jié) 低選原則 ：按附著力較小的車輪

5、不發(fā)生抱死 進行壓力調(diào)節(jié) 高選原則 ：按附著力較大的車輪不發(fā)生抱死 進行壓力調(diào)節(jié) 汽車防抱死制動系統(tǒng)的形式 按通道數(shù)分 ： 四通道 三通道 雙通道 單通道 二、制動防抱死系統(tǒng)的組成與工作原理 1制動防抱死系統(tǒng)的組成 ABS的工作過程 常規(guī)制動 制動壓力降低 制動壓力保持 制動壓力升高 這是一個無限循環(huán)的調(diào)整過程，永遠 在調(diào)整的過程中。 一、車輪轉(zhuǎn)速傳感器 【 別名 】 輪速傳感器、轉(zhuǎn)速傳感器 【 作用 】 檢測車輪的轉(zhuǎn)速，送給 ECU決定是否開始進行防抱死制 動。 【 安裝位置 】 車輪上。 【 結(jié)構(gòu) 】 由傳感器頭和齒圈組成。按傳感器頭的外形分 鑿式極軸 車速傳感器頭 、 柱式極軸車速傳感器

6、頭 和 菱形極軸車速傳感器頭 。 前輪安裝位置 后輪安裝位置 制動盤 傳感器 齒圈 支架 傳感器 鑿式極軸 柱式極軸 電纜 永磁體 外殼 感應(yīng)線圈 極軸 齒圈 車速傳感器頭剖視圖 車速傳感器工作原理 轉(zhuǎn)子 感應(yīng)線圈 永久磁鐵 車輪轉(zhuǎn)速傳感器 二、制動壓力調(diào)節(jié)器 【 作用 】 接受 ECU的指令，通過電磁閥的動作來實現(xiàn)車輪制動器 制動壓力的調(diào)節(jié)。 現(xiàn)代轎車常用 液壓式制動壓力調(diào)節(jié)器 。 循環(huán)式制動壓力調(diào)節(jié)器： 電磁閥直接控制制動壓力。 可變?nèi)莘e式制動壓力調(diào)節(jié)器： 電磁閥間接控制制動壓力。 3位 3通電磁閥基本結(jié)構(gòu)及簡化圖 在制動主缸和制動輪缸之間串連一個 電磁閥 ，由電磁閥的通斷來控制 油路的壓

7、力。 電磁閥有 3/3、 2/2等多種類型。 電磁閥由 ECU控制，實現(xiàn) 升壓 、 保壓 、 減壓 三種狀態(tài)。 固定 鐵芯 線圈 2A電 流 5A電 流 通輪缸 通儲 能器 通主缸 柱 塞 升壓 保壓 減壓 制動壓力調(diào)節(jié)裝置 電磁換向閥 儲液罐、液壓泵和電動機總成 作用就是執(zhí)行器的壓力降低裝置 傳感器 ABS電控單 元 制動燈開 關(guān) ABS液壓泵電 機和低壓儲能 器 液壓控制單元 車輪轉(zhuǎn)速傳感器 ABS警告燈 故障診斷插 座 執(zhí)行元件 1、循環(huán)式制動壓力調(diào)節(jié)器 制動輪缸 電磁閥 回油泵 儲液器 制動主缸 回油泵 ：電磁閥在 減壓 時，從制動輪缸流出的 制動液經(jīng)儲能器由回油 泵泵回制動主缸。 儲

8、液器 ：電磁閥在 減壓 時，從輪缸流出的制動 液由儲 液 器暫時儲存， 然后由回油泵泵回主缸。 循環(huán)式制動壓力調(diào)節(jié)器基本結(jié)構(gòu) 循環(huán)式制動壓力調(diào)節(jié)器工作原理： 升壓（常規(guī)制動） 主缸 踏板 液壓部件 線圈 儲液器 ECU 傳感器 輪缸 電磁閥 回油泵 電磁閥不通電 ， ABS不工 作，回油泵也不工作，進 入 常規(guī)制動 階段。 循環(huán)式制動壓力調(diào)節(jié)器工作原理： 減壓 主缸 踏板 液壓部件 線圈 儲液器 ECU 傳感器 輪缸 電磁閥 回油泵 電磁閥通較大的電流 ，電 磁閥處于 減壓 位置， ABS 工作。 循環(huán)式制動壓力調(diào)節(jié)器工作原理： 保壓 主缸 踏板 液壓部件 線圈 儲液器 ECU 傳感器 輪缸

9、電磁閥 回油泵 電磁閥通較小的電流 ，電 磁閥處于 保壓 位置， ABS 工作。 循環(huán)式制動壓力調(diào)節(jié)器工作原理： 升壓 主缸 踏板 液壓部件 線圈 儲液器 ECU 傳感器 輪缸 電磁閥 回油泵 電磁閥不通電 ， ABS不工 作，回油泵也不工作，進 入 常規(guī)制動 階段。 低壓儲 能器 總泵 助力器 常開閥 常閉閥 吸入閥 壓力閥 液壓泵 車輪制動器 常規(guī)制動階段 ： 常開 閥斷電 -ON，常閉閥 斷電 -OFF，來自制動 總泵的制動液進入制 動輪缸。此時 ABS不 工作。 電磁閥 2/2 ABS控制過程升壓 低壓儲 能器 總泵 助力器 常開閥 常閉閥 吸入閥 壓力閥 液壓泵 車輪制動器 減壓階段

10、 ：保壓后， 若車輪仍趨于抱死時， 常開閥通電 -OFF，常 閉閥通電 -ON，制動 輪缸內(nèi)的制動液進入 儲能器，并由液壓泵 泵回到制動總泵。 減壓后，車輪轉(zhuǎn)速上升若太快，再次進入 到升壓階段，進入新的一個循環(huán)，重復(fù)上 述過程，直至汽車停車為止。 7、電磁閥 2/2 ABS工作原理減壓 低壓儲 能器 總泵 助力器 常開閥 常閉閥 吸入閥 壓力閥 液壓泵 車輪制動器 保壓階段 ：當(dāng)車輪趨 于抱死時， 常開閥通 電 -OFF，常閉閥斷電 - -OFF，通往制動輪缸 的通道被切斷，輪缸 內(nèi)的油壓保持不變。 6、電磁閥 2/2 ABS工作原理保壓 3制動防抱死系統(tǒng)的工作范圍 防抱死只在汽車速度超過一定

11、值才進行壓力調(diào)節(jié)，當(dāng) 車速低于一定值，防抱死制動系統(tǒng)自動終止制動壓力 調(diào)節(jié) 只有當(dāng)在制動過程中有車輪趨于抱死，防抱死制動系 統(tǒng)才會趨于抱死的車輪進行壓力調(diào)節(jié)，防止該車輪抱 死拖滑 防抱死制動系統(tǒng)具有自診功能，能過對系統(tǒng)的工作情 況進行檢測，一旦發(fā)現(xiàn)影響系統(tǒng)正常工作的故障，關(guān) 閉防抱死制動系統(tǒng)，并點亮防抱死制動報警燈，給駕 駛員報警信號，常規(guī)制動不受影響 制動防抱死系統(tǒng)的 ECU 接受傳感器信息計算車輪轉(zhuǎn)速、加減速度、車 輪滑移率，并判斷車輪是否有抱死趨勢，然后 向制動壓力調(diào)節(jié)器發(fā)出制動壓力控制指令，由 制動壓力調(diào)節(jié)器執(zhí)行壓力調(diào)節(jié)的任務(wù) 。 2制動防抱死系統(tǒng)的 ECU 制動防抱死系統(tǒng)的 ECU的

12、功能 制動時車速的控制 初始檢測功能 故障檢測功能 傳感器檢測功能 失效保護功能 防抱死制動系統(tǒng)的特點 1. 改善制動效能 2. 改善制動時的方向操作性 3. 改善制動時的橫向穩(wěn)定性 4. 減小輪胎的局部磨損 5. 減輕駕駛員的勞動強度，提高了乘客 的乘坐的舒適性的安全性 6. 使用方便，工作可靠 電控驅(qū)動防滑 /牽引力控制系統(tǒng) 汽車驅(qū)動防滑系統(tǒng) ASR Acceleration Slip Regulation TCS Traction Control System）， ASR系統(tǒng)是繼 ABS后采用的一套防滑控制系統(tǒng)，是 ABS功能的進一步發(fā)展和重要補充。 ASR系統(tǒng)和 ABS 系統(tǒng)和密切相關(guān)

13、，通常配合使用，構(gòu)成汽車行駛的主 動安全系統(tǒng) 目前，汽車 ABS系統(tǒng)中的電控單元一般都預(yù)留 ASR功 能端子，為選裝 ASR系統(tǒng)提供了便利條件 ASR的基本組成 ASR的基本組成： ECU： ASR電控單元 執(zhí)行器：制動壓力調(diào)節(jié)器 節(jié)氣門驅(qū)動裝置 傳感器：車輪車速傳感器 節(jié)氣門開度傳感器 二、 ASR系統(tǒng)的防滑控制原理 即牽引力的最大值為路面附著力，或者說附著 力是路面?zhèn)鬟f牽引力的極限 汽車在起動、加速過程中，則需要提高路面 的附著系數(shù)。附著系數(shù)是一個與車輪滑轉(zhuǎn)程度 有關(guān)的變量。汽車驅(qū)動能力的高低反映在對路 面最大附著系數(shù)的利用率上 3 ASR的優(yōu)點 汽車起步，行駛中驅(qū)動輪可提供最佳驅(qū)動力 與

14、無 ASR相比，提高了汽車的 動力性 ，特別 是在附著系數(shù)較小的路面上，起步、加速性 能和爬坡能力較佳。 能保持汽車的方向穩(wěn)定性和前輪驅(qū)動汽車的 轉(zhuǎn)向控制能力 。路面附著系數(shù)越低，行駛穩(wěn) 定性提高越明顯 減少了輪胎的磨損和發(fā)動機油耗 。 驅(qū)動防滑系統(tǒng)的控制原則 后輪驅(qū)動 車速低時 ，兩后輪 獨立控制 或按 高選原則一同控制 車速高時 兩后輪按 低選原則一同控制 前輪驅(qū)動 兩前輪都按 獨立控制 四輪驅(qū)動 前輪 獨立控制 后輪 車速低時 獨立控制或高選原則一同控制 后輪 車速高時 低選原則一同控制 ASR系統(tǒng)防止驅(qū)動輪在驅(qū)動時打滑的控制 方式 發(fā)動機轉(zhuǎn)矩控制 汽油機 ：減少噴油量、推遲點火時間節(jié)氣

15、門位置調(diào)整及采用 輔助空氣裝置； 驅(qū)動輪制動控制 直接對發(fā)生空轉(zhuǎn)的驅(qū)動輪加以制動，反映時間最短，但從舒適性和 防止制動器過熱的因素考慮，制動力不能太大，對制動時間必須限 制 差速器鎖止控制 綜合控制 一是同時控制發(fā)動機輸出功率和 車輪的制動力； 控制信號同時起動 ASR制動壓力調(diào)節(jié)器和輔助節(jié)氣門調(diào) 節(jié)器 ， 在對驅(qū)動車輪施加制動力的同時減小發(fā)動機的輸出 功率 ， 以達到理想的控制效果 。 總結(jié)： ）前三項一般不作為單獨控制方式使用。 ）汽車行駛過程中，路面滑溜情況千差萬 別，驅(qū)動力的狀態(tài)也是不斷變化，綜合控制系 統(tǒng)將根據(jù)發(fā)動機的狀況和車輪滑轉(zhuǎn)的實際情況 采取相應(yīng)的控制。 ASR的基本組成 防滑

16、控制原理 1. 車輪轉(zhuǎn)速傳感器把信號送控制器 2. 控制器計算滑轉(zhuǎn)率 3. 滑轉(zhuǎn)率超出控制目標，根據(jù)節(jié)氣門開度，發(fā) 動機轉(zhuǎn)速、等確定控制方式，輸出控制信號 使相應(yīng)的執(zhí)行器動作 防滑控制原理 控制發(fā)動機的輸出功率 調(diào)節(jié)主節(jié)氣門前方的副節(jié)氣門的開度 調(diào)節(jié)點火和噴油時間（只用于發(fā)動機輸出功率的瞬 時調(diào)節(jié)） 控制車輪的制動力 滑磚率控制較快，但考慮到制動器發(fā)熱，舒適性， 只適用于車速不高，短時間情況下 發(fā)動機輸出功率和驅(qū)動車輪的制動的綜合控制 1 兩車輪同時滑轉(zhuǎn)，高轉(zhuǎn)速，高車速，先減小功率， 不行的化，再制動 2兩車輪滑轉(zhuǎn)率不一致，發(fā)動機輸出功率小，車速不 高，先制動，再輔以減小發(fā)動機輸出功率 ASR

17、的傳感器 1 車輪車速傳感器：與 ABS系統(tǒng)共享 。 2 節(jié)氣門開度傳感器：與發(fā)動機電控系統(tǒng)共 享 。 3 ASR選擇開關(guān)： ASR專用的信號輸入裝置 。 ASR選擇開關(guān)關(guān)閉時 ASR不起作用 。 ASR的電子控制單元（ ECU） ASR的 ECU也是以微處理器為核心，配以輸 入輸出電路及電源等組成。 ASR與 ABS的一些信號輸入和處理是相同的， 為減少電子器件的應(yīng)用數(shù)量， ASR控制器與 ABS電控單元常組合在一起。 （ 3） ASR的執(zhí)行機構(gòu) （ ASR制動壓力源是蓄壓器，通過電磁閥來調(diào)節(jié)驅(qū) 動車輪制動壓力大?。?1）制動壓力調(diào)節(jié)器 單獨方式 ： ASR制動壓力調(diào)節(jié)器和 ABS制動壓力調(diào)

18、 節(jié)器結(jié)構(gòu)上各自分開 組合方式 ： ASR制動壓力調(diào)節(jié)器和 ABS制動壓力調(diào) 節(jié)器結(jié)構(gòu)上各自共用 2）節(jié)氣門驅(qū)動裝置 由步進電動機和傳動機構(gòu)組成， 并根據(jù) ASR控制器輸出的控制脈沖轉(zhuǎn)動規(guī)定的轉(zhuǎn)角，通 過傳動機構(gòu)帶動輔助節(jié)氣門轉(zhuǎn)動。 組合方式 ： ASR制動壓力 調(diào)節(jié)器 節(jié)氣門驅(qū)動裝置 ASR控制系統(tǒng)通過改變發(fā)動機輔助節(jié)氣門的開度來控 制發(fā)動機的輸出功率 。 節(jié)氣門驅(qū)動裝置由步進電機和傳動機構(gòu)組成 。 ASR不起作用時 ， 輔助節(jié)氣門處于 全開位置 ， 當(dāng)需要減少發(fā)動機驅(qū)動力來控制車輪滑轉(zhuǎn)時 ， ASR控制器輸出信號使輔助節(jié)氣門驅(qū)動機構(gòu)工作 ， 改 變輔助節(jié)氣門開度 。 戴維斯 MK4防滑控制

19、系統(tǒng) 防滑控制開關(guān) 制動開關(guān) 制動踏板行程傳感器 防滑控制系統(tǒng)報警燈 進行防滑控制時會點亮，直至防滑控制過程結(jié)束， 燈滅 如果在進行防滑控制時車速達到 40km/h，防滑自 動退出，報警燈滅 驅(qū)動防滑控制過程的時間超過設(shè)定的時間限值， 退出防滑控制，以防制動器過熱，報警燈滅，經(jīng) 預(yù)定的冷卻以后，防滑過程繼續(xù) 豐田車系防抱死制動與驅(qū)動防滑（ ABS/TRC） 豐田公司把 ASR稱作牽引力或驅(qū)動理控制系統(tǒng)，常用 TRC Traction Control System表示。 電子控制器 ECU：與 ABS共用 ASR（ TRC） 車輪車速傳感器：與 ABS共用 系統(tǒng)組成 制動壓力調(diào)節(jié)器：控制驅(qū)動輪制

20、動管 路 副節(jié)氣門：設(shè)有節(jié)氣門開度傳感器 ASR（ TRC） 系統(tǒng)工作過程： ASR系統(tǒng)與 ABS系統(tǒng)的比較 ASR和 ABS相同點 都是控制車輪和路面的滑移率 ， 以使車輪與地面的附著力不下降 ， 因此兩系統(tǒng)采 用的是相同的技術(shù) ， 它們密切相關(guān) ， 常結(jié)合在一 起使用 ， 共享許多電子組件和共同的系統(tǒng)部件來 控制車輪的運動 ， 構(gòu)成行駛安全系統(tǒng) 。 ASR系統(tǒng)與 ABS系統(tǒng)的 不同 主要在于 （ 1） ABS系統(tǒng)是防止制動時車輪抱死滑移 ， 提 高制動效果 ， 確保制動安全 ； ASR系統(tǒng) （ TRC） 則是防止驅(qū)動車輪原地不動而不停的滑轉(zhuǎn) ， 提高 汽車起步 、 加速及滑溜路面行駛時的牽

21、引力 ， 確 保行駛穩(wěn)定性 。 （ 2） ABS系統(tǒng)對所有車輪起作用 ， 控制其滑 移率；而 ASR系統(tǒng)只對驅(qū)動車輪起制動控制 作用 。 （ 3） ABS是在制動時 ， 車輪出現(xiàn)抱死情況下 起控制作用 ， 在車速很低 （ 小于 8km/h） 時不 起作用；而 ASR系統(tǒng)則是在整個行駛過程中 都工作 ， 在車輪出現(xiàn)滑轉(zhuǎn)時起作用 ， 當(dāng)車速很 高 （ 80120 km/h） 時不起作用 。 （ 4） ASR處于防滑轉(zhuǎn)控制過程中 ， 如果汽 車制動 ， ASR就立刻終止防滑轉(zhuǎn) ， 以使制動 過程不受 ASR的影響 電子穩(wěn)定程序（ ESP） 1995年博世公司推出了電子穩(wěn)定程序（ ESP系統(tǒng)）。實際

22、上 ESP系統(tǒng)也是一種牽引力控制系統(tǒng)，但是與其它牽引力 控制系統(tǒng)比較， ESP不但控制驅(qū)動輪，而且可控制從動輪 。 如后輪驅(qū)動汽車出現(xiàn)轉(zhuǎn)向過度時， ESP便會慢剎外側(cè)的前 輪來穩(wěn)定車子，防止后輪失控而發(fā)生甩尾現(xiàn)象；在轉(zhuǎn)向過 小時，為了校正行駛循跡方向， ESP則會慢剎內(nèi)側(cè)后輪， 從而校正行駛方向。 ESP是一個主動安全系統(tǒng)，通過有選 擇性的分缸制動及發(fā)動機管理系統(tǒng)干預(yù)，防止車輛滑移。 ESP判定為出現(xiàn)轉(zhuǎn)向不足將制動內(nèi)側(cè)后輪，從而穩(wěn)定車輛。 當(dāng) ESP判定為出現(xiàn)轉(zhuǎn)向過度將制動外側(cè)前輪，防止出現(xiàn)甩 尾，并減弱過度轉(zhuǎn)向趨勢，從而穩(wěn)定車輛。如果單獨制動 某個車輪不足以穩(wěn)定車輛， ESP將通過降低發(fā)動機

23、扭矩輸 出的方式來制動其它車輪來滿足需求。 電子穩(wěn)定程序（ ESP） ESP系統(tǒng)包含 ABS（防抱死剎車系統(tǒng)）及 ASR （驅(qū)動防滑轉(zhuǎn)系統(tǒng)），是這兩種系統(tǒng)功能上的 延伸。因此， ESP稱得上是當(dāng)前汽車防滑裝置 的最高級形式。 ESP系統(tǒng)由 控制單元 及 轉(zhuǎn)向傳感器 （監(jiān)測方向 盤的轉(zhuǎn)向角度）、 車輪傳感器 （監(jiān)測各個車輪 的速度轉(zhuǎn)動）、 側(cè)滑傳感器 （監(jiān)測車體繞垂直 軸線轉(zhuǎn)動的狀態(tài)）、橫向加速度傳感器（監(jiān)測 汽車轉(zhuǎn)彎時的離心力）等組成。 電子穩(wěn)定程序（ ESP） 電子穩(wěn)定程序（ ESP） 特點： 實時監(jiān)控 主動干預(yù) 實時警示功能 汽車電控動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng) 汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)概述 用來改變或保持汽車行駛或

24、倒退方向的一系列裝置稱為 汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（ Automobile Steering System，圖 6-1）。 汽車電控動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng) 為確保行車安全，對轉(zhuǎn)向系統(tǒng)有如下要求： 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)應(yīng)工作可靠，操縱輕便。 對輕微的路面沖擊，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)應(yīng)有自動 回正能力。 轉(zhuǎn)向機構(gòu)應(yīng)能減小地面?zhèn)鞯椒较虮P上的 沖擊，并保持適當(dāng)?shù)摹奥犯小薄?當(dāng)汽車發(fā)生碰撞時，轉(zhuǎn)向裝置應(yīng)能減輕 或避免對駕駛員的傷害。 汽車電控動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng) 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的分類 汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)可按轉(zhuǎn)向的能源不同分為 機 械轉(zhuǎn)向系統(tǒng) （ Mechanical steering system） 和 動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng) （ Power steering system） 兩

25、類。 電控動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（ EPS） 可以在低速時 減輕轉(zhuǎn)向操作力，以提高轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的操縱 輕便性；在高速時則可適當(dāng)加重轉(zhuǎn)向力， 以提高操縱穩(wěn)定性。 汽車電控動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng) 動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的組成 為使汽車操縱輕便及 行駛安全，目前轎車、載 重汽車、客車大多采用液 壓轉(zhuǎn)向助力器，構(gòu)成液壓 式動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng) （ Hydraulic power steering system，略作 HPS）。 汽車電控動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng) 圖 6-3 液壓式動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的油路圖 1-油箱； 2-溢流閥； 3-齒輪油泵； 4-進油道量孔； 5-單向閥； 6-安 全閥； 7-滑閥； 8-反作用閥； 9-閥體； 10-回位彈簧； 11-轉(zhuǎn)

26、向螺桿； 12-轉(zhuǎn)向螺母； 13-縱拉桿； 14-轉(zhuǎn)向垂臂； 15-動力缸 汽車電控動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng) 電控動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的組成 電子控制動力轉(zhuǎn)向 （ Electronic Control Power Steering， EPS） 系統(tǒng)在低速行駛時可使 轉(zhuǎn)向輕便、靈活；當(dāng)汽 車在中高速區(qū)域轉(zhuǎn)向時， 又能保證提供最優(yōu)的動 力放大倍率和穩(wěn)定的轉(zhuǎn) 向手感，從而提高了高 速行駛的操縱穩(wěn)定性。 汽車電控動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng) 電控動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的分類 根據(jù)動力源的不同，電子控制動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)可分為液壓式 電子控制動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（ 液壓式 EPS）和電動式電子控制動 力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（ 電動式 EPS）。 液壓式 EPS在傳統(tǒng)的液壓動

27、力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的基礎(chǔ)上增設(shè)了 控制液體流量的電磁閥、車速傳感器和 ECU等， ECU根據(jù)檢 測到的車速信號，控制電磁閥，使轉(zhuǎn)向動力放大倍率實現(xiàn)連 續(xù)可調(diào)，從而滿足汽車在中、低速時的轉(zhuǎn)向助力要求。 電動式 EPS是利用直流電動機作為動力源， ECU根據(jù)轉(zhuǎn) 向參數(shù)和車速等信號，控制電動機轉(zhuǎn)矩的大小和方向。 汽車電控動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng) 良好的隨動性：即方向盤與轉(zhuǎn)向輪之間具有準確 的 對應(yīng)關(guān)系，同時能保證轉(zhuǎn)向輪可維持在任意轉(zhuǎn) 向角位置。 有高度的轉(zhuǎn)向靈敏度：即轉(zhuǎn)向輪對方向盤具有靈敏 的響應(yīng)。 良好的穩(wěn)定性：即具有很好的直線行駛穩(wěn)定性和轉(zhuǎn) 向自動回正能力。 助力效果能隨車速變化和轉(zhuǎn)向阻力的變化作相應(yīng)的 調(diào)整：低速

28、時，有較大的助力效果，以克服路面的轉(zhuǎn) 向阻力；中、高速時，要有適當(dāng)?shù)穆犯校员苊庖蜣D(zhuǎn) 向過輕（方向盤“發(fā)飄”）而發(fā)生事故。 電控動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的特點 汽車電控動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng) 液壓式電控動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng) 圖 6-6 流量控制式動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng) 1-動力轉(zhuǎn)向油泵； 2-電磁閥； 3-動力轉(zhuǎn)向控制閥； 4-ECU； 5- 車速傳感器； p-壓力油管； T-回油管 電磁閥安裝在通向轉(zhuǎn)向動力缸活塞兩側(cè)油室的油道之 間，當(dāng)電磁閥的閥針完全開啟時，兩油道就被電磁閥接通 了一個旁路，使動力缸活塞兩側(cè)壓力差減小，助力減小； 相反則助力增大。 流量控制式動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的工作過程 圖 6-7 電磁閥結(jié)構(gòu) 圖 6-8 電磁閥驅(qū)動信

29、號 流量控制式動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的工作電路 動力轉(zhuǎn)向 ECU是 EPS的核心控制部件。它根據(jù)車速傳感器 提供的車速信號，通過改變旁通電磁閥驅(qū)動信號占空比的 方式調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)向力。 豐田流量控制式動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)電路圖 電動式電控動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng) 1.電動式 EPS的組成 圖 6-10 電動式 EPS的組成 1-方向盤； 2-輸入軸（轉(zhuǎn)向軸）； 3-ECU； 4-電動機； 5-電磁離合器； 6-轉(zhuǎn) 向齒條； 7-橫拉桿； 8-轉(zhuǎn)向車輪； 9-輸出軸； 10-扭力桿； 11-轉(zhuǎn)矩傳感器； 12-轉(zhuǎn)向齒輪 三菱轎車電動式電控動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng) 三菱米尼卡（ Minica）轎車所用電子控制電動式動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)主要由 ECU、直流

30、電動機和離合器、車速傳感器、轉(zhuǎn)矩傳感器和轉(zhuǎn)向機總成等 組成。 三菱米尼卡轎車電動式電控動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的組成 1.三菱電動式 EPS的組成 1）電動機和離合器 圖 6-12 電動機的行星齒輪機構(gòu) 1-轉(zhuǎn)矩傳感器； 2-卷軸； 3-轉(zhuǎn)矩桿； 4-輸入軸； 5-直流電動機和 離合器； 6-行星小齒輪； 7-恒星齒輪； 8-行星小齒輪； 9-齒輪齒 條轉(zhuǎn)向機的小齒輪； 10-從動齒輪； A-主動齒輪； B-內(nèi)齒圈 系統(tǒng)的 ECU根據(jù) 車速的快慢來控制 電動機的電流，車 輛在停駛和極低速 狀態(tài)下電動機電流 最大，助力作用大。 電動機產(chǎn)生的助力 經(jīng)離合器傳動齒輪 減速后，起到助力 作用。 2）轉(zhuǎn)矩傳感器 轉(zhuǎn)

31、矩傳感器的功能是將轉(zhuǎn)動方向盤時轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)角變?yōu)檗D(zhuǎn) 向信號，輸送給 ECU。一般轉(zhuǎn)矩桿的扭轉(zhuǎn)角度設(shè)定為 4 左 右，這是由于采用行星齒輪機構(gòu)，使轉(zhuǎn)矩傳感器的檢測精度 提高所致。 3）車速傳感器 車速傳感器安裝在變 速器上，是一種電磁感應(yīng) 式傳感器。該傳感器的作 用是根據(jù)車速的變化，把 主、副系統(tǒng)的脈沖信號輸 送給 ECU，車速傳感器每 轉(zhuǎn)動一周產(chǎn)生 8個脈沖信號， 由于是主、副兩個系統(tǒng)， 故信號的可靠性更高。 車速傳感器的結(jié)構(gòu) 1-殼體； 2-定子線圈； 3-磁極； 4-下側(cè)定子； 5-定子 4）汽車交流發(fā)電機的 L端子 利用交流發(fā)電機的 L端子電壓，可以判斷出發(fā)電機是否 運轉(zhuǎn)，所以把交流發(fā)電機的

32、 L端子看成是向 ECU輸送信號的 一個傳感器。 直流電動機的最大電流約為 30A，在發(fā)動機不工作時，轉(zhuǎn) 向系統(tǒng)的工作由蓄電池供電；發(fā)動機工作時，由發(fā)電機供電。 5）電子控制系統(tǒng) 電子控制系統(tǒng)由 一個 8位單片機 MC6805及外圍 電路組成。電子 控制電動式動力 轉(zhuǎn)向的工作過程 如圖 6-14所示。 電子控制電動式動力轉(zhuǎn)向的工作過程 2.三菱電動式 EPS的工作原理 6種車速下電動機的電流狀態(tài) 電控四輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng) 電控四輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)概述： 目前，絕大多數(shù)汽車都是以兩個前輪作為轉(zhuǎn)向車輪，這 樣的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)稱為兩輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（ Two-wheel steering，略作 2WS）。 為了使汽車具有更好的

33、彎道通過性和操縱穩(wěn)定性，一些 汽車在后橋上也安裝了轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，前后左右四個車輪均為轉(zhuǎn) 向車輪，這樣的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)稱為四輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（ Four-wheel steering 或 all-wheel steering，略作 4WS）。 汽車采用四輪轉(zhuǎn)向（ 4WS）系統(tǒng)的目的是：在汽車低速 行駛時，依靠逆向轉(zhuǎn)向（前、后車輪的轉(zhuǎn)角方向相反）獲得 較小的轉(zhuǎn)向半徑，改善汽車的操縱性；在汽車以中、高速行 駛時，依靠同向轉(zhuǎn)向（前、后車輪的轉(zhuǎn)角方向相同）減小汽 車的橫擺運動，使汽車可以高速變換行進路線，提高轉(zhuǎn)向時 的操縱穩(wěn)定性。 4WS轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的一般布置形式 1-車速傳感器； 2-方向盤轉(zhuǎn)角傳感器； 3-車輪轉(zhuǎn)速傳感

34、器； 4-后輪轉(zhuǎn)向執(zhí)行機 構(gòu)； 5-后輪轉(zhuǎn)角傳感器 （ a） 2WS車 （ b） 4WS 車 低速轉(zhuǎn)向時的行駛軌 跡 （ a） 2WS車 （ b） 4WS 車 中、高速轉(zhuǎn)向時的操縱性比 較 4WS系統(tǒng)在不同車速下的前后輪轉(zhuǎn)向比率及車 輪偏轉(zhuǎn)狀態(tài) 轉(zhuǎn)向角比例控制式 4WS系統(tǒng) 所謂轉(zhuǎn)向角比例控制，是指使后輪的偏轉(zhuǎn)方向在低速區(qū)與前輪的偏 轉(zhuǎn)方向相反，在高速區(qū)與前輪的偏轉(zhuǎn)方向相同，并同時根據(jù)方向盤轉(zhuǎn)向角 度和車速情況控制后輪與前輪偏轉(zhuǎn)角度比例。 轉(zhuǎn)向角比例控制式四輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的構(gòu)成 1.系統(tǒng)組成部件 1）轉(zhuǎn)向樞軸 偏置軸與轉(zhuǎn)向樞軸的構(gòu)造 偏置軸與轉(zhuǎn)向樞軸的工作原理 2） 4WS轉(zhuǎn)換器 4WS轉(zhuǎn)換器的作

35、用是驅(qū)動從動桿轉(zhuǎn)動，實現(xiàn) 2WS向 4WS方 式的轉(zhuǎn)換和后輪轉(zhuǎn)向方向與轉(zhuǎn)向角比例控制。 4WS轉(zhuǎn)換器與 后輪轉(zhuǎn)向傳感器的工作原理及電壓特性如圖 6-23所示。 （ a）后輪執(zhí)行結(jié)構(gòu)（ 4WS轉(zhuǎn)換器） （ b）后輪轉(zhuǎn)向傳感器的 工作原理與電壓特性 圖 6-23 4WS轉(zhuǎn)換器與后輪轉(zhuǎn)向傳感器的工作原理及電壓特性 3）轉(zhuǎn)向角比例控制系統(tǒng) 轉(zhuǎn)向角比例控制系統(tǒng)主要由轉(zhuǎn)向 ECU、車速傳感器、 4WS轉(zhuǎn)換開關(guān)、轉(zhuǎn)向角比例傳感器和 4WS轉(zhuǎn)換器等組成，轉(zhuǎn) 向 ECU是控制中心。 轉(zhuǎn)向角比例控制式四輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的工作原理 2.系統(tǒng)的主要控制功能 1）轉(zhuǎn)向控制方式的選擇 當(dāng)通過 2WS選擇開關(guān)選擇 2WS方式時，

36、 ECU控制 4WS轉(zhuǎn) 換器使后輪在任何車速下的轉(zhuǎn)向角為零，這是為習(xí)慣于前輪 轉(zhuǎn)向的駕駛?cè)嗽O(shè)置的；在 4WS方式下，駕駛員還可根據(jù)駕駛 習(xí)慣和行駛情況通過 4WS轉(zhuǎn)換開關(guān)進行 NORM 工況與 SPORT工況的變換，對后輪轉(zhuǎn)向角比例控制特性進行選擇。 2）轉(zhuǎn)向角比例控制 當(dāng)選定 4WS方式時， ECU根據(jù)車速信號和轉(zhuǎn)向角比例傳 感器信號，計算車速與轉(zhuǎn)向角的實際數(shù)值，控制 4WS轉(zhuǎn)換器 電動機調(diào)節(jié)后輪轉(zhuǎn)向角控制比例。 3）安全保障功能 當(dāng)轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)發(fā)生故障時， 4WS故障警告燈將點亮， 并在 ECU中記憶故障部位，同時，后備系統(tǒng)實施以下控制。 當(dāng) 4WS轉(zhuǎn)換器主電動機發(fā)生故障時， ECU驅(qū)動輔

37、助電動機 工作，使后輪以 NORM模式與前輪作同向轉(zhuǎn)向運動，并根據(jù) 車速進行轉(zhuǎn)向角比例控制。 當(dāng)車速傳感器發(fā)生故障時， ECU取 SP1和 SP2兩個車速傳感 器中輸出車速信號高的為依據(jù)，控制 4WS轉(zhuǎn)換器主電動機僅 進行同向轉(zhuǎn)向的轉(zhuǎn)向角比例控制。 當(dāng)轉(zhuǎn)向角比例傳感器發(fā)生故障時， ECU驅(qū)動 4WS轉(zhuǎn)換器輔 助電動機使后輪處于與前輪同向轉(zhuǎn)向最大值，并終止轉(zhuǎn)向角 比例控制。如果輔助電動機發(fā)生故障，則通過驅(qū)動主電動機 完成這一控制。 當(dāng) ECU出現(xiàn)異常時， 4WS輔助電動機驅(qū)動后輪至與前輪同 向轉(zhuǎn)向最大值位置，以避免后輪處于反向運動狀態(tài)，并終止 轉(zhuǎn)向角比例控制。當(dāng)后輪處于與前輪同向轉(zhuǎn)向狀態(tài)時，后輪

38、 的最大轉(zhuǎn)向角很小，且有利于確保高速轉(zhuǎn)向時的方向穩(wěn)定性。 6.5.3橫擺角速度比例控制式 4WS系統(tǒng) 橫擺角速度比例控制是一種能根據(jù)檢測出的車身橫擺角 速度來控制后輪轉(zhuǎn)向量的控制方法。 它與轉(zhuǎn)向角比例控制相比，具有兩方面優(yōu)點：一是它可 以使汽車的車身方向從轉(zhuǎn)向初期開始就與其行進方向保持高 度一致；二是它可以通過檢測車身橫擺角速度感知車身的自 轉(zhuǎn)運動。 因此，即使有外力（如橫向風(fēng)等）引起車身自轉(zhuǎn)，也能 馬上感知到，并可迅速通過對后輪的轉(zhuǎn)向控制來抑制自轉(zhuǎn)運 動。 1.系統(tǒng)組成 橫擺角速度比例控制式 4WS系統(tǒng)的組成如 6-25所示。 a-液壓泵； b-分流器； c-前動力轉(zhuǎn)向器； d-后轉(zhuǎn)向助力器

39、； e-帶輪傳動組件； f-轉(zhuǎn)角傳動拉索； g-前帶輪； h-后帶輪； l、 2-輪速傳感器； 3-車速傳感器； 4-擋位開關(guān)； 5-油面高度傳感器； 6-轉(zhuǎn) 角傳感器； 7-橫擺角速度傳感器； 8-電動機轉(zhuǎn)角傳感器； 9-轉(zhuǎn)向電動機； 10-ABS ECU； 11-4WS ECU 橫擺角速度比例控制式 4WS系統(tǒng) 1）前輪轉(zhuǎn)向機構(gòu) 圖 6-26 前輪轉(zhuǎn)向機構(gòu) 1-方向盤； 2-齒輪齒條副； 3-液壓油缸； 4-齒條端部； 5-控制齒條； 6-前帶輪； 7-轉(zhuǎn)角傳動拉索； 8-彈簧； 9-帶輪傳 動組件 2）后輪轉(zhuǎn)向機構(gòu) 圖 6-27 后輪轉(zhuǎn)向機構(gòu) 1-后帶輪； 2-凸輪推桿； 3-襯套； 4

40、-滑閥； 5-主動齒輪； 6-脈 動電動機； 7-從動齒輪； 8-閥控制桿； 9-液壓缸右室； l0、 12-功率活塞； 11-液壓缸軸； 13-液壓缸左室； 14-彈簧； 15- 閥套筒； 16-控制凸輪 2.控制原理 1）后輪轉(zhuǎn)角控制 方向盤轉(zhuǎn)角與后輪轉(zhuǎn)角的關(guān)系如圖 6-28所示。圖 6-28中 的后輪轉(zhuǎn)角特性是由機械轉(zhuǎn)向與電動轉(zhuǎn)向特性合成后得到的。 圖 6-28 方向盤轉(zhuǎn)角與后輪轉(zhuǎn)角之 間的關(guān)系 大轉(zhuǎn)角控制（機械式轉(zhuǎn)向）。 圖 6-29 大轉(zhuǎn)角控制原理 1-前帶輪； 2-滑閥； 3-支點 A； 4-閥控制桿； 5-液壓缸軸； 6-功率活塞； 7-閥套筒； 8-控制凸輪 小轉(zhuǎn)角控制（電控轉(zhuǎn)

41、向）。 （ a）閥控制桿的運動 （ b）整體的運動 圖 6-30 小轉(zhuǎn)角控制原理 1-閥套筒； 2-滑閥； 3-支點 A； 4-從動齒輪； 5-閥控 制桿 2）使汽車滑移角為零的控制 3）受到橫向風(fēng)作用時的控制 4） ABS作用的控制 6.5.4本田序曲汽車的 4WS系統(tǒng) 1.系統(tǒng)組成 本田序曲（ Honda Prelude）汽車上采用的電動式電控四 輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)如圖 6-31所示。四輪轉(zhuǎn)向控制單元對輸入的傳感 器信息進行分析處理，計算出所需的后輪轉(zhuǎn)向角，并操縱后 輪轉(zhuǎn)向執(zhí)行器電動機使后輪實現(xiàn)正確的轉(zhuǎn)向。 在此轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中，前輪轉(zhuǎn)向器和后輪轉(zhuǎn)向執(zhí)行器之間沒 有任何機械連接裝置，四輪轉(zhuǎn)向控制 ECU

42、利用方向盤轉(zhuǎn)角、 車速和前輪轉(zhuǎn)向角傳感信息控制后輪轉(zhuǎn)向角。 圖 6-31 本田序曲汽車電動式電控四輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng) 1）后輪轉(zhuǎn)向執(zhí)行器 圖 6-32 本田序曲汽車后輪轉(zhuǎn)向執(zhí)行器的構(gòu)造 2）后輪轉(zhuǎn)角傳感器 3）前輪轉(zhuǎn)角傳感器 4）車速傳感器 2.系統(tǒng)的失效保護功能 如果 4WS ECU檢測到系統(tǒng)出現(xiàn)故障，將使系統(tǒng)轉(zhuǎn)換到 失效保護狀態(tài)。在這種狀態(tài)下， ECU存入故障碼，并接通 四輪轉(zhuǎn)向指示燈發(fā)出警告。 同時，控制 ECU切斷后輪轉(zhuǎn)向執(zhí)行器電源，使后輪保持 在直行位置，系統(tǒng)回歸為 2WS特性。 為防止后輪轉(zhuǎn)向執(zhí)行器斷電時回正過快而造成方向不穩(wěn)， ECU在使系統(tǒng)進入保護狀態(tài)的同時，會施加阻尼力矩，使回 正彈簧緩慢地將后轉(zhuǎn)向橫拉桿推回到中央位置。