转向系统相关技术 季学武.pdf

《转向系统相关技术 季学武.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《转向系统相关技术 季学武.pdf（69页珍藏版）》请在三一文库上搜索。

1、1 转向系统相关技术转向系统相关技术 清华大学汽车工程系 清华恒隆转向系统研究所 2010年7月21日 淄博 清华大学汽车工程系 清华恒隆转向系统研究所 2010年7月21日 淄博 汇报提纲汇报提纲 ?车轮定位车轮定位 ?原地转向阻力矩原地转向阻力矩 ?路感及评价路感及评价 ?转向系中的万向节及变速比 转向器 转向系中的万向节及变速比 转向器 ?ECHPS系统简介系统简介 ?AFS及及SBW简介简介 ?EPS相关技术相关技术 ?清华恒隆转向系统研究所 相关研究 清华恒隆转向系统研究所 相关研究 2 1、车轮定位1、车轮定位 ?概述概述 ?主销后倾主销后倾 ?主销内倾主销内倾 ?车轮外倾车轮外倾

2、 ?车轮前束车轮前束 ?后轮定位后轮定位 ?车轮定位 发展趋势 车轮定位 发展趋势 1.1、车轮定位概述1.1、车轮定位概述 为什么手推车脚轮支架 枢轴与轮轴不相交？ 为什么自行车前叉 上端往后倾斜？ 为什么手推车脚轮支架 枢轴与轮轴不相交？ 为什么自行车前叉 上端往后倾斜？ ?日常生活中的轮子定位日常生活中的轮子定位 3 车轮定位概述(2)车轮定位概述(2) ?概念概念 ?车轮定位(wheel alignment)：车轮与车架(车 身)、车轮之间的相对位置。 车轮定位(wheel alignment)：车轮与车架(车 身)、车轮之间的相对位置。 ?自动回正(self-aligning)：车轮

3、偏转后能自动回 到中间直线行驶位置的能力。 自动回正(self-aligning)：车轮偏转后能自动回 到中间直线行驶位置的能力。 ?车轮定位参数车轮定位参数 前轮：前轮： ?主销后倾角、内倾角主销后倾角、内倾角 ?车轮外倾角、前束车轮外倾角、前束 后轮：后轮： ?车轮外倾角车轮外倾角 ?车轮前束车轮前束 四轮定位：四轮定位： ?推力线推力线 ?推进角推进角 车轮与车架(或车身)的相对位置车轮与车架(或车身)的相对位置 车轮之间的相对位置车轮之间的相对位置 车轮定位概述(2)车轮定位概述(2) Note：1) 车轮定位参数在空载时测定； 2) 汽车行驶过程中，车轮定参数是变化的； 3) 车轮定

4、位参数影响汽车的操纵稳定性、行 驶平顺性、转向轻便性、轮胎磨损、燃油经济性 等； 4) 上述各方面对车轮定位要求往往是矛盾 的，因此合理确定车轮定位参数是各种因素之间折 衷、妥协的结果； 5）汽车驱动形式、车速、轮胎高宽比的变 化，对车轮定位参数的取值也有影响。 Note：1) 车轮定位参数在空载时测定； 2) 汽车行驶过程中，车轮定参数是变化的； 3) 车轮定位参数影响汽车的操纵稳定性、行 驶平顺性、转向轻便性、轮胎磨损、燃油经济性 等； 4) 上述各方面对车轮定位要求往往是矛盾 的，因此合理确定车轮定位参数是各种因素之间折 衷、妥协的结果； 5）汽车驱动形式、车速、轮胎高宽比的变 化，对车

5、轮定位参数的取值也有影响。 4 1.2、主销后倾1.2、主销后倾 ?主销后倾主销后倾 ?在汽车纵向平面内主销轴线上 端向后倾斜一个角度(后倾 角)； 在汽车纵向平面内主销轴线上 端向后倾斜一个角度(后倾 角)； ?后倾拖距：OA；后倾拖距：OA； ?侧向力产生回正力矩；侧向力产生回正力矩； ?纵向力产生回正力矩；纵向力产生回正力矩； ?主销后倾时，重力是否产生回 正作用？ 主销后倾时，重力是否产生回 正作用？ ?回正力矩越大越好吗？回正力矩越大越好吗？ ?为保持直线行驶能力，FR型车 和FF型车主销后倾角取值应不 同？ 为保持直线行驶能力，FR型车 和FF型车主销后倾角取值应不 同？ OA 接

6、地印痕接地印痕 主销后倾角取值主销后倾角取值 ?FR型车：+型车：+0.5 + +5； ?FF型车：型车：2.0 + +3.0； typ. 0.5 + +1.5； P F P F FR型车FR型车 P F FF型车FF型车 P F P F FF型车FF型车 5 1.3、主销内倾1.3、主销内倾 主销内倾主销内倾 如何得到主销内倾？如何得到主销内倾？ ?在车辆的横向平面内，主销上端向里倾斜；在车辆的横向平面内，主销上端向里倾斜； ?内倾角内倾角(515, typ. 8) ； ?转向时车身被抬高：重力产生回正力矩；转向时车身被抬高：重力产生回正力矩； ?主销偏置距主销偏置距减小：转向轻便、减小路面

7、对转向盘的冲击。减小：转向轻便、减小路面对转向盘的冲击。 主销偏置距 越小越好？ 主销偏置距 越小越好？ 关于主销偏置距(1)关于主销偏置距(1) ?偏置距的影响偏置距的影响 ?转向轻便性转向轻便性(| |c|小|小)； ?行驶稳定性行驶稳定性(c0)； ?轮胎磨损轮胎磨损(c=0)。 ?偏置距取值范围偏置距取值范围 ?目前：轮胎宽度的目前：轮胎宽度的1025； ?以前：以前：(4060)mm。 c0 c 0 6 关于主销偏置距(2)关于主销偏置距(2) ?FF型车主销偏置距c0有何 好处？ FF型车主销偏置距cF Fbr br； ； ?力矩(F力矩(Fbf bfF Fbr br)B/2使汽

8、车沿轨迹1运动； )B/2使汽 车沿轨迹1运动； ?力矩F力矩Fbf bf|c|使汽车沿轨迹 2运动； |c|使汽车沿轨迹 2运动； ?整体效果：汽车沿轨迹3运 动。 整体效果：汽车沿轨迹3运 动。 Fbf Fbr B 1.4、车轮外倾1.4、车轮外倾 ?车轮外倾车轮外倾 如何得到车轮外倾角？如何得到车轮外倾角？ ?在车辆的横向平面内车轮上端向外倾斜；在车辆的横向平面内车轮上端向外倾斜； ?早期车轮外倾为的是与拱形路面相适应；早期车轮外倾为的是与拱形路面相适应； ?主销偏置距减小：转向轻便、路面反冲小；主销偏置距减小：转向轻便、路面反冲小； ?防止重载时车轮产生内倾；防止重载时车轮产生内倾；

9、?地面法向反力沿车轮轴线有一分量，将前轮 压向转向节内侧，防止车轮螺栓脱落 地面法向反力沿车轮轴线有一分量，将前轮 压向转向节内侧，防止车轮螺栓脱落; ?车轮产生外倾推力，可以抵抗路面凸起引起 的侧向力，同时使转向杆系预加侧向力，消 除杆系间隙，提高直线行驶能力； 车轮产生外倾推力，可以抵抗路面凸起引起 的侧向力，同时使转向杆系预加侧向力，消 除杆系间隙，提高直线行驶能力； ?外倾角外倾角(early: 8; now: 02)；现代汽车普 遍采用子午线轮胎，胎面宽、花纹刚度大， 大的外倾角会使轮胎磨偏，降低轮胎摩擦 力；车速的提高，也使得外倾角不断减小。 ；现代汽车普 遍采用子午线轮胎，胎面宽

10、、花纹刚度大， 大的外倾角会使轮胎磨偏，降低轮胎摩擦 力；车速的提高，也使得外倾角不断减小。 7 车轮外倾(2)车轮外倾(2) ?车轮外倾不正确引起的轮胎磨损车轮外倾不正确引起的轮胎磨损 1.5、车轮前束1.5、车轮前束 ?车轮前束车轮前束 ?从俯视图上看，车轮前端向内缩拢；从俯视图上看，车轮前端向内缩拢； ?两种度量方法：前束值V、前束角；两种度量方法：前束值V、前束角； ?减小外倾造成的不良影响：“滚锥效 应”横向滑移轮胎磨损、车轮轴 承负荷； 减小外倾造成的不良影响：“滚锥效 应”横向滑移轮胎磨损、车轮轴 承负荷； ?防止驱动力与行驶阻力错位而产生的 车轮前张。 防止驱动力与行驶阻力错位

11、而产生的 车轮前张。 两种度量 方法的优缺点？ 两种度量 方法的优缺点？ 8 前轮前束与主销偏置距的关系前轮前束与主销偏置距的关系 ?在在正偏置距正偏置距(车轮接地点在 主销延长线与地面交点外侧) 情况下： (车轮接地点在 主销延长线与地面交点外侧) 情况下： ?对于对于从动轮从动轮，应有，应有正前束；正前束； ?对于对于驱动轮驱动轮，应有，应有负前束 (或适当减少前束值)； 负前束 (或适当减少前束值)； ?在在负偏置距负偏置距(车轮接地点在 主销延长线与地面交点内侧) 情况下： (车轮接地点在 主销延长线与地面交点内侧) 情况下： ?对于对于从动轮从动轮，应有，应有负前束 (或适当减少前束

12、值)； 负前束 (或适当减少前束值)； ?对于对于驱动轮驱动轮，应有，应有正前束。正前束。 纵向力的方向纵向力的方向 车轮前束车轮前束 ?前束不正确引起的轮胎磨损前束不正确引起的轮胎磨损 ?备注：备注： ?前束取值：FR型车：1510；FF型车：010；前束取值：FR型车：1510；FF型车：010； ?前束值每增加10，滚动阻力增加1；前束值每增加10，滚动阻力增加1； ?前束值的变化比前束值更为重要；前束值的变化比前束值更为重要； ?转向横拉杆的长度及内端铰接点的高度会影响车轮跳 动过程中前束值变化 转向横拉杆的长度及内端铰接点的高度会影响车轮跳 动过程中前束值变化。 9 1.6、后轮定位

13、1.6、后轮定位 悬架结构 使得行驶 时纵向力 错位，后 轮前张， 为此预先 使后轮前 束。 悬架结构 使得行驶 时纵向力 错位，后 轮前张， 为此预先 使后轮前 束。 1.7、推力线和推力角1.7、推力线和推力角 不正确的推力线和推 力角所引起的问题： 不正确的推力线和推 力角所引起的问题： ?定位问题定位问题 ?跑偏；跑偏； ?方向盘不对中，斜行 轮迹。 方向盘不对中，斜行 轮迹。 ?转向问题转向问题 ?过度或不足转向过度或不足转向 ?轮胎磨损问题轮胎磨损问题 ?推力角不正确造成的 轮胎磨损与车轮前束 造成的类似 推力角不正确造成的 轮胎磨损与车轮前束 造成的类似 10 1.8、轿车车轮定

14、位 的发展趋势 1.8、轿车车轮定位 的发展趋势 ?主销内倾角增大，以产生 负偏置距，提高汽车行驶 稳定性； 主销内倾角增大，以产生 负偏置距，提高汽车行驶 稳定性； ?主销后倾角减小，避免回 正力矩过大 主销后倾角减小，避免回 正力矩过大(因主销内倾角 增大 因主销内倾角 增大)； ?前轮外倾角减小，避免高 速转向时外侧车轮侧倾角 加大； 前轮外倾角减小，避免高 速转向时外侧车轮侧倾角 加大； ?前轮前束减小。前轮前束减小。 车轮定位视频观摩(23m26s) 车轮定位视频观摩(23m26s) 11 2、原地转向助力矩2、原地转向助力矩 33 11 32 rr GG MM pp =还是？ ?几

15、个变化：几个变化： ?车轮定位参数；车轮定位参数； ?动力传动系统：由FR型到FF型、AWD型；动力传动系统：由FR型到FF型、AWD型； ?转向器：循环球式到齿轮齿条式；转向器：循环球式到齿轮齿条式； ?轮胎：斜交轮胎到子午线轮胎，轮胎气压降低；轮胎：斜交轮胎到子午线轮胎，轮胎气压降低； ? 原地转向阻力矩计算原地转向阻力矩计算 ?假设条件：假设条件： ?轮胎接地印迹为圆形；轮胎接地印迹为圆形； ?接地比压均匀分布，且等于轮 胎充气压力； 接地比压均匀分布，且等于轮 胎充气压力； ?主销接地点在接地印痕中心。主销接地点在接地印痕中心。 p G MM p G p G pR drdprM p G

16、 R GpR r R 3 1 1 3 1 3 1 3 2 00 2 1 1 1 2 15 4 2 15 2 83 2 3 2 2 2 1 = = = = = = = R r 12 原地转向阻力矩及车轮载荷原地转向阻力矩及车轮载荷 ?Austin Maestro，left hand operation 原地转向阻力矩构成及偏置矩的影响原地转向阻力矩构成及偏置矩的影响 ?原地转向阻力矩中，轮胎与 地面摩擦占主要成分，其次 为转向系统内摩擦，主销偏 置矩仅占很少部分。 原地转向阻力矩中，轮胎与 地面摩擦占主要成分，其次 为转向系统内摩擦，主销偏 置矩仅占很少部分。 13 车轮定位参数对 原地转向 阻

17、力矩的影响 车轮定位参数对 原地转向 阻力矩的影响 ()()sincoscos sinsin sww rlwrlw d WWWW = =+ 原地转向阻力矩试验结果原地转向阻力矩试验结果 FIT 路宝路宝 QQ -800-600-400-2000200400600800 -40 -30 -20 -10 0 10 20 30 40 转向盘转角 () 转向盘转矩 (N.m) 无EPS N4 EPS 本文EPS 北斗星北斗星 14 计算实例计算实例 ?北斗星整备质量：900 kg北斗星整备质量：900 kg ?G G1 1=(900+150)kg60%630kg6174N, =0.7，p=220kPa

18、 =(900+150)kg60%630kg6174N, =0.7，p=220kPa ?转向系传动比：i=720/40=13转向系传动比：i=720/40=13 ?T Th h=253/13=19.5Nm=253/13=19.5Nm Nm p G Mr253 1000200 6174 3 7 . 0 3 3 3 1 = = 3、转向系中的万向节及变速比转向器3、转向系中的万向节及变速比转向器 3.1、转向系中的万向节3.1、转向系中的万向节 ?主动叉位于水平面内时： V 主动叉位于水平面内时： Vp p=y=yi i=R=Ri icos 则从动叉轴的角速度为： cos 则从动叉轴的角速度为： o

19、 o=V=Vp p/R 即： /R 即： o o=i icos 从动叉轴较主动叉轴转得 慢。 cos 从动叉轴较主动叉轴转得 慢。 ?主动叉位于铅垂平面内时： 主动叉位于铅垂平面内时： o o=i i/cos 从动叉轴较主动叉轴转得 快。 /cos 从动叉轴较主动叉轴转得 快。 主动叉轴的转速为主动叉轴的转速为i i，十字 轴上P点的速度为V ，十字 轴上P点的速度为Vp p，从动叉 轴的转速为 ，从动叉 轴的转速为o o。 15 十字轴万向节十字轴万向节传动的 不等速性 传动的 不等速性 1 22 1 2 1 2 cossin1 cos )2sin( 4 1 = = 20 30 双十字轴万向

20、节传动双十字轴万向节传动 ?双十字轴万向节传动双十字轴万向节传动 ?等速传动条件等速传动条件(平面问题)(平面问题) ?传动轴两端的万向节叉 共面 传动轴两端的万向节叉 共面 ?传动轴与输入、输出轴 夹角相等 传动轴与输入、输出轴 夹角相等 16 双十字轴万向节传动双十字轴万向节传动 ?双十字轴万向节传动(续)双十字轴万向节传动(续) ?等速传动条件等速传动条件(空间问题)(空间问题) ?转向操纵机构转向操纵机构中，转向轴、中间 轴、小齿轮轴三轴不供面， 中，转向轴、中间 轴、小齿轮轴三轴不供面，如何 布置两万向节以获得等速传动？ 如何 布置两万向节以获得等速传动？ 3.2、变速比转向器3.2

21、、变速比转向器 ?变速比齿轮齿条转向器变速比齿轮齿条转向器 ?为何变速比？为何变速比？早期变速比是为了减小大转角时的操纵力；现 在主要是减少转向盘转动总圈数及弥补转向传到机构的速比 变化。 早期变速比是为了减小大转角时的操纵力；现 在主要是减少转向盘转动总圈数及弥补转向传到机构的速比 变化。 ?如何变速比？如何变速比？标准螺旋齿轮，而齿条的倾斜角、压力角、模 数可变； 标准螺旋齿轮，而齿条的倾斜角、压力角、模 数可变； ?速比如何变？速比如何变？ 17 变速比转向器变速比转向器 采用助力装置后， 转向系中间位置速比 较大，以保持中间位 置路感；两侧位置速 比较小，以减少转向 盘总圈数。 采用助

22、力装置后， 转向系中间位置速比 较大，以保持中间位 置路感；两侧位置速 比较小，以减少转向 盘总圈数。 4、路感问题探讨4、路感问题探讨 ?HPS路感强度取决于三部分：2/C项，即与转向器传动比 相关的部分；A/k项，即与转向器扭杆刚度相关的部分； dP/d项，即液压转向器转阀灵敏度曲线的梯度； HPS路感强度取决于三部分：2/C项，即与转向器传动比 相关的部分；A/k项，即与转向器扭杆刚度相关的部分； dP/d项，即液压转向器转阀灵敏度曲线的梯度； ?对于机械式转向系，路感强度为定值。对于机械式转向系，路感强度为定值。 h r p T FP A r =+ h Tk= 1 2 h tr r d

23、T S AdP dF Ckd = + 2 p Cr= ?路感强度公式(HPS)：路感强度公式(HPS)： 18 路感问题探讨路感问题探讨 ?路感强度公式(EPS)：路感强度公式(EPS)： p hmmm h p m p h r rC vTikT kT r TG r T F = = = += 2 ),( d ),(d22 1 d d vTi k kG CC F T S hmmr h tr + = ?与HPS类似，EPS路感强度也取决于三部分：2/C项，即 与转向器传动比相关的部分；G.km/k项，即与扭杆刚度、 减速器速比、电机转矩系数相关的部分； dim/d项，即 助力电流随转向盘转角变化曲线

24、的梯度； 与HPS类似，EPS路感强度也取决于三部分：2/C项，即 与转向器传动比相关的部分；G.km/k项，即与扭杆刚度、 减速器速比、电机转矩系数相关的部分； dim/d项，即 助力电流随转向盘转角变化曲线的梯度； 助力特性与路感强度助力特性与路感强度 1 2 h tr r dT S A dP dF Ckd = + 19 车速与路感车速与路感 34 0 15 060 58 0 10 2550 0 2 4 6 8 10 12 14 16 012345678 Assistant torque/(N.m) Steering torque/(N.m) 0km/h 11km/h 22km/h 33k

25、m/h 44km/h 55km/h 66km/h 80km/h 理想手力特性理想手力特性 (Motor Fan 杂志杂志1996年年) SAE 1999-01-0394 20 5、ECHPS系统简介5、ECHPS系统简介 ?传统传统HPS系统的不足系统的不足 ?流量控制式流量控制式ECHPS ?反力控制式反力控制式ECHPS ?阀特性控制式阀特性控制式ECHPS ?不同助力形式的比较不同助力形式的比较 5.1、传统HPS系统的不足5.1、传统HPS系统的不足 ?助力不随车速而变化助力不随车速而变化， 高速稳定感和低速轻便 性之间作折衷； ， 高速稳定感和低速轻便 性之间作折衷； ?发动机怠速时

26、需输出额发动机怠速时需输出额 定流量定流量；“常流式”系 统，不转向时，油泵仍 在工作；附加燃油消耗 增大； ；“常流式”系 统，不转向时，油泵仍 在工作；附加燃油消耗 增大； ?扭杆使转向系统扭转刚 度降低，中间位置路感 不明显； 扭杆使转向系统扭转刚 度降低，中间位置路感 不明显； ?油泵/油罐占用部分发 动机仓空间。 油泵/油罐占用部分发 动机仓空间。 b nqQ= 传统HPS系统技术成熟，应用广泛； 具有“渐进助力特性”；手感平顺； 大多数情况下，满足使用要求。但存 在以下不足： 传统HPS系统技术成熟，应用广泛； 具有“渐进助力特性”；手感平顺； 大多数情况下，满足使用要求。但存 在

27、以下不足： L DG Ks 32 4 = 21 助力不随车速而变化助力不随车速而变化 () P ACQ rlfA T DG L T K d hh s 2 , 321 4 = = = Sleeve Input shaft Torsion Bar L.H Cylinder Pump R.H Cylinder RIGHT direction Reserve Tank P:kg/ Torque kgfcm 50 20 10 384246 油泵流量控制油泵流量控制 22 5.2、流量控制式ECHPS5.2、流量控制式ECHPS ?旁通流量式旁通流量式 ?电子可变量孔(EVO)式电子可变量孔(EVO)式

28、?电动泵式(EHPS)电动泵式(EHPS) P ACQ d 2 = 与车速建立联系与车速建立联系 与转向控制阀结构 及手力有关 与转向控制阀结构 及手力有关 5.2.1、旁通流量式(1)5.2.1、旁通流量式(1) ?旁通流量阀与转向油泵并联；旁通流量阀与转向油泵并联； ?通过车速、转向盘转速控制电磁阀开度。通过车速、转向盘转速控制电磁阀开度。 1.转向油泵 2.储油罐 3.转向管柱 4.转向盘转速传感器 5.电控单元 6.线束 7.转速信号处理电路 8.流量控制阀 9.电磁阀 10.转向器 11.油管 12.转向控制阀 13.车速传感器 1.转向油泵 2.储油罐 3.转向管柱 4.转向盘转速

29、传感器 5.电控单元 6.线束 7.转速信号处理电路 8.流量控制阀 9.电磁阀 10.转向器 11.油管 12.转向控制阀 13.车速传感器 23 旁通流量式(2)旁通流量式(2) 不同P下如何不同P下如何维持Q维持Q1 1为常数为常数？ 采用异径 ？ 采用异径稳压滑阀稳压滑阀，使B处油压 稳定。 ，使B处油压 稳定。 QQ1Q2 P ACQ P ACQ QQQ d d 2 2 22 11 21 = = += 与电磁阀 开口面积 (电流)有 关 与电磁阀 开口面积 (电流)有 关 B A 旁通流量式(3)旁通流量式(3) -14-12-10-8-6-4-202468101214 0 2 4

30、6 8 10 12 14 操舵力特性 转向力矩Nm 油压M P a v=0 v=30 v=60 v=90 v=120 v=150 ：车速， 单位：v km/h ?增加转向盘转速传感器；增加转向盘转速传感器； ?增加电磁阀增加电磁阀(带稳压阀带稳压阀)； ?转向控制阀的结构改进；转向控制阀的结构改进； ?控制器设计及控制方法制订。控制器设计及控制方法制订。 ?转向盘转速传感器的作 用：需填补活塞所移动 引起的容积变化。 转向盘转速传感器的作 用：需填补活塞所移动 引起的容积变化。 24 5.2.2、电子可变量孔式(1)5.2.2、电子可变量孔式(1) ?油泵上装电磁阀；油泵上装电磁阀； ?通过电

31、磁阀改变主量孔节流面积，从而改变油泵输出 流量； 通过电磁阀改变主量孔节流面积，从而改变油泵输出 流量； ?通过车速、转向盘转速控制电磁阀开度。通过车速、转向盘转速控制电磁阀开度。 5.2.3、 EHPS(1) 5.2.3、 EHPS(1) P ACQ nqQ d b 2 = = ?根据车速和转向 盘转速控制电机 转速。 根据车速和转向 盘转速控制电机 转速。 25 EHPS(2)EHPS(2) NHPS EHPS ?最大优点是节能、手感好；最大优点是节能、手感好； ?最大缺点是结构复杂、成本高。最大缺点是结构复杂、成本高。 EHPS(3)EHPS(3) ?POLO车的两种转向盘转 速传感器。

32、 POLO车的两种转向盘转 速传感器。 以前，日本以前，日本NSK公司转速传感器公司转速传感器 Rotor Sensor 目前，德国目前，德国HELLA公司转速传感器公司转速传感器 26 EHPS(4)EHPS(4) Less Windings Thicker Wire Adapted ECU Manifold Check Valve Rotor ?POLO车的电动泵POLO车的电动泵 ?无刷电机；齿轮泵；无刷电机；齿轮泵； ?ECU的驱动电路与电机 电枢电路成一体。 ECU的驱动电路与电机 电枢电路成一体。 PRV Higher rated FETs EHPS(5)EHPS(5) ?增加转向

33、盘转速传感器；增加转向盘转速传感器； ?转向控制阀的结构改进；转向控制阀的结构改进； ?电动泵的设计；电动泵的设计； ?控制器设计及控制方法制订。控制器设计及控制方法制订。 Steering Rate /s Vehicle Speed km/h Motor Speed rpm 27 5.3、反力式ECHPS5.3、反力式ECHPS ?液压反力式ECHPS液压反力式ECHPS ?电磁反力式ECHPS电磁反力式ECHPS ?在阀芯上施加作用力(阻力/助 力)，改变路感； 在阀芯上施加作用力(阻力/助 力)，改变路感； ?(手力反作用力)助力转 向阻力。 (手力反作用力)助力转 向阻力。 扭 杆 反

34、 力 装 置 阀芯 阀套 扭 杆 反 力 装 置 阀芯 阀套 5.3.1、液压反力式ECHPS(1)5.3.1、液压反力式ECHPS(1) 28 液压反力式ECHPS(21)液压反力式ECHPS(21) 液压反力式ECHPS(22)液压反力式ECHPS(22) 29 液压反力式ECHPS(23)液压反力式ECHPS(23) 液压反力式ECHPS(24)液压反力式ECHPS(24) 30 液压反力式ECHPS(25)液压反力式ECHPS(25) 液压反力式ECHPS(26)液压反力式ECHPS(26) 31 TRW Sensotronic Steering System 液压反力式ECHPS(3

35、-1)液压反力式ECHPS(3-1) ?转向控制阀结构相对简单；转向控制阀结构相对简单； ?增加单向阀；增加单向阀； ?转向器壳体相对复杂；转向器壳体相对复杂； ?提高中间位置路感。提高中间位置路感。 ?阀芯上有活塞、弹簧机构；阀芯上有活塞、弹簧机构； ?活塞与阀芯间可移动，不可转动；活塞与阀芯间可移动，不可转动； ?活塞下端及阀套上端有V形槽；活塞下端及阀套上端有V形槽； ?V形槽 中有滚柱(钢球)；V形槽 中有滚柱(钢球)； ?反作用腔与进油道 间装有电磁阀。 反作用腔与进油道 间装有电磁阀。 液压反力式ECHPS(3-2)液压反力式ECHPS(3-2) Cylinder Conditio

36、n: Parking and Low-Speed Driving Solenoid Valve Pump Tank Cut-Off Valve Orifice 32 Technical Data: Travel Stroke81mm Steering Wheel Turns 2.25 Rackforce10.78kN Pressure80bar Ratio36mm/rev Parking effort2.8Nm High Speed effort 5.4Nm Handwheel Torque Nm High SpeedParkingParking High Speed System Press

37、ure bar 液压反力式 ECHPS(3-3) 液压反力式 ECHPS(3-3) 液压反力式ECHPS(4-1) ZF SERVOCOMTRONIC 液压反力式ECHPS(4-1) ZF SERVOCOMTRONIC 33 液压反力式ECHPS(4-2)液压反力式ECHPS(4-2) ?转向螺杆中空，波纹管安装 其内； 转向螺杆中空，波纹管安装 其内； ?波纹管上端与弹簧座相连， 下端与螺杆相连； 波纹管上端与弹簧座相连， 下端与螺杆相连； ?导管上端亦与弹簧相连，下 端连有反作用阀； 导管上端亦与弹簧相连，下 端连有反作用阀； ?电磁阀安装在进油道与反作 用阀之间； 电磁阀安装在进油道与反

38、作 用阀之间； ?阀芯下端与弹簧座上端有V 形槽，其中放有滚柱(钢 球)； 阀芯下端与弹簧座上端有V 形槽，其中放有滚柱(钢 球)； 液压反力式ECHPS(4-3)液压反力式ECHPS(4-3) ?低车速下转向时，阀芯通 过滚柱带动弹簧座转动； 波纹管弹簧弹簧产生扭转 变形，阀芯相对阀套转 动，从而产生液压助力； 低车速下转向时，阀芯通 过滚柱带动弹簧座转动； 波纹管弹簧弹簧产生扭转 变形，阀芯相对阀套转 动，从而产生液压助力； ?随着车速的增加，电磁阀 开度最大，导管对弹簧座 的轴向力增大，使得阀 芯、阀套产生相对转动所 需转矩增加。 随着车速的增加，电磁阀 开度最大，导管对弹簧座 的轴向力

39、增大，使得阀 芯、阀套产生相对转动所 需转矩增加。 34 5.3.2、电磁反力式ECHPS(1)5.3.2、电磁反力式ECHPS(1) 与阀芯相连 与阀套相连 与壳体相连 永久 磁环 与阀芯相连 与阀套相连 与壳体相连 永久 磁环 内外齿环 错开半个齿 内外齿环 错开半个齿 电磁反力式ECHPS(2)电磁反力式ECHPS(2) ?不仅可施加阻力，亦可施加助力；不仅可施加阻力，亦可施加助力； ?转向控制阀部分尺寸较大；转向控制阀部分尺寸较大； ?结构复杂，成本较高。结构复杂，成本较高。 35 5.4、阀特性控制式ECHPS5.4、阀特性控制式ECHPS ?不对称、多槽阀芯结构；不对称、多槽阀芯结

40、构； ?阀芯和阀套间的节流孔分为大小两 组，分别为高速专用和低速专用节 流孔； 阀芯和阀套间的节流孔分为大小两 组，分别为高速专用和低速专用节 流孔； ?在高速专用节流孔与储油罐在高速专用节流孔与储油罐/回油腔 之间布置电控节流阀。 回油腔 之间布置电控节流阀。 阀特性控制式ECHPS(1-1)阀特性控制式ECHPS(1-1) 36 阀特性控制式ECHPS(1-2)阀特性控制式ECHPS(1-2) Koyo早期结构Koyo早期结构 ?5环槽阀套；5环槽阀套； ?非对称12槽阀芯；非对称12槽阀芯； ?高、低速节流孔；高、低速节流孔； ?电磁滑阀。电磁滑阀。 阀特性控制式ECHPS(1-3)阀特

41、性控制式ECHPS(1-3) 37 阀特性控制式ECHPS(1-4)阀特性控制式ECHPS(1-4) (ECHPS) 阀特性控制式ECHPS(2-1)阀特性控制式ECHPS(2-1) Koyo新结构Koyo新结构 ?4环槽阀套；4环槽阀套； ?非对称12槽阀芯；非对称12槽阀芯； ?高、低速节流孔；高、低速节流孔； ?步进电机滑阀。步进电机滑阀。 38 阀特性控制式ECHPS(2-2)阀特性控制式ECHPS(2-2) 把相对转阀扭 转角的开口面 积变化作成两 级弯曲，在中 速时回油回路 控制部使得高 速用可变节流 槽的开口面积 限制在最小范 围内。这样既 能确保阀特性 的可变幅度， 又能抑制回

42、折 点。 把相对转阀扭 转角的开口面 积变化作成两 级弯曲，在中 速时回油回路 控制部使得高 速用可变节流 槽的开口面积 限制在最小范 围内。这样既 能确保阀特性 的可变幅度， 又能抑制回折 点。 5.5、不同助力形式比较(1)5.5、不同助力形式比较(1) P ACQ d 2 = 39 不同助力形式比较(2)不同助力形式比较(2) ?旁通流量控制式：助力范围较小，且高速时最 高压力较低，趋于淘汰； 旁通流量控制式：助力范围较小，且高速时最 高压力较低，趋于淘汰； ?EHPS：节能效果好，手感颇为众人接受；但成 本较高，且不适用于重型车辆； EHPS：节能效果好，手感颇为众人接受；但成 本较高

43、，且不适用于重型车辆； ?电磁反力式：助力范围广，系统刚度较大；但 结构复杂，尺寸较大，成本高； 电磁反力式：助力范围广，系统刚度较大；但 结构复杂，尺寸较大，成本高； ?反力式和阀特性控制式：适用车型广，且可以 提高中间位置路感。 反力式和阀特性控制式：适用车型广，且可以 提高中间位置路感。 6、AFS及SBW简介6、AFS及SBW简介 ?AFS简介简介 ?在电控液压助力转向系统 基础上，增加电机和行星 齿轮机构 在电控液压助力转向系统 基础上，增加电机和行星 齿轮机构(两个输入、一 个输出 两个输入、一 个输出)； ?随着车速的提高，增大转 向系统角传动比； 随着车速的提高，增大转 向系统

44、角传动比； ?通过电机改变转向轮转 角，不引起驾驶员不适； 通过电机改变转向轮转 角，不引起驾驶员不适； ?便于实现底盘一体化控 制。 便于实现底盘一体化控 制。 40 AFS简介(2)AFS简介(2) AFS简介(3)AFS简介(3) 41 AFS简介(4)AFS简介(4) AFS简介(5)AFS简介(5) 42 SBW简介SBW简介 ?SBW简介SBW简介 ?采用两个电机，一个用于产生路感，一个用来 转向。 采用两个电机，一个用于产生路感，一个用来 转向。 ?改变转向轮转角，不引起驾驶员不适；改变转向轮转角，不引起驾驶员不适； ?对车轮进行横摆控制，提高汽车行驶安全性。对车轮进行横摆控制，

45、提高汽车行驶安全性。 ?安全性存在问题？安全性存在问题？ 谢谢大家！谢谢大家！ 祝本次研讨会圆满成功！祝本次研讨会圆满成功！ 43 7、EPS相关技术7、EPS相关技术 ?组成组成 ?车速传感器车速传感器 ?转向传感器转向传感器 ?伺服电机伺服电机 ?减速器减速器 ?控制器控制器 ?特点特点 ?转向助力特性可通 过软件加以改变 转向助力特性可通 过软件加以改变 ?效率高效率高 ?“按需按需”系统，耗能 少 系统，耗能 少(见下页见下页) ?对环境污染少对环境污染少 ?结构模块化结构模块化 执行电机执行电机 转向盘转矩转向盘转矩 -控制单元控制单元- 判断转向状态 发控制指令 判断转向状态 发控

46、制指令 车速信号车速信号 动力单元动力单元 ECU 7.1、EPS系统概述7.1、EPS系统概述 几种助力转向系统的能耗比较几种助力转向系统的能耗比较 HPS (传统）传统） HPS (高）高） EHPS （常开阀）（常开阀） EHPS （ 常闭阀）（ 常闭阀） EPS 1.3升轿车升轿车 44 几种助力转向系统的能耗比较几种助力转向系统的能耗比较 HPS belt-driven-pump EPHS two-speedEPHS multispeedEPS 100% 25% 15% 10% 0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100% Energy Co

47、nsumption Reference Route: 23 % City, 50 % Country Road 27 % Highway EPS系统概述结构系统概述结构 45 EPS系统概述原理系统概述原理 EPS系统概述原理系统概述原理 ?工作原理工作原理 ?根据检测到的转向盘转矩和车速信号，判断转向状态（直 行、转向、回正）及系统是否有故障； 根据检测到的转向盘转矩和车速信号，判断转向状态（直 行、转向、回正）及系统是否有故障； ?若判断汽车在直行或系统有故障，电机不工作；若判断汽车在直行或系统有故障，电机不工作； ?若判断汽车在转向或回正，查助力数据表；若判断汽车在转向或回正，查助力数据

48、表； ?根据助力数据表，通过动力单元，控制电机正、反转；根据助力数据表，通过动力单元，控制电机正、反转； ?检测电机电流，使实际助力转矩与目标转矩迅速趋于一致；检测电机电流，使实际助力转矩与目标转矩迅速趋于一致； ?上述过程在汽车行驶过程中反复进行。上述过程在汽车行驶过程中反复进行。 控制单元控制单元 判断转向状态 查助力数据表 发控制指令 判断转向状态 查助力数据表 发控制指令 动力单元动力单元 执行电机执行电机转向器转向器 转向盘转矩转向盘转矩 车速车速 46 EPS系统概述EPS系统概述 ? ? 相关技术相关技术相关技术相关技术 ?传感器技术传感器技术传感器技术传感器技术 ?EPSEPS

49、控制器控制器控制器控制器 ?转向控制技术转向控制技术转向控制技术转向控制技术 7.2、EPS助力形式及电机选择7.2、EPS助力形式及电机选择 前桥载荷：前桥载荷： ?950kg：齿条轴助力 助力方式： ：齿条轴助力 助力方式： ?电机工作环境、要求电机工作环境、要求 ?转矩传感器的结构型式转矩传感器的结构型式 ?转向系统机械部分受力转向系统机械部分受力 7.2.1、前桥载荷与助力形式7.2.1、前桥载荷与助力形式 47 前桥载荷与助力形式前桥载荷与助力形式 7.2.2、助力总成型式7.2.2、助力总成型式 电机电机 ?对电机的要求：尺寸小、转动惯 量小、转矩脉动小、转矩损失 小、噪声小； 对电机的要求：尺寸小、转动惯 量小、转矩脉动小、转矩损失 小、噪声小； ?直流永磁有刷、无刷直流永磁有刷、无刷 ?500W 有刷12V700W 无刷 36V或42V700W 无刷 36V或42V 减速器减速器 ?蜗轮蜗杆蜗