大众电子助力转向EPS.ppt

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1、EPS Electric Power Steering,双齿轮电动助力转向系统,- 方向盘 - 带方向盘转角传感器G85的转向柱控制单元 - 转向柱 - 转向力矩传感器 G269 - 转向齿轮 - 电子机械助力转向电机V187 - 助力转向控制单元 J500,没有转向助力油，减少对环境的污染,“双齿轮”式电子机械助力转向系统，由两个能够向转向拉杆提供足够转向力的齿轮组成（转向齿轮和驱动齿轮）。,根据驾驶员转向意愿要求，调节电机工作，帮助转向。,系统通过“主动回正”功能帮助转向轮回到中心位置,使在各种驾驶情况下能获得良好的平衡感觉及精确的直线行驶稳定性。,由于有了直线行驶稳定功能，当车辆受到侧向

2、风的作用和行驶在上下颠簸的路面时，驾驶员更容易控制车辆在直线上行驶。,电子机械动力转向系统的优点： 和液压助力转向系统比较，最大的优点是没有液压系统： 没有液力转向泵、油管、油罐、虑清器等 没有液体的流动 减少装配空间 降低噪音 没有复杂的管线系统 那么助力转向的元件都装在转向齿轮上，并且可以直接操作。,电子机械动力转向系统的优点： 值得注意的是能量的节约；液力助力系统无论是否转向时都需要一个连续不断的液力回路，而电子机械助力转向系统仅在真正施加转向力时才消耗能量。这直接导致减少燃油的消耗。 驾驶员在各种工况下都有最佳的驾驶感觉是依赖于： 良好的直线行驶能力（由电子机械转向系统使转向轮回到中心

3、位置） 直接可以轻松柔和的转向力输入 即使行驶在不平的路面上也没有令人不舒服的反作用力。 电子机械动力转向系统每100Km最大可节省0.2L的燃油。,电子机械动力转向系统元件组成图：,黑色的可以单独更换,转向助力是通过存储在控制单元中的不变的特性图程序控制的，控制单元中最多可存储16种不同的特性图。特性图是在生产厂根据不同的整车装备分别设置的（如整车重量）。GOLF中放置了8中特性图。 如果控制单元或转向系统发生了改变时，可以用VAS5051通过功能“adaption”中的01通道进行匹配。,如图所示，在GOLF中八种特性图中的一种，根据车的载荷不同又分轻重两部分特性曲线。 每种特性图由五种不

4、同速度的特性曲线组成（如0km/h、15km/h、50km/h、100km/h、250km/h）。特性曲线表明：由电机给予的助力转向力矩的总量是由输入的转向力矩和车速来决定的。,对于用设备匹配特性曲线，先选定底盘之后，则自动选定了特性曲线,方向盘输入的旋转力矩,电机的助力力矩,有效的输出力矩,1、当司机用力旋转方向盘时助力转向系统开始工作。 2、作用在方向盘上的力引起了转向小齿轮的旋转，转向力矩传感器G269察觉到旋转并将计算出的转向力传给控制单元J500。 3、方向盘转角传感器G85将正确的方向盘转动的角度传给控制单元J500，同时转子转速传感器将正确的转动速度传给控制单元J500 。 4、

5、根据转向力、发动机转速、车速、方向盘转角、方向盘转速以及存储在控制单元中的特性曲线图，控制单元计算出必要的助力力矩并控制电机开始工作。 5、由电机驱动的第二个小齿轮（驱动小齿轮）提供能量产生转向助力，电机是通过一个蜗轮齿轮驱动小齿轮，从而驱动转向齿条产生助力。,6、助力转向力矩和施加在方向盘上的力矩的总和是最终驱动转向齿条上的有效力矩。,在停车时的转向操纵功能：,方向盘输入的旋转力矩,电机的助力力矩,有效的输出力矩,1、当车辆静止时，应保证驾驶员可以迅速的转动方向盘。 2、作用在方向盘上的力引起了在转向小齿轮上的转动杆旋转，转向力矩传感器G269察觉的旋转并将计算出的转向力传给控制单元J500

6、，指示出一个大的转向力施加在方向盘上。 3、方向盘转角传感器G85将大的方向盘转动角度传给控制单元J500，同时转子传感器将当前的转动速度传给控制单元J500。 4、根据大的转向力、大的方向盘转角、车速为0km/h、发动机转速、转动速度以及存储在控制单元中的v=0km/h的特性曲线图，控制单元计算出需要一个“大”的助力力矩并控制电机开始工作。 5、这样在静止状态下，由电机驱动的第二个小齿轮（驱动小齿轮）提供能量产生“大”的转向助力，驱动转向齿条。,6、施加在方向盘上的力矩和“大”的助力转向力矩的总和是车辆在静止工况下最终驱动转向齿条上的有效力矩。,方向盘输入的旋转力矩,电机的助力力矩,有效的输

7、出力矩,在城市工况下的转向操纵功能：,1、当车辆城市工况下时，驾驶员转动方向盘。 2、作用在方向盘上的力引起了在转向小齿轮上的转动杆旋转，转向力矩传感器G269察觉的旋转并将计算出的转向力传给控制单元J500，指示出一个“中等”的转向力施加在方向盘上。 3、方向盘转角传感器G85将大的方向盘转动角度传给控制单元J500，同时转子传感器将当前的转动速度传给控制单元J500。 4、根据大的转向力、大的方向盘转角、车速为50km/h、发动机转速、转动速度以及存储在控制单元中的v=50km/h的特性曲线图，控制单元计算出需要一个“中等”的助力力矩并控制电机开始工作。 5、这样在此种工况下，由电机驱动的

8、第二个小齿轮（驱动小齿轮）提供能量产生“中等”的转向助力，驱动转向齿条。,6、施加在方向盘上的力矩和“中等”的助力转向力矩的总和是车辆在城市工况下最终驱动转向齿条上的有效力矩。,方向盘输入的旋转力矩,电机的助力力矩,有效的输出力矩,在高速公路工况下的转向操纵功能：,1、在变换车道时，驾驶员对方向盘施加一个轻微的力。 2、作用在方向盘上的力引起了在转向小齿轮上的转动杆旋转，转向力矩传感器G269察觉的旋转并将计算出的转向力传给控制单元J500，指示出一个“小”的转向力施加在方向盘上。 3、方向盘转角传感器G85将大的方向盘转动角度传给控制单元J500，同时转子传感器将当前的转动速度传给控制单元J

9、500。 4、根据大的转向力、大的方向盘转角、车速为100km/h、发动机转速、转动速度以及存储在控制单元中的v=100km/h的特性曲线图，控制单元计算出需要一个“小”的助力力矩并控制电机开始工作。 5、这样在高速公路上为实现变换车道，由电机驱动的第二个小齿轮（驱动小齿轮）提供能量产生“小”的转向助力，驱动转向齿条；或者根本就不助力。,6、施加在方向盘上的力矩和“最小”的助力转向力矩的总和是在高速公路上变换车道时最终驱动转向齿条上的有效力矩。,回转力,电机的助力力矩,有效的输出力矩,主动回正功能：,1、如果驾驶员在转弯的过程中减少了施加在方向盘上的力，旋转杆上的扭转也相应减少。 2、转向力的

10、减少的同时，包括转向角度和转向的速度都相应的减少，一个精确的回转速度也相应的计算出来。将其和转向角度和速度进行比较，其结果就是需要的回正力。 3、作用在方向盘上的转向回正力是由整个运动装置设计的结果，转向回正力经常很微弱，因为转向系统及悬挂系统的摩擦力就可以使车轮回到中心位置。 4、控制单元根据转向力、车速、发动机转速、转向角度、转向速度和存储在控制单元中的特性曲线图评估出电机需要的必要的回正力。 5、电机工作促使车轮回到直线向前行驶的方向，回到中心位置。,直线行驶功能： 直线行驶功能是主动回正功能的一个扩展，当没有力提供时，系统产生一个助力使车轮 回到中心位置。为实现功能，又分为长时间法则和

11、短时间法则两种不同的情况。 长时间法则：当长时间发生背离中心位置的任何一侧时，起到平衡背离的任务，如：当 将夏季轮胎换到冬季轮胎（使用）。 短时间法则：负责短时间发生背离。这将使驾驶员更容易驾驶。如：受到侧向风时，会 产生必要的阻止转向力。,1、当车辆受到持续的侧向力时，如：侧向风。 2、驾驶员给方向盘一个力使车辆保持直线行驶状态。 3、控制单元根据转向力、车速、发动机转速、转向角度、转向速度和存储在控制单元中的特性曲线图评估出要保持直线行驶状态电机需要提供的必要力。 4、电机工作，车辆回到直线行驶状态，驾驶员不需要在用力保持方向盘了。,在带双小齿轮的电动机械转向助力器上，需要的转向力是通过转

12、向小齿轮和驱动小齿轮传送到齿条中。转向小齿轮负责传送驾驶员施加的转向力矩，驱动小齿轮则通过一只蜗轮传动装置传送由电动机械转向助力器马达提供的助力扭矩。,转向器由一只转向力矩传感器、一根扭转棒、一只转向和驱动小齿轮、一只蜗轮传动装置以及 一只带控制单元的电动马达组成。电动机械转向助力器的核心部件是一根齿条，它有两只花键啮合在转向器中。,带外壳的异步伺服电机系统,电动助力转向系统 Electric Power Steering,无电刷电机 无扭矩波动 低噪音 无磁性材料 抗泥污 无额外摩擦 宽的转速范围 宽的温度范围 平均工作电流2.5 A 最大电流80A,异步电机,Torque 扭矩4.1 Nm

13、,See Notes Page,电动助力转向系统 Electric Power Steering,异步马达结构简单（无碳刷），因此运行非常安全。 异步马达的优点在于，它可以在无电压状态下通过转向器运转。 它的响应性能非常短，所以也适用于最快的转向运动。,电动马达安装在铝合金壳体内。它通过蜗轮传动和驱动小齿轮作用在齿条上，从而传送助力转向力。 控制侧的轴端部有一块磁铁，控制单元用它来 探测转子转速。控制单元利用该信号计算转向速度。,控制单元,控制单元中集成了一只温度传感器探测转向装置 的温度。当温度上升到100C以上时，将持续降低转向助力。 当转向助力低于60%以下时，电动机械转向助力器指示灯K

14、161亮起黄灯，并在故障存储器中留下记录。 当转向辅助控制单元J500损坏时应整套更换。控制单元永久程序存储器中相关的特性曲线组必须用汽车诊断、测量和信息系统VAS 5051激活。,F317_022,Operating diagram for heavyweight vehicle,Operating diagram for lightweight vehicle,2 Examples of operating diagrams,Electric power steering,See Notes Page,Operating diagrams,Support torque (Nm),Steer

15、ing moment (Nm),方向盘转角传感器G85 安装在转向柱上，转向开关与方向盘之间，与安全气囊时钟弹簧集成为一体。通过CAN总线将方向盘转角信号传递给转向柱电控单元J527。J527分析转角信号。 输入信号： 方向盘转角 转角速度,转向柱电控单元,G85,信号失效： 应急运转模式起动，由替代值代替，电子助力转向依然起作用，只不过故障指示灯K161常亮。,最大旋转1044，转向小齿轮最多可转2.76圈,转向角传感器的基本组成部件有： 带有两只密码环的密码盘； 各有一只光源和一只光学传感器的光栅对。 密码盘由两只环组成，外面的一只叫做绝对环，里面的一只叫做增量环。,增量环被分为5个扇区，

16、每个扇区72，它由一对 光栅对读取。该环在扇区内有开口。同一扇区内的开口顺序是相同的，但不同扇区之间的开口顺序则不同。从而实现了各扇区之间的设码。绝对环确定角度。它被6只光栅对读取。 转向角传感器可以识别1044的转向角。它对角度进行累加。由此当超出360标记时，能够 识别方向盘完全转动了一圈。 转向器的这种设计结构可以使方向盘转动2.76圈。,F317_092,Function,Electric power steering,Steering angle sensor,对信号进行比较后系统可以计算出这两只环移动了多少距离。此时将确定绝对环的移动起始点。,宝来车的方向盘转角传感器G85,结构原

17、理,利用光栅原理测量角度。传感器构成如下： -a 光源；-b 编码盘；-c+d光学传感器；-e整圈计数器,我们将结构简化一下，如左图：带孔模板1和模板2，光源在两板之间，光学传感器在两板之外。,光束通过孔隙照到传感器上，产生电压信号。如果光线被挡住，电压消失。,移动模板产生2个不同的电压序列。其中一个模板因孔隙间隔一致，产生的电压信号也是规则信号。,另一块模板因不规则间隙生成不规则信号。比较2个信号，系统可以计算出模板移动的距离。由不规则板确定运动的起始点。,转向力矩传感器G269,利用转向力矩传感器G269直接在转向小齿轮上计算方向盘扭矩。该传感器以磁阻功能原理工作。它被设计成双保险（备用）

18、，以保证最高的安全性。,转向力矩传感器G269,在扭矩传感器上，转向柱和转向器通过一根扭转棒相互连接。连接转向柱的连接件上有一只磁性极性轮，上面被交替划分出24个不同的极性区。每次分析扭矩时使用两根磁极。,转向力矩传感器G269,辅助配合件是一只磁阻传感器元件，它固定在连接转向器的连接件上。 当操作方向盘时，两只连接件根据施加的扭矩作相对转动。由于此时磁性极性轮也相对于传感器元件旋转，因此可以测量施加的转向力矩，并将信号发送给控制单元。,转向力矩传感器G269,原理： 磁性转子和转向柱连接块为一体，磁阻传感元件和转向小齿轮连接块为一体，当转动方向盘时，转向柱连接块和转向小齿轮连接块反向运动，即

19、磁性转子和磁阻传感元件反向运动，因此转向力（矩）的大小可以被测量出来并传递给控制单元。,信号失效： 如果信号失效，转向助力系统将关闭，但并不是马上关闭，而是一个柔软的逐步的过程。 在此过程中，助力转向力的大小是由控制单元通过电机转子角度和方向盘转角等信号计算出的值所代替。故障警报灯K161亮起。,转向力矩传感器G269,其他传感器： 转子转速传感器 转子转速传感器是电动机械转向助力器马达V187的一只组成部件。从外部无法接触到它。 信号的使用 转子转速传感器根据磁阻功能原理工作，在结构上与转向力矩传感器G269相同。它探测电动机械转向助力器马达V187的转子转速，来精确控制马达。 失灵时的作用

20、 当传感器失灵时，将把转向角速度用作替代信号。转向助力将安全地缓慢降低。从而避免由于传感器的失灵而突然关闭转向助力。故障将通过指示灯K161亮起红灯来显示。,车速信号 车速信号由ABS控制单元提供。 失灵时的作用 当车速信号失灵时，紧急运行程序被起动。驾驶员获得完全的转向助力，但是没有servotronic（电控转向助力系统）功能。故障将通过指示灯K161亮起黄灯来显示。,输入信号,方向盘转角,方向盘转动速度,车速,转向力矩,电机转动速度,外部,内部,主动回正功能,助力力矩,控制单元,电子助力转向,功能列表,转向助力功能,直线行驶功能,故障警报灯K161,44-10-02改变警报灯颜色,特点

21、牵引 在下列前提下： 车速大于7 km/h，且 点火开关接通 在牵引时也会提供转向助力。 蓄电池用尽 转向系统会识别低电压并对此作出反应。 当蓄电池电压低于9 V时，会降低转向助力直至关闭，指示灯亮起红灯。 如果电压暂时低于9 V，指示灯亮起黄灯。,在电瓶电压较低的情况下，车载能量供应管理单元为保证给电机提供足够的能量，会根据需要关闭相应的具有较低优先权的电器元件。 如果由于系统错误整个系统关闭时，仍然要保证法规的要求。 转向助力在电压低的情况下会减弱 ( 11.6 V)。 低于 9 V 时失去助力功能。 助力参与低于 60% 时，报警灯会亮。,再紧急情况下的系统反应 System respo

22、nse in emergency situations,系统故障 System in case of malfunction,缺少速度信号(从 J104) 替代特性速度 (v = 50 km/h), 转向助力保持，故障灯亮 发动机转速信号缺失 (从J220) 替代值 1200 rpm, 助力保持 方向盘转角信号无 替代值 0, 激活复位关闭功能，无软止点功能，故障灯亮 温度信号缺失(从J500中的传感器) 采用温度替代值, 实现部分转向助力，故障灯亮,系统故障 System in case of malfunction,电机转速信号(从 G577) 缺失 替代信号单位时间的方向盘转角，以此来计算扭矩确定助力转向软关断电，故障灯亮 扭矩转子速度信号缺失(从G269) 替代信号：方向盘转角和转速，以确定助力何时关闭，故障灯亮 车辆行驶中15号线中断 正常运行，助力转向保持至车辆停止 (terminal 15 coasting),PS： 记住转向极限位置 为了避免剧烈打到转向极限位置，所以用软件对转向角进行了限制。当转向角到达机械极限位置之前约5时会激活“软件极限位置”和减震器。此时将根据转向角和转向力矩降低助力扭矩。,