汽车EPS简介.ppt

第一章第一章 电动转向的基本概念电动转向的基本概念 内容内容 1 1 电动转向器概念电动转向器概念2 2 电动转向器基本构成电动转向器基本构成3 3 电动转向基本原理电动转向基本原理4 4 电动转向与液压转向比较电动转向与液压转向比较5 5 电动转向的优点电动转向的优点6 6 电动转电动转向器的分向器的分类类 7 7 电动转电动转向模型向模型1 电动转向器概念电动转向器概念汽车电动助力转向器汽车电动助力转向器(EPS)是一种机电一体是一种机电一体化的新一代汽车转向系化的新一代汽车转向系统。它是在机械转向系统。它是在机械转向系统的基础上统的基础上,根据作用在根据作用在转向盘上的转矩信号和转向盘上的转矩信号和车速信号车速信号,通过电子控制通过电子控制装置装置(控制模块控制模块)使电机使电机产生相应大小的辅助力产生相应大小的辅助力,协助驾驶员进行转向操协助驾驶员进行转向操纵纵,并获得最佳转向特性并获得最佳转向特性的伺服系统。的伺服系统。2 电动转向器基本构成电动转向器基本构成电动转向器包括电动转向器的机械电动转向器包括电动转向器的机械部分、控制器、电机和传感器等。部分、控制器、电机和传感器等。管柱助力式转向器管柱助力式转向器C-EPS和小齿和小齿轮助力式转向器轮助力式转向器P-EPS的机械部分的机械部分、减速机构、电机和传感器安装在、减速机构、电机和传感器安装在一起一起,控制器有另外安装的控制器有另外安装的,用电线用电线束将它们与蓄电池束将它们与蓄电池(电源电源)连接在一连接在一起起.也有直接装在减速器壳体上的也有直接装在减速器壳体上的,这样散热更好这样散热更好.3 电动转向器基本原理电动转向器基本原理EPS基本工作原理：基本工作原理：转向时，扭矩通过输入轴传递到扭力转向时，扭矩通过输入轴传递到扭力杆，输入轴和输出轴之间的旋转方向角度杆，输入轴和输出轴之间的旋转方向角度出现偏差，这些角度变化转换为扭矩传感出现偏差，这些角度变化转换为扭矩传感器电压变化并传送到控制模块。器电压变化并传送到控制模块。控制模块根据扭矩传感器检测到的扭控制模块根据扭矩传感器检测到的扭矩信号和车速信号以及反馈电机电压和电矩信号和车速信号以及反馈电机电压和电流信号，判断汽车的转向状态，向驱动单流信号，判断汽车的转向状态，向驱动单元发出控制指令，给电机一定占空比的电元发出控制指令，给电机一定占空比的电压，使电机按方向盘转动的角度和方向产压，使电机按方向盘转动的角度和方向产生相应大小的辅助力，通过蜗轮蜗杆传递生相应大小的辅助力，通过蜗轮蜗杆传递给输出轴，协助驾驶员进行转向操纵。给输出轴，协助驾驶员进行转向操纵。4 4 电动转向与液压转向的比较电动转向与液压转向的比较由于电动助力转向系统（由于电动助力转向系统（EPS）只需电源而不用液压源，）只需电源而不用液压源，与液压动力转向系统相比较省略了许多元件，没有液压与液压动力转向系统相比较省略了许多元件，没有液压系统所需要的油泵、油管、压力流量控制阀、储油罐等，系统所需要的油泵、油管、压力流量控制阀、储油罐等，零件数目少，布置方便，重量轻。零件数目少，布置方便，重量轻。二者相比电动助力转向系统相对生产成本较低。但电动二者相比电动助力转向系统相对生产成本较低。但电动助力转向系统控制器的开发由于涉及到芯片的选型、程助力转向系统控制器的开发由于涉及到芯片的选型、程序的开发和算法、控制逻辑的确定、电路板的设计和制序的开发和算法、控制逻辑的确定、电路板的设计和制造工艺，所以开发的成本较高造工艺，所以开发的成本较高,开发难度增加。开发难度增加。5 5 电动转向器的优点电动转向器的优点与液压动力转向系统（与液压动力转向系统（HPS）相比，电动转向器）相比，电动转向器(EPS)有如有如下优点：下优点：1 效率高。效率高。HPS系统效率一般为系统效率一般为60%70%；而；而EPS系统系统效率可达效率可达90%以上。以上。2 能耗少。对于能耗少。对于HPS系统，由于液压油泵时刻在工作系统，由于液压油泵时刻在工作,汽车汽车燃油消耗率增加燃油消耗率增加4%6%；而；而EPS系统只有助力时才工作系统只有助力时才工作,汽车燃消耗率仅增加汽车燃消耗率仅增加0.5%左右。左右。3 对环境污染少。对环境污染少。EPS对环境几乎没有污染。对环境几乎没有污染。4 可以独立于发动机工作。可以独立于发动机工作。EPS系统只要电源电力充足，即系统只要电源电力充足，即可产生助力。可产生助力。5 5 电动转向器的优点电动转向器的优点5 路感好。使汽车在各种速度路感好。使汽车在各种速度 下都能得到满意的转向助力。下都能得到满意的转向助力。在带有主动回正功能的在带有主动回正功能的EPS,回正性好回正性好,可得到最佳的回正特可得到最佳的回正特性。在高速时操纵稳定性好性。在高速时操纵稳定性好.液压助力转向解决了汽车转向轻液压助力转向解决了汽车转向轻便性问题，解决不了便性问题，解决不了“发飘发飘”和和“摆头摆头”问题。问题。电动转向系统可根据车速通过控制助力电机，降低高速电动转向系统可根据车速通过控制助力电机，降低高速行驶时转向助力，增大转向手力，甚至于加大高速转向时的行驶时转向助力，增大转向手力，甚至于加大高速转向时的转动阻力，这样才能真正解决高速发飘问题转动阻力，这样才能真正解决高速发飘问题;高水平的控制高水平的控制器已经具有增加转向轴回正阻力的能力，增加了从方向盘到器已经具有增加转向轴回正阻力的能力，增加了从方向盘到车轮的整个弹性系统的阻尼，能使车轮的整个弹性系统的阻尼，能使方向方向盘盘撒手回正撒手回正时产时产生的生的摆头现象衰减的更快。随着带角度信号传感器的使用，可以摆头现象衰减的更快。随着带角度信号传感器的使用，可以使车轮更快的回正到零位。使车轮更快的回正到零位。5 5 电动转向器的优点电动转向器的优点6 6 可以实现精确转向可以实现精确转向,就是在汽车转向过程中，该转就是在汽车转向过程中，该转向器根据不同车速、方向盘转动的快慢，准确的提供向器根据不同车速、方向盘转动的快慢，准确的提供各种行驶路况下的最佳转向助力或阻尼各种行驶路况下的最佳转向助力或阻尼.电动转向器是在计算机控制下实施对电机电流大小的电动转向器是在计算机控制下实施对电机电流大小的变化控制，实现不同的转向助力。所以它能精确的实变化控制，实现不同的转向助力。所以它能精确的实现人们预先设置的在不同车速、不同转弯角度所需要现人们预先设置的在不同车速、不同转弯角度所需要的不同大小的转向助力和阻尼。的不同大小的转向助力和阻尼。7 应用范围广，尤其对于环保型的纯电动汽车，混合应用范围广，尤其对于环保型的纯电动汽车，混合动力车动力车,EPS系统为其最佳选择。系统为其最佳选择。6 6 电动转电动转向器的分向器的分类类 四种典型电动转向系统四种典型电动转向系统 7 7 主动转向系统近十几年来，随着传感器技术和计算机技术的发展，近十几年来，随着传感器技术和计算机技术的发展，主动转向开始应用于普通的车辆上。目前用于乘用主动转向开始应用于普通的车辆上。目前用于乘用车的主动转向系统其基本原理是通过控制器控制执车的主动转向系统其基本原理是通过控制器控制执行机构，在驾驶员转角命令的基础上附加一个独立行机构，在驾驶员转角命令的基础上附加一个独立的转角，从而实现车辆性能的改善。主动转向可实的转角，从而实现车辆性能的改善。主动转向可实现如下功能：现如下功能：1）低速转向轻便，高速转向稳定；）低速转向轻便，高速转向稳定；2）转向系统响应快；）转向系统响应快；3）在危险工况下实现车辆稳）在危险工况下实现车辆稳定性的控制。宝马的主动前轮转向（定性的控制。宝马的主动前轮转向（AFS）是主动）是主动转向技术的一个典型的例子。在某些情况下，控制转向技术的一个典型的例子。在某些情况下，控制器也可以通过主动转向对车辆实现完全的控制，如器也可以通过主动转向对车辆实现完全的控制，如丰田在其生产的丰田在其生产的PRIUS中采用的自动泊车技术。在中采用的自动泊车技术。在整个泊车过程中，驾驶员只需要轻踩刹车，而不需整个泊车过程中，驾驶员只需要轻踩刹车，而不需要对转向进行任何的干预。要对转向进行任何的干预。一种是以宝马公司和一种是以宝马公司和ZF公司联合开发的公司联合开发的AFS系统为代表的机械式主动系统为代表的机械式主动转向系统，通过行星齿轮机械结构增加一个输入自由度从而实现附加转向系统，通过行星齿轮机械结构增加一个输入自由度从而实现附加转向，目前已装配于宝马转向，目前已装配于宝马5系的轿车上。韩国的系的轿车上。韩国的MANDO（AFS）、）、日本的日本的JTEKT公司公司(Electric variable-gear-ratio steering)也也有类似的产品；有类似的产品；另一种是线控转向系统（另一种是线控转向系统（SWB），利用控制器综合驾驶员转向角输入），利用控制器综合驾驶员转向角输入和当时的车辆状态来决定转向电机的输出电流和当时的车辆状态来决定转向电机的输出电流,最终驱动前轮转动。线最终驱动前轮转动。线控转向和机械式主动转向系统最大的区别体现在当系统发生故障时控转向和机械式主动转向系统最大的区别体现在当系统发生故障时,机机械式主动转向系统仍能通过转向盘与车轮间的机械连接确保其转向功械式主动转向系统仍能通过转向盘与车轮间的机械连接确保其转向功能能,而线控转向必须通过系统冗余设计来保证车辆的安全性。由于上述而线控转向必须通过系统冗余设计来保证车辆的安全性。由于上述安全性和可靠性的原因，目前法规上还不允许将线控转向系统直接装安全性和可靠性的原因，目前法规上还不允许将线控转向系统直接装备车辆。备车辆。主动转向系统分类8 8 电动转电动转向理想的向理想的转转向手力模型向手力模型 该该模模型型遵遵循循汽汽车车转转向向原原理理和和要要求求操操纵纵稳稳定定性性，随随方方向盘转动手力变化和在不同车速时有以下规律：向盘转动手力变化和在不同车速时有以下规律：1随随方方向向盘盘力力矩矩增增大大，电电机机电电流流（扭扭矩矩）按按一一定定规律增大；规律增大；2随随汽汽车车车车速速增增大大，电电机机电电流流（扭扭矩矩）按按一一定定规规律减小；律减小；3.随方向盘转动速度增大，电机转速增加；随方向盘转动速度增大，电机转速增加；4.随方向盘转动方向不同，电机转动方向不同随方向盘转动方向不同，电机转动方向不同.电动转电动转向理想的向理想的转转向手力模型向手力模型 电动转电动转向理想的向理想的转转向手力模型向手力模型 电动转电动转向理想的向理想的转转向手力模型向手力模型电动转电动转向理想的向理想的转转向手力模型向手力模型的意义1 1 可可以以直直观观的的用用来来表表示示电电动动转转向向理理想想的的转转向向助助力力模模型型。清清楚楚的的表表明明了了转转向向手手力力与与输输出出载载荷荷、车车速速与与输出载荷的关系。输出载荷的关系。2 2 可可以以用用数数学学的的方方法法逼逼近近这这条条曲曲线线，从从而而实实现现对对EPSEPS控制器的控制。控制器的控制。3 3 能能用用插插值值法法或或插插值值法法加加数数学学逼逼近近的的方方法法快快速速实实现对现对EPSEPS控制器的控制。控制器的控制。转向手力、速度特性比较转向手力、速度特性比较 利用利用转转向手力模型向手力模型的实例的实例