汽车电动助力转向系统课件.ppt
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- 汽车 电动 助力 转向 系统 课件
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1、第四章第四章 汽车电动助力转向系统汽车电动助力转向系统第一节第一节 概述概述 在汽车行驶中,转向运动是最基本的运动。我们通过在汽车行驶中,转向运动是最基本的运动。我们通过方向盘来操纵和控制汽车的行驶方向,从而实现自己的行方向盘来操纵和控制汽车的行驶方向,从而实现自己的行驶意图。驶意图。在现代汽车上,在现代汽车上,转向系统转向系统是必不可少的最基本的系统之一,是必不可少的最基本的系统之一,它也是决定它也是决定汽车主动安全性的关键总成汽车主动安全性的关键总成。如何设计汽车的转向特性,使汽车具有良好的操纵性能,如何设计汽车的转向特性,使汽车具有良好的操纵性能,始终是各汽车厂家和科研机构的重要课题始终
2、是各汽车厂家和科研机构的重要课题。特别是在车辆。特别是在车辆高速化、驾驶人员非职业化、车流密集化的今天,针对更高速化、驾驶人员非职业化、车流密集化的今天,针对更多不同的驾驶人群,汽车的操纵性设计显得尤为重要。多不同的驾驶人群,汽车的操纵性设计显得尤为重要。传统转向系统传统转向系统 传统的汽车转向系统是传统的汽车转向系统是机械系统机械系统,汽车的转向运动是,汽车的转向运动是由驾由驾驶员操纵方向盘,通过转向器和一系列的杆件传递到转向驶员操纵方向盘,通过转向器和一系列的杆件传递到转向车轮而实现的。车轮而实现的。普通的转向系统建立在机械转向的基础上。普通的转向系统建立在机械转向的基础上。常用的有两种是
3、常用的有两种是齿轮齿条式齿轮齿条式和和循环球式循环球式(用于需要较大的用于需要较大的转向力时转向力时)。这种转向系统是我们最常见的,目前大部分。这种转向系统是我们最常见的,目前大部分低端轿车采用的就是低端轿车采用的就是齿轮齿条式机械转向系统齿轮齿条式机械转向系统。传统转向系统的缺点传统转向系统的缺点 虽然传统转向系统工作最可靠,但是也存在很多固有的缺虽然传统转向系统工作最可靠,但是也存在很多固有的缺点,传统转向系统由于点,传统转向系统由于方向盘方向盘和和转向车轮之间的机械连接转向车轮之间的机械连接而产生一些自身无法避免的而产生一些自身无法避免的缺陷缺陷:汽车的转向特性受驾驶员驾驶技术的影响严重
4、;汽车的转向特性受驾驶员驾驶技术的影响严重;转向传动比固定转向传动比固定,提供不了合适的转向力提供不了合适的转向力;液压助力转向系统经济性差,液压助力转向系统经济性差,一般轿车每行驶一百公里一般轿车每行驶一百公里要多消耗要多消耗0.30.4升的燃料升的燃料;另外,存在;另外,存在液压油泄漏问题,液压油泄漏问题,对环境造成污染对环境造成污染,在环保性能被日益强调的今天,无疑是,在环保性能被日益强调的今天,无疑是一个明显的劣势。一个明显的劣势。助力转向系统助力转向系统 助力转向系统助力转向系统使转向操作灵活、轻便,在设计汽车使转向操作灵活、轻便,在设计汽车时对转向器结构形式的选择灵活性增大,能吸收
5、路面对前时对转向器结构形式的选择灵活性增大,能吸收路面对前轮产生的冲击等优点,现代汽车上普遍采用助力转向系统轮产生的冲击等优点,现代汽车上普遍采用助力转向系统 助力转向系统助力转向系统于于1955年在年在Buick上首次采用,解决了转向上首次采用,解决了转向轻便性问题,轻便性问题,助力转向系统助力转向系统是指在驾驶员的控制下,借助于汽是指在驾驶员的控制下,借助于汽车发动机通过液压泵产生的液体压力或电动机驱动力来车发动机通过液压泵产生的液体压力或电动机驱动力来实现车轮转向。实现车轮转向。助力转向助力转向是一种以驾驶员操纵转向盘是一种以驾驶员操纵转向盘(转矩和转角)为输入信号,以转向车轮的角位移为
6、输(转矩和转角)为输入信号,以转向车轮的角位移为输出信号的出信号的伺服机构伺服机构。助力转向系统的要求助力转向系统的要求 对转向系统的要求,主要概括为对转向系统的要求,主要概括为转向的灵敏度转向的灵敏度和和操纵的轻操纵的轻便性便性。高的转向灵敏度,要求转向器具有。高的转向灵敏度,要求转向器具有小的传动比小的传动比,以,以小的转向盘转角迅速转向,好的操纵轻便性,则要求转向小的转向盘转角迅速转向,好的操纵轻便性,则要求转向器具有器具有大的传动比大的传动比,这样才能以较小的转向盘操纵力获得,这样才能以较小的转向盘操纵力获得大的转向力矩。大的转向力矩。实际应用中,一般要求:实际应用中,一般要求:当转向
7、轮达到最大设计转角时,当转向轮达到最大设计转角时,转向盘总转数不宜超过转向盘总转数不宜超过5圈,而转向盘操纵力最大不超过圈,而转向盘操纵力最大不超过250N助力转向系统的具体要求助力转向系统的具体要求 良好的操纵性良好的操纵性 合适的转向力与位置感合适的转向力与位置感 具有回正功能具有回正功能 适当的路面反馈量适当的路面反馈量 工作可靠工作可靠 节省能源节省能源 安静、噪声小安静、噪声小 转向必须灵活、平顺,转向必须灵活、平顺,具有很好的随动性,能具有很好的随动性,能够安全行驶在狭窄、连够安全行驶在狭窄、连续拐弯的弯道上。续拐弯的弯道上。低速或停车低速或停车时,转动转向盘时,转动转向盘不能太费
8、力,不能太费力,高速行驶高速行驶时,又时,又不能感觉到转向盘上的力太小不能感觉到转向盘上的力太小而有发而有发“飘飘“的感觉,的感觉,因此要求因此要求转向盘上的力最好能随车速变转向盘上的力最好能随车速变化,同时要求驾驶员能清楚地化,同时要求驾驶员能清楚地感觉到转向盘的位置,感觉到转向盘的位置,感觉到感觉到操纵转向盘的角度与汽车行驶操纵转向盘的角度与汽车行驶轨迹的对应关系,具有很好的轨迹的对应关系,具有很好的直线行驶稳定性和高速行驶的直线行驶稳定性和高速行驶的路感。路感。在转向后,转向盘应在转向后,转向盘应当能自动回到直线行驶当能自动回到直线行驶的位置,回转的速度要的位置,回转的速度要平稳、适当。
9、使残留的平稳、适当。使残留的角速度尽可能小。角速度尽可能小。从道路表面传来的冲从道路表面传来的冲击应能传达到转向盘上,击应能传达到转向盘上,增加驾驶员的路感,但增加驾驶员的路感,但不能太大,要使驾驶员不能太大,要使驾驶员的感觉是舒适的。的感觉是舒适的。转向系统是安全件,转向系统是安全件,如果不能转向或失去控如果不能转向或失去控制就会发生车毁人亡的制就会发生车毁人亡的事故。因此转向系统应事故。因此转向系统应具有故障预警功能,当具有故障预警功能,当计算机控制系统或助力计算机控制系统或助力系统发生故障时,转向系统发生故障时,转向系统仍然应保留人力转系统仍然应保留人力转向功能。向功能。在保证转向性能的
10、前在保证转向性能的前提下,尽可能降低转向提下,尽可能降低转向系统的动力消耗。系统的动力消耗。转向系统的分类转向系统的分类 传统液压式助力转向系统传统液压式助力转向系统 电子控制式液压助力转向系统电子控制式液压助力转向系统 电动助力转向系统电动助力转向系统传统液压式助力转向系统传统液压式助力转向系统 机械式的液压助力转向系统机械式的液压助力转向系统一般由一般由液压泵、油管、压力流液压泵、油管、压力流量控制阀体、量控制阀体、V型传动皮带、储油罐型传动皮带、储油罐等部件构成。等部件构成。无论车是否转向,这套系统都要工作,而且在大转向车速无论车是否转向,这套系统都要工作,而且在大转向车速较低时,需要液
11、压泵输出更大的功率以获得比较大的助力。较低时,需要液压泵输出更大的功率以获得比较大的助力。所以,也在一定程度上浪费了资源。还有,机械式液压助所以,也在一定程度上浪费了资源。还有,机械式液压助力转向系统由力转向系统由液压泵及管路和油缸液压泵及管路和油缸组成,为保持压力,不组成,为保持压力,不论是否需要转向助力,系统总要处于工作状态,能耗较高,论是否需要转向助力,系统总要处于工作状态,能耗较高,这也是耗资源的一个原因所在。这也是耗资源的一个原因所在。传统液压式助力转向系统传统液压式助力转向系统 传统液压式助力转向系统(传统液压式助力转向系统(HPS)一般按液流的形式可分)一般按液流的形式可分为为常
12、流式常流式和和常压式常压式两种类型。两种类型。常流式常流式是指汽车在行驶中,不转动转向盘时,流量控制阀在是指汽车在行驶中,不转动转向盘时,流量控制阀在中间位置,油路保持畅通。中间位置,油路保持畅通。常压式常压式是指汽车在行驶中,无论转向盘是否转动,整个液压是指汽车在行驶中,无论转向盘是否转动,整个液压系统总是一直保持高压。系统总是一直保持高压。传统液压式助力转向系统缺点传统液压式助力转向系统缺点 提供不了合适的转向力提供不了合适的转向力,即若要保证汽车在停车或低,即若要保证汽车在停车或低速调头时转向轻便,那么汽车高速行驶时就会感到有速调头时转向轻便,那么汽车高速行驶时就会感到有”发发飘飘“的感
13、觉;若要保证汽车在高速行驶时操纵有适度手感,的感觉;若要保证汽车在高速行驶时操纵有适度手感,那么当其要停车或低速调头时就会感到转向太重,两者不那么当其要停车或低速调头时就会感到转向太重,两者不能兼顾。能兼顾。电子控制式液压助力转向系统电子控制式液压助力转向系统转向控制阀转向控制阀 油泵:油泵:由发动机驱动,用于提供助力转向所需的液压油。由发动机驱动,用于提供助力转向所需的液压油。扭力杆的上端与转阀阀杆用销子刚性地连接在一起,下端与控扭力杆的上端与转阀阀杆用销子刚性地连接在一起,下端与控制阀阀体用销子相连,小齿轮轴的上端通过销子与控制阀阀体相连,制阀阀体用销子相连,小齿轮轴的上端通过销子与控制阀
14、阀体相连,转向时,转向盘上的转向力通过扭力杆传递给小齿轮轴。转向时,转向盘上的转向力通过扭力杆传递给小齿轮轴。分流阀:分流阀:根据有关传感器的信号作出最佳助力转向力判断,并根据有关传感器的信号作出最佳助力转向力判断,并将来自转向油泵的油液向控制阀一侧和电磁阀一侧分流,按照车速将来自转向油泵的油液向控制阀一侧和电磁阀一侧分流,按照车速和转向要求,改变控制阀一侧和电磁阀一侧的油压,确保电磁阀一和转向要求,改变控制阀一侧和电磁阀一侧的油压,确保电磁阀一侧具有稳定的油液流量。侧具有稳定的油液流量。固定小孔:固定小孔:把供给转向控制阀的一部份液压油分配到油压反力把供给转向控制阀的一部份液压油分配到油压反
15、力室一侧。在汽车高速行驶时,由于通过小孔又加了一部份燃油给反室一侧。在汽车高速行驶时,由于通过小孔又加了一部份燃油给反力室,进一步加强了柱塞的夹紧力,使得此时的转向力相对于转向力室,进一步加强了柱塞的夹紧力,使得此时的转向力相对于转向角呈线性增加,从而获得高速行驶时的稳定转向操纵感。角呈线性增加,从而获得高速行驶时的稳定转向操纵感。助力转向助力转向ECUECU:ECU根据车速传感器传来的信号,判断汽车是处根据车速传感器传来的信号,判断汽车是处于停止状态还是处于低速行驶或高速行驶工况,在根据判别出的汽于停止状态还是处于低速行驶或高速行驶工况,在根据判别出的汽车状态,对电磁线圈的电流进行线性控制,
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