了解电子控制动力转向

任务二　了解电子控制动力转向

任务描述

在转向系统中增设动力装置后就构成一个新的系统——动力转向系统（EPS系统），本任务主要了解汽车动力转向系统的构成、特点、基本功能及工作过程。教学现场应提供相应的动力转向系统教学设备，如图3-15所示为安装了电子控制电动转向系统的汽车。

图3-15　安装了电子控制动力转向系统的汽车

任务实施

一、电子控制动力转向系统的组成

1．认识动力转向系统（EPS系统）

在转向系统中增设动力装置就构成动力转向系统，动力转向系统能够使转向操作轻便，提高转向的响应特性。动力转向系统是为了实现在各种行驶条件下方向盘上的力都是最佳值的情况下应运而生的，根据其动力行驶的不同动力转向系统主要有电子控制液压动力转向和电动转向两种。如图3-16为典型轿车的动力转向系统结构图。

图3-16　典型轿车的动力转向系统构成图

1—油泵；2—储油罐；3—电控装置；4—车速表；5—万向节；6—传感器；7—齿轮齿条式转向器；8—方向盘

图3-17　电子控制动力转向系统实物图

做一做

同学们通过网络去查阅一些车型的电子控制电动转向系统，比较每个车型电子控制电动转向系统，总结归纳一下各车型电子控制电动转向系统的特点。常见的汽车网站有新浪汽车、汽车之家、易车网等。

2．电子控制电动转向系统的组成

电子控制电动转向系统主要由电子控制器（ECU）和执行器组成，电子控制器根据各传感器送来的信号，确定助力扭矩的大小和方向，通过执行器去驱动电动机，使汽车获得合适的转向动力。电子控制电动转向系统的实物如图3-17所示。

图3-18　ECU实物图

3．电子控制器（ECU）

（1）EPS电子控制器（ECU）的组成

EPS电子控制器（ECU）由一片具有256个字节的RAM（随机存储器）、4 k字节的ROM（只读存储器）、8位字长的单片机及其外围电路组成，同时具有10位A/D（模/数）转换器、8位D/A（数/模）转换器、I/F（电流/频率）转换器、放大电路、动力监测电路、驱动电路等。如图3-18所示为EPS电子控制器（ECU）实物。

（2）电子控制器（ECU）工作原理

工作时，转向转矩和转向角信号经过A/D（模/数）转换器输入到单片机中计算出最优化的助力转矩，ECU把已计算出来的参数值作为电流命令值送到D/A（模/数）转换器转换为模拟量，并将其输入到电流控制电路。电流控制电路将该信号同电动机电流的实际值进行比较，产生一个差值信号，该差值信号被送到驱动电路可驱动动力装置并向电动机提供控制电流。如图3-19所示为动力转向系统控制示意图。

图3-19　动力转向系统控制示意图

4.EPS执行器

EPS执行器主要包括直流电动机、电磁离合器和减速机构等。

（1）直流电动机

EPS采用的电动机为直流电动机，通常采用永磁磁场，最大电流一般为30 A，电压为12 V，额定转矩10 N· M，如图3-20所示。

EPS直流电动机必须具有正反转功能，需要采用电动机正反转控制电路，图3-21为一种比较简单实用的控制电路。其工作过程为：a₁和a₂为触发信号端，当a₁端得到输入信号时，晶体管V_T3导通，V_T2得到基极电流而导通，电流经V_T2、电动机M、V_T3、搭铁而构成回路，电动机正转；当a₂端得到输入信号时，电流则经V_T1、M、V_T4、搭铁而构成回路，电动机因电流方向相反而反转。通过控制触发信号端电流的大小，就可以控制通过电动机电流的大小。

图3-20　电动助力转向电动机

图3-21　电动机正反转控制电路

（2）电磁离合器

电磁离合器的主要作用是保证电动助力只在预定的车速范围内起作用。当汽车行驶速度超过系统限定的最大值时，电磁离合器便切断电动机电源，使电动机停转，离合器分离，不传递转向助力，消除电动机的惯性对转向的影响；当动力转向系统发生故障时，离合器自动分离，恢复手动控制转向，如图3-22所示。

图3-22　单片干式电磁离合器

1—滑环；2—线圈；3—压板；4—花键；5—从动轴；6—主动轮；7—滚动轴承

图3-22为单片干式电磁离合器，其工作过程为：当电流经过滑环进入电磁离合器线圈时，主动轮产生电磁吸力，带花键的压板被吸引与主动轮压紧，于是电动机的动力经过轴、主动轮、压板、花键、从动轴传递给执行机构。

（3）减速机构

减速机构主要由涡轮和蜗杆构成，蜗杆的动力来自于电磁离合器和电动机，经涡轮减速增矩后传给转向轴，再通过其他部件传给转向轮，实现助力转向，减速机构是EPS系统不可缺少的部件。

二、电动式EPS的控制过程及原理

1．电动式EPS的控制过程

如图3-23所示为电动式EPS的控制过程流程图。

电动式EPS的控制内容见表3-9。

图3-23　电动式EPS控制框图

表3-9　电动式EPS的控制内容

2．电动式EPS的控制的工作原理

电动式EPS的控制的工作原理如下：首先，转矩传感器测出驾驶员施加在转向盘上的操纵力矩，车速传感器测出车辆当前的行驶速度，然后将这两个信号传递给ECU；其次，ECU根据内置的控制策略，计算出理想的目标助力力矩，转化为电流指令给电机；最后，电机产生的助力力矩经减速机构放大作用在机械式转向系统上，和驾驶员的操纵力矩一起克服转向阻力矩，实现车辆的转向。

三、3种中级车主流助力转向系统的应用比较

在中级车中常见的3种助力转向系统，即机械式液压动力转向系统、电子液压助力转向系统、电动助力转向系统，它们的应用比较见表3-10。

表3-10　3种中级车主流助力转向系统的应用比较

续表

四、动力转向系统的维护

1．定期检查动力转向储液罐内的液面高度

动力转向储液罐在热态时（约66℃，用手摸感觉烫手）其液面高度必须在HOT（热态）和COLD（冷态）标记之间。如果是冷态（约21℃），则液面高度必须在ADD（加）和COLD（冷态）标记之间。如果液面高度不符合，要求必须加注DEXRON2型动力转向液（液力传动油）。

2．动力转向系统的清洗、换油与保护

动力转向系统的清洗、换油与保护应在有动力转向换油设备的汽车养护中心进行，使用专有设备。

首先用动力转向系统强力清洗剂换出动力转向系统中的旧油，然后用清洗剂清洗动力转向系统，最后用新油（加动力转向保护剂）换出动力转向系统清洗剂，直至换油结束。动力转向系统的清洗、换油与保护作业通常应每行使50 000 km进行一次。这样能确保动力转系统工作更可靠，避免出现早期损坏，延长使用寿命。

五、任务评价表

自我测试

1．动力转向系统根据其动力行驶的不同主要有_____________和_____________两种。

2．电子控制电动转向系统主要由_____________和_____________组成。

3.EPS的执行器主要包括_____________、_____________和_____________等。

4.EPS采用的电动机为_____________，通常采用永磁磁场，最大电流一般为_____________A，电压为_____________V，额定转矩_____________N· M。

5.EPS直流电动机必须具有_____________功能。

6．减速机构主要由_____________和_____________构成。

7．当检测到EPS系统存在故障时即会显示出相应的_____________，以便采取相应的措施。

8．电磁离合器的主要作用是____________。

9．图3-21为直流电机正反转控制电路图，请简述它的工作过程。

知识拓展

麦弗逊（Macphersan）式悬挂系统

悬挂系统就是指由车身与轮胎间的弹簧和避震器组成整个支持系统的系统。悬挂系统应有的功能是支持车身，改善乘坐的感觉，不同的悬挂设置会使驾驶者有不同的驾驶感受。外表看似简单的悬挂系统能综合多种作用力，决定着轿车的稳定性、舒适性和安全性，是现代轿车十分关键的部件之一。

麦弗逊（Macphersan）式悬挂是独立悬挂的一种，是当今最为流行的独立悬挂之一，一般用于轿车的前轮。

麦弗逊（Mcpherson）是美国伊利诺斯州人。 20世纪30年代，通用的雪佛兰公司想设计一种真正的小型汽车，总设计师就是麦弗逊。麦弗逊一改当时盛行的板簧与扭杆弹簧的前悬挂方式，创造性地将减振器和螺旋弹簧组合在一起，装在前轴上。实践证明这种悬挂形式构造简单，占用空间小，而且操纵性很好。麦弗逊跳槽到福特后，1950年福特在英国的子公司生产的两款车是世界上首次使用麦弗逊悬挂的商品车。麦弗逊悬挂由于构造简单、性能优越的缘故，被行家誉为经典的设计。

麦弗逊式悬挂是应前置发动机前轮驱动（FF）车型的出现而诞生的。 FF车型不仅要求发动机要横向放置，而且还要增加变速箱、差速器、驱动机构、转向机，以往的前悬挂空间不得不被加以压缩并大幅删掉，因此才设计出节省空间、成本低的麦弗逊式悬挂，以符合汽车需求。现在一般轿车的前后悬挂基本都是麦弗逊式或其变形式。

麦弗逊式悬挂的主要结构是由螺旋弹簧加上减震器组成，减震器可以避免螺旋弹簧受力时向前、后、左、右偏移的现象，限制弹簧只能作上下方向的振动，并可以用减震器的长短及松紧来设定悬挂的软硬及性能。

虽然麦弗逊式悬挂在行车舒适性上的表现令人满意，并且其结构体积不大，可有效扩大车内乘坐空间，但也由于其构造为直筒式，对左右方向的冲击缺乏阻挡力，并且它的抗刹车点头效果较差。