电动助力转向结构

一、组织教学（5分钟） 1、 清点人数

2、 查清迟到、缺勤同学原因 二、引入课题（10分钟）

1．转向系有哪些零部件？ 2．电动助力转向有什么优点？ 三、讲授新课（240分钟）

电动助力转向结构

EPS由扭矩传感器，车速传感器，电流传感器，控制单元ECU，助力电动机，减速机构等组成。EPS工作原理如图1所示[1]，扭矩传感器与转向轴（小齿轮轴）连接一起，当驾驶员转动转向盘时，扭矩传感器开始工作，把输入轴和输出轴在扭杆作用下产生的相对转动位移变成电信号传给ECU（Electronic Control Unit，简称ECU），ECU根据车速传感器和扭矩传感器的信号决定电动机的旋转方向和助力电流的大小，从而完成实时控制助力转向。 与液压助力转向相比，EPS的优点 ：

⑴具有随车速变化的最佳的助力效果，根据不同车辆的助力特性曲线[1]提供助力，车速低时，油压转向阻力大，助力也大，车速高时，转向阻力小，助力小，如图2所示

⑵节约能源，保护环境是EPS的优势。电机只是在需要时才工作，是按需工作型的转向系统，其节能性能，环保性能都比液压助力转向好。

⑶零件简化，由于只靠电动机直接提供助力，省了油泵，皮带，皮带轮，液压管路，液压油和密封件等，可靠性增加。没有液压油，且低温工作性能好。电气元件的检测维修，更换都方便。

⑷安全性提高，当发动机出现故障，甚至行驶中发动机突然熄火时，EPS仍然可以正常工作，提高了安全性能。

（1） 扭矩传感器

飞度轿车的扭矩传感器是非接触式扭矩传感器，属于电感式扭矩传感器，它安装在输入轴/小齿轮轴的周围，由线圈，磁芯和扭杆等组成。线圈固定在塑料壳里面，磁芯能在输入轴/小齿轮轴上上下移动，扭杆的上端通过圆柱销连接转向轴，传递驾驶员转动方向盘时输入的扭矩，扭杆的下端是接小齿轮输出轴，是传递路面转向阻力扭矩，扭杆在这两个扭矩的作用下，产生扭转变形，这个工作过程与液压助力转向中转向控制阀的扭杆的工作过程是一样的。磁芯上下移动在线圈中产生的感应电压的变化信号，就反映出扭矩大小的信号，信号经过处理后，输出到控制单元。在输入轴与小齿轮轴上分别安装了导杆，磁芯有斜纹槽和垂直槽，斜纹槽插入输入轴的导杆，垂直槽插入小齿轮轴的导杆。当扭杆受扭矩时，扭杆的上下端就有角应变，产生角变形，使输入与输出端之间转动了一个角度，磁芯在斜纹槽中受输入轴导杆的接触力，它垂直于斜槽，可沿水平和垂直方向分解，产生水平分力和垂直分力，水平分力被垂直槽约束，磁芯不能转动，而垂直分力则没有被约束，磁芯可以沿垂直槽上下运动。工作过程如图7所示，驾驶员左转动方向盘（从上往下看）时，在扭杆承受向上的扭矩，致使磁芯受到输入轴上导杆垂直向下的分力作用，磁芯向下运动，向下运动的位移与扭杆所受到的扭矩成正比。这个微小的位移引起线圈中电感的微小变化，电感的微小变化被放大电路放大后，送给ECU，ECU综合

扭矩传感器信号和车速信号，控制助力电机产生向上的助力扭矩，辅助驾驶员转向，同理，驾驶员向右转向时，磁芯向上运动，直线行驶时，磁芯处于中间位置。可见，扭矩传感器的功能是通过磁芯位置的变化来反映加在扭杆上扭矩的大小和方向。为了消除误差，必须减小斜槽中导杆和磁阀接触的间隙，磁阀上的回位弹簧就是起到消除间隙的作用的。

电磁感应式转矩传感器主要由探测线圈、补偿线圈、探测环（3个）等原件组成。驾驶员在转向盘上施加转向力矩时，扭杆产生变形，转向柱输入输出轴相对转角发生变化，使探测环相对面积发生变化，从而引起探测线圈电感的变化。这样输出电压信号的幅值就随着输入转矩变化。

扭矩传感器

可用万用表检测扭矩传感器各端子电压；未有转速信号前，扭矩传感器5脚电压为3.33V,6脚电压为9.17V,其余端子的电压都为0；当由转速信号后，扭矩传感器3和4脚的电压各有2.51和2.55V,其余端子与未有转速前一样。

当有转速后，转动方向盘，可测量扭矩传感器3和4脚的电压值，亦可通过解码器对其进行查看。

（2） 转向电动机

助力电机是固定磁场的直流电机。是由固定在磁铁壳内的磁铁，与蜗杆做成一体的电枢，换向器等组成。助力电机的作用是根据电子控制单元的指令输出适当的辅助扭矩，是EPS的动力源。也是EPS的关键部件，改变通电电流的方向，电机的转动方向改变，从而助力扭矩的方向也改变，适合驾驶员从左转方向盘时，助力电机提供向上的助力扭矩；驾驶员右转方向盘时，助力电机提供向下的助力扭矩。

（3） 车速传感器

手动变速器车的车速传感器检测差速齿轮的转速作为车速信号，是通过磁性感应材料进行检测，用放大器进行放大的传感器。自动变速器车用变速箱的中间轴车速传感器检测中间轴的转数作为车速信号，是磁性感应材料进行探测用放大器进行放大的传感器。车速信号首先是输入发动机的PGM-FI ECU的，再通过总线进行数据交换，作为一个重要的控制信号传给EPS ECU，当车速较低时，转向阻力矩比较大，这时，EPS ECU控制助力电机的电流较大，助力力矩较大，当车速比较高时，转向阻力矩较小，这时，EPS ECU控制助力电机的电流也较小，实现随速助力效果。

在本设备中用单片机代替了车速传感器，可用示波器查看其波形。

车速信号波形

（4） 电子控制单元

EPS控制单元（ECU）的功能是根据扭矩传感器信号和车速传感器信号，进行逻辑分析与计算后，发出指令，控制助力电动机的电流。内部大致由输入电路、计算机、输出与输出监视电路、电源电路构成。输入电路是把各传感器发出的信号转换成计算机处理信号的电路。计算机是计算输入电路的信号，向输出电路发出控制信号。输出电路是把计算机发出的控制信号转换成可以使促动器工作的信号的电路。电源电路是向输入电路、计算机、输出与输出监视电路供给电源的电路。此外，流向电机的输出电流，通过输出电路直接进行控制，所以EPS控制单元主体的发热量很大。所以其构造也考虑了发热的问题。 四、课程小结（10分钟）

理想的悬架系统应在不同的行驶条件下具有不同的弹簧刚度和减振器阻尼力，以同时满足平顺性与操纵稳定性的要求。电控悬架系统就是这种理想的悬架系统，它通过对悬架系统参数进行实时控制，使悬架的刚度、减振器的阻尼系数、车身高度能随汽车的载荷、行驶速度、路面状况等行驶条件变化而变化，使悬架性能总是处于最佳状态(或其附近)，同时满足汽车的行驶平顺性、操纵稳定性等方面的要求。 五、布置作业（5分钟）

1．转向系有哪些零部件？ 2．电动助力转向有什么优点？ 六、课堂后记