丰田卡罗拉电动助力转向系统简介

丰田卡罗拉电动助力转向系统简介
液压助力转向系统已发展了半个多世纪，其技术 已相当成熟。随着汽车微电子技术的发展、对汽车节 能性和环保性要求的不断提高，该系统存在的耗能、 对环境可能造成的污染等固有不足已越来越明显，不 能完全满足时代发展的要求。电动助力转向系统(EPS) 将最新的电力电子技术和高性能的电机控制技术应用 于汽车转向系统，能显著改善汽车动态性能和静态性 能、提高行驶中驾驶员的舒适性和安全性、减少环境 污染等。因此，该系统一经提出，就受到许多大汽车 公司的重视，并进行开发和研究。
卡罗拉EPS主要部件的结构与工作原理
转子部分由上下两层构成，均装有转矩传感器线圈。输入轴和输 出轴由一根细金属销刚性连接成一体，转子轴上方有连接用的销 孔。输入轴由汽车方向盘直接驱动，再通过金属销、弹性扭转杆 的传递来驱动输出轴；输出轴小齿轮推动齿条平移，驱动转向轮 向左或向右转向；
卡罗拉EPS主要部件的结构与工作原理
EPS的工作原理
EPS是由 ECU控制转向电机工作来实现助力的转向系 统。驾驶员打方向时，方向盘通过传动轴的花键毂带 动转向主轴(输入轴)，转向主轴再通过金属销带动弹性 扭转杆；弹性扭转杆下端是小齿轮(输出轴)，小齿轮与 转向齿条啮合产生动力输出，驱动车轮向左或向右偏 摆而实现转向。与此同时，助力的过程也在进行，由 于弹性扭转杆比较细长，受到来自转向主轴的扭矩时， 很容易产生扭转变形，因此，输入轴与输出轴之间产 生上下转角差，扭矩越大转角差越大；转矩传感器检 测转角差大小并转化为电信号输给ECU； ECU根据转 矩大小输出不同驱动电压，以驱动转向助力电动机产 生助力，转矩越大输出的驱动电压越高，驱动电压在 27～34 V变化。但当驾驶员未打方向或车辆直线行驶 时，助力电动机不运转，此时助力电动机的电压为零
EPS系统优势体现在：
不转向时不消耗功率，与液压转向系统相比，可降低 燃油消耗3％～5％； 改善车辆操纵性能，助力大小可通过控制单元中的软 件来控制，容易实现随车速等的变化而变化； 结构紧凑、重量轻； 工作噪音小； 结构比液压转向系统简洁，无油泵、液压油、橡胶软 管、油罐等；
卡罗拉EPS的特点
转向复位控制。当方向盘从极限位置向回转动时，EPS提供复位 助力控制； 变压器增压控制。对转向电子控制单元(ECU)的电压进行增压， 当驾驶员未对方向盘进行任何操作或车辆保持直线行驶时，该电 压保持为零。当驾驶员对方向盘进行操作时，根据负载大小，以 27V-34 V的电压对输出助力进行可变控制； 系统过热保护控制。根据电流大小及其作用时间估计马达温度， 如果温度超出规定范围，系统将对输出电流进行限制，以防马达 过热； 带有自诊断功能。系统发生故障时，将自动储存故障码，同时故 障指示灯(P／S警告灯)闪亮；
EPS的工作原理
电动助力系统的控制：当车辆速度低时，转向沉重，这时需要大 的助力。由于车速低，EPS ECU供给助力电动机大的电流；另一 方面方向盘沉重，弹性扭转杆变形大，转角差大，EPS ECU供给 助力电动机高的电压，因此，助力电动机提供大的助力。车速高 时，转向轻便，这时需要小的助力，增加驾驶员转向的路感。由 于车速高，EPS ECU供给助力电动机小的电流；另一方面方向盘 轻便，弹性扭转杆变形小，转角差小，EPS ECU供给助力电动机 低的电压，因此，助力电动机提供小的助力。通过电动助力，达 到理想的转向控制。从上图曲线的虚线部分可以看出，转向力矩 曲线不是单一的。转向助力输出电流一定时，对应不同曲线得到 不同的转向力矩，这是因为驱动电压不是固定的，它随方向盘转 向力矩变化而变化；同样，转向力矩一定时，对应不同曲线得到 不同的转向助力输出电流，原因是驱动电压因素在起作用
系统示意图
卡罗拉EPS的组成
转向扭矩传感器。它通过检测弹 性扭转杆因方向盘的扭矩所产生 的变形角度来测量方向盘操纵力 矩，并将其转变为电子信号并输 出至EPS ECU，ECU据此决定对 EPS ECU ECU EPS马达提供多大的电压。这是 转向控制的重要信号； 转向电机。装于转向管柱的中部， 是助力转向的动力来源； 减速装置。采取与电机转子内壳 配套的循环滚珠式减速机构，将 电动机传来的转速降低，获得更 大的转动扭矩，以便足以驱动车 轮转向；
EPS的工作原理
转向助力电动机的电流由EPS ECU控制，随车速变化而变化， EPS ECU根据转向力矩值及车 速大小计算所需输出电流并 控制马达运转。如右图，车 速越高，转向助力电机的电 流越小；车速越低，转向助 力电机的电流越大。因此， 转向助力的大小由两个因素 决定，即方向盘输入扭矩与 车辆的行驶速度
卡罗拉EPS的组成
转角传感器。向EPS ECU反馈转 向助力电机的转角大小和转向， 便于EPS ECU对整个转向过程进 行准确控制； 齿条轴的外壳； 左右横拉杆； ECU；
卡罗拉EPS主要部件的结构与工作原理
转向扭矩传感器的结构与工作原理：转向扭矩传感器包括分相器 单元1与分相器单元2两部分，分别安装在方向盘的输入轴和转向 小齿轮输出轴上；
定子部分也有上下两层线圈， 分别对应转子的上下部分。 定子线圈有两种，分别励磁 线圈和检测线圈。励磁线圈 对转子部分的线圈通过电磁 感应起励磁作用；检测线圈 用于检测Байду номын сангаас入、输出轴的上 下转角差(转向转矩)，向EPS ECU输送电信号，这个电信号 是定子线圈上两列正弦波的 相位差，下图是反映此时转 矩传感器检测到的转矩大小。 相位差越大，转矩越大；
卡罗拉EPS主要部件的结构与工作原理
转角传感器的结构与工作原理：丰田卡罗拉转角传感器属于电磁 感应式传感器，它及时将转向电机的转向及转向角度信号反馈给 EPS ECU，形成一个闭环控制； 助力电动机的电源：由于目前汽车蓄电池的电压只有12 V，助力 电动机的功率非常有限。为了提高转向助力的力矩，丰田卡罗拉 助力电机的电源为27～34 V的三相交流电压。其EPS EUC中还专 门设置有提升电压的逆变器和电感储能线圈，由类似三相桥式、 能将蓄电池的电压转为27～34 V的电路完成。驾驶员操纵方向盘 时，助力电动机会根据转向阻力大小自动输出27～34 V的可变电 压
EPS的工作原理
转向助力电动机动力传给转向齿条的原理：如下图所示，转向助力电动机的转子 是空心的，它通过滚珠与齿条轴相啮合。当转向助力电动机转动时，它的转子只 能左右转动，而不能轴向移动，因此，转向助力电动机转动时驱动滚珠迫使齿条 轴向左或向右移动。在这个过程中，循环滚珠式减速机构起到减速增扭的作用， 将转向助力电动机传来的速度减慢、转动扭矩放大。所以转向轮上最终得到的转 向力矩是驾驶员转向力矩和转向电动助力之和(车辆低速时，后者远大于前者)， 转角传感器反馈转向助电动机转子转角的大小与转向方向，以便EPSECU对转向控 制作及时修正
EPS的工作原理
当方向盘保持在某一转向位置时，由于 不再打方向，车轮要克服的路面转向阻 力消失，弹性扭转杆被释放，在弹力作 用下慢慢恢复，弹性扭转杆上下不再存 在转角差，ECU不再提供转向助力。车辆 保持在转向位置是靠驾驶员把住方向盘 来维持的
谢谢！