用直线步进电机控制的汽车转向系统结构原理.pdf

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1、用直线步进电机控制的汽车转向系统结构原理用直线步进电机控制的转向系统是在前述所提到的电子控制电动助力转向系统 EPS 基础上进一步改进而成,即用直线步进电机来替代 EPS 用旋转电机对转向器中齿条的助力,省去了电磁离合器、减速机构及其传动件,使其结构更紧凑、控制更直接、响应更快。也为更方便地实施高性能的四轮转向(4WS)机构,在此提出两种结构:由直线步进电机控制转向助力的系统可用于传统二轮转向(2WS)系统或四轮转向(4WS)的前轮转向机构;由直线步进电机控制转向力的系统主要用于四轮转向的后轮转向机构。现分别说明如下:1.用直线步进电机控制转向助力的汽车转向系统如图 2 所示,其直线步进电机的

2、动件直接与转向器齿条相连,整个直线步进电机套装在转向器齿条机构上,几乎不占用空间。它也是在原先结构最简单的无助力机械转向系中增加一台直线步进电机,由直线步进电机的直线推力来直接助力驾驶员对转向器的操纵力矩,由于对转向器的助力并不很大,齿条的直线位移量也不长,用一台小型直线步进电机足以驱动。其控制原理与 EPS 基本类同,只不过对电机的驱动需改用前述步进电机脉冲分配方式。具体实施可参照有关 EPS 中的电子控制器 ECU 与其控制逻辑等进行,并借用 EPS 中相关传感器。即根据转向盘转角信号控制直线步进电动机位移量,利用转向轮转角信号来实现闭环控制,精确控制其位移量,根据车速进行相应的助力。在低

3、速时给予较大助力,随车速提高而减小助力,车速高到一定范围时停止助力,而在汽车高速行驶时又希望能对转向系统有一种“反向”助力,即适当增加转向系的阻尼。这一点对于现有的转向系较难做到,而采用直线步进电机助力就很容易实现,根据直线步进电机工作原理可知,只要保持其电机的通电状态即可使该直线位移装置具有一定自锁力,控制其通电电流大小即可改变定、动件之间的磁拉力大小。从而可按车速信号根据要求来控制其转向助力的大小,随着车速的提高即减小绕组通电电流,其转向助力也随之减小;当车速高于相应速度(一般为30km/h)时就取消给转向系助力,即停止给直线步进电机供电;而当车速高到一定程度时,希望能给转向系逐渐增加其阻

4、尼,可使直线步进电机绕组保持通电状态而产生自锁力,控制其电流大小即能改变对转向系的阻尼大小。达到对转向盘的操纵即轻便灵敏又稳定可靠。2.用直线步进电机控制转向力的汽车转向系统如图 3 所示,它进一步简化了转向系的结构,去掉转向盘至横拉杆中间的所有传动链,包括齿轮输入轴扭杆及齿轮齿条付。转向盘内安装有转向盘转角传感器,并适当增加其转动阻尼,独立安置于驾驶室内。而直线步进电机的动件两端直接与左右横拉杆相连,电子控制器根据转向盘的转向角度信号及车速信号,来控制直线步进电机动件进行左右位移,经横拉杆、转向节臂传动,进而控制车轮转向。在确保系统可靠性的前提下,该方案的优点是结构更简单、所占体积更小、成本低、控制更直接、响应更快。但一旦系统发生故障,汽车就无法转向。而用在四轮转向 4WS 系统的后轮转向机构中却是优选的方案。它的应用有望使汽车四轮转向 4WS 系统的性价比进一步得以提高。

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