汽车电动助力转向系统的发展

汽车电动助力转向系统的发展

王毅 甄书环

长城汽车股份有限公司 河北省 71000

摘要：汽车的重要结构之一就是汽车转向系统，其系统的特别功能就是可以专门改变以及保持汽车行使方向，并依据开车的的意图维持汽车的行使方向。因此，相较于传统的液压助力转向系统，电动助力转向系统的优点更加明显。 　　关键词：电动助力转向系统;低速驾驶;转向操作问题   　　快速发展的电子技术，带动提升了汽车工业水平，进一步扩展提升现代汽车技术水平。现阶段汽车行使過程中对转向操纵技能的要求也不断加深，如针对高速行驶过程中避免轻飘不稳，低速行使过程中也要具备理想的操纵稳定性以及轻便灵敏性。电动助力转向系统的产生以及发展，摒弃原有的电控液压动力转向系统，实现其汽车高效节能性以及操纵性能等。

1电动助力转向系统的概述  　　1.1电动助力转向系统的含义  　　汽车电力助力转向系统的简称即EPS。EPS利用其电动机作为其汽车电力助力转向系统的动力源，并结合到汽车自身车速以及行使过程中的转向参与等真实相应数据，转化形成电子控制单元，最终完成控制汽车行使的一种转向系统。电动机提供辅助扭矩作为汽车行使的动力元素。其中主要的电动助力转向系统元件有扭矩、车速传感器、电动机、减速机构和电子控制单元、转向轴以及转向器。  　　1.2电动助力转向系统的分类  　　电动助力转向系统的分类主要根据其汽车电动助力的施加位置不定以及机械结构部件的不同等因素，将电动助力转向系统分成了四种不同类型，即管柱助力式、小齿轮助力式、双小齿轮助力式和滚珠丝杠助力式。这四种类型的助力式系统的区别方式，可以从其自身助力系统的安装位置区别，如管柱助力式转向系统中的助力电动机就安装在转向管柱上，而小齿轮助力式转向系统的助力电动机则安装在小齿轮附近。当然，其类型的区别不仅仅是从安装位置区分，还可以根据其不同的机械结构。如双小齿轮助力式的机械机构中依据其小齿轮式的基础中增设一对齿轮齿条啮合副，完成助力电动机。不仅如此，滚珠丝杠助力式采用的是滚珠丝杠啮合副，完成助力电动机。  　　1.3电动转向系统的工作原理  　　电动转向系统的工作原理大致可以分成以下几个要点。首先，当然是要根据其汽车自带的转矩传感器测量出驾驶者的车辆实时转向盘操纵力矩，进一步将其数据融合到车速传感器中测量出汽车行使速度。ECU接收两者的信号，同时ECU控制策略计算出合理有效的目标助力力矩等，进一步融合转化成电流控制其指令到电机中。接着汽车行使过程中减速机构就可以放大其操作，并利用电机产生的目标助力力矩作用到机械师的转向系统中，控制其驾驶员的操纵力矩，并通过克服转向阻力矩完成其车辆转向过程。当然其工作原理离不开电动转向系统中关键技术以及软件。如传感器作为整个系统的信号源，发挥其良好的精度以及可靠性能。整个系统的执行器电机决定着这个电力助力转向系统的系统性能，配合ECU运算中心，最大程度发挥其控制作用。控制策略以及故障诊断、保护程序等主要决定这个系统的软件技术的完善性，将控制策略作为目标电流，跟踪控制以及输出其助力矩。运行电动转向系统时，要利用故障诊断、保护程序软件来保护整个系统功能。   　　2EPS的特点  　　2.1具有随车速变化的最佳助力效果。将不同车辆的助力特性曲线做成数据表格存入ECU的ROM，工作时，ECU根据扭矩和车速信号快速查阅该表，得出电动机所需助力电流，加以修正后得目标电流，用来控制电动机的助力大小，且由电流传感器进行反馈控制，控制效果精确。二次设计开发时，只需修改程序，就能满足新的要求，所以可大大缩短研发周期。  　2.2节约能源，保护环境。EPS是按需工作型的转向系统，电动机只在需要时才工作。由于没有液压回路，与EHPS相比，EPS避免了液压损失、泄漏和液压油对环境的污染，其节能性能、环保性能都比EHPS好。  2.3零件简化。只靠电动机直接提供助力，取消了油泵、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、更换方便。  　2.4EPS采用机械连接，路感真实、直接、可靠，系统发生故障时，机械部分仍能可靠操纵转向，不需要另设计一套应急转向系统。但汽车碰撞时，方向盘对驾驶员的伤害较大，且一般的EPS都没有改变转向传动比，没有解决低速时转向灵活性、机动性（要求传动比小）与高速时方向稳定性、安全性（要求传动比大）的矛盾。  　　3 EPS的关键技术  　　3.1控制器硬件开发  　　控制器是EPS系统核心部件，控制器硬件直接影响到汽车EPS系统可靠性和汽车安全。EPS控制器对工作环境要求较高，尤其是布置在发动机舱内的控制器必须保证在-40～130℃甚至更高的温度下稳定工作；同时控制器要求具有较高的密封和振动特性；另外，EPS在工作的過程中会产生较大的电流突变，并且EPS工作在较高电磁干扰环境.  　　3.2控制策略开发  　　EPS系统是一个非线性和多输入多输出控制系统，其控制策略设计要求：1）对驾驶员操纵扭矩快速精确跟踪，实现基本助力特性；2）良好的路感；3）有效抑制助力电机扭矩波动；4）减小路面干扰和传动系误差等对系统性能的影响；5）控制系统的鲁棒性。  　　3.3助力电机  　　助力电机对EPS性能影响很大，是EPS的关键部件之一，所以EPS对助力电机有很高的要求。随着EPS逐渐在中高级轿车上的运用，要求助力电机具备低转速大扭矩、惯量小、扭矩波动小、体积小及噪声小等性能要求.  　　3.4减速传动机构  　　助力电机为高速低扭矩输出，因此EPS必须对其进行减速增扭处理。目前EPS中常见的减速机构为蜗轮蜗杆，蜗轮蜗杆减速机构由于其体积小和减速比大，在EPS上得到广泛运用，但其传动效率较低和磨损严重等因素成为影响EPS性能的重要因素.  　　4 EPS未来的发展趋势  　　4.1控制性能的加强。EPS能否获得满意的性能，除了应有好的硬件保证外，还必须有良好的控制软件做支撑。随着智能控制技术的进一步发展，智能控制技术必将应用于EPS的开发。  4.2合理助力特性的确定。助力特性的好坏取决于转向的轻便性和路感。对于路感问题国内外还没有成熟的理论研究结果，研究手段还以试验为主。  　4.3电动机性能的改善。电动机的性能是影响控制系统性能的主要因素，电动机本身的性能及其与EPS的匹配都将影响转向操纵力、转向路感等重要问题。  　　4.4系统可靠性的提高。EPS通过采用电动机和计算机控制系统，部分地将转向操作独立于驾驶员的控制.  　　5结束语  　　电动助力转向系统的应用已经成为助力转向系统的一个转折点和总趋势。以电力为驱动辅助力的能源，完全避免了传统助力系统和电控液压助力系统的缺点，符合“绿色、环保、熟练”的时代潮流，必将成为未来助力系统发展的中流砥柱。  　　参考文献：  　　[1]唐子雷，李伟.汽车电动助力转向电子控制系统的研究[J].机械管理开发，2007，S1：10-12.  　　[2]左丽，李夏青，吴文江.电动助力转向系统稳定性分析[J].北京汽车，2006，03：20-23. 

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