汽車電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)

張明宇，段 燕

（牡丹江市道路運(yùn)輸管理處，黑龍江 牡丹江 157000）

1 助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)概述

由于助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)具有轉(zhuǎn)向輕便和響應(yīng)性好等優(yōu)點(diǎn)。已經(jīng)在汽車上廣泛使用。目前汽車配置的助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)可分為以下3類。

（1）機(jī)械式液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。機(jī)械式液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)在汽車上的應(yīng)用最為廣泛，系統(tǒng)的核心部件是機(jī)械液壓泵，液壓泵通過(guò)傳動(dòng)皮帶由發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，屬于固定助力效果的助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，其明顯的缺點(diǎn)是：轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的助力效果在車速較低時(shí)能夠起到很好的作用，但是當(dāng)車速不斷升高時(shí)，固定的助力效果會(huì)使轉(zhuǎn)向盤過(guò)于靈敏，不利于駕駛者對(duì)方向進(jìn)行控制。

（2）電子液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。電子液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是機(jī)械式液壓助力的改進(jìn)，通過(guò)電子控制技術(shù)在助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)上增加了車速感應(yīng)式轉(zhuǎn)向功能，以實(shí)現(xiàn)車輛低速行駛時(shí)助力力矩大和高速行駛時(shí)助力力矩小的效果。缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)過(guò)于復(fù)雜。

（3）電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)(Electric Power Steering，EPS)是在機(jī)械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，將最新的電力電子技術(shù)和高性能的電機(jī)控制技術(shù)應(yīng)用于汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，根據(jù)作用在轉(zhuǎn)向盤上的轉(zhuǎn)矩信號(hào)和車速信號(hào)，通過(guò)電子控制裝置使電機(jī)產(chǎn)生相應(yīng)大小和方向的輔助力，協(xié)助駕駛員進(jìn)行轉(zhuǎn)向操作，并獲得最佳轉(zhuǎn)向特性的伺服系統(tǒng)。EPS能顯著改善汽車動(dòng)態(tài)性能和靜態(tài)性能，提高行駛中駕駛員的舒適性和安全性，減少環(huán)境的污染。因此，該系統(tǒng)一經(jīng)提出，就受到許多大汽車公司的重視，并進(jìn)行開發(fā)和研究，未來(lái)的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向?qū)⒊蔀檗D(zhuǎn)向系統(tǒng)主流。

2 EPS的組成及工作原理

EPS的組成如圖l所示，主要控制方法如圖2所示。

圖1 EPS主要組成

圖2 EPS系統(tǒng)框圖

3 EPS系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)

（1）降低了燃油消耗。在液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中液壓泵不停地運(yùn)轉(zhuǎn)，浪費(fèi)了部分能量。而EPS僅在需要轉(zhuǎn)向操作時(shí)電動(dòng)機(jī)才運(yùn)轉(zhuǎn)，并且，能量的消耗與轉(zhuǎn)向盤的轉(zhuǎn)向及當(dāng)前的車速有關(guān)，是真正的“按需供能型”（on-demand）系統(tǒng)。裝有EPS的車輛和裝有液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的車輛對(duì)比實(shí)驗(yàn)表明，在不轉(zhuǎn)向情況下，裝有EPS的車輛燃油消耗降低2.5%，在使用轉(zhuǎn)向情況下，燃油消耗降低了5.5%。

（2）增強(qiáng)了轉(zhuǎn)向跟隨性。在電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中，電動(dòng)機(jī)與助力機(jī)構(gòu)直接相連可以使其能量直接用于車輪的轉(zhuǎn)向。該系統(tǒng)利用慣性減振器的作用，使車輪的反轉(zhuǎn)和轉(zhuǎn)向前輪擺振大大減小，因此轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的抗擾動(dòng)能力大大增強(qiáng)，和液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)相比，旋轉(zhuǎn)力矩產(chǎn)生于電動(dòng)機(jī)，沒有液壓助力系統(tǒng)的轉(zhuǎn)向遲滯效應(yīng)，增強(qiáng)了轉(zhuǎn)向車輪對(duì)轉(zhuǎn)向盤的跟隨性能。

（3）改善了轉(zhuǎn)向回正特性。在EPS控制單元中存儲(chǔ)了一簇從最低車速到最高車速的回正特性曲線，使得該系統(tǒng)與車輛動(dòng)態(tài)性能相匹配的轉(zhuǎn)向回正特性得到顯著的提高。而在傳統(tǒng)的液壓控制系統(tǒng)中，要改善這種特性必須改造底盤的機(jī)械結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)起來(lái)有一定困難。

（4）提高了操縱穩(wěn)定性。采用EPS的車輛，給高速行駛(例如100km／h)的汽車一個(gè)過(guò)度的轉(zhuǎn)角迫使它側(cè)傾，在短時(shí)間的自回正過(guò)程中，由于采用了微機(jī)控制，使得汽車具有更高的穩(wěn)定性，駕駛員有更舒適的感覺。

（5）提供可變的轉(zhuǎn)向助力。電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的轉(zhuǎn)向力來(lái)自于電動(dòng)機(jī)，通過(guò)軟件編程和硬件控制，可得到覆蓋整個(gè)車速的可變轉(zhuǎn)向力。對(duì)于傳統(tǒng)的液壓系統(tǒng)，可變轉(zhuǎn)向力矩獲得非常困難而且費(fèi)用很高，要想獲得可變轉(zhuǎn)向力矩，必須增加額外的控制器和其它硬件。

（6）采用了“綠色能源”。適應(yīng)現(xiàn)代汽車的要求，電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)使用“最干凈”的電力作為能源，完全取消了液壓裝置，不存在液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中液態(tài)油的泄漏問(wèn)題，順應(yīng)了“綠色化”的時(shí)代趨勢(shì)。

4 EPS系統(tǒng)的應(yīng)用及生產(chǎn)

20世紀(jì)90年代初期，日本鈴木、三菱、本田、美國(guó)TRW(天合)、Delphi Saginaw(薩吉諾)公司和德國(guó)Z F公司相繼推出各自的電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。雖然有多種產(chǎn)品，但是控制原理是相似的，只是結(jié)構(gòu)上的不同，主要分為轉(zhuǎn)向柱式、齒輪式、齒條式、循環(huán)球式等結(jié)構(gòu)。使用該技術(shù)的常見車型和電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的制造商見表1，目前國(guó)內(nèi)已經(jīng)能夠獨(dú)立生產(chǎn)和開發(fā)組成系統(tǒng)的主要部件的單位見表2。

表1 使用EPS的常見車型及其制造商

表2 國(guó)內(nèi)能生產(chǎn)和開發(fā)EPS主要部件的單位

[1]周林福.汽車底盤構(gòu)造與維修[M].北京：人民交通出版社，2005．

[2]常明.汽車底盤構(gòu)造[M].北京：國(guó)防工業(yè)出版社，2005．

[3]謝剛.汽車電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)控制器雙機(jī)容錯(cuò)研究[J].汽車技術(shù)2006,(6)：11-13．

[4]施國(guó)標(biāo)，林逸，張昕.電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向助力特性若干問(wèn)題[S].SAEC200E3217.