電控動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)在微型載貨車上的應(yīng)用

摘 要 本文描述了微型卡車電控動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)型式，并提出了評(píng)價(jià)裝有EPS系統(tǒng)的微型載貨車的操縱性能指標(biāo)，如轉(zhuǎn)向靈敏、路感等。在設(shè)計(jì)EPS系統(tǒng)時(shí)，進(jìn)行樣車試制，并進(jìn)行樣車相關(guān)參數(shù)實(shí)際采集，綜合考慮EPS系統(tǒng)各可變參數(shù)對(duì)轉(zhuǎn)向操縱性能的影響可以在獲得較好的操縱性能的同時(shí)能夠降低系統(tǒng)設(shè)計(jì)的難度。

關(guān)鍵詞 電控動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng) 轉(zhuǎn)向靈敏 路感

一、電控動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的組成

轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是整車系統(tǒng)中必不可少的最基本的組成系統(tǒng)，駕駛者通過(guò)方向盤來(lái)操縱和控制汽車的行進(jìn)方向，從而實(shí)現(xiàn)自己的駕駛意圖。

電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是在機(jī)械轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的基礎(chǔ)上，增加信號(hào)傳感器，電控ECU和轉(zhuǎn)向助力機(jī)構(gòu)。信號(hào)傳感器主要包括車速傳感器、轉(zhuǎn)矩傳感器和轉(zhuǎn)向角傳感器等。通過(guò)這幾個(gè)傳感器，可以采集到相應(yīng)的信號(hào)，從而為確定助力控制命令提供相應(yīng)的信號(hào)。電控ECU包括檢測(cè)電路、微處理器、控制電路等。檢測(cè)電路將傳感器采集到的信號(hào)進(jìn)行整理和放大后輸入微處理器，然后微處理器計(jì)算出最優(yōu)化的助力力矩。轉(zhuǎn)向助力機(jī)構(gòu)包括助力電動(dòng)機(jī)、電磁離合器和減速傳動(dòng)機(jī)械。助力電動(dòng)機(jī)電流的大小由微處理器來(lái)控制，可根據(jù)不同的車速得到相應(yīng)的助力特性。通過(guò)減速機(jī)構(gòu)，將電動(dòng)機(jī)的動(dòng)力傳給轉(zhuǎn)向器。電磁離合器作為安全裝置來(lái)確保系統(tǒng)在發(fā)生故障時(shí)，切斷電動(dòng)機(jī)和減速機(jī)構(gòu)，從而中斷動(dòng)力傳遞，使系統(tǒng)從電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向狀態(tài)轉(zhuǎn)入到人力機(jī)械轉(zhuǎn)向狀態(tài)。

二、電動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的特點(diǎn)

電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)用電能取代液壓能，減少發(fā)動(dòng)機(jī)的功率損耗。其特點(diǎn)是轉(zhuǎn)向助力性能與轉(zhuǎn)向速度和車型速度密切相關(guān)。速度低，轉(zhuǎn)向速度高，助力性能越強(qiáng)。當(dāng)汽車由低速檔轉(zhuǎn)換高速檔時(shí)，電控系統(tǒng)能夠保證提供最優(yōu)化傳動(dòng)比穩(wěn)定的轉(zhuǎn)向手感，從而提高了高速行駛的穩(wěn)定性和駕駛員的安全性。

該系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)：

（1）增強(qiáng)了轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的跟隨性能。

（2）改善了轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的回正特性。

（3）提高操縱的穩(wěn)定性。

（4）系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊、占用空間小，布置方便，性能優(yōu)越。

三、電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求

1、運(yùn)動(dòng)學(xué)上應(yīng)該保持轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)角和駕駛員轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)向盤的轉(zhuǎn)角之間保持一定的比例關(guān)系。

2、隨著轉(zhuǎn)向輪阻力的變化，作用在轉(zhuǎn)向盤上的手力必須隨著變化，叫“路感”。

3、當(dāng)作用在方向盤上的切向力F≥15N時(shí)（因汽車形式不同而異），動(dòng)力轉(zhuǎn)向器就開(kāi)始工作。

4、轉(zhuǎn)向后方向盤應(yīng)自動(dòng)回正。

5、動(dòng)力轉(zhuǎn)向失靈時(shí)，機(jī)械系統(tǒng)必須能夠操縱車輪轉(zhuǎn)向。

四、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)計(jì)算載荷的確定

為了保證行駛的安全性，電動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的各零部件應(yīng)該有足夠的強(qiáng)度。要進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算，就必須先進(jìn)行載荷計(jì)算，根據(jù)公式來(lái)計(jì)算汽車在瀝青路面上上原地轉(zhuǎn)向阻力力矩MR（N.M）。

MR=≈347200N·M

f――輪胎和路面繁榮滑動(dòng)摩擦因數(shù)

G1――轉(zhuǎn)向軸負(fù)荷，N

P――輪胎氣壓 MPa

作用在方向盤上的手力Fh為

Fh=≈122.5·N

L1——轉(zhuǎn)向搖臂長(zhǎng)L2——轉(zhuǎn)向節(jié)臂長(zhǎng)DSW——方向盤直徑 i ——轉(zhuǎn)向器角直徑 ——轉(zhuǎn)向器正效率

五、本次設(shè)計(jì)電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)

優(yōu)點(diǎn)：

（1）在轉(zhuǎn)向時(shí)電機(jī)才提供助力，可以顯著降低燃油消耗，傳統(tǒng)的液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)有發(fā)動(dòng)機(jī)帶動(dòng)轉(zhuǎn)向油泵，不管轉(zhuǎn)向或者不轉(zhuǎn)向都要消耗發(fā)動(dòng)機(jī)部分動(dòng)力，而電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)只是在轉(zhuǎn)向時(shí)才由電機(jī)提供助力，不轉(zhuǎn)向時(shí)不消耗能量。因此，電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)可以降低車輛的燃油消耗。與液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)對(duì)比試驗(yàn)表明：在不轉(zhuǎn)向時(shí)，電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向可以降低燃油消耗2。5%；在轉(zhuǎn)向時(shí)，可以降低5.5%。

（2）轉(zhuǎn)向助力大小可以通過(guò)軟件調(diào)整，能夠兼顧低速時(shí)的轉(zhuǎn)向輕便性和高速時(shí)的操縱穩(wěn)定性，回正性能更好。這樣就使得車輛雖然在低速時(shí)具有良好的轉(zhuǎn)向輕便性，但是在高速行駛時(shí)轉(zhuǎn)向盤太輕，產(chǎn)生轉(zhuǎn)向“發(fā)飄”的現(xiàn)象，駕駛員缺少顯著的“路感”，降低了高速行駛時(shí)的車輛穩(wěn)定性和駕駛員的安全感。電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)提供的助力大小可以通過(guò)軟件方便的調(diào)整。在低速時(shí)，電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)可以提供較大的轉(zhuǎn)向助力，提供車輛的轉(zhuǎn)向輕便性；隨著車速的提高，電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)提供的轉(zhuǎn)向助力可以逐漸減小，轉(zhuǎn)向時(shí)駕駛員所需提供的轉(zhuǎn)向力將逐漸增大，這樣駕駛員就感受到明顯的“路感”，提高了車輛穩(wěn)定性。電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)還可以施加一定的附加回正力矩或阻尼力矩，使得低速時(shí)轉(zhuǎn)向盤能夠精確的回到中間位置，而且可以抑制高速回轉(zhuǎn)向盤的振蕩和超調(diào)，兼顧了車輛高、低速時(shí)的回正性能。

（3）結(jié)構(gòu)緊湊，質(zhì)量輕，易于維護(hù)保養(yǎng)電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)取消了液壓轉(zhuǎn)向油泵、油缸、液壓管路、油罐等部件，而且電機(jī)及減速機(jī)構(gòu)可以和轉(zhuǎn)向柱、轉(zhuǎn)向器做成一個(gè)整體，使得整個(gè)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊，質(zhì)量輕，易于維護(hù)保養(yǎng)。

缺點(diǎn)：

（1）直接助力式電動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)提供的輔助動(dòng)力較小，難以用于大型車輛；

（2）減速機(jī)構(gòu)、電動(dòng)機(jī)等部件會(huì)影響汽車的操縱穩(wěn)定性，正確匹配整車性能至關(guān)重要；

（3）使用電動(dòng)機(jī)、減速機(jī)構(gòu)和轉(zhuǎn)矩傳感器等部件，增加了系統(tǒng)的成本。

六、結(jié)語(yǔ)

本文以金杯輕型載貨車為例，簡(jiǎn)要介紹電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)設(shè)計(jì)。其方法簡(jiǎn)便，實(shí)施可靠性高。可以推廣到其他車型上進(jìn)行應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)：

[1]汽車工程手冊(cè)（設(shè)計(jì)篇）[M].

（作者單位：沈陽(yáng)金杯車輛制造有限公司）