基于新型汽車電動助力轉向系統(tǒng)的優(yōu)化設計研究

裴浩男

(黑龍江省榮軍農場交通科，黑龍江 黑河　161447)

?

基于新型汽車電動助力轉向系統(tǒng)的優(yōu)化設計研究

裴浩男

(黑龍江省榮軍農場交通科，黑龍江 黑河161447)

摘要：隨著環(huán)境污染的加重，人們越來越注重環(huán)保，而汽車尾氣的排放嚴重污染了大氣質量，因此，隨著科學技術的進步，人們對傳統(tǒng)汽車進行了改造。在近些年出現(xiàn)的汽車轉向系統(tǒng)中，電動助力轉向系統(tǒng)無疑是最受歡迎的。電動助力轉向系統(tǒng)有著節(jié)能、環(huán)保、使用靈活等特點，已經越來越多的得到了應用。本文針對電動助力系統(tǒng)的優(yōu)點以及優(yōu)化設計方案等內容進行了論述研究。

關鍵詞：新型汽車；電動助力轉向；優(yōu)化設計

1電動助力轉向系統(tǒng)的優(yōu)點

1.1系統(tǒng)設計更加注重節(jié)約能源和保護環(huán)境

(1)電動助力轉向系統(tǒng)的組成部分不包含液壓助力元件，只在汽車轉向時系統(tǒng)才發(fā)揮作用，而當汽車靜止或者直線行駛時系統(tǒng)不工作、因此不會消耗任何能量，從而大大的降低了系統(tǒng)對能源的消耗。有相關研究表明，電動助力轉向系統(tǒng)的能源消耗量是液壓助力轉向系統(tǒng)的10%～20%，節(jié)約了大量的能源。(2)電動助力轉向系統(tǒng)在轉向時燃油消耗量會降低2.4%～2.9%，而在轉向時，然后消耗量會減少5.4～5.7%。(3)同時，即使在-30 ℃的極低溫情況下，電動助力轉向系統(tǒng)同樣可以正常工作，而傳統(tǒng)的液壓助力轉向系統(tǒng)必須要在液壓油到達一定的熱量之后才能正常運行，由于這一特性，使得電動助力轉向系統(tǒng)在運行過程中節(jié)省了大量的能源；(4)由于電動助力轉向系統(tǒng)的運行主要依靠電力，所以不會出現(xiàn)液態(tài)油泄漏的問題，因此不會造成環(huán)境污染。

1.2使用更加安全

(1)一旦電動助力轉向系統(tǒng)出現(xiàn)故障，系統(tǒng)會自動通過電磁離合器將電機與減速傳動機之間的動力連接切斷，使汽車處于機械轉向的狀態(tài)，而液壓助力轉向系統(tǒng)則不具備這一動能；(2)由于電動助力轉向系統(tǒng)的助力來源于電機，與汽車的驅動系統(tǒng)是沒有連接、互相獨立存在的，因此，在汽車的直流電源不出現(xiàn)故障的情況下，即使汽車沒有啟動或者在運行過程中出現(xiàn)了故障，電動助力轉向系統(tǒng)也能精確的提供助力。

1.3助力效果相對于液壓助力轉向系統(tǒng)更佳

在汽車行駛在不同的路面時，電動助力轉向系統(tǒng)能夠通過對助力特性曲線的優(yōu)化設計來獲得精確的助力，并且助力效果十分良好。此外，電動助力轉向系統(tǒng)可以對阻尼系數(shù)進行控制，以此來降低路況干擾對系統(tǒng)造成的不良影響，使汽車在慢速行駛時更加輕便、在快速行駛時更加穩(wěn)定，轉向性能也隨之得到提高。

1.4具有良好的轉向跟隨性和抗干擾性

由于電動助力轉向系統(tǒng)的轉向力矩來自于助力電機，不存在液壓助力轉向系統(tǒng)中的轉向遲緩問題，提高了轉向車輪與方向盤之間的跟隨性；同時，由于系統(tǒng)中的助力電機和助力結構是直接連接在一起的，保證了能量全部用于車輪的轉向，增強了電動助力轉向系統(tǒng)的轉動慣力，降低了轉向前輪的擺動和振動幅度，從而增強了轉向系統(tǒng)的抗干擾能力。

2如何優(yōu)化新型汽車的電動助力轉向系統(tǒng)

2.1選擇性能高的控制開發(fā)板

對于電動助力轉向系統(tǒng)來說，最重要的組成部分就是控制開方板，良好的控制開發(fā)板能夠奠定電動助力轉向系統(tǒng)的助力效果基礎，因此，必須選擇與電動助力轉向系統(tǒng)的特性和要求相吻合的高性能控制開發(fā)板。此外，由于其存儲器接口的寬度為128位，并且?guī)в歇毺氐募铀俳Y構，所以使得32位代碼在最大時鐘速率下正常運行。EasyARM2131控制開發(fā)板嚴格控制著代碼的規(guī)模，使得16位Thumb模式將代碼的規(guī)模降低幅度超過了30%，但是性能的損失卻非常低。

2.2優(yōu)化信號采集處理電路

信號采集處理器電路非常重要，它是電動助力轉向系統(tǒng)的輸入模塊，并且控制系統(tǒng)的所有控制決策的前提條件為輸入信號，設計合理的信號采集處理電路關乎著電動助力轉向系統(tǒng)決策能否成功，因此，必須優(yōu)化信號采集處理電路，提高信號采集的可靠性和時效性。

2.3優(yōu)化電機驅動電路

采用脈沖寬度調制調速控制，這種調速控制設備具有以下優(yōu)點：(1)脈沖寬度調制調速控制的速度控制單元和慣量較小的電機相匹配時，能夠將系統(tǒng)的性能發(fā)揮到最大化，獲得很寬的頻帶；(2)這種調速控制裝置的晶體管開關頻率很高，遠遠超過了轉子所能跟隨的頻率，同時還避免了機械共振的影響，而開關頻率高使電樞電流在只靠電樞電感或者附加比較小的電抗器時就可以實現(xiàn)連續(xù)，降低了電機的損耗和發(fā)熱；(3)該調速控制裝置具有四象限的運行能力，在電機能驅動負載的同時，還可以制動負載，提高了系統(tǒng)的響應速度。電動機電樞繞組兩端的平均電壓U0=(t1US+0)/(t1+t2)=t1US/T=US。通過這個公式可以看出，在電影電壓US沒有發(fā)生變動的情況下，電樞的端電壓U0的平均值大小由占空間比的大小來決定，因此，只要改變α的大小就可以改變端電壓的平均大小，從而有效地對驅動電路進行控制。

2.4優(yōu)化電磁離合器控制電路

電磁離合器主要是用于接通和斷開助力電機和轉向柱之間的傳動，在電動助力轉向系統(tǒng)出現(xiàn)故障的情況下，離合器自動斷開，助力電機也不再能發(fā)揮作用，電動助力轉向系統(tǒng)變?yōu)闄C械轉向的狀態(tài)，而電磁離合器控制電路就是用于控制電磁離合器的閉合和斷開的。傳統(tǒng)的電路大多通過光耦和固態(tài)繼電器來進行功率轉換和隔離，如果使用大功率的MOS來代替固態(tài)繼電器的作用，就能夠降低成本，同時控制器能夠更好地集成。

2.5優(yōu)化故障診斷系統(tǒng)

故障診斷系統(tǒng)關系到車輛的安全性，在設計故障診斷系統(tǒng)時，不但要求其在汽車出現(xiàn)故障時立即進行報警，同時還要能夠定位故障，便于發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)故障的位置以及原因，尤其是要能夠及時發(fā)現(xiàn)傳感器、電機、離合器以及蓄電池等重要位置的故障及其原因。

參考文獻：

[1]崔曉利,楊岳,毛建偉.汽車電動助力轉向系統(tǒng)的匹配分析及優(yōu)化設計[J].機械科學與技術,2010,17(1):1-6.

[2]呂旺.汽車電動助力轉向器性能試驗臺測控系統(tǒng)設計[D].武漢理工大學,2012.

[3]程源.汽車電動助力轉向系統(tǒng)的動力學分析與控制策略研究[D].中北大學,2011.

收稿日期：2016-04-11

作者簡介：裴浩男(1988-)，男，助理工程師。

中圖分類號：U467

文獻標識碼：C

文章編號：1008-3383(2016)05-0161-02