關于EPS對稱性試驗方法的研究

王松浩　徐文雅

摘 要：電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（Electric Power Steering，縮寫EPS）是一種直接依靠電機提供輔助扭矩的動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。本文針對EPS轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的電流特性及輸入輸出扭矩特性試驗，設計了一套實車道路模擬系統(tǒng)，進行試驗測試及特性分析。

關鍵詞：電動助力；實車道路模擬；電流特性；輸入輸出扭矩特性

0 引言

電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)EPS以其不可比擬的優(yōu)勢引領著轉(zhuǎn)向系統(tǒng)未來的方向，EPS實現(xiàn)了真正的隨速轉(zhuǎn)向，可以很好的匹配高、低速時的助力效果，從根本上解決了轉(zhuǎn)向“輕”與“靈”的矛盾。

1 試驗系統(tǒng)

試驗臺整體布局如下圖1所示。試驗臺由驅(qū)動機構(gòu)，加載機構(gòu)，一體式電氣柜等組成。試驗臺通過驅(qū)動機構(gòu)模擬方向盤輸入系統(tǒng)，通過對伺服電機的角度及扭矩控制實現(xiàn)。輸出端同樣通過伺服電機及扭矩傳感器實現(xiàn)加載閉環(huán)控制，模擬道路助力。通過計算機與試件ECU通信，控制實車轉(zhuǎn)速與車速，實現(xiàn)不同狀態(tài)下的道路模擬。

2 測試項目

2.1 電流特性試驗

試驗方法：將被試總成安裝在試驗臺架上，輸出端鎖緊，輸入端回0位，分別在車速信號為0Km/h、、20Km/h、40Km/h、60Km/h、80Km/h …（可設置點不低于15個，數(shù)值可任意設定）情況下正反兩個方向轉(zhuǎn)動輸入軸，輸入軸轉(zhuǎn)動速度為。同時記錄輸入轉(zhuǎn)矩與電機工作電流的關系，做輸入扭矩-電機電流-速度特性曲線，形成曲線族，以不同顏色加以識別，并顯示各車速下的曲線對稱度。

2.2 輸入輸出扭矩特性試驗

（1）將被試總成安裝在試驗臺架上，輸出端鎖緊，輸入端回0位，分別在車速信號為0Km/h、20Km/h、40Km/h、60Km/h、80Km/h …（可設置點不低于15個，數(shù)值可任意設定）情況下正反兩個方向轉(zhuǎn)動輸入軸，輸入軸轉(zhuǎn)動速度為0.2r/min～ 1r/min（轉(zhuǎn)動速度可設置并顯示可設置范圍），勻速轉(zhuǎn)動。同時記錄并顯示輸入轉(zhuǎn)矩與輸出轉(zhuǎn)矩的關系。做輸入/輸出轉(zhuǎn)矩-速度特性曲線，形成曲線族，以不同顏色加以識別。

（2）在上述（1）試驗完畢后基礎上，輸入力矩設定為6Nm時（可設定并顯示可設定范圍），系統(tǒng)界面輸出不同車速下的輸入力矩-輸出力矩特性值。

（3）在車速為0km/h（可在上述轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)設定）的情況下，當輸出扭矩為20Nm（可設定，符合曲線扭矩范圍）時，界面顯示左右輸入扭矩值，并顯示左右輸入扭矩之差絕對值。

（4）當輸出扭矩為5Nm（可設定，符合曲線扭矩范圍）時，界面顯示上升曲線與下降曲線所對應的輸入扭矩值，并顯示兩值差值的絕對值。

備注：（2）、（3）、（4）項操作均在（1）項完成后實施（系統(tǒng)后臺數(shù)據(jù)生成及保存）

3 曲線分析

參考《QCT305-2013汽車液壓動力轉(zhuǎn)向控制閥總成性能要求與試驗方法》，得到以下關于EPS電流特性及輸入輸出扭矩特性的對稱性計算方法：

（1）以輸入扭矩（方向盤輸入端）橫坐標，其物理量代號T，單位N.m；以電機電流（或稱ECU輸出電流）為縱坐標，其物理量代號為I，單位A；對稱度計算僅對左右轉(zhuǎn)向過程進行評價，左右回轉(zhuǎn)過程不進行評價。橫坐標的左側(cè)輸入扭矩（即輸入端逆時針扭轉(zhuǎn)）為負值，其代號TL；橫坐標的右側(cè)輸入扭矩（即輸入端順時針扭轉(zhuǎn)）為正值，其代號TR；縱坐標的正反向電機電流均為正值表達。

（2）計算對稱度的有效數(shù)據(jù)取值范圍（僅對轉(zhuǎn)向過程進行評價）：

當MIN（ILmax，IRmax）<5A時，有效數(shù)據(jù)取值范圍=0.5A～[ MIN（ILmax，IRmax）-0.5]A；

當MIN（ILmax，IRmax）≥5A時，有效數(shù)據(jù)取值范圍=（10%～90%）MIN（ILmax，IRmax）

（3）計算方法：將電流特性曲線由I0到Iz段沿縱坐標之間劃分為n等分，每一等分的電流增量為△I，并按左右轉(zhuǎn)向時對應排列：

右轉(zhuǎn)時，橫坐標取值為TR1、TR2、……TRn；左轉(zhuǎn)向時，取值為TL1、TL2、……TLn。

按對應的排列進行比較，即左右扭矩對比，取較小的值得到L1、L2、……Ln。

曲線對稱性Ke由式（1）計算得出：

當縱坐標電機電流I劃分n個均等分布的計算點，不能與實測點完全吻合，須根據(jù)實測點全部按插值法進行電流與輸入扭矩對應求解。

4 結(jié)論

通過式（1）中n值越大，取點越多，其結(jié)果越接近于Ke2，說明在同等條件下，面積算法比采點算法更精確，其計算結(jié)果更接近真實值，可以更好的了解產(chǎn)品的對稱性及其他性能特性，采取此種算法可行。

參考文獻

[1]田國良.汽車轉(zhuǎn)向器控制閥助力特性測試系統(tǒng)的研究[D].五邑大學，2014.

[2]王常友.汽車電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)試驗臺設計研究[D].武漢理工大學，2008.

（作者單位：中國汽車工程研究院股份有限公司）