電子助力轉(zhuǎn)向在某卡車上的應(yīng)用

章 軻

（江淮汽車股份有限公司重型商用車研究院，安徽 合肥 230601）

引言

在某車型設(shè)計開發(fā)時轉(zhuǎn)向系統(tǒng)采用機(jī)械轉(zhuǎn)向，但在理論計算中發(fā)現(xiàn)機(jī)械轉(zhuǎn)向比較沉重，而且不能滿足現(xiàn)在客戶的需求，在試驗驗證后也接到反饋，此車型在輕便性試驗試驗中不滿足試驗要求，所以對此車型的轉(zhuǎn)向輕便性加以改進(jìn)，針對此車型的空間布置，我們引進(jìn)了電子助力轉(zhuǎn)向，并通過理論計算、空間校核、試驗驗證等方法對其應(yīng)用驗證，最終以達(dá)到應(yīng)用的要求。

由于電動助力轉(zhuǎn)向在此類車型上安裝在目前國內(nèi)還是比較少見，但是經(jīng)過理論和試驗等手段驗證后確認(rèn)，此應(yīng)用能完全滿足匹配要求，并可以在類似車型上予以推廣，以解決目前市場上對此類型車反饋轉(zhuǎn)向沉重的問題。

1 目標(biāo)車的主要參數(shù)及理論計算

1.1 目標(biāo)車的主要參數(shù)

1.1.1 某型微卡的整車參數(shù)

表1

1.1.2 機(jī)械和電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)參數(shù)

表2

1.2 機(jī)械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的理論計算

1.2.1 轉(zhuǎn)向地面助力矩計算

M——在瀝青或混凝土路面上的原地轉(zhuǎn)向阻力矩，N.mm；

f——輪胎與地面間的滑動摩擦系數(shù)，取0.7；

G1——轉(zhuǎn)向軸負(fù)荷，N；

P——輪胎氣壓，MPa；

M1—滿載時的轉(zhuǎn)向阻力矩，N.m；

M2—超載時的轉(zhuǎn)向阻力矩，N.m。

表3

一般地面阻力矩取1.2M1和M2較大者，本次地面阻力矩取M2=404940N·mm。

1.2.2 轉(zhuǎn)向盤手力校核

Fh——作用在方向盤上的手力 N；

L搖——轉(zhuǎn)向搖臂長mm；

M——地面阻力矩 N·m；

R——轉(zhuǎn)向節(jié)臂長 mm；

Dsw——轉(zhuǎn)向盤直徑mm；

iw——轉(zhuǎn)向器速比；

η——轉(zhuǎn)向器正效率；

表4

根據(jù)《QJQ 12005-2013輕卡品質(zhì)、檢驗評定準(zhǔn)則》要求，低端車型目標(biāo)值≤100N不滿足要求。

1.2.3 實車檢測及轉(zhuǎn)向手力降低方案

從實車試驗（如下圖1、圖2）結(jié)果看，校核是比較準(zhǔn)確的，轉(zhuǎn)向手力偏大，但是由于整車空間有限無法安裝液壓式助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，故考慮采用電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。

圖1 測量圖

圖2 轉(zhuǎn)矩——轉(zhuǎn)角曲線

1.3 電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)匹配校核

1.3.1 加裝電動助力后方向盤最大手力校核

由電子管柱特性曲線可知，當(dāng)電子管柱輸出最大力矩時，方向盤需要的最大輸入力矩為Mmax=5.9N·m。

F——作用在方向盤上的手力 N；

M——方向盤的輸入力矩 N·m；

R——方向盤的半徑 m；

設(shè)計要求的方向盤手力為F≤35 N。

由此可知加裝電動助力轉(zhuǎn)向后方向盤的手力要明顯減低很多，且滿足了設(shè)計的要求。

1.3.2 加裝電子助力轉(zhuǎn)向后轉(zhuǎn)向器輸出力計算

加裝電動助力后，轉(zhuǎn)向器輸出的力將是方向機(jī)和電機(jī)公共輸出的力，計算公式如下：

M1——手力矩

M2——電機(jī)力矩

f1——轉(zhuǎn)向器轉(zhuǎn)動比

f2——電機(jī)速比

η1——轉(zhuǎn)向系效率

η2——電子管柱系統(tǒng)效率

L——轉(zhuǎn)向器搖臂長

表5

由計算可得方向機(jī)的輸出力矩590.09N·m大于地面助力矩404.94N·m，滿足原地轉(zhuǎn)向的要求。

2 物理搭載

2.1 物理搭載空間校核

電子助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是在原有的機(jī)械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)布置空間進(jìn)行布置，而電子助力轉(zhuǎn)向管柱與機(jī)械轉(zhuǎn)向管柱存在明顯的差異，主要的差異在于以下幾點：

（1）轉(zhuǎn)向管柱差異：電動助力機(jī)械轉(zhuǎn)向管柱上帶有電機(jī)及其他部件，在空間安裝要求上比機(jī)械轉(zhuǎn)向管柱空間要求更大，所以對轉(zhuǎn)向管柱包殼修必要的修改。

（2）電器的差異：由于電動助力管柱有電子控制單元，所以要有電源接入，并對整車線束及組合儀表也做了相應(yīng)的修改。

（3）離合制動踏板差異：由于電動助力管柱無法安裝，所以對離合踏板進(jìn)行了改進(jìn)，將管柱安裝在離合踏板上。

3 試驗驗證

3.1 加裝電子助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)操穩(wěn)試驗

由實驗結(jié)果來看，加裝電動助力轉(zhuǎn)向后，方向盤的作用力明顯降低了很多，與理論校核也一致。

4 結(jié)論

電子助力轉(zhuǎn)向在此類車型上應(yīng)用還是首次，目前在國類主要廠家中應(yīng)用的還是比較少見，在技術(shù)應(yīng)用上是比較先進(jìn)的。本論文主要分為四個部分：即理論計算部分、空間校核、強(qiáng)度校核部分、試驗驗證部分；通過理論校核我們確認(rèn)了此方法的可行性，空間校核解決了電動助力在空間上的布置要求，強(qiáng)度校核是關(guān)鍵，只有在保證強(qiáng)度上滿足要求才能加以應(yīng)用，試驗是為驗證此次應(yīng)用的結(jié)果與理論是否一致，在經(jīng)過以上四個步驟后我們可以確認(rèn)，電動助力轉(zhuǎn)向在此車型上的應(yīng)用是完全滿足整車匹配要求。由于電動助力轉(zhuǎn)向的局限性，導(dǎo)致它目前還不能在噸位較大的商用車上予以應(yīng)用，但隨著汽車對環(huán)保、節(jié)能和安全性要求的進(jìn)一步提高，EPS轉(zhuǎn)向系統(tǒng)可能將是未來發(fā)展的趨勢。

圖3 轉(zhuǎn)向輕便性測量圖

圖4 轉(zhuǎn)矩——轉(zhuǎn)角曲線

參考文獻(xiàn)

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