汽車助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)及其相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)比分析研究

徐益波

摘要：汽車助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)作為汽車底盤的重要組成部分，國際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO），歐共體（EEC），歐洲經(jīng)濟(jì)委員會(huì)（ECE）以及各大汽車制造商如通用，福特等都對(duì)汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)有明確的要求，我國也制定了相應(yīng)的國標(biāo)來限制和評(píng)測(cè)汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。本文對(duì)汽車用機(jī)械液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、電子液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)和電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的原理及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了闡述和分析。

關(guān)鍵詞：汽車;助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng);標(biāo)準(zhǔn)分析

一、機(jī)械液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)

（一）轉(zhuǎn)向系統(tǒng)

機(jī)械式液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)主要由液壓泵、油管、壓力流體控制閥、V型傳動(dòng)皮帶、儲(chǔ)油罐等組成。其作用是在駕駛員的控制下，借助于汽車發(fā)動(dòng)機(jī)帶動(dòng)液壓泵產(chǎn)生的液體壓力驅(qū)動(dòng)力來產(chǎn)生轉(zhuǎn)向動(dòng)力從而實(shí)現(xiàn)車輪轉(zhuǎn)向。它解決了原始的機(jī)械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)僅靠駕駛員操縱轉(zhuǎn)向盤的轉(zhuǎn)向力來實(shí)現(xiàn)車輪轉(zhuǎn)向而導(dǎo)致勞動(dòng)強(qiáng)度大、操縱輕便性非常不理想、特別是對(duì)于大型車輛起步時(shí)的轉(zhuǎn)向操縱非常吃力的問題。通過我中心長(zhǎng)期的試驗(yàn)結(jié)果來看，在國標(biāo)GB 17675-1999的試驗(yàn)條件下，大型車輛方向盤轉(zhuǎn)向力在沒有助力轉(zhuǎn)向裝置比有助力轉(zhuǎn)向裝置的情況下要大200N以上。

（二）相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)

目前機(jī)械液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的主要標(biāo)準(zhǔn)有：QC/T 529-2000[3]、QC/T 530-2000[4]、QC/T 305-1999《汽車動(dòng)力轉(zhuǎn)向控制閥總成技術(shù)條件》、QC/T 306-1999《汽車動(dòng)力轉(zhuǎn)向控制閥總成臺(tái)架試驗(yàn)方法》、QC/T 299-1999《汽車動(dòng)力轉(zhuǎn)向油泵技術(shù)條件》、QC/T 300-1999《汽車動(dòng)力轉(zhuǎn)向油泵臺(tái)架試驗(yàn)方法》、QC/T 301-1999《汽車動(dòng)力轉(zhuǎn)向動(dòng)力缸技術(shù)條件》、QC/T 302-1999《汽車動(dòng)力轉(zhuǎn)向動(dòng)力缸臺(tái)架試驗(yàn)方法》和QC/T 303-1999《汽車動(dòng)力轉(zhuǎn)向油罐技術(shù)條件》等。標(biāo)準(zhǔn)對(duì)液壓助力轉(zhuǎn)向器系統(tǒng)及主要部件的制造和裝配質(zhì)量;轉(zhuǎn)向控制閥和活塞的裝配調(diào)整質(zhì)量;抗路面的反沖擊能力;系統(tǒng)及零部件壽命等方面做出了規(guī)范要求。經(jīng)過近10年的發(fā)展和對(duì)新技術(shù)及試驗(yàn)方法的引進(jìn)，我國已開始對(duì)QC/T 529-2000和QC/T 530-2000兩個(gè)總成標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行修訂，現(xiàn)在已完成了征求意見、會(huì)審上報(bào)。這次修訂的標(biāo)準(zhǔn)與現(xiàn)有的標(biāo)準(zhǔn)主要差別有：將QC/T 529-2000、QC/T 530-2000兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)合并為《汽車液壓助力轉(zhuǎn)向器技術(shù)條件與試驗(yàn)方法》一個(gè)標(biāo)準(zhǔn);修訂后的標(biāo)準(zhǔn)增加了對(duì)齒輪齒條式動(dòng)力轉(zhuǎn)向器的規(guī)范要求;在空載轉(zhuǎn)動(dòng)力矩測(cè)定試驗(yàn)中根據(jù)國外先進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)增加了有動(dòng)力條件下的轉(zhuǎn)動(dòng)力矩試驗(yàn)使得試驗(yàn)更接近實(shí)際工況;在轉(zhuǎn)向特性試驗(yàn)中增加了特性曲線限定框圖，只要轉(zhuǎn)向力特性曲線在限定框圖內(nèi)即可判定產(chǎn)品達(dá)到質(zhì)量要求，可簡(jiǎn)單、快捷、準(zhǔn)確的保障產(chǎn)品出廠質(zhì)量，提高勞動(dòng)生產(chǎn)效率，對(duì)液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向器批量生產(chǎn)具有指導(dǎo)意義;逆向疲勞試驗(yàn)中的加載條件采用不同于現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)（單一載荷）的2階梯載荷，使試驗(yàn)更接近實(shí)際工況的同時(shí)還能避免產(chǎn)品功能過?；虿蛔?再有就是增加了環(huán)境試驗(yàn)以考核系統(tǒng)對(duì)不同環(huán)境變化的承受能力?？偝稍囼?yàn)的主要設(shè)備有液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)性能試驗(yàn)臺(tái)和可靠性試驗(yàn)臺(tái)。

二、電子液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)

（一）電子液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)

由于機(jī)械液壓助力較多地消耗發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力，所以在此基礎(chǔ)上改進(jìn)開發(fā)出了更節(jié)能的電子液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（下稱ECHPS系統(tǒng)）。這種系統(tǒng)的轉(zhuǎn)向油泵不由發(fā)動(dòng)機(jī)皮帶直接驅(qū)動(dòng)，而由電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，并且在液壓助力系統(tǒng)的基礎(chǔ)上加裝了電控系統(tǒng)，使得轉(zhuǎn)向輔助力的大小不光與轉(zhuǎn)向角度有關(guān)，還與車速相關(guān);機(jī)械結(jié)構(gòu)上增加了液壓反應(yīng)裝置和液流分配閥;新增的電控系統(tǒng)包括車速傳感器、電磁閥、轉(zhuǎn)向ECU等。

（二）相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)

雖然ECHPS系統(tǒng)這幾年在我國逐漸廣泛應(yīng)用起來，但我國直到去年才起草了《汽車電控液壓助力轉(zhuǎn)向器總成技術(shù)條件及試驗(yàn)方法》行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的征求意見稿。該意見稿主要參考了日本豐田公司和德國ZF公司相關(guān)技術(shù)資料，以及行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《汽車液壓助力轉(zhuǎn)向器技術(shù)條件與試驗(yàn)方法》和若干我國已形成的電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向器（EPS）標(biāo)準(zhǔn)等，其主要內(nèi)容是在《汽車液壓助力轉(zhuǎn)向器技術(shù)條件與試驗(yàn)方法》（修定稿）的基礎(chǔ)上提出了對(duì)ECHPS系統(tǒng)電控裝置的自檢、顯示功能，對(duì)電源電壓波動(dòng)的適應(yīng)能力，耐電源極性反接及過電壓性能，抗跌落、振動(dòng)性能，電磁兼容性能和適應(yīng)惡劣環(huán)境變化性能的規(guī)范要求。主要試驗(yàn)設(shè)備除了相關(guān)液壓系統(tǒng)的性能及可靠性試驗(yàn)臺(tái)外，還需要：瞬態(tài)傳導(dǎo)抗擾度測(cè)試系統(tǒng)、屏蔽室及各種環(huán)境試驗(yàn)艙。

三、電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)

（一）電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)

電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（下稱EPS系統(tǒng)）與前兩種轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的最大區(qū)別之一是，該系統(tǒng)完全獨(dú)立于發(fā)動(dòng)機(jī)而利用直流蓄電池作為動(dòng)力源。與液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)對(duì)比可以看出，EPS系統(tǒng)沒有復(fù)雜的油液管路和油泵，取而代之的是直接干脆的電子線路和設(shè)備，（結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖見圖1）。EPS系統(tǒng)是通過電子控制單元根據(jù)轉(zhuǎn)向參數(shù)和車速等信號(hào)，控制電動(dòng)機(jī)扭矩的大小和方向，電動(dòng)機(jī)再由電磁離合器通過減速機(jī)構(gòu)減速增扭后，加在汽車的轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)上，使之得到一個(gè)與工況相適應(yīng)的轉(zhuǎn)向作用力，從而實(shí)現(xiàn)汽車的轉(zhuǎn)向。

（二）相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)

EPS系統(tǒng)最近幾年在國內(nèi)汽車領(lǐng)域的逐漸應(yīng)用，部分轉(zhuǎn)向器企業(yè)已開始生產(chǎn)自主品牌的EPS系統(tǒng)產(chǎn)品，我國陸續(xù)發(fā)布了《汽車電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向裝置技術(shù)條件與臺(tái)架試驗(yàn)方法》、《汽車電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)用電動(dòng)機(jī)技術(shù)條件》、《汽車電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向電子控制器技術(shù)條件與臺(tái)架試驗(yàn)方法》以及《汽車電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向扭矩用傳感器技術(shù)條件與臺(tái)架試驗(yàn)方法》等行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的征求意見稿，對(duì)EPS系統(tǒng)總成及主要部件的性能及可靠性做出了規(guī)范要求。標(biāo)準(zhǔn)主要是從EPS系統(tǒng)的總成、控制器、傳感器、轉(zhuǎn)向電機(jī)及故障診斷等方面進(jìn)行考核，其中系統(tǒng)總成主要試驗(yàn)項(xiàng)目及相關(guān)評(píng)價(jià)參數(shù)和試驗(yàn)曲線見表1所示。主要試驗(yàn)的設(shè)備有：電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)性能試驗(yàn)臺(tái)和可靠性試驗(yàn)臺(tái)、電磁輻射抗擾度測(cè)試系統(tǒng)、電磁騷擾測(cè)試系統(tǒng)、靜電放電測(cè)試系統(tǒng)、電波暗室及各種環(huán)境試驗(yàn)艙。

四、結(jié)束語

綜上所述，機(jī)械液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)液壓裝置比較多，能耗損失相對(duì)較大;ECHPS系統(tǒng)可以看作是液壓助力的升級(jí)，省去了一些復(fù)雜的液壓裝置，直接采用電動(dòng)泵來實(shí)現(xiàn)方向助力，一方面降低了液壓系統(tǒng)的裝置繁雜和能耗損失，另一方面液壓系統(tǒng)的工作可靠性仍然得到保持，而且能夠隨低速、高速自動(dòng)調(diào)節(jié)助力大小;EPS系統(tǒng)則完全沒有了復(fù)雜的液壓裝置，直接用電機(jī)提供助力調(diào)節(jié)，能顯著改善汽車駕駛舒適性和安全性，雖然現(xiàn)在還沒有正式標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)范要求，但鑒于EPS系統(tǒng)較傳統(tǒng)的液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)在性能等方面有很大的優(yōu)勢(shì)，而且順應(yīng)了節(jié)能環(huán)保的潮流，是汽車轉(zhuǎn)向器未來發(fā)展的方向。

參考文獻(xiàn)

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