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汽车电动助力转向系统的技术分析

文章来源:admin 更新时间:2020-09-17

  等阶段,邦际上已有少许大的汽车公司正在琢磨开拓的下一代线控电动转向体例。正在海外,各大汽车公司对转向体例(Electric power steering-EPS,或称Elec-tric Assisted Steering-EAS)的查究有20众年的汗青。跟着近年来电子掌管技巧的成熟和本钱的下降,EPS越来越受到人们的珍爱,并以其具有古板动力转向体例不成相比的所长,疾捷迈向了利用界限,一面代替了古板液压动力转向体例(Hydraulic powersteering,简称HPS)。

  自1953年美邦通用汽车公司正在别克轿车上行使液压动力转向体例今后,HPS给汽车带来了庞大的蜕化,几十年来的技巧更始使液压动力转向技巧生长十分疾捷,产生了电控式液压助力转向体例( Electric Hydraulic Power Steering,简称EHPS)。1988年2月日本铃木公司起初正在其Cervo车上装置EPSTM,随后又利用正在Alto汽车上;1993年本田汽车公司正在爱克NSX跑车上装置EPS并赢得了精良的商场后果;1999年奔跑和西门子公司早先投巨资开拓EPS。上世纪九十年代初期,日本铃木、本田、三菱、美邦Delphi汽车公司、德邦ZF等公司接踵推出了本身的EPS。TRW公司继推出EHPS后也疾捷推出了技巧上对比成熟的带传动EPS和转向柱助力式EPSTM,并安装正在Ford Fiesta和Mazda 323F等车上,尔后EPS技巧取得了飞速的生长。正在海外,EPS已进入批量临盆阶段,并成为汽车零部件高新技巧产物,而我邦动力转向体例目前绝大一面采用刻板转向或液压助力转向,EPS的查究开拓处于起步阶段。

  电动助力式转向体例正在差别车上的机合部件只管不尽相似,然而基础道理是一律的。它大凡是由转矩(转向)传感器、电子掌管单位ECU,电动机、电磁聚散器以及减速机构组成,其机构示意如图1所示。

  其基础做事道理是:当转向轴转动时,扭矩传感器将检测到的转矩信号转化为电信号送至电子掌管单位ECU,ECU再依照扭矩信号、车速信号、轴重信号等举办计划,得出助力电动机的转向和助力电流的巨细,告竣转向助力掌管,EPS体例掌管框图如图2所示。

  扭矩传感器用来检测转向盘转矩的巨细和宗旨,以及转向盘转角的巨细和宗旨,它是EPS的掌管信、号之一。无误、转向机配件牢靠、低本钱的扭矩传感器是定夺EPS能否吞没商场的症结成分。扭矩传感器要紧有接触式和非接触式两种。常用的接触式(要紧是电位计式)传感器有摆臂式、双排行星齿轮式和扭杆式三品种型,而非接触式转矩传感器要紧有光电式和磁电式两种。前者的本钱低,但受温度与磨损影响易爆发漂移、行使寿命较低,需求对创制精度和扭杆刚度举办折中,难以竣工绝对转角和角速率的衡量。后者的体积小,精度高,抗作对才干强、刚度相对较高,易竣工绝对转角和角速率的衡量,然而本钱较高。所以扭矩传感器类型的采取依照EPS的职能央浼归纳探究。

  电动机依照ECU的指令输出适宜的转矩,大凡采用无刷永磁电动机,无刷永磁电机具有无激磁损耗、效果较高、体积较小等特征。电机是EPS的症结部件之一,对EPS的职能有很大的影响。因为掌管体例需求依照差别的工况出现差别的助力转矩,具有精良的动态特点并容易掌管,这些都央浼助力电机具有线性的刻板特点和调速特点。另外还央浼电机低转速大扭矩、摇动小、转动惯量小、尺寸小、质料轻、牢靠性高、抗作对才干强。

  电磁聚散器是确保电动助力只正在预订的局限内起影响。当车速、电流逾越限度的最大值或转向体例爆发妨碍时,聚散器便自愿堵截电动机的电源,克复手动掌管转向。另外,正在不助力的景况下,聚散器还能消灭电动机的惯性对转向的影响。为了裁减与不加转向助力时驾驶车辆感受的不同,聚散器不光具有滞后输出特点,同时还具有半聚散器形态区域。

  减速机构用来增大电动机转达给转向器的转矩。它要紧有两种步地:双行星齿轮减速机构和蜗轮蜗杆减速机构。因为减速机构对体例做事职能的影响较大,所以正在下降噪声,普及效果和驾御转向操作的对称性方面临其提出了较高的央浼。

  EPS的上层掌管器用来确定电动机的方针电流。依照EPAS的特征,上层掌管政策分为助力掌管、阻尼掌管和回正掌管。

  EPS的电流掌管体例掌管历程为:掌管器依照转向盘转矩传感器的输出Th和车速传感器的输出V由助力特点确定电动机的方针电流Imo,然后电流掌管器掌管电动机的电流Im,使电动机输出方针助力矩。所以EPS的掌管要办理两个题目:(1)确定助力特点;(2)跟踪该助力特点。悉数掌管器可分为上、下两层,上层掌管器用来依照基础助力特点及其补充治疗,举办电动机方针电流的决定,基层掌管器通过掌管电动机电枢两头的电压,跟踪方针电流。

  助力掌管是正在转向历程(转向角增大)中为减轻转向盘的使用力,通过减速机构把电机转矩影响到刻板转向系(转向轴、齿轮、齿条)上的一种基础掌管形式。

  (4)通过电动机电流掌管器掌管电动机输服从矩。正在这一基础掌管历程中,助力特点弧线确定体例的掌管方针,定夺着EPS体例的职能。EPS的助力特点弧线属于车速感想型,正在统一转向盘力矩输人下,电动机的方针电流随车速的添补而下降,能较好地两全简易性与道感的央浼。

  当汽车以肯定速率行驶时,因为转向轮主销后倾角和主销内倾角的存正在,使得转向轮具有自愿回正的影响。跟着车速的普及,汽车转向系统配件回正转矩增大,而轮胎与地面的侧向附着系数却减小,二者归纳影响使得回正职能普及。驾驶员松开转向盘后,转向机原理结构图跟着影响正在转向盘上的力的减小,转向盘将正在回正力矩的影响下回正。正在转向盘回正历程中,有两种景况需求探究:(1)回正力矩过大,惹起转向盘地方超调;(2)回正力矩过小,转向盘不行回到中央地方。对前一种景况,可能行使电动机的阻尼来制止产生超调。后一种景况需求对助力举办补充,以添补回正才干。

  依照转向盘转矩和转动的宗旨可能推断转向盘是否处于回正形态。回正掌管的实质有:低速行驶转向回正历程中,EPS体例H桥实行断道掌管,坚持刻板体例原有的回正特点;高速行驶转向回正时,为制止回正超调,采用阻尼掌管。

  阻尼掌管是针对汽车高速直线行驶平稳性和敏捷转向收敛性提出的。汽车高速直线行驶时,倘若转向过于灵便、“简易”,驾驶员就会有日常说的 “飘”的感受,这给驾驶带来很大的危境。为普及高速行驶时驾驶的平稳性,提出正在死区局限内举办阻尼掌管,适宜加重转向盘的阻力,最终外示正在高速行驶时手感的庄重”。汽车高速行驶时,因为道面有时成分的作对惹起的侧向加快率较大,传到宗旨盘的力矩比低速行驶时要大,为了制止这种横摆振动,必需采用阻尼掌管;另外,转向盘转向后回到中央地方时,因为电动机的惯性存正在,正在不加其他掌管景况下,助力体例的惯性比刻板式转向体例的惯性大,转向回正时阻挡易收敛,此时,也需采用阻尼掌管。采用阻尼掌管时,只需将电动机输出为制动形态,就可使电动机出现阻尼后果。

  (1)EPS能正在各样行驶工况下供应最佳力,减小径面不服度所惹起的对转向系的扰动,改良了汽车的转向特点。

  (2)EPS只正在转向时电动机才供应助力,比拟液压动力转向体例可俭约燃油3%~5%,因此燃油经济性有了很大的普及。

  (3)EPS勾销了油泵、皮带、密封件、液压软管、液压油及密封件等,其零件比古板液压动力转向系大大裁减,因此质料更轻,机合更紧凑,正在安设地方采用方面也更为便当,而且可能下降噪声。

  (4)HPS的参数曾经确定,转向体例的职能也随之确定,很难矫正,而EPS可能通过变更和扶植差别的次第,变更转向特点,安装自愿化水准更高,能与差别的车型完婚,缩短临盆和开拓功夫,普及了效果。

  (6)HPS正在低温下启动策动机之后,因为低温下油的粘度较大,使转向影响力较高,而EPS正在低温下不会添补转向影响力和策动机的负荷,因此其低温运转状态好于HPS。

  EPS体例正在操作简易、节能等方面显示了良好性,职能己经取得人们的遍及认同,然而仍有少许题目需求办理:

  (1)电动机的职能及其与EPS体例的完婚是影响掌管体例职能、转向使用力、转向道感等题目的要紧成分,所以改良电动机的职能及其与悉数EPS体例的完婚是症结题目;

  (2)助力特点的诟谇取决于转向的简易性和道感。然而目前邦内对待道感题目还没有成熟的外面查究结果,查究本事还要紧以试验为主,转向系统所以需求确定合理的助力特点;

  (3)EPS除了应有精良的硬件确保外,还需求精良的软件掌管做维持,EPS的安设大凡正在策动机邻近,不成避免地会有热辐射与电磁作对的影响,所以对EPS的掌管政策提出了很高的央浼。

  EPS而今一经较众利用正在排量正在1.3-1.6L的各式轻型轿车上,其职能一经取得寻常的认同。跟着直流电机职能的普及和42V电源正在汽车组件上的利用,其利用局限将进一步扩宽,并渐渐向微型车、轻型车和中型车扩展。目前,正在全全邦汽车行业中,EPS体例每年正以9%-10%的伸长速率生长,年伸长量达130万-150万套。据TRW公司预测,到2010年全全邦临盆的轿车中每3辆就有1辆装置EPS,到2010年,环球EPS产量将到达2500万套。所以,EPS将具有相称广大的生长和利用前景。

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