電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)

電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)現(xiàn)代汽車新技術(shù)目錄電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向1

概況汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)用來(lái)改變或保持汽車行駛或倒退方向的一系列裝置稱為汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)(steering

system)。功用保證汽車能按駕駛員的意志而進(jìn)行轉(zhuǎn)向行駛。汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)對(duì)汽車的行駛安全至關(guān)重要，因此汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的零件都稱為保安件。汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)和制動(dòng)系統(tǒng)都是汽車安全必須要重視的兩個(gè)系統(tǒng)。汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)分為兩大類：機(jī)械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)和動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。1

概況機(jī)械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（Manual

Steering）機(jī)械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)以駕駛員的體力作為轉(zhuǎn)向能源，所有傳遞力的構(gòu)件都是機(jī)械的，主要由轉(zhuǎn)向操縱機(jī)構(gòu)、轉(zhuǎn)向器和轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)三大部分組成。傳統(tǒng)機(jī)械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作可靠、生產(chǎn)成本低。其缺點(diǎn)也非常明顯：隨著汽車速度的提高和汽車質(zhì)量的增大，轉(zhuǎn)向操縱難度增大，轉(zhuǎn)向越來(lái)越費(fèi)力。是其傳動(dòng)比是固定的，導(dǎo)致汽車的轉(zhuǎn)向響應(yīng)特性無(wú)法控制，傳動(dòng)比無(wú)法隨汽車轉(zhuǎn)向過(guò)程中的車速、側(cè)向加速度等參數(shù)的變化而進(jìn)行補(bǔ)償，駕駛員必須在轉(zhuǎn)向之前就對(duì)汽車的轉(zhuǎn)向響應(yīng)特性進(jìn)行一定的操作補(bǔ)償，這樣無(wú)形中增加了駕駛員的精神和體力負(fù)擔(dān)。1

概況動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（power

steering

system）動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是兼用駕駛員體力和發(fā)動(dòng)機(jī)（或電動(dòng)機(jī)）的動(dòng)力作為轉(zhuǎn)向能源的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是在機(jī)械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的基礎(chǔ)上加設(shè)一套轉(zhuǎn)向加力裝置而形成的。而動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)有液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、電控液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)三種。2動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)發(fā)展史HPS早期DP-EPS純機(jī)械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)EHPSC-EPS1953年通用汽車公司首次使用了液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。1983年日本Koyo公司推出了具備車速感應(yīng)功能的電控液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。1990年本田公司在運(yùn)動(dòng)型轎車

NSX上采用了自主研發(fā)的齒條助力式電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。1988年，光洋精工成功研發(fā)出轉(zhuǎn)向柱式電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，并由鈴木公司首先在小型轎車Cervo上配備。RD-EPS2003年，大眾公司首先在第五代高爾夫上配備ZF的雙小齒輪式電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。EPS相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品功能安全標(biāo)準(zhǔn)：ISO

26262測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)：

ECE

79

(Europe)

GB

171675

（China）3類型特性3.1液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（HPS）液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（HPS）是在傳統(tǒng)機(jī)械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)基礎(chǔ)上額外加裝了一套液壓助力系統(tǒng)，一般由油泵、V形帶輪、油管、供油裝置、助力裝置和控制閥等組成。它以液壓油為動(dòng)力，通過(guò)液壓泵產(chǎn)生的動(dòng)力來(lái)推動(dòng)機(jī)械轉(zhuǎn)向器工作。這類動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是靠方向盤轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)帶動(dòng)扭桿直接改變液壓系統(tǒng)油路的通道面積來(lái)提供可變的助力。即助力大小與車速的高低沒(méi)有關(guān)系，只與轉(zhuǎn)向角度有關(guān)。轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)過(guò)的角度越大，液壓系統(tǒng)提供的助力也越大（即轉(zhuǎn)向助力特性不可調(diào)）。3.2電控液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（EHPS）電控液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（ECHPS）是在液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)基礎(chǔ)上增加了控制液體流量的電磁閥、轉(zhuǎn)矩傳感器、車速傳感器以及轉(zhuǎn)向控制單元等元件。在轉(zhuǎn)向過(guò)程中，由于油泵的持續(xù)工作所造成的多余能量消耗。整個(gè)液壓系統(tǒng)占用空間大、容易泄漏、噪聲大等缺點(diǎn)，而且增加了車速檢測(cè)控制裝置。而且控制閥的結(jié)構(gòu)較HPS復(fù)雜且成本較高，目前主要應(yīng)用于高級(jí)轎車及運(yùn)動(dòng)型乘用車上。3類型特性3類型特性3.3電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（EPS）電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是在傳統(tǒng)機(jī)械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，增加了傳感器裝置、電子控制裝置和轉(zhuǎn)向助力機(jī)構(gòu)等。其特點(diǎn)是使用電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)在不同的駕駛條件下為駕駛員提供合適的助力。系統(tǒng)主要由電子控制單元ECU、扭矩傳感器、車速傳感器、電動(dòng)機(jī)、減速機(jī)構(gòu)和轉(zhuǎn)向柱總成等組成。結(jié)構(gòu)示意圖如下圖所示。3類型特性3類型特性EPS工作原理當(dāng)操縱方向盤時(shí)，裝在轉(zhuǎn)向柱上的扭矩傳感器不斷地測(cè)量轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)角信號(hào)，該信號(hào)與車速信號(hào)同時(shí)輸入到電子控制單元ECU，經(jīng)過(guò)ECU計(jì)算處理后控制電動(dòng)機(jī)輸出相應(yīng)大小和方向

的轉(zhuǎn)矩信號(hào)，電動(dòng)機(jī)的助力轉(zhuǎn)矩通過(guò)減速器減速增矩后加到轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中，以實(shí)現(xiàn)汽車助力轉(zhuǎn)向的作用。3類型特性EPS系統(tǒng)框圖EPS動(dòng)態(tài)示意圖3類型特性控制/機(jī)械信號(hào)流如下圖所示。EPS電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)向齒條扭矩傳感器3.3.2

EPS關(guān)鍵零部件及技術(shù)電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的關(guān)鍵是EPS

ECU根據(jù)各種傳感器信息決定助力電機(jī)的輸出電流的大小和方向，即控制算法。同時(shí)保護(hù)程序和故障診斷程序同樣處于關(guān)鍵地位，必要時(shí)發(fā)出警報(bào)或者采取必要的措施。硬件部分的關(guān)鍵技術(shù)是：傳感器、電機(jī)。傳感器是整個(gè)系統(tǒng)的信號(hào)源，其精確性十分重要。電機(jī)是整個(gè)系統(tǒng)的執(zhí)行器，電機(jī)性能的好壞決定了整個(gè)系統(tǒng)的性能表現(xiàn)。EPSECU非接觸傳感器故障診斷減速器轉(zhuǎn)向柱魯棒算法路感無(wú)刷電機(jī)轉(zhuǎn)向齒條橫拉桿輸出軸電動(dòng)機(jī)齒輪EPS

ECU輸入軸減速器可靠性3類型特性轉(zhuǎn)向柱助力式齒條助力式齒輪助力式結(jié)構(gòu)布置助力電動(dòng)機(jī)、控制器以及

轉(zhuǎn)矩傳感器配置在轉(zhuǎn)向柱。助力電動(dòng)機(jī)配置在齒條軸上。助力電動(dòng)機(jī)設(shè)置在轉(zhuǎn)向器的齒輪軸上。安裝優(yōu)勢(shì)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊，安裝到車輛上時(shí)極為簡(jiǎn)便。助力電動(dòng)機(jī)可安裝在齒條軸上的任意位置處，增加了配置設(shè)計(jì)的自由度。助力電動(dòng)機(jī)位于車箱外，

可在保持靜噪性的前提下，獲得更大的輔助力。特點(diǎn)除用于固定式轉(zhuǎn)向柱外，還適用于可傾斜式等所有類型的轉(zhuǎn)向柱。采用減速比很大的助力電動(dòng)機(jī)，抑制了慣性力，具有優(yōu)異的操縱感。與變比率式轉(zhuǎn)向器組合使用，可實(shí)現(xiàn)助力電機(jī)的小型化，提供操縱特性優(yōu)異的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。示意圖特點(diǎn)類型電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)向軸轉(zhuǎn)向齒輪轉(zhuǎn)向齒條電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)向軸轉(zhuǎn)向齒輪轉(zhuǎn)向齒條電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)向軸轉(zhuǎn)向齒輪轉(zhuǎn)向齒條3類型特性3類型特性HPS轉(zhuǎn)向系統(tǒng)零件較多，系統(tǒng)串聯(lián)疊加后的質(zhì)量問(wèn)題可能性較高。但EPS只需一個(gè)轉(zhuǎn)向機(jī)，系統(tǒng)構(gòu)成簡(jiǎn)單，出現(xiàn)質(zhì)量問(wèn)題的可能性比EPS低很多。EPS的動(dòng)力特性通過(guò)ECU的軟件編程來(lái)實(shí)現(xiàn)，修改非常方便，因此可以輕易的實(shí)現(xiàn)客戶對(duì)于不同車型轉(zhuǎn)向助力特性的要求。而HPS則需要通過(guò)更改機(jī)械零部件的加工尺寸來(lái)實(shí)現(xiàn)這樣的更改。3類型特性4發(fā)展趨勢(shì)市場(chǎng)分析由于全球能源緊張趨勢(shì)長(zhǎng)期維持；世界對(duì)環(huán)境日益關(guān)注，對(duì)CO2減排達(dá)成了相關(guān)的協(xié)議，各國(guó)紛紛出臺(tái)相關(guān)政策。由于EPS較其他轉(zhuǎn)向系統(tǒng)節(jié)省能源，從全球EPS市場(chǎng)來(lái)看，這些因素都將利好EPS維持長(zhǎng)期穩(wěn)定的增長(zhǎng)。全球EPS市場(chǎng)預(yù)測(cè)（萬(wàn)套）4發(fā)展趨勢(shì)4.2發(fā)展趨勢(shì)結(jié)構(gòu)：現(xiàn)有的EPS中，驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)向輪進(jìn)行轉(zhuǎn)向的力由人和電動(dòng)機(jī)助力兩部分組成,隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，未來(lái)的EPS將是全助力的電動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，即驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)