EPS電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向簡(jiǎn)介及關(guān)鍵參數(shù)計(jì)算

一.EPS(electricpowersteering)電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向簡(jiǎn)介1、EPS系統(tǒng)構(gòu)成電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)由機(jī)械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、方向盤(pán)扭矩傳感器、車速傳感器、電子控制單元(ECU)、電機(jī)和減速機(jī)構(gòu)等組成，如圖1所示。電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的工作原理是：ECU根據(jù)扭矩傳感器、轉(zhuǎn)角傳感器的信號(hào)以及通訊總線發(fā)來(lái)的車速等其他信息決定電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向和最佳助力扭矩，向電機(jī)發(fā)出控制信號(hào)，通過(guò)功率驅(qū)動(dòng)電路控制電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)，電機(jī)的輸出經(jīng)過(guò)減速機(jī)構(gòu)減速增扭后，驅(qū)動(dòng)齒輪齒條機(jī)構(gòu)，產(chǎn)生相應(yīng)的轉(zhuǎn)向助力。通過(guò)精確的控制算法，可改變電機(jī)的扭矩，使傳動(dòng)機(jī)構(gòu)獲得所需的助力值。由于轉(zhuǎn)矩傳感器與轉(zhuǎn)向軸（小齒輪軸）連接在一起，當(dāng)轉(zhuǎn)向軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，轉(zhuǎn)矩傳感器開(kāi)始工作，把輸入軸和輸出軸在扭桿作用下產(chǎn)生的相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)角位移變成電信號(hào)傳給ECU，ECU根據(jù)車速傳感器和轉(zhuǎn)矩傳感器的信號(hào)決定電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向和助力電流的大小，從而完成實(shí)時(shí)控制助力轉(zhuǎn)向。因此它可以很容易地實(shí)現(xiàn)在車速不同時(shí)提供電動(dòng)機(jī)不同的助力效果，保證汽車在低速轉(zhuǎn)向行駛時(shí)輕便靈活，高速轉(zhuǎn)向行駛時(shí)穩(wěn)定可靠。圖1：EPS電機(jī)是電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的動(dòng)力源，其功能是根據(jù)ECU的指令輸出適當(dāng)?shù)妮o助扭矩。電機(jī)對(duì)EPS系統(tǒng)的性能有很大的影響，所以EPS系統(tǒng)對(duì)電機(jī)有很高的要求，不僅要求扭矩大、扭矩波動(dòng)小、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小、功率密度高，而且要求可靠性高和壽命長(zhǎng)。由于永磁同步電機(jī)PMSM和直流無(wú)刷電機(jī)BLDC既具有交流電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)行可靠、維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)，又具有直流電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行效率高、無(wú)勵(lì)磁損耗、調(diào)速性能好等諸多特點(diǎn)，因此這兩種三相電機(jī)被廣泛運(yùn)用于各種EPS系統(tǒng)。2、EPS系統(tǒng)分類根據(jù)電機(jī)安裝位置和機(jī)械結(jié)構(gòu)的不同，電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)系統(tǒng)可以分為：管柱助力式(ColumnMounted)、小齒輪助力式(Pinionmounted)和齒條助力式(Rackmounted)。如圖2所示，管柱助力式EPS系統(tǒng)中將助力電機(jī)安裝在管柱上，通過(guò)減速增扭機(jī)構(gòu)與轉(zhuǎn)向軸相連，直接驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)向軸助力轉(zhuǎn)向。這樣的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊、易于安裝，但由于助力電機(jī)安裝在駕駛艙內(nèi)，受到空間布置和噪聲的影響，電機(jī)的體積較小，輸出扭矩不大，一般只用在小型及緊湊型車輛上。圖2:C-EPS小齒輪助力式EPS系統(tǒng)中將助力電機(jī)和減速增扭機(jī)構(gòu)與小齒輪相連，直接驅(qū)動(dòng)齒輪實(shí)現(xiàn)助力轉(zhuǎn)向。由于助力電機(jī)不是安裝在乘客艙內(nèi)，因此可以使用較大的電機(jī)以獲得較高的助力扭矩，而不必?fù)?dān)心電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量太大產(chǎn)生的噪聲。詳見(jiàn)圖3。圖3：P-EPS如下圖4所示，齒條助力式EPS系統(tǒng)中將助力電機(jī)和減速增扭機(jī)構(gòu)直接驅(qū)動(dòng)齒條提供助力，因此能提供更大的助力，但整套系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本較高，所以適用于豪華車和商務(wù)車上。圖4：R-EPS（BDbeltdrive）一般按照齒條力對(duì)電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向進(jìn)行選型:3、動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)明顯減小了停車轉(zhuǎn)向力，使駕駛員可以比較輕松的進(jìn)行停車轉(zhuǎn)向。汽車駕駛中的轉(zhuǎn)向力也得到了減小，有利于減輕駕駛員的疲勞。減少了方向盤(pán)從一端打到另一端的極限轉(zhuǎn)動(dòng)圈數(shù)，一般在2.5到3圈。減小了路面對(duì)前輪的干擾對(duì)轉(zhuǎn)向盤(pán)的影響。4、EPS主要性能要求安全性：失效-安全性；動(dòng)力助力都是和常規(guī)的機(jī)械轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)并聯(lián)工作。敏感性：在各種行駛情況下都能提供足夠的動(dòng)力助力以外，還應(yīng)該允許在轉(zhuǎn)向盤(pán)上保持足夠高的路感。急轉(zhuǎn)彎時(shí)，一開(kāi)始轉(zhuǎn)向力比較大，駕駛員感覺(jué)到方向盤(pán)比較沉，隨后隨著側(cè)向加速度的增大，轉(zhuǎn)向盤(pán)變輕。變輕的感覺(jué)是在提醒駕駛員車輪即將開(kāi)始發(fā)生側(cè)滑的警告信號(hào)。轉(zhuǎn)向力一般是隨著轉(zhuǎn)向盤(pán)離開(kāi)直線行駛位置的角度而增大的，這實(shí)際上是因?yàn)榍拜唽?duì)主銷軸線的轉(zhuǎn)向阻力矩隨著其轉(zhuǎn)角而增大。5、對(duì)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)主要要求保證汽車具有足夠小的最小轉(zhuǎn)彎半徑，以使其能夠在有限的場(chǎng)地面積內(nèi)進(jìn)行轉(zhuǎn)彎行駛；（C-factor）引申：最小轉(zhuǎn)彎半徑是指當(dāng)轉(zhuǎn)向盤(pán)轉(zhuǎn)到極限位置，汽車以最低穩(wěn)定車速轉(zhuǎn)向行駛時(shí)，外側(cè)轉(zhuǎn)向輪的中心在支承平面上滾過(guò)的軌跡圓半徑。它在很大程度上表征了汽車能夠通過(guò)狹窄彎曲地帶或繞過(guò)不可越過(guò)的障礙物的能力。轉(zhuǎn)彎半徑越小，汽車的機(jī)動(dòng)性能越好。為了保證轉(zhuǎn)向時(shí)車輪作純滾動(dòng)而不產(chǎn)生滑動(dòng)，最小轉(zhuǎn)彎半徑的大小由車輛的軸距來(lái)決定。軸距長(zhǎng)則轉(zhuǎn)彎半徑大，但是長(zhǎng)軸距的車輛行駛平順性較好。保證汽車轉(zhuǎn)彎行駛時(shí)所有的車輪都繞一個(gè)共同的瞬時(shí)轉(zhuǎn)向中心進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，各個(gè)車輪的側(cè)偏角趨于一致，并且盡可能小，以延長(zhǎng)輪胎壽命、防止輪胎噪聲。操縱輕便。汽車轉(zhuǎn)向時(shí)，駕駛員施加在轉(zhuǎn)向盤(pán)上的切向力（轉(zhuǎn)向力），對(duì)轎車不應(yīng)超過(guò)150-200N，對(duì)貨車不應(yīng)超過(guò)500N。在采用動(dòng)力轉(zhuǎn)向的情況下，一般可以保證進(jìn)行停車轉(zhuǎn)向，而且最大轉(zhuǎn)向力一般都明顯小于上述極限值。轉(zhuǎn)向后，轉(zhuǎn)向盤(pán)能夠自動(dòng)回正，并使汽車保持在穩(wěn)定的直線行駛狀態(tài)。兼顧高速行駛操縱穩(wěn)定性和低速行駛轉(zhuǎn)向迅速（需要駕駛員轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)向盤(pán)的圈數(shù)比較少），輕便的要求。對(duì)于機(jī)械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，就是要采用適當(dāng)?shù)霓D(zhuǎn)向傳動(dòng)比。對(duì)于動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，即需要適當(dāng)?shù)霓D(zhuǎn)向傳動(dòng)比，還需要提供適當(dāng)?shù)膭?dòng)力助力。

由于地面對(duì)轉(zhuǎn)向車輪的沖擊而傳到轉(zhuǎn)向盤(pán)上的反沖要盡可能小，以減輕駕駛員的疲勞。這個(gè)性能要求對(duì)于在比較粗糙的路面上行駛的汽車意義比較大。（打手）sina=L/R

tanb=L/(R*cosa-B)角傳動(dòng)比iw=n*360/(a+b)

L軸距R最小轉(zhuǎn)彎半徑B輪距n方向盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)圈數(shù)延伸：此為后置轉(zhuǎn)向機(jī)，后置轉(zhuǎn)向機(jī)有防塵罩；前置轉(zhuǎn)向機(jī)有個(gè)小蓋子。

備注：6、對(duì)EPS的相關(guān)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)向器動(dòng)力助力失效時(shí)完全靠駕駛員的手力進(jìn)行轉(zhuǎn)向。GB-17675-1999汽車轉(zhuǎn)向系基本要求：以10km/h車速、24m轉(zhuǎn)彎直徑前行轉(zhuǎn)彎時(shí)，不帶助力時(shí)轉(zhuǎn)向力應(yīng)小于245N，帶助力轉(zhuǎn)向但助力轉(zhuǎn)向失效時(shí)，其轉(zhuǎn)向力應(yīng)小于588N。GB15740-2006

防盜性能要求GB11557-2011

防止汽車轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)對(duì)駕駛員傷害的規(guī)定7、調(diào)教及轉(zhuǎn)向性能評(píng)價(jià)調(diào)教一般三輪：騾子車，DV,PV底盤(pán)調(diào)校分三個(gè)階段：首先，最初的一輪調(diào)校，這個(gè)時(shí)候還沒(méi)有任何的樣車。第二階段調(diào)校是已經(jīng)進(jìn)入樣車階段進(jìn)行調(diào)校。第三階段是已經(jīng)非常接近于量產(chǎn)階段，這個(gè)時(shí)候還要進(jìn)行微調(diào)。第一輪的調(diào)校，在這個(gè)階段沒(méi)有任何的樣車，沒(méi)有任何的參考車輛，連零部件都沒(méi)有，只是有一個(gè)理念，只有基本的設(shè)計(jì)參數(shù)。通常在這個(gè)階段需要找相對(duì)來(lái)說(shuō)軸距、輪距、車重、懸架形式以及尺寸比較相近的一款車，以它為參照進(jìn)行改制，來(lái)確保目前所設(shè)計(jì)到的硬點(diǎn)能夠保持一致，能夠?qū)崿F(xiàn)目標(biāo)載荷。第二輪的調(diào)校，這是進(jìn)入樣車階段的調(diào)校。從真正意義上開(kāi)始，為了下一步的量產(chǎn)開(kāi)始進(jìn)行針對(duì)性的調(diào)校，在這個(gè)階段要確認(rèn)所有的零部件狀態(tài)，然后確認(rèn)每一個(gè)零部件的參數(shù)，確定它們是最貼近標(biāo)準(zhǔn)的，把它們調(diào)校到最貼近量產(chǎn)狀態(tài)。接下來(lái)進(jìn)入第三個(gè)階段調(diào)校，這個(gè)階段基本在量產(chǎn)階段。在量產(chǎn)前所留給我們的時(shí)間也很少，因此在這個(gè)階段進(jìn)行微調(diào)。比如說(shuō)確認(rèn)懸架的狀態(tài)是否達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)，主要是阻尼力方面的情況。驗(yàn)收調(diào)校這也很重要，要確保零部件的性能能夠滿足各種環(huán)境所提出的要求和挑戰(zhàn)。EPS的調(diào)教要在底盤(pán)調(diào)教之后。二.關(guān)鍵參數(shù)計(jì)算1、C-factor（傳動(dòng)比）齒輪在齒條上轉(zhuǎn)一圈，齒條走過(guò)的行程,單位是mm/rev.例：C-factor=55mm/rev方向盤(pán)轉(zhuǎn)一圈，中間軸轉(zhuǎn)一圈，齒條走了55mm,針對(duì)滾珠螺母?jìng)鲃?dòng)型里面的滾珠螺母轉(zhuǎn)了55/7（lead）=7.87圈。助力電機(jī)轉(zhuǎn)了7.87*2.6667圈。2、齒條力：

整個(gè)電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中存在轉(zhuǎn)向力矩（steeringtorque）、馬達(dá)助力矩，忽略摩擦的存在，那么齒條力的大小可以大致等效為手力加馬達(dá)助力。在通常匹配過(guò)程中，可提供的齒條力需要大于客戶端需求，馬達(dá)速度能夠跟隨方向盤(pán)轉(zhuǎn)速。手力矩的計(jì)算公式為：手力=駕駛員的手力矩*1000*PI/C-factor齒條速度=方向盤(pán)轉(zhuǎn)速*C-factor/360CD:2000π（手入力+馬達(dá)助力*減速比(20.5)*減速機(jī)效率(85%)）*中間軸效率*齒條效率(90%)/C.fac