電動助力轉向系統(tǒng)

1、電動助力轉向系統(tǒng)現(xiàn)代汽車新技術目錄概況 發(fā)展史類型特性發(fā)展趨勢電動助力轉向汽車轉向系統(tǒng)對汽車的行駛安全至關重要，因此汽車轉向系統(tǒng)的零件都稱為保安件。汽車轉向系統(tǒng)和制動系統(tǒng)都是汽車安全必須要重視的兩個系統(tǒng)。汽車轉向系統(tǒng)分為兩大類：機械轉向系統(tǒng)和動力轉向系統(tǒng)。1 概況u 汽車轉向系統(tǒng)用來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向系統(tǒng)(steering system)。u 功 用保證汽車能按駕駛員的意志而進行轉向行駛。傳統(tǒng)機械轉向系統(tǒng)的優(yōu)點是結構簡單、工作可靠、生產(chǎn)成本低。其缺點也非常明顯：（1）隨著汽車速度的提高和汽車質量的增大，轉向操縱難度增大，轉向越來越費力。（2）是其傳動比是固定的

2、，導致汽車的轉向響應特性無法控制，傳動比無法隨汽車轉向過程中的車速、側向加速度等參數(shù)的變化而進行補償，駕駛員必須在轉向之前就對汽車的轉向響應特性進行一定的操作補償，這樣無形中增加了駕駛員的精神和體力負擔。1 概況u 機械轉向系統(tǒng)（Manual Steering）機械轉向系統(tǒng)以駕駛員的體力作為轉向能源，所有傳遞力的構件都是機械的，主要由轉向操縱機構 、轉向器和轉向傳動機構 三大部分組成。1 概況u 動力轉向系統(tǒng)（power steering system）動力轉向系統(tǒng)是兼用駕駛員體力和發(fā)動機 （或電動機）的動力作為轉向能源的轉向系統(tǒng)。動力轉向系統(tǒng)是在機械轉向系統(tǒng)的基礎上加設一套轉向加力裝置而形成

3、的。而動力轉向系統(tǒng)有液壓助力轉向系統(tǒng)、電控液壓助力轉向系統(tǒng)、電動助力轉向系統(tǒng)三種。2 動力轉向系統(tǒng)發(fā)展史HPS早期DP-EPS純機械轉向系統(tǒng)EHPSC-EPS1953年通用汽車公司首次使用了液壓助力轉向系統(tǒng)。1983年日本Koyo公司推出了具備車速感應功能的電控液壓助力轉向系統(tǒng)。1990年本田公司在運動型轎車NSX上采用了自主研發(fā)的齒條助力式電動助力轉向系統(tǒng)。1988年，光洋精工成功研發(fā)出轉向柱式電動助力轉向系統(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的雙小齒輪式電動助力轉向系統(tǒng)。EPS相關標準l 產(chǎn)品功能安全標準： ISO

4、26262l 測試標準：ECE 79 (Europe) GB 171675 （China）3.1 液壓助力轉向系統(tǒng)（HPS）液壓助力轉向系統(tǒng)（HPS）是在傳統(tǒng)機械轉向系統(tǒng)基礎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。它以液壓油為動力，通過液壓泵產(chǎn)生的動力來推動機械轉向器工作。 3 類型特性這類動力轉向系統(tǒng)是靠方向盤轉動時帶動扭桿直接改變液壓系統(tǒng)油路的通道面積來提供可變的助力。即助力大小與車速的高低沒有關系，只與轉向角度有關。轉向盤轉過的角度越大，液壓系統(tǒng)提供的助力也越大（即轉向助力特性不可調）。3.2 電控液壓助力轉向系統(tǒng)（EHPS）電控液壓助

5、力轉向系統(tǒng)（ECHPS）是在液壓助力轉向系統(tǒng)基礎上增加了控制液體流量的電磁閥、轉矩傳感器、車速傳感器以及轉向控制單元等元件。在轉向過程中，由于油泵的持續(xù)工作所造成的多余能量消耗。整個液壓系統(tǒng)占用空間大、容易泄漏、噪聲大等缺點，而且增加了車速檢測控制裝置。而且控制閥的結構較HPS復雜且成本較高，目前主要應用于高級轎車及運動型乘用車上。 3 類型特性3.3 電動助力轉向系統(tǒng)（EPS）電動助力轉向系統(tǒng)是在傳統(tǒng)機械轉向系統(tǒng)的基礎上，增加了傳感器裝置、電子控制裝置和轉向助力機構等。其特點是使用電動執(zhí)行機構在不同的駕駛條件下為駕駛員提供合適的助力。3 類型特性系統(tǒng)主要由電子控制單元ECU、扭矩傳感器、車速

6、傳感器、電動機、減速機構和轉向柱總成等組成。 結構示意圖如下圖所示。3 類型特性3 類型特性3.3.1 EPS工作原理u 當操縱方向盤時，裝在轉向柱上的扭矩傳感器不斷地測量轉矩、轉角信號，該信號與車速信號同時輸入到電子控制單元ECU，經(jīng)過ECU計算處理后控制電動機輸出相應大小和方向的轉矩信號，電動機的助力轉矩通過減速器減速增矩后加到轉向系統(tǒng)中，以實現(xiàn)汽車助力轉向的作用。3 類型特性EPS系統(tǒng)框圖EPS動態(tài)示意圖3 類型特性控制/機械信號流如下圖所示。3.3.2 EPS關鍵零部件及技術EPS電動機轉向齒條扭矩傳感器u 電動助力轉向系統(tǒng)的關鍵是EPS ECU根據(jù)各種傳感器信息決定助力電機的輸出電流

7、的大小和方向，即控制算法。同時保護程序和故障診斷程序同樣處于關鍵地位，必要時發(fā)出警報或者采取必要的措施。u 硬件部分的關鍵技術是： 傳感器、電機。傳感器是整個系統(tǒng)的信號源，其精確性十分重要。電機是整個系統(tǒng)的執(zhí)行器，電機性能的好壞決定了整個系統(tǒng)的性能表現(xiàn)。EPS ECU非接觸傳感器故障診斷減速器轉向柱魯棒算法路感無刷電機轉向齒條橫拉桿輸出軸電動機齒輪EPS ECU輸入軸減速器可靠性3 類型特性轉向柱助力式齒條助力式齒輪助力式結構布置助力電動機、控制器以及 轉矩傳感器配置在轉向柱。 助力電動機配置在齒條軸上。 助力電動機設置在轉向器的齒輪軸上。安裝優(yōu)勢系統(tǒng)結構緊湊，安裝到車輛上時極為簡便。助力電動

8、機可安裝在齒條軸上的任意位置處，增加了配置設計的自由度。助力電動機位于車箱外， 可在保持靜噪性的前提下，獲得更大的輔助力。特點除用于固定式轉向柱外，還適用于可傾斜式等所有類型的轉向柱。采用減速比很大的助力電動機， 抑制了慣性力，具有優(yōu)異的操縱感。與變比率式轉向器組合使用，可實現(xiàn)助力電機的小型化，提供操縱特性優(yōu)異的轉向系統(tǒng)。示意圖特點類型電動機轉向軸轉向齒輪轉向齒條電動機轉向軸轉向齒輪轉向齒條電動機轉向軸轉向齒輪轉向齒條3 類型特性3 類型特性u HPS轉向系統(tǒng)零件較多，系統(tǒng)串聯(lián)疊加后的質量問題可能性較高。u 但EPS只需一個轉向機，系統(tǒng)構成簡單，出現(xiàn)質量問題的可能性比EPS低很多。u EPS的

9、動力特性通過ECU的軟件編程來實現(xiàn)，修改非常方便，因此可以輕易的實現(xiàn)客戶對于不同車型轉向助力特性的要求。而HPS則需要通過更改機械零部件的加工尺寸來實現(xiàn)這樣的更改。3 類型特性1250300065011005501200010002000300040005000600070008000900098年 00年 02年 04年 06年 08年 10年 12年 14年 15年 17年E-HPSRD-EPSP-EPSC-EPS油壓手動u 由于全球能源緊張趨勢長期維持；世界對環(huán)境日益關注，對CO2減排達成了相關的協(xié)議，各國紛紛出臺相關政策。由于EPS較其他轉向系統(tǒng)節(jié)省能源，從全球EPS市場來看，這些因素都將利好EPS維持長期穩(wěn)定的增長。全球EPS市場預測（萬套）4 發(fā)展趨勢4.1 市場分析4 發(fā)展趨勢4.2 發(fā)展趨勢1) 結構： 現(xiàn)有的EPS中，驅動轉向輪進行轉向的力由人 和電動機助力兩部分組成, 隨著技術的不斷進步，未來的EPS將是全助力的電動轉向