電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)

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

概況汽車轉(zhuǎn)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(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)和制動系統(tǒng)都是汽車安全必須要重視的兩個系統(tǒng)。汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)分為兩大類：機械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)和動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。1

概況機械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（Manual

Steering）機械轉(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)件都是機械的，主要由轉(zhuǎn)向操縱機構(gòu)、轉(zhuǎn)向器和轉(zhuǎn)向傳動機構(gòu)三大部分組成。傳統(tǒng)機械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠、生產(chǎn)成本低。其缺點也非常明顯：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)向越來越費力。是其傳動比是固定的，導(dǎo)致汽車的轉(zhuǎn)向響應(yīng)特性無法控制，傳動比無法隨汽車轉(zhuǎn)向過程中的車速、側(cè)向加速度等參數(shù)的變化而進(jìn)行補償，駕駛員必須在轉(zhuǎn)向之前就對汽車的轉(zhuǎn)向響應(yīng)特性進(jìn)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(fù)擔(dān)。1

概況動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（power

steering

system）動力轉(zhuǎn)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(zhuǎn)向能源的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是在機械轉(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)、電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)三種。2動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)發(fā)展史HPS早期DP-EPS純機械轉(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(zhuǎn)向系統(tǒng)。1988年，光洋精工成功研發(fā)出轉(zhuǎn)向柱式電動助力轉(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。它以液壓油為動力，通過液壓泵產(chǎn)生的動力來推動機械轉(zhuǎn)向器工作。這類動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是靠方向盤轉(zhuǎn)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(guān)系，只與轉(zhuǎn)向角度有關(guān)。轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)過的角度越大，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(jié)構(gòu)較HPS復(fù)雜且成本較高，目前主要應(yīng)用于高級轎車及運動型乘用車上。3類型特性3類型特性3.3電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（EPS）電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是在傳統(tǒng)機械轉(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)向助力機構(gòu)等。其特點是使用電動執(zhí)行機構(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、電動機、減速機構(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，裝在轉(zhuǎn)向柱上的扭矩傳感器不斷地測量轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)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(yīng)大小和方向

的轉(zhuǎn)矩信號，電動機的助力轉(zhuǎn)矩通過減速器減速增矩后加到轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中，以實現(xiàn)汽車助力轉(zhuǎn)向的作用。3類型特性EPS系統(tǒng)框圖EPS動態(tài)示意圖3類型特性控制/機械信號流如下圖所示。EPS電動機轉(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的輸出電流的大小和方向，即控制算法。同時保護(hù)程序和故障診斷程序同樣處于關(guān)鍵地位，必要時發(fā)出警報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。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)。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刷電機轉(zhuǎn)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(zhuǎn)向柱助力式齒條助力式齒輪助力式結(jié)構(gòu)布置助力電動機、控制器以及

轉(zhuǎn)矩傳感器配置在轉(zhuǎn)向柱。助力電動機配置在齒條軸上。助力電動機設(shè)置在轉(zhuǎn)向器的齒輪軸上。安裝優(yōu)勢系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊，安裝到車輛上時極為簡便。助力電動機可安裝在齒條軸上的任意位置處，增加了配置設(shè)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(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機，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，可實現(xiàn)助力電機的小型化，提供操縱特性優(yōu)異的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。示意圖特點類型電動機轉(zhuǎn)向軸轉(zhuǎn)向齒輪轉(zhuǎn)向齒條電動機轉(zhuǎn)向軸轉(zhuǎn)向齒輪轉(zhuǎn)向齒條電動機轉(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)量問題可能性較高。但EPS只需一個轉(zhuǎn)向機，系統(tǒng)構(gòu)成簡單，出現(xiàn)質(zhì)量問題的可能性比EPS低很多。EPS的動力特性通過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(zhuǎn)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4發(fā)展趨勢市場分析由于全球能源緊張趨勢長期維持；世界對環(huán)境日益關(guān)注，對CO2減排達(dá)成了相關(guān)的協(xié)議，各國紛紛出臺相關(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(yù)測（萬套）4發(fā)展趨勢4.2發(fā)展趨勢結(jié)構(gòu)：現(xiàn)有的EPS中，驅(qū)動轉(zhuǎn)向輪進(jìn)行轉(zhuǎn)向的力由人和電動機助力兩部分組成,隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，未來的EPS將是全助力的電動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，即驅(qū)動轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)