電控動力轉向系統在微型載貨車上的應用

摘 要 本文描述了微型卡車電控動力轉向系統的結構型式，并提出了評價裝有EPS系統的微型載貨車的操縱性能指標，如轉向靈敏、路感等。在設計EPS系統時，進行樣車試制，并進行樣車相關參數實際采集，綜合考慮EPS系統各可變參數對轉向操縱性能的影響可以在獲得較好的操縱性能的同時能夠降低系統設計的難度。

關鍵詞 電控動力轉向系統 轉向靈敏 路感

一、電控動力轉向系統的組成

轉向系統是整車系統中必不可少的最基本的組成系統，駕駛者通過方向盤來操縱和控制汽車的行進方向，從而實現自己的駕駛意圖。

電動助力轉向系統是在機械轉向機構的基礎上，增加信號傳感器，電控ECU和轉向助力機構。信號傳感器主要包括車速傳感器、轉矩傳感器和轉向角傳感器等。通過這幾個傳感器，可以采集到相應的信號，從而為確定助力控制命令提供相應的信號。電控ECU包括檢測電路、微處理器、控制電路等。檢測電路將傳感器采集到的信號進行整理和放大后輸入微處理器，然后微處理器計算出最優化的助力力矩。轉向助力機構包括助力電動機、電磁離合器和減速傳動機械。助力電動機電流的大小由微處理器來控制，可根據不同的車速得到相應的助力特性。通過減速機構，將電動機的動力傳給轉向器。電磁離合器作為安全裝置來確保系統在發生故障時，切斷電動機和減速機構，從而中斷動力傳遞，使系統從電動助力轉向狀態轉入到人力機械轉向狀態。

二、電動轉向系統的特點

電動助力轉向系統用電能取代液壓能，減少發動機的功率損耗。其特點是轉向助力性能與轉向速度和車型速度密切相關。速度低，轉向速度高，助力性能越強。當汽車由低速檔轉換高速檔時，電控系統能夠保證提供最優化傳動比穩定的轉向手感，從而提高了高速行駛的穩定性和駕駛員的安全性。

該系統的優點：

（1）增強了轉向系統的跟隨性能。

（2）改善了轉向系統的回正特性。

（3）提高操縱的穩定性。

（4）系統結構緊湊、占用空間小，布置方便，性能優越。

三、電動助力轉向系統的設計要求

1、運動學上應該保持轉向輪轉角和駕駛員轉動轉盤轉向盤的轉角之間保持一定的比例關系。

2、隨著轉向輪阻力的變化，作用在轉向盤上的手力必須隨著變化，叫“路感”。

3、當作用在方向盤上的切向力F≥15N時（因汽車形式不同而異），動力轉向器就開始工作。

4、轉向后方向盤應自動回正。

5、動力轉向失靈時，機械系統必須能夠操縱車輪轉向。

四、轉向系統計算載荷的確定

為了保證行駛的安全性，電動轉向系統的各零部件應該有足夠的強度。要進行強度計算，就必須先進行載荷計算，根據公式來計算汽車在瀝青路面上上原地轉向阻力力矩MR（N.M）。

MR=≈347200N·M

f――輪胎和路面繁榮滑動摩擦因數

G1――轉向軸負荷，N

P――輪胎氣壓 MPa

作用在方向盤上的手力Fh為

Fh=≈122.5·N

L1——轉向搖臂長L2——轉向節臂長DSW——方向盤直徑 i ——轉向器角直徑 ——轉向器正效率

五、本次設計電動助力轉向系統的優缺點

優點：

（1）在轉向時電機才提供助力，可以顯著降低燃油消耗，傳統的液壓助力轉向系統有發動機帶動轉向油泵，不管轉向或者不轉向都要消耗發動機部分動力，而電動助力轉向系統只是在轉向時才由電機提供助力，不轉向時不消耗能量。因此，電動助力轉向系統可以降低車輛的燃油消耗。與液壓助力轉向系統對比試驗表明：在不轉向時，電動助力轉向可以降低燃油消耗2。5%；在轉向時，可以降低5.5%。

（2）轉向助力大小可以通過軟件調整，能夠兼顧低速時的轉向輕便性和高速時的操縱穩定性，回正性能更好。這樣就使得車輛雖然在低速時具有良好的轉向輕便性，但是在高速行駛時轉向盤太輕，產生轉向“發飄”的現象，駕駛員缺少顯著的“路感”，降低了高速行駛時的車輛穩定性和駕駛員的安全感。電動助力轉向系統提供的助力大小可以通過軟件方便的調整。在低速時，電動助力轉向系統可以提供較大的轉向助力，提供車輛的轉向輕便性；隨著車速的提高，電動助力轉向系統提供的轉向助力可以逐漸減小，轉向時駕駛員所需提供的轉向力將逐漸增大，這樣駕駛員就感受到明顯的“路感”，提高了車輛穩定性。電動助力轉向系統還可以施加一定的附加回正力矩或阻尼力矩，使得低速時轉向盤能夠精確的回到中間位置，而且可以抑制高速回轉向盤的振蕩和超調，兼顧了車輛高、低速時的回正性能。

（3）結構緊湊，質量輕，易于維護保養電動助力轉向系統取消了液壓轉向油泵、油缸、液壓管路、油罐等部件，而且電機及減速機構可以和轉向柱、轉向器做成一個整體，使得整個轉向系統結構緊湊，質量輕，易于維護保養。

缺點：

（1）直接助力式電動轉向系統提供的輔助動力較小，難以用于大型車輛；

（2）減速機構、電動機等部件會影響汽車的操縱穩定性，正確匹配整車性能至關重要；

（3）使用電動機、減速機構和轉矩傳感器等部件，增加了系統的成本。

六、結語

本文以金杯輕型載貨車為例，簡要介紹電動助力轉向系統設計。其方法簡便，實施可靠性高。可以推廣到其他車型上進行應用。

參考文獻：

[1]汽車工程手冊（設計篇）[M].

（作者單位：沈陽金杯車輛制造有限公司）