汽車電動助力轉向裝置標準的解讀與分析

鄭瀟瀟，顏堯，車佳黎

(中國汽車工程研究院股份有限公司，重慶 401122)

汽車電動助力轉向裝置標準的解讀與分析

鄭瀟瀟，顏堯，車佳黎

(中國汽車工程研究院股份有限公司，重慶 401122)

分析QC/T XXXXX-XXXX 《汽車電動助力轉向裝置技術要求和試驗方法》標準中輸入輸出特性、助力電流特性等汽車電動助力轉向裝置(EPS)重要性能的試驗方法，為該類產品的開發、質量控制提供更準確的依據。

汽車電動助力轉向裝置；標準；分析

0 引言

目前已有較多的國內車型采用了汽車電動助力轉向裝置，國內從事研發和生產的單位也在不斷增加，但產品質量良莠不齊，對它的使用性能、可靠性要求也存在一些差距且對評價標準的理解也較淺。因此，作者在針對評價標準進行了大量的臺架驗證試驗后，提供更加詳細、更加深入的分析。其中著重分析了標準中輸入輸出特性、助力電流特性等能夠體現EPS重要性能的指標，為進一步指導該產品的開發提供更加全面的分析。

1 汽車電動助力轉向裝置的性能試驗

1.1 功能試驗

標準中5.2.1“功能試驗”是檢查EPS轉向的基本功能，它模擬在不同負載條件下機械摩擦、阻力帶來影響的大??；采用直觀的手動轉向感覺方式進行評價——手動左右轉動轉向盤，感覺是否平滑，有無卡滯的感覺。

如圖1所示為某管柱助力式產品在相同負載、不同車速下的功能試驗曲線，該曲線較為平滑，沒有出現卡滯帶來的信號突變而高于常規信號抖動的情況，手動轉向感覺應平滑無卡滯。

類似功能試驗的空載轉動力矩則是考核機械部分的轉向性能(摩擦與阻力)，即產品在轉向過程中的平順性能和波動性能。

1.2 輸入輸出特性

標準中5.2.2“輸入輸出特性”是檢查EPS的一個重要功能——電動助力特性。

輸入輸出特性是在不同車速情況下EPS的輸入力矩與輸出力矩(或力)之間的變化關系。它是EPS系統設計的一個重要評價指標。需要兼顧操縱穩定性、安全性及轉向的輕便性，理想的輸入輸出特性應滿足以下特征[1]：

(1) 減少原地轉向和低速運行時轉向阻力；

(2) 當輸入力矩較小時，要保證系統可以提供一定的助力效果，保證駕駛具有良好的路感，較大助力時應確保助力恒定；

(3) 助力效果隨著車速增大而減?。?/p>

(4) 助力力矩輸出應該具有連續性，特性曲線應平滑(見圖2)。

對于標準中規定特性曲線的“對稱性”，主要是反映EPS兩個方向轉向性能的差距，如圖3所示的產品輸入輸出特性試驗曲線對稱性較好，該產品操作時會表現出良好的穩定性。

1.3 助力電流特性

標準中5.2.3“助力電流特性”是檢查EPS轉向助力時的電流特性功能，并檢驗是否滿足汽車的轉向輕便性和隨車速變化的特性要求。

(1)汽車低速行駛時，電機提供的助力電流比較大，可以滿足低速行駛時的轉向輕便性要求。

(2)隨著車速的逐漸增大，助力電流逐漸減小，提供的助力也逐漸減小，在高速行駛情況下可以保證方向穩定性。

助力電流特性曲線見圖4。圖5所示為某小齒輪助力式產品助力電流特性試驗曲線，該產品的助力電流隨扭矩增大而增大，但到一定位置時，助力電流將維持在一定的水平上，稱為恒助力電流[2]。通過計算不同車速下恒助力電流和恒助力扭矩起點作為量化的評價依據。

1.4 回正特性

標準中5.2.5“回正特性”是檢查帶主動回正的汽車電動助力轉向裝置產品在轉向過程中，是否能夠滿足自動回正的行駛要求。

汽車方向自動回正簡單說是由前輪轉向軸后傾、轉向軸外傾和前輪的前束這幾個機構來達成，但由于摩擦、阻尼和車速等因素影響，不能很好地實現回正特性，表現為低速狀態回正不足、高速狀態回正過快。這時就需要控制器(ECU)實時監測系統的狀態，干預協助回正控制，進行回正補償助力(改善不完全回正[1])和增加助力電機阻尼控制(改善回正超調[1])，從而保證汽車的回正性能。因此，標準中規定選擇低速和高速不同工況下，轉動轉向盤(輸入端)至最大角度，松開轉向盤(輸入端)使其自由回正，從測量的轉向盤扭矩和轉角可以看出是否回到中間位置，且回正過程是否平穩，以保證駕駛手感良好。

1.5 反向沖擊

檢查安裝了汽車電動助力轉向裝置的車輛在行駛過程中，車輪碰到路面沖擊時，產品對沖擊過程的反應能力是否滿足汽車的行駛要求。

反向沖擊是考核EPS控制系統快速響應的方法。標準中5.2.6“反向沖擊”規定在轉向器輸出端施加額定輸出載荷40%的沖擊載荷模擬道路沖擊，可以基本反映行駛中車輛來自路面的反力矩影響。理想情況下，沖擊帶來的反向扭力必須與電機瞬間助力平衡(能量抵消)，不能因沖擊或助力過度造成扭桿旋轉[3]。沖擊時電流響應時間和方向盤(輸入端)所轉動的角度可以直接測量并定值評價。圖7是某管柱助力式產品反向沖擊試驗曲線。

1.6 故障報警

根據EPS的構造及工作原理，各種故障模式舉例如表1所示[4]?？梢钥闯觯好糠N故障的發生都將產生嚴重的后果。

表1 EPS主要故障

ECU 應具備安全保護與故障診斷功能:EPS系統在分析助力同時實時檢測系統各組件工作情況，如電機、電源、傳感器;當檢測到某一組件發生故障時，如蓄電池電源欠壓、車速傳感器無信號輸出等，助力系統應立即脫離機械轉向系統，采用汽車本身的轉向機構；顯示輸出故障代碼，提前做出預判以保障駕駛的安全性。

1.7 噪聲

EPS在駕駛員轉動方向盤時，會產生異響(相對液壓動力轉向系統，可能存在噪聲相對較大的缺點)。根據大量研究及分析測試，這些異響主要存在于電機外殼及附近部件上，應是激起部件結構振動所產生的噪聲。為確保駕駛的舒適感，標準中5.2.9規定將EPS系統安裝在半消聲室中，在不同車速下，在距電動機機殼軸向中心正上方100 mm處測量電機的噪聲和本底噪聲(見圖8)，當所測量的噪聲與該點對應的本底噪聲值之差大于3 dB(A)時，該測量值有效；當差值為3～10 dB(A)時，則按表2進行修正。

表2噪聲修正表dB(A)

差值34～56～10修正值-3-2-1

2 汽車電動助力轉向裝置電磁兼容性

EPS系統的控制器、電動機和傳感器的騷擾性能不僅直接影響整車電子電器系統其他零部件的正常工作，同時也會因自身干擾能力而影響其正常工作。因此，考核EPS電磁兼容性能對整車電子電器性能集成有重大的意義。某管柱助力式產品電磁輻射抗干擾試驗照片見圖9。

3 汽車電動助力轉向裝置可靠性

任何零部件都是有壽命的，雖然有的零部件可靠性很高，但是畢竟也存在失效的概率。EPS的可靠性是評價其產品壽命的一項重要指標，其試驗的特點：測試試驗周期較長。標準中規定的5.4.1“正向驅動磨損”考核目的是檢查產品在使用過程中的工作壽命；5.4.2“逆向驅動疲勞”考核目的則是檢查產品在行駛過程中地面的阻力矩對產品的工作壽命影響。

4 結束語

功能、輸入輸出特性、助力電流特性等性能要求能夠很好地評價EPS產品的性能特點，指導該產品質量的評價。除文中提及的性能要求外，QC/T XXXXX-XXXX 《汽車電動助力轉向裝置技術要求和試驗方法》還規定更為全面的評價要求，標準起草過程中對國產的所有結構形式的電動助力轉向裝置進行了大量的驗證試驗，通過對驗證試驗數據的分析，確定了電動助力轉向裝置標準的技術要求。并且給出了試驗研究結果(見表3)，有助于指導該產品的進一步綜合發展。

表3 驗證結果

【1】王元聰，李偉光.汽車電動助力式轉向系統(EPS)控制策略研究[J].交通與計算機，2005(6):75-78.

【2】龐磊.汽車EPS試驗臺設計及仿真試驗的研究[D].合肥:合肥工業大學，2010.

【3】陳典紅，楊其華，李海明.電動助力轉向器特性試驗研究[J].汽車科技，2007(5):47-48.

【4】鄧利軍，張琎，王書賢.EPS系統助力特性與控制策略研究[J].農業裝備與車輛工程，2010(10):19-22,30.

InterpretationandAnalysisofAutomobileElectricalPowerSteeringGearStandard

ZHENG Xiaoxiao，YAN Yao，CHE Jiali

(China Automotive Engineering Research Institute Co.,Ltd.,Chongqing 401122,China)

Based on QC/T XXXXX-XXXX Technical Requirements and Test Methods for Automobile Electrical Power Steering Gear, the test methods for input and output characteristics, the power characteristics and other important properties of automobile electrical power steering gear(EPS) were analyzed. It provides a more accurate method for this kind of product development.

Automobile electrical power steering gear；Standard；Analysis

2015-02-06

鄭瀟瀟(1986—)，女，工學學士，工程師，研究方向為轉向系統匹配。E-mail：389654029@qq.com。