基于新型汽車電動助力轉向系統的優化設計研究

裴浩男

(黑龍江省榮軍農場交通科，黑龍江 黑河　161447)

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基于新型汽車電動助力轉向系統的優化設計研究

裴浩男

(黑龍江省榮軍農場交通科，黑龍江 黑河161447)

摘要：隨著環境污染的加重，人們越來越注重環保，而汽車尾氣的排放嚴重污染了大氣質量，因此，隨著科學技術的進步，人們對傳統汽車進行了改造。在近些年出現的汽車轉向系統中，電動助力轉向系統無疑是最受歡迎的。電動助力轉向系統有著節能、環保、使用靈活等特點，已經越來越多的得到了應用。本文針對電動助力系統的優點以及優化設計方案等內容進行了論述研究。

關鍵詞：新型汽車；電動助力轉向；優化設計

1電動助力轉向系統的優點

1.1系統設計更加注重節約能源和保護環境

(1)電動助力轉向系統的組成部分不包含液壓助力元件，只在汽車轉向時系統才發揮作用，而當汽車靜止或者直線行駛時系統不工作、因此不會消耗任何能量，從而大大的降低了系統對能源的消耗。有相關研究表明，電動助力轉向系統的能源消耗量是液壓助力轉向系統的10%～20%，節約了大量的能源。(2)電動助力轉向系統在轉向時燃油消耗量會降低2.4%～2.9%，而在轉向時，然后消耗量會減少5.4～5.7%。(3)同時，即使在-30 ℃的極低溫情況下，電動助力轉向系統同樣可以正常工作，而傳統的液壓助力轉向系統必須要在液壓油到達一定的熱量之后才能正常運行，由于這一特性，使得電動助力轉向系統在運行過程中節省了大量的能源；(4)由于電動助力轉向系統的運行主要依靠電力，所以不會出現液態油泄漏的問題，因此不會造成環境污染。

1.2使用更加安全

(1)一旦電動助力轉向系統出現故障，系統會自動通過電磁離合器將電機與減速傳動機之間的動力連接切斷，使汽車處于機械轉向的狀態，而液壓助力轉向系統則不具備這一動能；(2)由于電動助力轉向系統的助力來源于電機，與汽車的驅動系統是沒有連接、互相獨立存在的，因此，在汽車的直流電源不出現故障的情況下，即使汽車沒有啟動或者在運行過程中出現了故障，電動助力轉向系統也能精確的提供助力。

1.3助力效果相對于液壓助力轉向系統更佳

在汽車行駛在不同的路面時，電動助力轉向系統能夠通過對助力特性曲線的優化設計來獲得精確的助力，并且助力效果十分良好。此外，電動助力轉向系統可以對阻尼系數進行控制，以此來降低路況干擾對系統造成的不良影響，使汽車在慢速行駛時更加輕便、在快速行駛時更加穩定，轉向性能也隨之得到提高。

1.4具有良好的轉向跟隨性和抗干擾性

由于電動助力轉向系統的轉向力矩來自于助力電機，不存在液壓助力轉向系統中的轉向遲緩問題，提高了轉向車輪與方向盤之間的跟隨性；同時，由于系統中的助力電機和助力結構是直接連接在一起的，保證了能量全部用于車輪的轉向，增強了電動助力轉向系統的轉動慣力，降低了轉向前輪的擺動和振動幅度，從而增強了轉向系統的抗干擾能力。

2如何優化新型汽車的電動助力轉向系統

2.1選擇性能高的控制開發板

對于電動助力轉向系統來說，最重要的組成部分就是控制開方板，良好的控制開發板能夠奠定電動助力轉向系統的助力效果基礎，因此，必須選擇與電動助力轉向系統的特性和要求相吻合的高性能控制開發板。此外，由于其存儲器接口的寬度為128位，并且帶有獨特的加速結構，所以使得32位代碼在最大時鐘速率下正常運行。EasyARM2131控制開發板嚴格控制著代碼的規模，使得16位Thumb模式將代碼的規模降低幅度超過了30%，但是性能的損失卻非常低。

2.2優化信號采集處理電路

信號采集處理器電路非常重要，它是電動助力轉向系統的輸入模塊，并且控制系統的所有控制決策的前提條件為輸入信號，設計合理的信號采集處理電路關乎著電動助力轉向系統決策能否成功，因此，必須優化信號采集處理電路，提高信號采集的可靠性和時效性。

2.3優化電機驅動電路

采用脈沖寬度調制調速控制，這種調速控制設備具有以下優點：(1)脈沖寬度調制調速控制的速度控制單元和慣量較小的電機相匹配時，能夠將系統的性能發揮到最大化，獲得很寬的頻帶；(2)這種調速控制裝置的晶體管開關頻率很高，遠遠超過了轉子所能跟隨的頻率，同時還避免了機械共振的影響，而開關頻率高使電樞電流在只靠電樞電感或者附加比較小的電抗器時就可以實現連續，降低了電機的損耗和發熱；(3)該調速控制裝置具有四象限的運行能力，在電機能驅動負載的同時，還可以制動負載，提高了系統的響應速度。電動機電樞繞組兩端的平均電壓U0=(t1US+0)/(t1+t2)=t1US/T=US。通過這個公式可以看出，在電影電壓US沒有發生變動的情況下，電樞的端電壓U0的平均值大小由占空間比的大小來決定，因此，只要改變α的大小就可以改變端電壓的平均大小，從而有效地對驅動電路進行控制。

2.4優化電磁離合器控制電路

電磁離合器主要是用于接通和斷開助力電機和轉向柱之間的傳動，在電動助力轉向系統出現故障的情況下，離合器自動斷開，助力電機也不再能發揮作用，電動助力轉向系統變為機械轉向的狀態，而電磁離合器控制電路就是用于控制電磁離合器的閉合和斷開的。傳統的電路大多通過光耦和固態繼電器來進行功率轉換和隔離，如果使用大功率的MOS來代替固態繼電器的作用，就能夠降低成本，同時控制器能夠更好地集成。

2.5優化故障診斷系統

故障診斷系統關系到車輛的安全性，在設計故障診斷系統時，不但要求其在汽車出現故障時立即進行報警，同時還要能夠定位故障，便于發現出現故障的位置以及原因，尤其是要能夠及時發現傳感器、電機、離合器以及蓄電池等重要位置的故障及其原因。

參考文獻：

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[3]程源.汽車電動助力轉向系統的動力學分析與控制策略研究[D].中北大學,2011.

收稿日期：2016-04-11

作者簡介：裴浩男(1988-)，男，助理工程師。

中圖分類號：U467

文獻標識碼：C

文章編號：1008-3383(2016)05-0161-02