汽車電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)選型研究

王虎，許曉楠

（長(zhǎng)城汽車股份有限公司技術(shù)中心，河北省汽車工程技術(shù)研究中心，河北 保定 071000）

汽車電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)選型研究

王虎，許曉楠

（長(zhǎng)城汽車股份有限公司技術(shù)中心，河北省汽車工程技術(shù)研究中心，河北 保定 071000）

隨著現(xiàn)代汽車低油耗、低排放、自動(dòng)駕駛、安全、操縱感知的發(fā)展趨勢(shì)，電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)在乘用車上的應(yīng)用逐漸普及。文章主要通過對(duì)不同類型電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的優(yōu)劣勢(shì)、電機(jī)選型、性能參數(shù)匹配和整車周邊環(huán)境分析等的介紹，對(duì)整車研發(fā)中電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的選型進(jìn)行分析。

電動(dòng)助力；轉(zhuǎn)向系統(tǒng)；選型

CLC NO.:U461.9 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2017)15-40-02

前言

電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)根據(jù)電機(jī)位置不同和減速機(jī)構(gòu)的差異，大致可以分為六種類型：管柱式電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（C-EPS）、單小齒輪式電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（P-EPS）、雙小齒輪式電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（DP-EPS）、齒條式電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（R-EPS）、線控式電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)和輪邊電機(jī)式電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)［1］。本文主要對(duì)應(yīng)用更廣泛的其中三種類型的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的選型分析展開討論。

1 電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)對(duì)比

在整車開發(fā)初期，需要對(duì)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的搭載類型進(jìn)行綜合考量，既要充分了解供應(yīng)商的資質(zhì)，也要詳細(xì)分析不同類型電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的優(yōu)劣勢(shì)，C-EPS、DP-EPS和R-EPS的對(duì)比分析如表1所示。

通過以上對(duì)比，可以發(fā)現(xiàn)：

（1）C-EPS：價(jià)格便宜、空間布置容易，工作環(huán)境良好；但電機(jī)工作噪音傳遞明顯，受齒輪承載能力限制不易實(shí)現(xiàn)大助力；

（2）DP-EPS：工作噪音小，價(jià)格適宜，助力響應(yīng)速度快，可實(shí)現(xiàn)大助力；但電機(jī)工作環(huán)境惡劣，密封要求嚴(yán)格，受周邊環(huán)境影響空間布置困難；

（3）R-EPS：工作噪音小，助力響應(yīng)速度快，可實(shí)現(xiàn)更大助力；但價(jià)格昂貴、減速機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、空間布置難度大。

表1 EPS對(duì)比分析

2 電機(jī)選型

受供應(yīng)商能力限制，電機(jī)實(shí)際輸出扭矩大小受到嚴(yán)格的限制，需要根據(jù)整車齒條力預(yù)估值來評(píng)判電機(jī)選型，保證在合理的成本范圍內(nèi)選擇出覆蓋整個(gè)車型需要的電機(jī)類型。

根據(jù)整車項(xiàng)目輸入，采用半經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算出預(yù)估齒條力［2］：

其中，F(xiàn)：齒條力，N；Mr：原地轉(zhuǎn)向阻力矩，Nm；MG：重力回正力矩，Nm；S：轉(zhuǎn)向梯形有效作用力臂，m。

根據(jù)齒條力需求，及不同供應(yīng)商產(chǎn)品能力的要求，計(jì)算出符合要求的電機(jī)輸出扭矩：

其中，Tm：電機(jī)扭矩，Nm；Fn：齒條力，N；i：線角傳動(dòng)比，mm/rev；Th：人手操作力矩，Nm；GR：減速機(jī)構(gòu)減速比；η1：減速機(jī)構(gòu)傳遞效率；η2：傳動(dòng)軸及轉(zhuǎn)向器傳遞效率。

3 性能參數(shù)匹配

在整車開發(fā)前期，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的選型主要需要考慮駕駛員的操縱感知和不同類型轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的性能特點(diǎn)，涉及到的性能參數(shù)主要有角傳動(dòng)比和線角傳動(dòng)比。

角傳動(dòng)比直接決定方向盤操縱靈敏度，數(shù)值越小，靈敏度越高，一般需要根據(jù)整車底盤懸架硬點(diǎn)調(diào)教和整車最小轉(zhuǎn)彎直徑的定義來確定合適的角傳動(dòng)比的具體數(shù)值。因轉(zhuǎn)向系統(tǒng)本身波動(dòng)特性，實(shí)際轉(zhuǎn)向過程中角傳動(dòng)比的數(shù)值是在一直變化的，一般暫定轉(zhuǎn)向中性區(qū)域內(nèi)角傳動(dòng)比的數(shù)值為所需目標(biāo)值。

線角傳動(dòng)比制約著轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的選型，一般在40～55mm/ rev范圍內(nèi)，三種轉(zhuǎn)向系統(tǒng)都能實(shí)現(xiàn)，超過這個(gè)數(shù)值，只能通過使DP-EPS或R-EPS的輸入端和助力端線角傳動(dòng)比的差異化來實(shí)現(xiàn)所需的目標(biāo)值。

4 整車周邊環(huán)境分析

從表1可以看出，三種類型的電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)能夠提供的齒條力范圍，實(shí)際上是有重疊區(qū)域的，也就是說，當(dāng)車型所需齒條力正好處在兩兩重疊區(qū)域的話，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)類型在理論上是有多種選擇的。這個(gè)時(shí)候需要根據(jù)實(shí)際轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的周邊零部件環(huán)境，通過具體的布置校核和不同類型轉(zhuǎn)向系統(tǒng)自身結(jié)構(gòu)的限制來具體分析。

一般地，C-EPS布置過程中，電機(jī)、減速機(jī)構(gòu)及ECU的布置空間以及轉(zhuǎn)向管柱安裝點(diǎn)位置選取是個(gè)難點(diǎn)；DP-EPS布置過程中，因助力端電機(jī)及減速機(jī)構(gòu)的自由度較多，同時(shí)為了綜合考慮同一平臺(tái)不同類型車輛轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的平臺(tái)化，布置起來也較為復(fù)雜；R-EPS布置過程中，因滾珠絲杠結(jié)構(gòu)復(fù)雜導(dǎo)致布置靈活性差，對(duì)周邊環(huán)境的要求更高。

同時(shí)，也需要綜合轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)和應(yīng)用產(chǎn)品的成熟度來綜合判斷。

5 總結(jié)

綜上所述，電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的選型需要在識(shí)別整車售價(jià)、銷售區(qū)域及產(chǎn)品定位的基礎(chǔ)上，根據(jù)整車整體尺寸、軸荷分布、平臺(tái)化規(guī)劃等項(xiàng)目信息輸入，綜合評(píng)價(jià)不同類型電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的優(yōu)劣勢(shì)，選取合適的供應(yīng)商，同時(shí)滿足整車產(chǎn)品性能目標(biāo)值和周邊零部件環(huán)境。利弊權(quán)衡之后，為該車型選擇出最合適的電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)類型。

[1] 胡愛軍,林逸,施國(guó)標(biāo).EPS系統(tǒng)助力電機(jī)的匹配研究［J］.拖拉機(jī)與農(nóng)用運(yùn)輸車,2008(4).

[2] 王文建,張雷.轉(zhuǎn)向器最大齒條力的計(jì)算與驗(yàn)證［J］.客車技術(shù)與研究,2015（04）:34—66.

Type Selection Research Of Automotive Electric Power Steering System

Wang Hu, Xu Xiaonan
（R&D Center of Great Wall Motor Company, Hebei Auto Engineering Technology Research Center, Hebei Baoding 071000）

With the development trend of modern vehicle with low fuel consumption, low emission, automatic driving, safety, control and perception, the application of electric power steering system in passenger vehicle is becoming more and more popular. This paper through introduce the advantages and disadvantages of different types of electric power steering system、motor selection、performance parameters matching and vehicle environment analysis，during vehicle research and development electric power steering system selection for analysis.

Electric power; Steering System; Type Selection

U461.9

A

1671-7988 (2017)15-40-02

王虎，就職于長(zhǎng)城汽車股份有限公司技術(shù)中心，主要負(fù)責(zé)底盤系統(tǒng)設(shè)計(jì)開發(fā)。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2017.15.014