電子助力轉向在某卡車上的應用

章 軻

（江淮汽車股份有限公司重型商用車研究院，安徽 合肥 230601）

引言

在某車型設計開發時轉向系統采用機械轉向，但在理論計算中發現機械轉向比較沉重，而且不能滿足現在客戶的需求，在試驗驗證后也接到反饋，此車型在輕便性試驗試驗中不滿足試驗要求，所以對此車型的轉向輕便性加以改進，針對此車型的空間布置，我們引進了電子助力轉向，并通過理論計算、空間校核、試驗驗證等方法對其應用驗證，最終以達到應用的要求。

由于電動助力轉向在此類車型上安裝在目前國內還是比較少見，但是經過理論和試驗等手段驗證后確認，此應用能完全滿足匹配要求，并可以在類似車型上予以推廣，以解決目前市場上對此類型車反饋轉向沉重的問題。

1 目標車的主要參數及理論計算

1.1 目標車的主要參數

1.1.1 某型微卡的整車參數

表1

1.1.2 機械和電動助力轉向系統參數

表2

1.2 機械轉向系統的理論計算

1.2.1 轉向地面助力矩計算

M——在瀝青或混凝土路面上的原地轉向阻力矩，N.mm；

f——輪胎與地面間的滑動摩擦系數，取0.7；

G1——轉向軸負荷，N；

P——輪胎氣壓，MPa；

M1—滿載時的轉向阻力矩，N.m；

M2—超載時的轉向阻力矩，N.m。

表3

一般地面阻力矩取1.2M1和M2較大者，本次地面阻力矩取M2=404940N·mm。

1.2.2 轉向盤手力校核

Fh——作用在方向盤上的手力 N；

L搖——轉向搖臂長mm；

M——地面阻力矩 N·m；

R——轉向節臂長 mm；

Dsw——轉向盤直徑mm；

iw——轉向器速比；

η——轉向器正效率；

表4

根據《QJQ 12005-2013輕卡品質、檢驗評定準則》要求，低端車型目標值≤100N不滿足要求。

1.2.3 實車檢測及轉向手力降低方案

從實車試驗（如下圖1、圖2）結果看，校核是比較準確的，轉向手力偏大，但是由于整車空間有限無法安裝液壓式助力轉向系統，故考慮采用電動助力轉向系統。

圖1 測量圖

圖2 轉矩——轉角曲線

1.3 電動助力轉向系統匹配校核

1.3.1 加裝電動助力后方向盤最大手力校核

由電子管柱特性曲線可知，當電子管柱輸出最大力矩時，方向盤需要的最大輸入力矩為Mmax=5.9N·m。

F——作用在方向盤上的手力 N；

M——方向盤的輸入力矩 N·m；

R——方向盤的半徑 m；

設計要求的方向盤手力為F≤35 N。

由此可知加裝電動助力轉向后方向盤的手力要明顯減低很多，且滿足了設計的要求。

1.3.2 加裝電子助力轉向后轉向器輸出力計算

加裝電動助力后，轉向器輸出的力將是方向機和電機公共輸出的力，計算公式如下：

M1——手力矩

M2——電機力矩

f1——轉向器轉動比

f2——電機速比

η1——轉向系效率

η2——電子管柱系統效率

L——轉向器搖臂長

表5

由計算可得方向機的輸出力矩590.09N·m大于地面助力矩404.94N·m，滿足原地轉向的要求。

2 物理搭載

2.1 物理搭載空間校核

電子助力轉向系統是在原有的機械轉向系統布置空間進行布置，而電子助力轉向管柱與機械轉向管柱存在明顯的差異，主要的差異在于以下幾點：

（1）轉向管柱差異：電動助力機械轉向管柱上帶有電機及其他部件，在空間安裝要求上比機械轉向管柱空間要求更大，所以對轉向管柱包殼修必要的修改。

（2）電器的差異：由于電動助力管柱有電子控制單元，所以要有電源接入，并對整車線束及組合儀表也做了相應的修改。

（3）離合制動踏板差異：由于電動助力管柱無法安裝，所以對離合踏板進行了改進，將管柱安裝在離合踏板上。

3 試驗驗證

3.1 加裝電子助力轉向系統操穩試驗

由實驗結果來看，加裝電動助力轉向后，方向盤的作用力明顯降低了很多，與理論校核也一致。

4 結論

電子助力轉向在此類車型上應用還是首次，目前在國類主要廠家中應用的還是比較少見，在技術應用上是比較先進的。本論文主要分為四個部分：即理論計算部分、空間校核、強度校核部分、試驗驗證部分；通過理論校核我們確認了此方法的可行性，空間校核解決了電動助力在空間上的布置要求，強度校核是關鍵，只有在保證強度上滿足要求才能加以應用，試驗是為驗證此次應用的結果與理論是否一致，在經過以上四個步驟后我們可以確認，電動助力轉向在此車型上的應用是完全滿足整車匹配要求。由于電動助力轉向的局限性，導致它目前還不能在噸位較大的商用車上予以應用，但隨著汽車對環保、節能和安全性要求的進一步提高，EPS轉向系統可能將是未來發展的趨勢。

圖3 轉向輕便性測量圖

圖4 轉矩——轉角曲線

參考文獻

[1] 王望予.汽車設計[M].機械工業出版社.2011.

[2] 余志生.汽車理論[M].機械工業出版社.2000.

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