汽車機械電子助力轉向系統分析

張方勝

摘要：結合汽車市場上機械電子助力轉向系統發展情況，本文對系統的工作原理展開了分析，然后對系統結構、性能和應用優勢進行了探討，從而為關注這一話題的人們提供參考。

關鍵詞：汽車；電子助力轉向系統；電子控制

引言：

在汽車行駛的過程中，轉向系統將發揮重要的作用，關系到汽車操作的穩定性和安全性。而采用電子控制方式，則能實現汽車轉向的自動控制，為駕駛員操作提供助力，從而使汽車駕駛的安全性、舒適性等性能得到提升。因此在汽車轉向系統研制方面，機械電子助力轉向系統得到了應用研究，能夠推動汽車駕駛性能的改善，繼而更好的滿足汽車工業發展需求。

1汽車機械電子助力轉向系統原理

所謂的汽車機械電子助力轉向系統，其實就是在汽車機械轉向系統基礎上增加電子控制單元和轉向傳感裝置，從而為汽車轉向控制提供助力的一種轉向系統。采用該系統，可以結合方向盤上的車速信號和轉矩信號促使電機產生相應方向和大小輔助力，幫助駕駛員完成轉向操作，從而使伺服系統保持良好的轉向特性。系統在自動控制功能實現時，無需汽車發動機提供動力，也無需要采用復雜執行機構，可以直接通過控制電機電壓/電流幅值和方向實現轉向控制。對系統原理展開進一步分析發展，在汽車運行的過程中，轉矩傳感器可以在汽車轉向時完成駕駛員施加的轉向盤力矩及轉動方向的檢測，然后利用數據總線完成信號發送。電子控制單元則會進行信號接收，然后結合方向盤輸入力矩、方向盤轉動方向等參數發出指令，輸出相應轉動力矩，實現電機控制器的動作控制。汽車無需轉向，系統則會處于休眠狀態，不會進行轉向相關指令的發送。

2汽車機械電子助力轉向系統分析

2.1系統結構

不同種類助力系統擁有不同結構，目前機械電子助力轉向系統大致可以分成管柱式電動助力型、單齒輪電動助力型、雙齒輪式電動助力型、平行軸式電動助力型，主要根據電機部件的位置分類。其中，管柱式電動助力型是市面上最常見的轉向系統，傳感器及驅動單元等布置在轉向管柱上，即助力單元均在轉向管柱上，從而使得機械轉向布置更容易；單齒輪電動助力型的傳感器、電機和助力結構等為一體式結構，作用在轉向機的小齒輪輸入軸上，能夠實現各部件的協調配置；采用雙齒輪式電動助力式系統，需要在小齒輪上進行扭矩傳感器的安裝，可以使電動機與齒條殼體相互獨立，也可以使電機保持中空方便齒條通過，采用該種結構可以實現批量生產，并且能夠在傳統機械轉向系統上使用，因此應用也較為廣泛；采用平行軸式電動助力系統，采用一體的電動機和皮帶助力結構，擁有緊湊的結構，可以測得準確的轉矩信號，主要適用于較大齒條力的車型。從總體上來看，電動助力系統均由ECU、轉矩傳感器、轉向軸、減速機構、齒輪齒條轉向器、和電動機構成，通過電動機提供扭矩，經過減速機構放大該扭矩，從協助轉向系統進行轉向力的施加，因此可以對轉向車輪的轉向進行控制[1]。在電子控制方面，系統會將檢測到的信號傳遞給ECU，結合系統控制策略完成最佳助力力矩的計算，然后進行電動機電流指令的轉換。電機產生的動力力矩經過轉向系統減速系統放大后，可以與轉向操縱力一同實現轉向阻力的克服，促使汽車完成轉向動作。

2.2系統性能

從系統性能上來看，利用軟件可以對轉向助力大小進行調節，在汽車轉向旋轉一定角度后，機械轉向會被松開。經過電子控制系統的自動調整，車輪則能返回正中位置，實現額外回正扭矩的發揮，促使低速行駛狀態下的汽車方向盤回歸中間位置，實現對高速行駛狀態下汽車回正方向盤產生的振蕩和超調問題的抑制。所以采用助力轉向系統，無論汽車在何種速度狀態下，都能始終保持回正性能。采用電子助力轉向系統，可以采用EPS軟件實現系統控制，從而實現動力轉向控制。在低速行駛狀態下，采用該種控制方式可以使系統提供較大轉向動力，促使汽車可以輕便轉向。在汽車高速行駛階段，則能提供更大的轉向動力，增加汽車的“路感”，因此可以使汽車保持較好的駕駛性能。將助力機構與電機直接連接在一起，則能通過發揮慣性阻尼器的阻尼作用，使方向盤在轉向中的擺振得到減少，增強系統抗擾動性，因此相較于液壓控制系統可以直接從電機獲得旋轉扭矩，使轉向系統滯后效應得到消除，增強汽車轉向跟隨性[2]。此外，汽車機械電子助力轉向系統在汽車無需轉向時處于待機狀態，并且在需要轉向時進行電源接通，所以可以減少汽車轉向能量消耗，具有一定的節能環保性能。

2.3應用優勢

在實際應用方面，汽車機械電子助力轉向系統擁有簡單結構，同時只需要占用較少空間，可以為汽車布置提供便利。系統擁有較高的轉向效率，相較于液壓系統可以實現一些元件的精簡，因此可以在生產線得到較好的裝配，促使發動機獲得更高的部件空間利用率。采用模塊設計方式，使得系統在應用時無需進行加工程序的重新設計，所以能夠使汽車生產成本得到減少。從汽車舒適性角度來看，采用該系統可以滿足駕駛員操縱需求，保證汽車駕駛的安全性，同時能夠帶來一定的節能環保效果，因此可以提高汽車整體性能。在整體控制一體化實現方面，系統EPS控制單元可與其它控制系統實現通信連接，滿足汽車集成控制要求，實現對汽車行駛速度、轉向角等各種信號的綜合控制，使汽車轉向感和運行性能得到改進。近年來，伴隨著相關技術的發展，在內部摩擦、自重降低等各個方面，汽車機械電子助力轉向系統應用問題也得到了研究，促使系統在輕型車上得到了較好的應用[3]。

結論：

伴隨著汽車市場的快速發展，人們對汽車操作的安全、舒適和節能等方面提出了更高要求，促使汽車轉向系統得到了不斷完善。而采用汽車機械電子助力轉向系統，可以在機械轉向系統中引入電子控制單元，促使汽車轉向性能得到進一步提高。因此相信在汽車市場上，機械電子助力轉向系統擁有良好的應用前景，能夠取得不斷的發展和完善。

參考文獻：

[1]閆勇.汽車電子控制式電動助力轉向系統的發展[J].時代農機，2018，45 （03）：88.

[2]陳躍.汽車電子助力轉向EPS系統檢測與診斷分析[J].科技創新導報，2017，14 （03）：54-55.

[3]于洪兵.一種汽車電子轉向助力裝置的發明[J].產業與科技論壇，2015，14 （13）：59-60.