電動叉車助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢

1賈中楠 2馬溢堅(jiān) 3 邵光杰

（1.杭州職業(yè)技術(shù)學(xué)院，2.3.浙江省特種設(shè)備檢驗(yàn)研究院，浙江 杭州 310012）

叉車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是用來控制叉車行駛方向的機(jī)構(gòu)。叉車的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)主要有三種形式：機(jī)械式、液壓式、電動式。助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是在機(jī)械轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的基礎(chǔ)上加裝了轉(zhuǎn)向加力系統(tǒng)，轉(zhuǎn)向加力系統(tǒng)在駕駛員轉(zhuǎn)動車輛的時(shí)候提供一定的助力轉(zhuǎn)矩，使車輛駕駛員的負(fù)擔(dān)減輕，駕駛更加舒適。

一、電動叉車電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的現(xiàn)狀

電動叉車動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)根據(jù)提供助力的方式不同，可以分為液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)和電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（Hydraulic Power Steering，HPS）結(jié)構(gòu)緊湊、轉(zhuǎn)向角度越大提供的助力越大、工作可靠，但是能量消耗較大、效率低、噪音大。隨著電子技術(shù)和半導(dǎo)體工業(yè)的快速發(fā)展，繼機(jī)械助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)和液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)之后，電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)(Electric Power Steering System，EPS)逐漸發(fā)展起來，并得到了越來越廣泛的應(yīng)用。與液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)相比電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)(Electric Power Steering System，EPS)由電動機(jī)提供轉(zhuǎn)向助力，能量損耗低、結(jié)構(gòu)相對簡單更加緊湊、并且可以使叉車轉(zhuǎn)向性能得到明顯改善。

電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)組成由圖1-1所示，主要由控制單元、傳感器單元和助力單元三大部分組成。電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的控制核心為電子控制單元（ECU），電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)動力來源為電動機(jī)，電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)整個(gè)系統(tǒng)的輸入變量為車速和方向盤轉(zhuǎn)矩。電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)系統(tǒng)相比于機(jī)械助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)和液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)使用性能更加卓越、更加穩(wěn)定和可靠、成本低、運(yùn)行效率高、并且可以實(shí)現(xiàn)全面的數(shù)字化控制。因此，電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)一經(jīng)問世便得到了迅速的發(fā)展和應(yīng)用。

圖1-1 EPS系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)組成

我國雖然對電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（EPS）的研究相比于日本和歐美等發(fā)達(dá)國家起步較晚，電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（EPS）大多還依賴進(jìn)口，但是近年來越來越多的高校和科研機(jī)構(gòu)對這一方面開展了研究和開發(fā)。華中科技大學(xué)、天津大學(xué)和吉林大學(xué)等對電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（EPS）的轉(zhuǎn)向特性進(jìn)行了研究。合肥工業(yè)大學(xué)在汽車電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（EPS）的基礎(chǔ)上，提出了適合電動叉車工作特點(diǎn)的控制策略。清華大學(xué)對電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（EPS）控制策略、轉(zhuǎn)向臺架等方面也進(jìn)行了深入研究，并取得了許多成果。我國也大力支持和鼓勵對電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（EPS）的研究。我國科技部、國家稅務(wù)總局和財(cái)政部于2000年9月聯(lián)合公布，將電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（EPS）列為汽車零部件“高新技術(shù)產(chǎn)品”之一。隨著控制技術(shù)和電子技術(shù)的飛速發(fā)展，電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)取代機(jī)械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)和液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)已經(jīng)成為必然趨勢。

二、電動叉車電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的發(fā)展趨勢

電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（EPS）作為典型的機(jī)電一體化產(chǎn)品，涉及電力電子技術(shù)、電機(jī)學(xué)、控制理論、機(jī)械設(shè)計(jì)制造技術(shù)、傳感器技術(shù)等多個(gè)方面的內(nèi)容，是現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)飛速發(fā)展下的產(chǎn)物。隨著控制技術(shù)、轉(zhuǎn)向技術(shù)和電力電子技術(shù)的快速發(fā)展，電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（EPS）的結(jié)構(gòu)將更加簡單、占用空間將更小，轉(zhuǎn)向回正特性和轉(zhuǎn)向跟隨性將得到改善和增強(qiáng)，操縱穩(wěn)定性能將得到大幅度提升。隨著模糊控制、矢量控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等思想的不斷發(fā)展和引入，電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（EPS）也逐漸向著智能化和線控化的方向發(fā)展。電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（EPS）是現(xiàn)代轉(zhuǎn)向系統(tǒng)發(fā)展的必然選擇。我國也大力支持和鼓勵對電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（EPS）的研究，并將電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（EPS）列為汽車零部件“高新技術(shù)產(chǎn)品”之一。隨著控制技術(shù)和電子技術(shù)的飛速發(fā)展，電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)取代機(jī)械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)和液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)已經(jīng)成為必然趨勢。

此外，目前電動叉車電動助力轉(zhuǎn)向電機(jī)多為有刷直流電機(jī)。但是有刷直流電機(jī)存在電刷和換向器，使得其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，換相時(shí)會產(chǎn)生火花和磨損可靠性差需要經(jīng)常維護(hù)、維護(hù)成本增加，同時(shí)換向器的存在也使電機(jī)的動態(tài)性能受到影響。隨著電子電力技術(shù)的不斷發(fā)展，以及稀土永磁體的發(fā)現(xiàn)，永磁無刷直流電機(jī)用電子換相取代了有刷直流電機(jī)的機(jī)械換相，使電機(jī)性能得到很大提升。與有刷直流電機(jī)相比，永磁無刷直流電機(jī)成本略高，但是由于沒有電刷和換向器結(jié)構(gòu)簡單，不會產(chǎn)生電火花和磨損，效率高、可靠性高、壽命較長，并且控制方便、響應(yīng)快。電動叉車電動助力轉(zhuǎn)向用電機(jī)將逐漸被永磁無刷直流電機(jī)所取代。