汽車助力轉向新概念分析

趙達 劉光

摘要：介紹的是一種電子氣壓汽車助力轉向系統，主要用于大排量汽車的助力轉向，克服了原有的助力轉向的一些不足，而且動力足、環保、工作安全、維護檢修較容易。

關鍵詞：步進電機;傳感器;氣壓系統

1 汽車助力轉向系統結構概述

各種汽車助力轉向系統的基礎結構和位置不同，主要包括轉向軸助力結構、齒輪助力結構和齒條助力結構，雖然其位置不同，但基礎工作原理相近，其中，最典型的是轉向軸助力結構。該結構主要依托輸入軸和輸出軸的動力，通過基礎傳動機構引導整體轉向拉桿進行車輪轉向，還可保證駕駛員在實體操作過程中，輸入軸產生規定化的角位移，車速的基礎傳感器能對基本車速進行測試，并有效傳輸整體運行信號，實現電控單元的信號采集，從而判斷助力大小和助力方向。電控單元可計算相應助力轉矩的數值，并及時輸出相應的控制信號，指導驅動電路進行電壓和電流的供給，從而在電動機輸出基本轉矩的過程中，推動整體轉向軸起到助力轉向作用，實現整體實時控制。針對故障和超速情況，該結構可根據基礎控制系統的要求，保證在離合器切斷的基礎上將系統轉為機械轉向。此外，汽車電動助力轉向系統還包括基礎信號傳感器、助力轉向結構和電控單元等，能實現整體信號和運行措施的升級。汽車電動助力轉向系統一般為減速結構，在電動機力矩輸出的運行中減速增扭，從而完善助力系統的運行。

2 汽車電動助力轉向系統基礎設計

2.1 汽車電動助力轉向系統主控軟件

在汽車電動助力轉向系統中，基本的轉向系統使用單片機系統，對基本信號的處理使用微處理器，可實現對主控芯片集成性功能的優化。在基礎設計中，不僅要保證設計出的控制系統短小精干，基礎項目成本符合實際，還要保證汽車電動助力轉向各子系統的集成結構合理。

2.2 執行電動結構

在汽車內部的汽車電動助力轉向系統是低轉速、大扭矩的結構，波動較小，整體轉動慣量和尺寸要求較高，因此，要提升可靠性能的基礎要求。在該結構基本的工作原理中，直流電動機要根據無刷和有刷結構滿足工作要求，實現整體運行原理的統一化。

2.3 扭矩傳感器結構

在汽車電動助力轉向系統中，扭轉傳感器主要用于檢測轉向盤中基礎扭轉的數值和方向，整體結構非常簡單，整體工作性能可靠，基本的精確度數值比較適中。在非接觸扭轉傳感器的運行中，雖然基本的精確度較高，但整體價格偏高。

2.4 主功率逆變器結構

在汽車電動助力轉向系統中采用的是基礎直流電動機，需要利用基本調解電樞電壓實現脈沖效能的優化。在PWM的運行中，基本的蓄電池直流電壓變成基礎的電壓脈沖，能促進整體系統的順利運行，并保證整體轉向能力的優化升級。

3 汽車助力轉向設計主要思路

本汽車助力轉向系統將電子動力轉向器與機械液壓助力轉向器二者有機的結合。根據液壓系統原理設計氣壓系統，基于電子動力轉向系統，將其電動機部分改成氣壓系統。氣壓系統采用雙作用氣壓缸提供動力，低功率步進電機控制氣體輸出流量，電磁控制閥控制氣體的流向（雙作用氣壓缸的左右）。其電子控制部分與電子式助力的原理相同，如：速度傳感器，扭矩傳感器，轉角傳感器以及控制單元等。

3.1 系統的基本構架

本助力轉向系統總體結構包括方向盤、轉角傳感器、轉矩傳感器和電子控制單元。方向盤與轉角傳感器和轉矩傳感器連接，轉角傳感器和轉矩傳感器與電子控制單元連接，電子控制單元與三位四通電磁換向閥和步進電機連接，三位四通電磁換向閥接有氣壓缸。增量式數字流量閥內選用的步進電機的步距角為0.7°。

3.2 工作過程

氣體從氣動三聯件的分水濾氣器流入經過過濾之后由油霧器流至安全閥，安全閥起到安全保護作用，當系統壓力超過規定值時，安全閥打開，將系統中的一部分氣體排入大氣，使系統壓力不超過允許值，從而保證系統

不因壓力過高而發生事故;經過安全閥后在流向保壓缸，保壓缸是為了保證執行元件有一定的工作氣壓，相當于二級緩存;氣體流出后進入增量式數字流量閥，這種閥由步進電機帶動工作，控制氣體的流量;電磁換向閥根據ECU輸出的信號，利用電磁吸力推動閥芯改變閥的工作位置，控制氣體流向;氣體流出后，由兩個梭閥“管理”，流入雙作用氣缸，梭閥和電磁換向閥共同組成鎖緊回路，當執行元件不工作時，切斷其進出氣路，使它準確的停留在中間位置上。在以上機械元件的連接處采用軟管跟硬管來連接，軟管用橡膠管，硬管采用紫銅管，純機械的連接。

速度傳感器、扭矩傳感器和轉角傳感器傳入的數據，經電子控制單元進行分析計算，作出判斷，將執行信號傳輸給步進電機與三位四通換向閥，步進電機控制氣體的流量，三位四通換向閥控制氣體的流向，作用于氣壓缸，從而實現助力轉向。

4 汽車助力轉向設計有益效果

本系統無需液壓油，采用壓縮空氣，不受溫度限制，低溫也可以反應靈敏，做功后氣體不用返回貯氣裝置，直接排除，環保;提供的扭矩力大，可以應用于大排量車輛。本系統繼承了以往助力轉向器各自的優點， 將其集于一體，動力足，反應靈敏，環保，操作方便，維修檢測相對比較容易等。從整個轉向系統的發展趨勢看，隨著人們對汽車環保、節能和安全性要求的進一步提高，氣壓助力轉向系統會贏得消費者及廠商的認可。

5 汽車電動助力轉向系統控制策略

5.1 基礎助力控制

在汽車轉向的過程中，要計算回正力矩與傳動比的關系，轉向力不能過小，并實現摩擦力的有效控制，減小反沖帶來的行車壓力。此外，在液壓動力轉向器中，基礎的液壓助力基數是固定的，需要相關人員在運行過程中對扭桿的剛度和基礎過流面積進行控制，保證汽車電動助力轉向系統的助力特性。

5.2 電機輸出轉矩控制

汽車電動助力轉向系統的基本輸出轉矩主要依據電流控制算法計算和電機轉矩控制，需要駕駛員對基礎方向盤進行力矩和車速的控制，對目標電流和電機反饋電流進行實際轉矩的優化計算和閉環控制，實現整體數據的采集和匯總，并對實際輸出轉矩與目標轉矩的關系進行精細化整合。基礎控制系統要依據駕駛人員施加在方向盤上的力矩進行分析，保證基于基本助力特性對電機目標助力和方向進行控制，并針對汽車電動助力轉向系統的基本特征進行轉向力矩的靈敏度控制，保證助力電機不會因負荷過大而導致故障的發生。

5.3 基礎控制方法

汽車電動助力轉向系統得到了廣泛應用，整體微控制器也得到了升級，促進了汽車的輕便性能和高速轉向性能的提高，實現了整體汽車結構的優化。在助力控制中，基本控制結構的項目是在轉向過程中進行的，能有效減小整體方向盤的控制阻力，有效地將減速結構對轉向性能的控制保持在基礎控制結構中。在汽車電動助力轉向系統軟件設計方案的運行中，要根據基本的單片機軟件編程語言進行高級語言與低級語言的區分，并利用C語言等技術進行匯編語言程序的升級，主要的運用結構要根據實際運行情況而定。在汽車電動助力轉向系統中，基本的結構化程序設計要求非常高，應對整體故障檢測和處理模塊進行數據化分析，對信號采集和處理模塊進行技術分析，并對助力特性算法模塊進行必要的運算監控，強化電機控制模塊的基本運行，以保證能根據實際情況進行電機助力控制和阻尼控制。只有實現接口電路和斬波電路的合理化運行，才能實現對整體系統的優化控制。在汽車電動助力轉向系統軟件的設計過程中，基本的轉向設計也要具有實時性、可靠性和可維護性，從而保證整體軟件的設計能進行調試和修改，實現有機的完善過程，且相關管理人員要對相應汽車電動助力轉向系統進行定期的數據處理和收集，保證整體軟件實現優化升級。

6結束語

汽車的助力轉向系統是當今最前沿的電子技術和高性能的電機控制技術在汽車轉向系統綜合應用，它能大幅改善汽車的動、靜態性能、提高行駛中司機的舒適性和安全性、降低對環境造成的污染威脅等。正因為這樣，該系統一經提出，就受到各大汽車公司的重視，并紛紛進行開發和研究。據專家預測，以后轉向系統中電動助力轉向將成為轉向系統主流產品。

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