電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)在商用車上的匹配應(yīng)用與發(fā)展

趙攀登

摘 要：文章主要對(duì)商用車的特點(diǎn)和EPS系統(tǒng)部件的選擇做了分析，并對(duì)在使用中存在的技術(shù)難點(diǎn)進(jìn)行了分析，并提供了問(wèn)題的解決方案，最后分析了EPS在商用車中的應(yīng)用發(fā)展?fàn)顩r。

關(guān)鍵詞：電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng);商用車;應(yīng)用

1 EPS系統(tǒng)理論的概述

1.1 EPS系統(tǒng)工作原理分析

電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)可以簡(jiǎn)稱為EPS，主要是有轉(zhuǎn)角傳感器、控制器、轉(zhuǎn)矩傳感器、助力電機(jī)等組成。其主要的工作原理是通過(guò)傳感器和轉(zhuǎn)矩傳感器來(lái)從中獲取轉(zhuǎn)角和轉(zhuǎn)矩信號(hào)，通過(guò)總線從中獲取車速的信號(hào)作為系統(tǒng)的輸入。除此以外，控制系統(tǒng)可以運(yùn)用內(nèi)部計(jì)算法來(lái)算出電機(jī)的助力力矩，并運(yùn)用脈寬調(diào)制以及穩(wěn)定性控制技術(shù)對(duì)其進(jìn)行調(diào)節(jié)，最終確定電機(jī)控制點(diǎn)信號(hào)的輸出，電機(jī)轉(zhuǎn)矩的運(yùn)用可以通過(guò)減速機(jī)構(gòu)以及方向盤共同輸入機(jī)械的轉(zhuǎn)向結(jié)構(gòu)。

1.2 EPS系統(tǒng)的特點(diǎn)分析

①結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔。在使用期間可以減少液壓助力系統(tǒng)的中的油泵、油管等部件的對(duì)液壓油的使用，這樣可以有效避免漏油對(duì)汽車轉(zhuǎn)向性能造成的影響。②優(yōu)異的轉(zhuǎn)向性能。擁有著HPS無(wú)法進(jìn)行模擬的高效性，在使用控制系統(tǒng)可以及時(shí)對(duì)車速和轉(zhuǎn)向盤所輸入的信號(hào)做出反應(yīng)，從而優(yōu)越的工作性能將可以很好的實(shí)現(xiàn)商用車在低速行駛過(guò)程中的輕便型，還可以有效控制路面所產(chǎn)生的噪音。③節(jié)能環(huán)保。動(dòng)力源為助力電機(jī)，主要是依靠電瓶進(jìn)行能量供給，在使用中并不會(huì)排放對(duì)環(huán)境造成污染的任何氣體。電機(jī)的工作內(nèi)容主要是受控制器進(jìn)行控制，只要在轉(zhuǎn)向期間才會(huì)工作，這樣可以減少能量的使用。④通用性比較好。不同車型和運(yùn)行狀況是不需要對(duì)EPS系統(tǒng)的零部件進(jìn)行更換，只需要改變控制器的內(nèi)部控制就可以，這樣不僅可以減少零部件的使用，還可以減少資金成本的投入。⑤強(qiáng)大的集成性?？梢耘c防抱死制動(dòng)系統(tǒng)、牽引力控制系統(tǒng)、空氣懸架系統(tǒng)等電子系統(tǒng)組成，在使用中可以有效配合汽車防碰撞系統(tǒng)功能的實(shí)現(xiàn)。⑥可靠性高?？刂破鲀?nèi)部是可以形成集成故障系統(tǒng)的檢測(cè)，在使用中可以有效對(duì)傳感系統(tǒng)控制器進(jìn)行全面檢測(cè)，從而提升該系統(tǒng)的安全性能。

2 EPS系統(tǒng)在商用車中的應(yīng)用分析

2.1 商用車的使用特點(diǎn)

商用車的運(yùn)行情況和乘用車有著不同，在EPS的使用上是無(wú)法應(yīng)用到商用車上，其主要特點(diǎn)有：①懸架結(jié)構(gòu)。商用車在制造生產(chǎn)中使用的是非對(duì)立懸架的縱置鋼板彈簧，懸架結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)將會(huì)對(duì)轉(zhuǎn)向結(jié)構(gòu)的布置有著較大影響。②前軸。前軸的轉(zhuǎn)向負(fù)荷將會(huì)增加轉(zhuǎn)向阻力距，在使用中商用車的車軸核實(shí)乘用車的3～5倍，其中阻力距是5～11倍，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)和阻力對(duì)電機(jī)有著直接影響，同時(shí)也阻礙了EPS在商用車上的應(yīng)用。③轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的布置。商用車轉(zhuǎn)向的操作機(jī)構(gòu)與轉(zhuǎn)向輪縱向的位置相差較大，從而增加了轉(zhuǎn)向力距的需求，同時(shí)不適宜齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器的應(yīng)用，當(dāng)前，商用車通常采用的是循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器。④運(yùn)行狀況。商用車的承載壓力較大，尤其是在城市建設(shè)中使用的自卸類型的商用車，對(duì)于零部件使用的標(biāo)準(zhǔn)要求更高[1]。

2.2 商用中EPS零部件的選擇

對(duì)于EPS零部件的選型主要包括轉(zhuǎn)向器、助力電機(jī)、減速機(jī)構(gòu)以及控制等等，其中選擇合適的零部件對(duì)EPS系統(tǒng)的整體性能有著重要影響。①轉(zhuǎn)向器的選擇。通過(guò)對(duì)商用車結(jié)構(gòu)的工作特點(diǎn)進(jìn)行分析并結(jié)合轉(zhuǎn)向器的使用特點(diǎn)，EPS主要在商用車上循環(huán)球式機(jī)械轉(zhuǎn)向器中的應(yīng)用，從而可以根據(jù)助力電機(jī)的切入位置來(lái)設(shè)置轉(zhuǎn)向軸。其中對(duì)于轉(zhuǎn)向軸的應(yīng)用是成本較低，而且對(duì)于與后期拆裝和維修也比較方便。②減速機(jī)構(gòu)的選型。其主要作用是降低電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)速，在轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中的使用主要有蝸輪蝸桿減速機(jī)構(gòu)以及雙行星齒輪減速機(jī)構(gòu)兩種。③助力電機(jī)選型。在商用車EPS的助力電機(jī)選型工作中有著功率高、轉(zhuǎn)矩大、波動(dòng)小的特征。因此，在EPS選擇上可以永磁有刷直流電機(jī)以及永磁無(wú)刷直流電機(jī)的使用。④電控單元選型。電控單元ECU是核心控制模塊，主要是負(fù)責(zé)汽車助力系統(tǒng)的功能控制和故障檢測(cè)，對(duì)于商用車的運(yùn)行情況時(shí)較為復(fù)雜的，由于外部的干擾能力較強(qiáng)，而且ECU擁有者較強(qiáng)的抗干擾性和可靠性[2]。

2.3 技術(shù)難點(diǎn)

商用車前軸的負(fù)荷力將會(huì)導(dǎo)致轉(zhuǎn)向阻力增加，在現(xiàn)有供電需求下，對(duì)于大功率的EPS在硬件控制上有著一定的困難。因此，高性能的電機(jī)以及高效率轉(zhuǎn)向機(jī)的速度等都是急需解決的問(wèn)題。①轉(zhuǎn)向器的選擇。對(duì)于商用車在使用中前軸符合所承載負(fù)荷較大。EPS在的轉(zhuǎn)向動(dòng)力將是完全有機(jī)械設(shè)備進(jìn)行傳遞的，因此將對(duì)轉(zhuǎn)向器的組成部件提出了更高要求。在部件選擇期間，要根據(jù)測(cè)量的運(yùn)行狀況來(lái)選擇合適的零部件。②電機(jī)機(jī)型的選擇。對(duì)于商用車在電機(jī)選擇上，要選用電機(jī)功率較小的，由于功率大的電機(jī)的尺寸和質(zhì)量就會(huì)較大，在安裝期間將會(huì)有著一定的困難。③供電系統(tǒng)的使用。大功率電機(jī)的使用將會(huì)給電源系統(tǒng)產(chǎn)生一定的影響，在工作期間將無(wú)法保證電網(wǎng)的運(yùn)行狀態(tài)。因此，在現(xiàn)有的24V電源系統(tǒng)中，所傳輸?shù)碾娏︱?qū)動(dòng)比較高，在使用中會(huì)導(dǎo)致電能出現(xiàn)損失。④安全性。在商用車的生產(chǎn)使用要遵循汽車轉(zhuǎn)向以及電控系統(tǒng)的安全要求，目前，我國(guó)的EPS系統(tǒng)技術(shù)仍然存在不足，所以更要注重EPS系統(tǒng)在商用車上的設(shè)計(jì)。

3 EPS系在商用車應(yīng)用的發(fā)展前景

商用車EPS是線控轉(zhuǎn)向技術(shù)的主要發(fā)展方向，其主要是有方向盤和轉(zhuǎn)向以及主控器所組成的自動(dòng)防御故障系統(tǒng)。其主要優(yōu)勢(shì)可以在商用車行駛期間把司機(jī)的轉(zhuǎn)向意識(shí)通過(guò)轉(zhuǎn)化數(shù)字信號(hào)的形式傳遞到主控制器中，另外還可以接受主控制器的所傳遞的力矩信號(hào)，從而讓轉(zhuǎn)向盤完成回轉(zhuǎn)，為司機(jī)提供準(zhǔn)確的駕駛路感信息。方向盤轉(zhuǎn)向的形成主要是受到控制器的影響，在使用中可以通過(guò)對(duì)助力電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)。對(duì)于主要控制器可以運(yùn)用轉(zhuǎn)矩方向盤進(jìn)行分析判斷商用車的運(yùn)行狀態(tài)，從而使方向盤回轉(zhuǎn)到正常工作狀態(tài)。在汽車線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的制造中取消了方向盤以及轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的連接，在運(yùn)行期間完全依靠電能實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向，從而擺脫了傳統(tǒng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的限制，從而給商用車的設(shè)計(jì)空間更為廣闊，同時(shí)也是汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的工作創(chuàng)新。

4 結(jié)束語(yǔ)

當(dāng)前，商用車使用EPS技術(shù)是比較少的，其主要原因是在使用中存在著一些不足。所以，EPS技術(shù)的主要發(fā)展方向仍然是商用車。希望通過(guò)本文對(duì)EPS系統(tǒng)的分析，可以為商用車應(yīng)用EPS技術(shù)奠定基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)：

[1]魏娟，李子卓，田海波.循環(huán)球電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)控制及補(bǔ)償策略[J].計(jì)算機(jī)工程與科學(xué)，2020，42（01）：138-143.

[2]楊凌霄，方沂，王春暉.電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)助力特性設(shè)計(jì)方法研究[J].天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué)學(xué)報(bào)，2019，29（04）：44-48.