本文摘要：摘要：電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是一種用于汽車的全新輔助轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，它的合理應(yīng)用能發(fā)揮出過去所有輔助轉(zhuǎn)向系統(tǒng)都無法實現(xiàn)的效果及對汽車實時車速的靈敏感應(yīng)，而且其控制單元作為系統(tǒng)核心部件之一，還可以以汽車行駛速度、轉(zhuǎn)入軸力矩等為依據(jù)判斷是否需要提供助力，
摘要：電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是一種用于汽車的全新輔助轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，它的合理應(yīng)用能發(fā)揮出過去所有輔助轉(zhuǎn)向系統(tǒng)都無法實現(xiàn)的效果及對汽車實時車速的靈敏感應(yīng)，而且其控制單元作為系統(tǒng)核心部件之一，還可以以汽車行駛速度、轉(zhuǎn)入軸力矩等為依據(jù)判斷是否需要提供助力，以及提供助力時需要提供多少助力。當(dāng)前的電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)已經(jīng)達(dá)到相對成熟的水平，大有取代傳統(tǒng)液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)之勢，不僅和當(dāng)今汽車行業(yè)主題相適應(yīng)，而且還能更好地迎合未來汽車的發(fā)展要求。
關(guān)鍵詞：汽車;轉(zhuǎn)向系統(tǒng);電動助力
汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)大致經(jīng)歷了無助力的純機(jī)械轉(zhuǎn)向(MS)、有液壓助力的液壓助力轉(zhuǎn)向(HPS)、隨車速改變助力大小的電控液壓助力轉(zhuǎn)向(ECHPS)、由電動機(jī)直接驅(qū)動轉(zhuǎn)向油泵的電動液壓助力轉(zhuǎn)向(EHPS)、純粹靠電動機(jī)提供助力的電動助力轉(zhuǎn)向(EPS)、可變傳動比轉(zhuǎn)向系統(tǒng)(VGRS)等發(fā)展歷程。專家們預(yù)測，未來汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的發(fā)展趨勢是線控轉(zhuǎn)向(SBW)，即取消方向盤與轉(zhuǎn)向車輪之間原有的機(jī)械連接，而改用控制信號代替的一種電動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。
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1電動助力式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)概述
電動助力式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是轉(zhuǎn)向系統(tǒng)發(fā)展中一項重要的技術(shù)。它將電子技術(shù)與汽車機(jī)械技術(shù)良好地結(jié)合，完成了許多以前看來不可能的任務(wù)，例如簡化系統(tǒng)、性能優(yōu)良、側(cè)面影響小和花費低，是一種直接依靠電力、不需要液壓系統(tǒng)就能提供輔助扭矩的助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要由扭矩傳感器、轉(zhuǎn)角傳感器、車速傳(可與其它系統(tǒng)共用)、電動機(jī)、減速機(jī)構(gòu)和電子控制單元ECU等組成，助力大小由ECU控制。裝在轉(zhuǎn)向器上的轉(zhuǎn)角傳感器和扭矩傳感器測得轉(zhuǎn)向盤的角位移和作用于其上的力矩，ECU根據(jù)這2個信號，并結(jié)合車速信息，按照一定的算法，控制電動機(jī)產(chǎn)生相應(yīng)的力矩，來輔助駕駛員轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)向盤。
2EPS的工作原理及分類
2.1基本結(jié)構(gòu)與工作原理
EPS是一種直接依靠電機(jī)提供輔助扭矩的動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。不同類型的EPS基本原理是相同的：扭矩傳感器與轉(zhuǎn)向軸(小齒輪軸)連接一起，當(dāng)轉(zhuǎn)向軸轉(zhuǎn)動時，扭矩傳感器開始工作，把輸入軸和輸出軸在扭桿作用下產(chǎn)生的相對轉(zhuǎn)動位移變成電信號傳給ECU，ECU根據(jù)車速傳感器和扭矩傳感器的信號決定電動機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向和助力電流的大小，從而完成實時控制助力轉(zhuǎn)向。
2.2EPS的分類
根據(jù)電動機(jī)安裝位置不同可將EPS分為三類：轉(zhuǎn)向柱助力式、齒輪助力式、齒條助力式。轉(zhuǎn)向柱助力式EPS的電動機(jī)固定在轉(zhuǎn)向柱一側(cè)，通過減速機(jī)構(gòu)與轉(zhuǎn)向軸相連，直接驅(qū)動轉(zhuǎn)向軸轉(zhuǎn)向。齒輪助力式EPS的電動機(jī)和減速機(jī)構(gòu)與小齒輪相連，直驅(qū)動齒輪轉(zhuǎn)向。齒條助力式EPS的電動機(jī)和減速機(jī)構(gòu)安裝在齒條處直接驅(qū)動齒條提供助力。
3汽車電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)關(guān)鍵部件
3.1傳感器
(1)扭矩傳感器。對汽車駕駛員在轉(zhuǎn)入軸上的作用力方向及大小進(jìn)行測量，并得出轉(zhuǎn)入軸轉(zhuǎn)向及大小。
(2)車速傳感器。對汽車實際行駛速度進(jìn)行測量。以上信號均為系統(tǒng)控制信號。對扭矩測量系統(tǒng)而言，其不僅原理十分復(fù)雜，而且成本很高，所以使用高精確度、穩(wěn)定可靠且成本合理的傳感器直接關(guān)系到系統(tǒng)是否可以在市場中占據(jù)理想地位，是必須予以高度重視的因素。就目前來看，汽車電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)應(yīng)用的傳感器以電位計式為主，在正常情況下能對兩種相互獨立的信號進(jìn)行輸出：第一種為主信號，第二種為副信號。其中，副信號在被控制單元接收后對所得主信號正確與否進(jìn)行檢查判斷。
一般可用于汽車電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的主要有以下三種扭矩傳感器：
(1)擺動桿式。它通過對因轉(zhuǎn)向器小齒輪軸反作用力矩而產(chǎn)生的擺桿實際位移量的測量來獲得轉(zhuǎn)向力矩。
(2)雙行星齒輪式。它通過對和扭桿直接連接的行星齒輪存在的相對位移的準(zhǔn)確測量來獲得轉(zhuǎn)向力矩。對扭桿而言，它一般都處在輸入、輸出軸之間，所以齒輪機(jī)構(gòu)在發(fā)揮自身作用的同時還具有類似減速機(jī)構(gòu)的功能。
(3)扭桿式。它通過對輸入、輸出軸之間存在的相對位移的準(zhǔn)確測量來獲得轉(zhuǎn)向力矩。從扭矩傳感器的結(jié)構(gòu)角度講，其感應(yīng)部分由線圈與滑套組成。采用軸助力措施的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，其轉(zhuǎn)向軸在中間部分直接斷開，上、下分別是輸入軸和輸出軸，兩者采用扭桿進(jìn)行連接�；滋幱谳敵鲚S的外部，固定于扭桿上部導(dǎo)向銷插入傳感器滑套的斜槽當(dāng)中，其中的導(dǎo)向銷不僅能隨著輸出軸同時進(jìn)行轉(zhuǎn)動，而且還能在斜槽上進(jìn)行上下移動。
如果路面給車輪施加的阻力相對較小，則駕駛員轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)入軸之后，輸出軸與滑套將同時發(fā)生轉(zhuǎn)動，此時的滑套并不會進(jìn)行上下移動;而如果路面給車輪施加的阻力相對較大，則轉(zhuǎn)向力矩會明顯提高，扭桿產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)，此時輸出軸轉(zhuǎn)角與輸入軸轉(zhuǎn)角并不相同，使滑套轉(zhuǎn)角也不同于導(dǎo)向銷實際轉(zhuǎn)角，在導(dǎo)向銷的作用下，滑套開始進(jìn)行上下移動。在這種情況下，處于滑套外部的線圈，即可對運(yùn)動方向與大小進(jìn)行檢測，最后獲取轉(zhuǎn)矩信息。
3.2電動機(jī)
系統(tǒng)中電動機(jī)的作用在于以電子控制單元輸出的指令為依據(jù)輸出相應(yīng)的驅(qū)動扭矩，它是整個轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的動力源。目前，都以無刷永磁式直流電動機(jī)為主。對轉(zhuǎn)向系統(tǒng)工作性能而言，電動機(jī)會造成較大的影響，屬系統(tǒng)關(guān)鍵部件。同樣，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)對電動機(jī)也提出了極高的要求，除了要滿足大扭矩、低轉(zhuǎn)速、小波動、小體積和輕質(zhì)量的要求，還應(yīng)盡可能的穩(wěn)定可靠，且容易進(jìn)行控制。
3.3減速機(jī)構(gòu)
轉(zhuǎn)向系統(tǒng)減速機(jī)構(gòu)和電動機(jī)直接相連，具有降低速度和增加扭矩的功能。常用的減速機(jī)構(gòu)主要為蝸輪蝸桿式或行星齒輪式。某些轉(zhuǎn)向系統(tǒng)還引入了離合器，安裝于減速機(jī)構(gòu)的其中一側(cè)，通過這樣的處理，能使轉(zhuǎn)向系統(tǒng)僅在預(yù)設(shè)車速情況下發(fā)揮助力作用。在汽車行駛速度達(dá)到某個特定值后，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中的離合器發(fā)生分離，使電動機(jī)暫停運(yùn)行，切換至手動轉(zhuǎn)向。除此之外，如果系統(tǒng)中的電動機(jī)工作異常，則離合器將對其進(jìn)行分離。
4汽車電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的優(yōu)勢
4.1提高了汽車的操縱性能
汽車在行使過程中應(yīng)用到電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，可以提供給駕駛員行使時的助力保障，即汽車電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)可以提供多種有效預(yù)防各種不同行使路況，為其駕駛員提供最有效的助力，避免由于路面不平導(dǎo)致的產(chǎn)生轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的難題。同時還能減輕以及改善其汽車轉(zhuǎn)向性能，提高駕駛員操縱穩(wěn)定性以及輕便靈敏性。
4.2質(zhì)量輕便結(jié)構(gòu)緊湊
電力助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)利用電動機(jī)作為直接能源提供轉(zhuǎn)向助力，并進(jìn)一步將轉(zhuǎn)向助力作用到汽車停車環(huán)節(jié)，為其提供最大程度的轉(zhuǎn)向動力，不僅如此，電力助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)還將原有液壓動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中必備的某些部件舍棄，最大限度將整個助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)質(zhì)量變得更加輕薄，結(jié)構(gòu)更加緊密。當(dāng)然舍棄這些不必要的元件，就可以將其配件自由安裝到各個位置中，提升器裝配自動化程度，方面其工作人員的維修。而且電力助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)也可以在低溫環(huán)境中工作，排除溫度影響汽車行使問題。
4.3提高燃油經(jīng)濟(jì)性，減少環(huán)境污染
電力助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)可以避免其液壓動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中液壓泵工作時流動浪費掉的液壓油能量。相對電力助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)僅僅是在操作過程中利用電機(jī)能量，是按需供能型節(jié)能系統(tǒng)。即在不轉(zhuǎn)動情況下，應(yīng)用其電動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的汽車的燃油消耗降低率可以達(dá)到百分之二點五，而轉(zhuǎn)動情況下，應(yīng)用其電動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的汽車的燃油消耗降低率可以達(dá)到百分之五點五。
5結(jié)語
本文就汽車電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)分析，結(jié)合引言、電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的概述、汽車電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的優(yōu)勢、電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的發(fā)展分析，全面貫徹其汽車駕駛員應(yīng)用汽車電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，增加其行使過程中的轉(zhuǎn)向操作能力。
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作者：甄書環(huán)王毅
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