汽车电动助力转向系统

2013-09-21张明宇

时代农机 2013年3期

张明宇，段燕

（牡丹江市道路运输管理处，黑龙江牡丹江 157000）

1 助力转向系统概述

由于助力转向系统具有转向轻便和响应性好等优点。已经在汽车上广泛使用。目前汽车配置的助力转向系统可分为以下3类。

（1）机械式液压助力转向系统。机械式液压助力转向系统在汽车上的应用最为广泛，系统的核心部件是机械液压泵，液压泵通过传动皮带由发动机驱动，属于固定助力效果的助力转向系统，其明显的缺点是：转向系统的助力效果在车速较低时能够起到很好的作用，但是当车速不断升高时，固定的助力效果会使转向盘过于灵敏，不利于驾驶者对方向进行控制。

（2）电子液压助力转向系统。电子液压助力转向系统是机械式液压助力的改进，通过电子控制技术在助力转向系统上增加了车速感应式转向功能，以实现车辆低速行驶时助力力矩大和高速行驶时助力力矩小的效果。缺点是结构过于复杂。

（3）电动助力转向系统。电动助力转向系统(Electric Power Steering，EPS)是在机械转向系统的基础上，将最新的电力电子技术和高性能的电机控制技术应用于汽车转向系统，根据作用在转向盘上的转矩信号和车速信号，通过电子控制装置使电机产生相应大小和方向的辅助力，协助驾驶员进行转向操作，并获得最佳转向特性的伺服系统。EPS能显著改善汽车动态性能和静态性能，提高行驶中驾驶员的舒适性和安全性，减少环境的污染。因此，该系统一经提出，就受到许多大汽车公司的重视，并进行开发和研究，未来的转向系统中电动助力转向将成为转向系统主流。

2 EPS的组成及工作原理

EPS的组成如图l所示，主要控制方法如图2所示。

图1 EPS主要组成

图2 EPS系统框图

3 EPS系统的优势

（1）降低了燃油消耗。在液压动力转向系统中液压泵不停地运转，浪费了部分能量。而EPS仅在需要转向操作时电动机才运转，并且，能量的消耗与转向盘的转向及当前的车速有关，是真正的“按需供能型”（on-demand）系统。装有EPS的车辆和装有液压助力转向系统的车辆对比实验表明，在不转向情况下，装有EPS的车辆燃油消耗降低2.5%，在使用转向情况下，燃油消耗降低了5.5%。

（2）增强了转向跟随性。在电动助力转向系统中，电动机与助力机构直接相连可以使其能量直接用于车轮的转向。该系统利用惯性减振器的作用，使车轮的反转和转向前轮摆振大大减小，因此转向系统的抗扰动能力大大增强，和液压助力转向系统相比，旋转力矩产生于电动机，没有液压助力系统的转向迟滞效应，增强了转向车轮对转向盘的跟随性能。

（3）改善了转向回正特性。在EPS控制单元中存储了一簇从最低车速到最高车速的回正特性曲线，使得该系统与车辆动态性能相匹配的转向回正特性得到显著的提高。而在传统的液压控制系统中，要改善这种特性必须改造底盘的机械结构，实现起来有一定困难。

（4）提高了操纵稳定性。采用EPS的车辆，给高速行驶(例如100km／h)的汽车一个过度的转角迫使它侧倾，在短时间的自回正过程中，由于采用了微机控制，使得汽车具有更高的稳定性，驾驶员有更舒适的感觉。

（5）提供可变的转向助力。电动助力转向系统的转向力来自于电动机，通过软件编程和硬件控制，可得到覆盖整个车速的可变转向力。对于传统的液压系统，可变转向力矩获得非常困难而且费用很高，要想获得可变转向力矩，必须增加额外的控制器和其它硬件。

（6）采用了“绿色能源”。适应现代汽车的要求，电动助力转向系统使用“最干净”的电力作为能源，完全取消了液压装置，不存在液压助力转向系统中液态油的泄漏问题，顺应了“绿色化”的时代趋势。

4 EPS系统的应用及生产

20世纪90年代初期，日本铃木、三菱、本田、美国TRW(天合)、Delphi Saginaw(萨吉诺)公司和德国Z F公司相继推出各自的电动助力转向系统。虽然有多种产品，但是控制原理是相似的，只是结构上的不同，主要分为转向柱式、齿轮式、齿条式、循环球式等结构。使用该技术的常见车型和电动助力转向系统的制造商见表1，目前国内已经能够独立生产和开发组成系统的主要部件的单位见表2。