汽车电动助力转向装置标准的解读与分析

郑潇潇，颜尧，车佳黎

(中国汽车工程研究院股份有限公司，重庆 401122)

汽车电动助力转向装置标准的解读与分析

郑潇潇，颜尧，车佳黎

(中国汽车工程研究院股份有限公司，重庆 401122)

分析QC/T XXXXX-XXXX 《汽车电动助力转向装置技术要求和试验方法》标准中输入输出特性、助力电流特性等汽车电动助力转向装置(EPS)重要性能的试验方法，为该类产品的开发、质量控制提供更准确的依据。

汽车电动助力转向装置；标准；分析

0 引言

目前已有较多的国内车型采用了汽车电动助力转向装置，国内从事研发和生产的单位也在不断增加，但产品质量良莠不齐，对它的使用性能、可靠性要求也存在一些差距且对评价标准的理解也较浅。因此，作者在针对评价标准进行了大量的台架验证试验后，提供更加详细、更加深入的分析。其中着重分析了标准中输入输出特性、助力电流特性等能够体现EPS重要性能的指标，为进一步指导该产品的开发提供更加全面的分析。

1 汽车电动助力转向装置的性能试验

1.1 功能试验

标准中5.2.1“功能试验”是检查EPS转向的基本功能，它模拟在不同负载条件下机械摩擦、阻力带来影响的大小；采用直观的手动转向感觉方式进行评价——手动左右转动转向盘，感觉是否平滑，有无卡滞的感觉。

如图1所示为某管柱助力式产品在相同负载、不同车速下的功能试验曲线，该曲线较为平滑，没有出现卡滞带来的信号突变而高于常规信号抖动的情况，手动转向感觉应平滑无卡滞。

类似功能试验的空载转动力矩则是考核机械部分的转向性能(摩擦与阻力)，即产品在转向过程中的平顺性能和波动性能。

1.2 输入输出特性

标准中5.2.2“输入输出特性”是检查EPS的一个重要功能——电动助力特性。

输入输出特性是在不同车速情况下EPS的输入力矩与输出力矩(或力)之间的变化关系。它是EPS系统设计的一个重要评价指标。需要兼顾操纵稳定性、安全性及转向的轻便性，理想的输入输出特性应满足以下特征[1]：

(1) 减少原地转向和低速运行时转向阻力；

(2) 当输入力矩较小时，要保证系统可以提供一定的助力效果，保证驾驶具有良好的路感，较大助力时应确保助力恒定；

(3) 助力效果随着车速增大而减小；

(4) 助力力矩输出应该具有连续性，特性曲线应平滑(见图2)。

对于标准中规定特性曲线的“对称性”，主要是反映EPS两个方向转向性能的差距，如图3所示的产品输入输出特性试验曲线对称性较好，该产品操作时会表现出良好的稳定性。

1.3 助力电流特性

标准中5.2.3“助力电流特性”是检查EPS转向助力时的电流特性功能，并检验是否满足汽车的转向轻便性和随车速变化的特性要求。

(1)汽车低速行驶时，电机提供的助力电流比较大，可以满足低速行驶时的转向轻便性要求。

(2)随着车速的逐渐增大，助力电流逐渐减小，提供的助力也逐渐减小，在高速行驶情况下可以保证方向稳定性。

助力电流特性曲线见图4。图5所示为某小齿轮助力式产品助力电流特性试验曲线，该产品的助力电流随扭矩增大而增大，但到一定位置时，助力电流将维持在一定的水平上，称为恒助力电流[2]。通过计算不同车速下恒助力电流和恒助力扭矩起点作为量化的评价依据。

1.4 回正特性

标准中5.2.5“回正特性”是检查带主动回正的汽车电动助力转向装置产品在转向过程中，是否能够满足自动回正的行驶要求。

汽车方向自动回正简单说是由前轮转向轴后倾、转向轴外倾和前轮的前束这几个机构来达成，但由于摩擦、阻尼和车速等因素影响，不能很好地实现回正特性，表现为低速状态回正不足、高速状态回正过快。这时就需要控制器(ECU)实时监测系统的状态，干预协助回正控制，进行回正补偿助力(改善不完全回正[1])和增加助力电机阻尼控制(改善回正超调[1])，从而保证汽车的回正性能。因此，标准中规定选择低速和高速不同工况下，转动转向盘(输入端)至最大角度，松开转向盘(输入端)使其自由回正，从测量的转向盘扭矩和转角可以看出是否回到中间位置，且回正过程是否平稳，以保证驾驶手感良好。

1.5 反向冲击

检查安装了汽车电动助力转向装置的车辆在行驶过程中，车轮碰到路面冲击时，产品对冲击过程的反应能力是否满足汽车的行驶要求。

反向冲击是考核EPS控制系统快速响应的方法。标准中5.2.6“反向冲击”规定在转向器输出端施加额定输出载荷40%的冲击载荷模拟道路冲击，可以基本反映行驶中车辆来自路面的反力矩影响。理想情况下，冲击带来的反向扭力必须与电机瞬间助力平衡(能量抵消)，不能因冲击或助力过度造成扭杆旋转[3]。冲击时电流响应时间和方向盘(输入端)所转动的角度可以直接测量并定值评价。图7是某管柱助力式产品反向冲击试验曲线。

1.6 故障报警

根据EPS的构造及工作原理，各种故障模式举例如表1所示[4]。可以看出：每种故障的发生都将产生严重的后果。

表1 EPS主要故障

ECU 应具备安全保护与故障诊断功能:EPS系统在分析助力同时实时检测系统各组件工作情况，如电机、电源、传感器;当检测到某一组件发生故障时，如蓄电池电源欠压、车速传感器无信号输出等，助力系统应立即脱离机械转向系统，采用汽车本身的转向机构；显示输出故障代码，提前做出预判以保障驾驶的安全性。

1.7 噪声

EPS在驾驶员转动方向盘时，会产生异响(相对液压动力转向系统，可能存在噪声相对较大的缺点)。根据大量研究及分析测试，这些异响主要存在于电机外壳及附近部件上，应是激起部件结构振动所产生的噪声。为确保驾驶的舒适感，标准中5.2.9规定将EPS系统安装在半消声室中，在不同车速下，在距电动机机壳轴向中心正上方100 mm处测量电机的噪声和本底噪声(见图8)，当所测量的噪声与该点对应的本底噪声值之差大于3 dB(A)时，该测量值有效；当差值为3～10 dB(A)时，则按表2进行修正。

表2噪声修正表dB(A)

差值34～56～10修正值-3-2-1

2 汽车电动助力转向装置电磁兼容性

EPS系统的控制器、电动机和传感器的骚扰性能不仅直接影响整车电子电器系统其他零部件的正常工作，同时也会因自身干扰能力而影响其正常工作。因此，考核EPS电磁兼容性能对整车电子电器性能集成有重大的意义。某管柱助力式产品电磁辐射抗干扰试验照片见图9。

3 汽车电动助力转向装置可靠性

任何零部件都是有寿命的，虽然有的零部件可靠性很高，但是毕竟也存在失效的概率。EPS的可靠性是评价其产品寿命的一项重要指标，其试验的特点：测试试验周期较长。标准中规定的5.4.1“正向驱动磨损”考核目的是检查产品在使用过程中的工作寿命；5.4.2“逆向驱动疲劳”考核目的则是检查产品在行驶过程中地面的阻力矩对产品的工作寿命影响。

4 结束语

功能、输入输出特性、助力电流特性等性能要求能够很好地评价EPS产品的性能特点，指导该产品质量的评价。除文中提及的性能要求外，QC/T XXXXX-XXXX 《汽车电动助力转向装置技术要求和试验方法》还规定更为全面的评价要求，标准起草过程中对国产的所有结构形式的电动助力转向装置进行了大量的验证试验，通过对验证试验数据的分析，确定了电动助力转向装置标准的技术要求。并且给出了试验研究结果(见表3)，有助于指导该产品的进一步综合发展。

表3 验证结果

【1】王元聪，李伟光.汽车电动助力式转向系统(EPS)控制策略研究[J].交通与计算机，2005(6):75-78.

【2】庞磊.汽车EPS试验台设计及仿真试验的研究[D].合肥:合肥工业大学，2010.

【3】陈典红，杨其华，李海明.电动助力转向器特性试验研究[J].汽车科技，2007(5):47-48.

【4】邓利军，张琎，王书贤.EPS系统助力特性与控制策略研究[J].农业装备与车辆工程，2010(10):19-22,30.

InterpretationandAnalysisofAutomobileElectricalPowerSteeringGearStandard

ZHENG Xiaoxiao，YAN Yao，CHE Jiali

(China Automotive Engineering Research Institute Co.,Ltd.,Chongqing 401122,China)

Based on QC/T XXXXX-XXXX Technical Requirements and Test Methods for Automobile Electrical Power Steering Gear, the test methods for input and output characteristics, the power characteristics and other important properties of automobile electrical power steering gear(EPS) were analyzed. It provides a more accurate method for this kind of product development.

Automobile electrical power steering gear；Standard；Analysis

2015-02-06

郑潇潇(1986—)，女，工学学士，工程师，研究方向为转向系统匹配。E-mail：389654029@qq.com。