汽車電動助力轉向系統(tǒng)選型研究

王虎，許曉楠

（長城汽車股份有限公司技術中心，河北省汽車工程技術研究中心，河北 保定 071000）

汽車電動助力轉向系統(tǒng)選型研究

王虎，許曉楠

（長城汽車股份有限公司技術中心，河北省汽車工程技術研究中心，河北 保定 071000）

隨著現(xiàn)代汽車低油耗、低排放、自動駕駛、安全、操縱感知的發(fā)展趨勢，電動助力轉向系統(tǒng)在乘用車上的應用逐漸普及。文章主要通過對不同類型電動助力轉向系統(tǒng)的優(yōu)劣勢、電機選型、性能參數(shù)匹配和整車周邊環(huán)境分析等的介紹，對整車研發(fā)中電動助力轉向系統(tǒng)的選型進行分析。

電動助力；轉向系統(tǒng)；選型

CLC NO.:U461.9 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2017)15-40-02

前言

電動助力轉向系統(tǒng)根據(jù)電機位置不同和減速機構的差異，大致可以分為六種類型：管柱式電動助力轉向系統(tǒng)（C-EPS）、單小齒輪式電動助力轉向系統(tǒng)（P-EPS）、雙小齒輪式電動助力轉向系統(tǒng)（DP-EPS）、齒條式電動助力轉向系統(tǒng)（R-EPS）、線控式電動助力轉向系統(tǒng)和輪邊電機式電動助力轉向系統(tǒng)［1］。本文主要對應用更廣泛的其中三種類型的轉向系統(tǒng)的選型分析展開討論。

1 電動助力轉向系統(tǒng)對比

在整車開發(fā)初期，需要對轉向系統(tǒng)的搭載類型進行綜合考量，既要充分了解供應商的資質，也要詳細分析不同類型電動助力轉向系統(tǒng)的優(yōu)劣勢，C-EPS、DP-EPS和R-EPS的對比分析如表1所示。

通過以上對比，可以發(fā)現(xiàn)：

（1）C-EPS：價格便宜、空間布置容易，工作環(huán)境良好；但電機工作噪音傳遞明顯，受齒輪承載能力限制不易實現(xiàn)大助力；

（2）DP-EPS：工作噪音小，價格適宜，助力響應速度快，可實現(xiàn)大助力；但電機工作環(huán)境惡劣，密封要求嚴格，受周邊環(huán)境影響空間布置困難；

（3）R-EPS：工作噪音小，助力響應速度快，可實現(xiàn)更大助力；但價格昂貴、減速機構結構復雜、空間布置難度大。

表1 EPS對比分析

2 電機選型

受供應商能力限制，電機實際輸出扭矩大小受到嚴格的限制，需要根據(jù)整車齒條力預估值來評判電機選型，保證在合理的成本范圍內選擇出覆蓋整個車型需要的電機類型。

根據(jù)整車項目輸入，采用半經驗公式計算出預估齒條力［2］：

其中，F(xiàn)：齒條力，N；Mr：原地轉向阻力矩，Nm；MG：重力回正力矩，Nm；S：轉向梯形有效作用力臂，m。

根據(jù)齒條力需求，及不同供應商產品能力的要求，計算出符合要求的電機輸出扭矩：

其中，Tm：電機扭矩，Nm；Fn：齒條力，N；i：線角傳動比，mm/rev；Th：人手操作力矩，Nm；GR：減速機構減速比；η1：減速機構傳遞效率；η2：傳動軸及轉向器傳遞效率。

3 性能參數(shù)匹配

在整車開發(fā)前期，轉向系統(tǒng)的選型主要需要考慮駕駛員的操縱感知和不同類型轉向系統(tǒng)的性能特點，涉及到的性能參數(shù)主要有角傳動比和線角傳動比。

角傳動比直接決定方向盤操縱靈敏度，數(shù)值越小，靈敏度越高，一般需要根據(jù)整車底盤懸架硬點調教和整車最小轉彎直徑的定義來確定合適的角傳動比的具體數(shù)值。因轉向系統(tǒng)本身波動特性，實際轉向過程中角傳動比的數(shù)值是在一直變化的，一般暫定轉向中性區(qū)域內角傳動比的數(shù)值為所需目標值。

線角傳動比制約著轉向系統(tǒng)的選型，一般在40～55mm/ rev范圍內，三種轉向系統(tǒng)都能實現(xiàn)，超過這個數(shù)值，只能通過使DP-EPS或R-EPS的輸入端和助力端線角傳動比的差異化來實現(xiàn)所需的目標值。

4 整車周邊環(huán)境分析

從表1可以看出，三種類型的電動助力轉向系統(tǒng)能夠提供的齒條力范圍，實際上是有重疊區(qū)域的，也就是說，當車型所需齒條力正好處在兩兩重疊區(qū)域的話，轉向系統(tǒng)類型在理論上是有多種選擇的。這個時候需要根據(jù)實際轉向系統(tǒng)的周邊零部件環(huán)境，通過具體的布置校核和不同類型轉向系統(tǒng)自身結構的限制來具體分析。

一般地，C-EPS布置過程中，電機、減速機構及ECU的布置空間以及轉向管柱安裝點位置選取是個難點；DP-EPS布置過程中，因助力端電機及減速機構的自由度較多，同時為了綜合考慮同一平臺不同類型車輛轉向系統(tǒng)的平臺化，布置起來也較為復雜；R-EPS布置過程中，因滾珠絲杠結構復雜導致布置靈活性差，對周邊環(huán)境的要求更高。

同時，也需要綜合轉向系統(tǒng)的發(fā)展趨勢和應用產品的成熟度來綜合判斷。

5 總結

綜上所述，電動助力轉向系統(tǒng)的選型需要在識別整車售價、銷售區(qū)域及產品定位的基礎上，根據(jù)整車整體尺寸、軸荷分布、平臺化規(guī)劃等項目信息輸入，綜合評價不同類型電動助力轉向系統(tǒng)的優(yōu)劣勢，選取合適的供應商，同時滿足整車產品性能目標值和周邊零部件環(huán)境。利弊權衡之后，為該車型選擇出最合適的電動助力轉向系統(tǒng)類型。

[1] 胡愛軍,林逸,施國標.EPS系統(tǒng)助力電機的匹配研究［J］.拖拉機與農用運輸車,2008(4).

[2] 王文建,張雷.轉向器最大齒條力的計算與驗證［J］.客車技術與研究,2015（04）:34—66.

Type Selection Research Of Automotive Electric Power Steering System

Wang Hu, Xu Xiaonan
（R&D Center of Great Wall Motor Company, Hebei Auto Engineering Technology Research Center, Hebei Baoding 071000）

With the development trend of modern vehicle with low fuel consumption, low emission, automatic driving, safety, control and perception, the application of electric power steering system in passenger vehicle is becoming more and more popular. This paper through introduce the advantages and disadvantages of different types of electric power steering system、motor selection、performance parameters matching and vehicle environment analysis，during vehicle research and development electric power steering system selection for analysis.

Electric power; Steering System; Type Selection

U461.9

A

1671-7988 (2017)15-40-02

王虎，就職于長城汽車股份有限公司技術中心，主要負責底盤系統(tǒng)設計開發(fā)。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2017.15.014