汽車機械電子助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)分析

張方勝

摘要：結(jié)合汽車市場上機械電子助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)發(fā)展情況，本文對系統(tǒng)的工作原理展開了分析，然后對系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、性能和應用優(yōu)勢進行了探討，從而為關(guān)注這一話題的人們提供參考。

關(guān)鍵詞：汽車；電子助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)；電子控制

引言：

在汽車行駛的過程中，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)將發(fā)揮重要的作用，關(guān)系到汽車操作的穩(wěn)定性和安全性。而采用電子控制方式，則能實現(xiàn)汽車轉(zhuǎn)向的自動控制，為駕駛員操作提供助力，從而使汽車駕駛的安全性、舒適性等性能得到提升。因此在汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)研制方面，機械電子助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)得到了應用研究，能夠推動汽車駕駛性能的改善，繼而更好的滿足汽車工業(yè)發(fā)展需求。

1汽車機械電子助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)原理

所謂的汽車機械電子助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，其實就是在汽車機械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)基礎(chǔ)上增加電子控制單元和轉(zhuǎn)向傳感裝置，從而為汽車轉(zhuǎn)向控制提供助力的一種轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。采用該系統(tǒng)，可以結(jié)合方向盤上的車速信號和轉(zhuǎn)矩信號促使電機產(chǎn)生相應方向和大小輔助力，幫助駕駛員完成轉(zhuǎn)向操作，從而使伺服系統(tǒng)保持良好的轉(zhuǎn)向特性。系統(tǒng)在自動控制功能實現(xiàn)時，無需汽車發(fā)動機提供動力，也無需要采用復雜執(zhí)行機構(gòu)，可以直接通過控制電機電壓/電流幅值和方向?qū)崿F(xiàn)轉(zhuǎn)向控制。對系統(tǒng)原理展開進一步分析發(fā)展，在汽車運行的過程中，轉(zhuǎn)矩傳感器可以在汽車轉(zhuǎn)向時完成駕駛員施加的轉(zhuǎn)向盤力矩及轉(zhuǎn)動方向的檢測，然后利用數(shù)據(jù)總線完成信號發(fā)送。電子控制單元則會進行信號接收，然后結(jié)合方向盤輸入力矩、方向盤轉(zhuǎn)動方向等參數(shù)發(fā)出指令，輸出相應轉(zhuǎn)動力矩，實現(xiàn)電機控制器的動作控制。汽車無需轉(zhuǎn)向，系統(tǒng)則會處于休眠狀態(tài)，不會進行轉(zhuǎn)向相關(guān)指令的發(fā)送。

2汽車機械電子助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)分析

2.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

不同種類助力系統(tǒng)擁有不同結(jié)構(gòu)，目前機械電子助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)大致可以分成管柱式電動助力型、單齒輪電動助力型、雙齒輪式電動助力型、平行軸式電動助力型，主要根據(jù)電機部件的位置分類。其中，管柱式電動助力型是市面上最常見的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，傳感器及驅(qū)動單元等布置在轉(zhuǎn)向管柱上，即助力單元均在轉(zhuǎn)向管柱上，從而使得機械轉(zhuǎn)向布置更容易；單齒輪電動助力型的傳感器、電機和助力結(jié)構(gòu)等為一體式結(jié)構(gòu)，作用在轉(zhuǎn)向機的小齒輪輸入軸上，能夠?qū)崿F(xiàn)各部件的協(xié)調(diào)配置；采用雙齒輪式電動助力式系統(tǒng)，需要在小齒輪上進行扭矩傳感器的安裝，可以使電動機與齒條殼體相互獨立，也可以使電機保持中空方便齒條通過，采用該種結(jié)構(gòu)可以實現(xiàn)批量生產(chǎn)，并且能夠在傳統(tǒng)機械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)上使用，因此應用也較為廣泛；采用平行軸式電動助力系統(tǒng)，采用一體的電動機和皮帶助力結(jié)構(gòu)，擁有緊湊的結(jié)構(gòu)，可以測得準確的轉(zhuǎn)矩信號，主要適用于較大齒條力的車型。從總體上來看，電動助力系統(tǒng)均由ECU、轉(zhuǎn)矩傳感器、轉(zhuǎn)向軸、減速機構(gòu)、齒輪齒條轉(zhuǎn)向器、和電動機構(gòu)成，通過電動機提供扭矩，經(jīng)過減速機構(gòu)放大該扭矩，從協(xié)助轉(zhuǎn)向系統(tǒng)進行轉(zhuǎn)向力的施加，因此可以對轉(zhuǎn)向車輪的轉(zhuǎn)向進行控制[1]。在電子控制方面，系統(tǒng)會將檢測到的信號傳遞給ECU，結(jié)合系統(tǒng)控制策略完成最佳助力力矩的計算，然后進行電動機電流指令的轉(zhuǎn)換。電機產(chǎn)生的動力力矩經(jīng)過轉(zhuǎn)向系統(tǒng)減速系統(tǒng)放大后，可以與轉(zhuǎn)向操縱力一同實現(xiàn)轉(zhuǎn)向阻力的克服，促使汽車完成轉(zhuǎn)向動作。

2.2系統(tǒng)性能

從系統(tǒng)性能上來看，利用軟件可以對轉(zhuǎn)向助力大小進行調(diào)節(jié)，在汽車轉(zhuǎn)向旋轉(zhuǎn)一定角度后，機械轉(zhuǎn)向會被松開。經(jīng)過電子控制系統(tǒng)的自動調(diào)整，車輪則能返回正中位置，實現(xiàn)額外回正扭矩的發(fā)揮，促使低速行駛狀態(tài)下的汽車方向盤回歸中間位置，實現(xiàn)對高速行駛狀態(tài)下汽車回正方向盤產(chǎn)生的振蕩和超調(diào)問題的抑制。所以采用助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，無論汽車在何種速度狀態(tài)下，都能始終保持回正性能。采用電子助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，可以采用EPS軟件實現(xiàn)系統(tǒng)控制，從而實現(xiàn)動力轉(zhuǎn)向控制。在低速行駛狀態(tài)下，采用該種控制方式可以使系統(tǒng)提供較大轉(zhuǎn)向動力，促使汽車可以輕便轉(zhuǎn)向。在汽車高速行駛階段，則能提供更大的轉(zhuǎn)向動力，增加汽車的“路感”，因此可以使汽車保持較好的駕駛性能。將助力機構(gòu)與電機直接連接在一起，則能通過發(fā)揮慣性阻尼器的阻尼作用，使方向盤在轉(zhuǎn)向中的擺振得到減少，增強系統(tǒng)抗擾動性，因此相較于液壓控制系統(tǒng)可以直接從電機獲得旋轉(zhuǎn)扭矩，使轉(zhuǎn)向系統(tǒng)滯后效應得到消除，增強汽車轉(zhuǎn)向跟隨性[2]。此外，汽車機械電子助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)在汽車無需轉(zhuǎn)向時處于待機狀態(tài)，并且在需要轉(zhuǎn)向時進行電源接通，所以可以減少汽車轉(zhuǎn)向能量消耗，具有一定的節(jié)能環(huán)保性能。

2.3應用優(yōu)勢

在實際應用方面，汽車機械電子助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)擁有簡單結(jié)構(gòu)，同時只需要占用較少空間，可以為汽車布置提供便利。系統(tǒng)擁有較高的轉(zhuǎn)向效率，相較于液壓系統(tǒng)可以實現(xiàn)一些元件的精簡，因此可以在生產(chǎn)線得到較好的裝配，促使發(fā)動機獲得更高的部件空間利用率。采用模塊設(shè)計方式，使得系統(tǒng)在應用時無需進行加工程序的重新設(shè)計，所以能夠使汽車生產(chǎn)成本得到減少。從汽車舒適性角度來看，采用該系統(tǒng)可以滿足駕駛員操縱需求，保證汽車駕駛的安全性，同時能夠帶來一定的節(jié)能環(huán)保效果，因此可以提高汽車整體性能。在整體控制一體化實現(xiàn)方面，系統(tǒng)EPS控制單元可與其它控制系統(tǒng)實現(xiàn)通信連接，滿足汽車集成控制要求，實現(xiàn)對汽車行駛速度、轉(zhuǎn)向角等各種信號的綜合控制，使汽車轉(zhuǎn)向感和運行性能得到改進。近年來，伴隨著相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，在內(nèi)部摩擦、自重降低等各個方面，汽車機械電子助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)應用問題也得到了研究，促使系統(tǒng)在輕型車上得到了較好的應用[3]。

結(jié)論：

伴隨著汽車市場的快速發(fā)展，人們對汽車操作的安全、舒適和節(jié)能等方面提出了更高要求，促使汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)得到了不斷完善。而采用汽車機械電子助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，可以在機械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中引入電子控制單元，促使汽車轉(zhuǎn)向性能得到進一步提高。因此相信在汽車市場上，機械電子助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)擁有良好的應用前景，能夠取得不斷的發(fā)展和完善。

參考文獻：

[1]閆勇.汽車電子控制式電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的發(fā)展[J].時代農(nóng)機，2018，45 （03）：88.

[2]陳躍.汽車電子助力轉(zhuǎn)向EPS系統(tǒng)檢測與診斷分析[J].科技創(chuàng)新導報，2017，14 （03）：54-55.

[3]于洪兵.一種汽車電子轉(zhuǎn)向助力裝置的發(fā)明[J].產(chǎn)業(yè)與科技論壇，2015，14 （13）：59-60.