2022年汽车电动助力式转向系统的现状与发展 .docx

精选学习资料 - - - - - - - - - 汽车电动助力式转向系统地现状与进展关键词：电动助力转向；掌握系统；电动驱动；传感器信息融合 中图分类号： TP271 文献标识码： A Development Status of Electric Power Steering LI Wei-guang1, LI Hui-qi2 ,WANG Yuan-cong1 1. South China University of Technology GuangZhou 510640,China；2. Guangdong Joinsun Elec & Ind. Co., Ltd. GuangZhou 510630,China> Abstract: This paper summarizes the development status of Electric Power Steering, and introduces the sorts, structure, principle, main components, technology parameters and performance traits of EPS. The ten- dency of EPS is also discussed. Key words: Electric Power Steering； control system； electric drive；syncretiztion of sensor information 1 引言 汽车助力转向依次经受了机械式转向系统、液压式转向系统、电控液压式转向系统等阶段 , 国际上已有一些大地汽车公司在探讨开发地下一代线控电动转向系统 . 在国外 , 各大汽车公司对汽车电动助力转向系统 Electric Power Steering - EPS,或称 Electric Assisted Steering - EAS> 地讨论有 20 多年地历史 . 随着近年来电子掌握技术地成熟和成本地降低,EPS越来越受到人们地重视 , 并以其具有传统动力转向系统不行比拟地优点 , 快速迈向了应用领域 , 部分取代了传统液压动力转向系统 Hydraulic Power Steering, 简称 HPS>1. 2 汽车电动助力式转向系统地国内外进展简况自 1953 年美国通用汽车公司在别克轿车上使用液压动力转向系统以来 ,HPS给汽车带来了巨大地变化 , 几十年来地技术革新使液压动力转向技术进展反常快速, 显现了电控式液压助力转名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页,共 10 页精选学习资料 - - - - - - - - - 向系统 Electric Hydraulic Power Steering,简称 EHPS>.1988年 2 月日本铃木公司第一在其 Cervo 车上装备 EPSTM,随后又应用在 Alto 汽车上； 1993 年本田汽车公司在爱克 NSX跑车上装备 EPS并取得了良好地市场成效 4 ；1999 年奔腾和西门子公司开头投巨资开发 EPS.上世纪九十岁月初期 , 日本铃本、本田 , 三菱、美国 Delphi 汽车公司、德国 ZF等公司相继推出了自己地 EPS,TRW公司继推出 EHPS后也快速推出了技术上比较成熟地带传动 EPS和转向柱助力式 EPSTM,并装配在 Ford Fiesta 展. 和 Mazda 323F等车上 , 此后 EPS技术得到了飞速地发在国外 ,EPS已进入批量生产阶段 , 并成为汽车零部件高新技术产品 , 而我国动力转向系统目前绝大部分采纳机械转向或液压助力转向 ,EPS地讨论开发处于起步阶段 . 3 汽车动力转向系统地分类及特点汽车转向系统可按转向能源不同分为机械转向系统和动力转向系统两类 . 动力转向系统依据动力源不同又可分为机械式地液压动力转向系、电控式液压助力转向系统 EHPS>和电动助力式动力转向系统 EPS>. 机械式地液压动力转向系统一般由液压泵、油管、压力流量掌握阀体、V 型传动皮带、储油罐等部件构成 . 无论车是否转向 , 系统总处于工作状态 , 能耗较高 , 又由于液压泵地压力很大 ,比较简洁损害助力系统 , 且不易安装和爱护 . 其共同缺点是结构复杂、消耗功率大 , 简洁产生泄漏, 转向力不易有效掌握等 . EHPS是在传统地液压动力转向系统地基础上增设电子掌握装置而构成地 . 它采纳地液压泵是一个电动泵 , 其工作状态是由电子掌握单元依据车速、转向等信号运算出地抱负状态 , 并掌握电磁阀 , 使转向动力放大倍率实现连续可调 , 从而满意高、低速时地转向助力要求 , 但即使是最新地 EH PS 也无法根除液压助力系统在布置、安装、密封性、操控性、能量消耗、磨损与噪音地固有缺陷 . 名师归纳总结 - - - - - - -新一代地 EPS是利用直流电动机作为动力源, 电子掌握单元依据转向参数和车速等信号, 掌握电动机输出扭矩地大小和方向, 使之得到一个与工况相适应地转向作用力. 它将电动机、离合第 2 页,共 10 页精选学习资料 - - - - - - - - - 器、减速装置、转向杆等各部件装配成一个整体 力特性使得转向操纵稳固性得到较大地提高 . 4 EPS系统结构及其工作原理, 其结构紧凑、质量较轻 , 其可编程地转向助电动助力式转向系统在不同车上地结构部件尽管不尽一样 , 但其基本原理是一样地 . 它一般是 由转矩 转向 >传感器、电子掌握单元 ECU、电动机、电磁离合器以及减速机构构成 , 其机构 示意图如图 1 所示. 当转向轴转动时 , 扭矩传感器检将测到地转矩信号转化为电信号送至电子掌握单元 ECU,ECU再依据扭矩信号、车速信号、轴重信号等进行运算, 得出助力电动机地转向和助力电流地大名师归纳总结 小, 完成转向助力掌握 ,EPS系统掌握框图如图2 所示 . 第 3 页,共 10 页- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 当汽车处于直线行驶状态时 ,EPS便处于 Standy 状态 , 电动机停止工作 , 只有在汽车转向时 ,系统才实时地实现助力掌握作用 . 因而,EPS可以很简洁地实现在全速范畴内地正确助力掌握, 在低速行驶时保证汽车地转向灵活轻巧 , 在高速行驶时保证汽车转向稳固牢靠 . 在系统地某一部件发生故障时 , 可以断开电磁离合器使助力系统脱离机械转向系统 , 并同时驱动故障信号指示灯 , 保证驾驶地安全性 . 所以,EPS可以在各种路况和车速下 , 给驾驶员供应一个安全、稳固、轻巧、舒服地驾驶环境 . EPS地主要部件包括扭矩传感器、电动机、电子掌握单元、减速机构和电磁离合器 , 其工作原理如下：1>扭矩传感器EPS掌握系统地传感器信号包括转向盘转矩信号、汽车车速信号、汽车轴重信号、电机电流信号, 前三者用于确定助力电机地助力转矩大小和方向 , 后者用于电机地闭环掌握 . 这些信号用来作为 EPS地输入信号 , 共同打算助力信号地输出 . 因此 , 传感器信息融合是 EPS系统中地关键技术之一 . EPS中扭矩传感器主要有：电阻式转向传感器、非接触式电感扭矩传感器和其他类型传感器, 也有通过在转向轴位置加一扭杆, 通过测量扭杆地变形得到扭矩地大小和方向. 电阻式转向传感器实际上是个滑动可变电阻器, 当操作方向盘时 , 其电阻地变化最终经电路处理以电流名师归纳总结 地势式将转矩信号送至ECUTM.这种传感器价格低 , 但体积大 , 易于磨损 , 在早期 EPS中应用较第 4 页,共 10 页- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 多. 随着非接触式扭矩传感器成本地降低, 越来越多地厂商转而采纳这种精度高、体积小且寿命长地新型传感器 . 图 3 所示为 KOYO公司研制地非接触式 EPS扭矩传感器原理图 , 该装置由安装在输入轴上地探测环 1 和探测环 2, 安装在输出轴上地另一个探测环 1, 探测线圈和补偿线圈组成 . 当方向盘转动时 , 扭杆受转动力矩作用发生扭转 动, 探测线圈与探测环之间位置置发生变化导致线圈磁阻转变, 由于线圈生扭转 , 由于线圈固定不 , 并最终反映扭矩地变化 . 另外, 仍有美国 Allegro Microsystems公司地磁环式霍尔速度传感器, 它可将转向盘扭矩、转角、角速度等信息转化为电信号输出7. 2>电动机 助力电动机是 EPS系统地动力源 , 它依据 ECU输出地掌握指令 , 在不同地工况下输出不同助 力转矩 , 对整个 EPS性能影响很大 , 因此需要具有良好地动态特性、调速特性和随动特性并易 于掌握 , 仍要求输出波动小、低转速大转矩、转动惯量小、尺寸小质量轻等 , 因此 , 常采纳无刷式永磁直流电动机 . 为改善操纵感、降低噪音和削减振动, 在电动机转子外表面开出斜槽或名师归纳总结 螺旋槽 , 转变定子磁铁中心处或端部厚度, 将定子磁铁设计成不等厚等8. 第 5 页,共 10 页- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 随着现代汽车技术地进展 , 汽车各部件越来越多地采纳42V直流电源 , 因而 , 面对 42V直流电地 EPS也逐步成为汽车技术讨论热点之一 . 采纳 42V 直流电地 EPS能在较低地输出电流同时 保证有足够地输出功率 , 既降低系统地能耗和发热 , 又能改善系统地掌握 . 3>电磁离合器电动式 EPS转向助力一般都是工作在一个设定地范畴 向助力 , 保证转向地轻巧性；当车速高于某一设定值时. 当车速低于某一设定值时 , 系统供应转 , 系统供应阻尼掌握 , 保证转向地稳固性；而当车速处于两个设定值之间时 , 电动机停止工作 , 系统处于 Standy 状态 , 离合器分别 , 以切断帮助动力 . 另外, 当 EPS系统发生故障时 , 离合器应自动分别 , 此时仍可利用手动掌握转 向, 保证系统地安全性 .EPS系统中电磁离合器应用较多地为单片干式电磁离合器 , 其工作原 理如图 4 所示 . 4>减速机构名师归纳总结 减速机构是电动式EPS不行缺少地部件 , 它把电动机地输出减速放大后再传递给执行部件. 目第 6 页,共 10 页- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 前有用地减速机构有多种组合方式, 采纳较多地为蜗轮蜗杆与转向轴驱动组合式, 如图 5 所示, 也有地采纳两级行星齿轮与传动齿轮组合式. 装配有离合器地EPS,多采纳涡轮蜗杆减速机构, 装配在减速机构地一侧 . 5>电子掌握单元电子掌握单元 ECU是整个 EPS系统掌握地核心 , 它依据扭矩传感器、车速传感器、轴重传感器以及电动机电流传感器等输入信号, 进行分析运算 , 得出正确掌握参数 , 发出掌握指令 , 掌握电动机与电磁离合器地动作.EPS系统地掌握算法也是系统掌握性能地关键之一. 此外 ,ECU仍应具备安全爱护与自我诊断功能. 汽车行进中 ECU不断采集各部件工作信号 , 一旦系统某部件工作反常 , 掌握电磁离合器分别 , 同时进行故障诊断分析 , 输出显示故障信号 .ECU有采纳 8 位 单片机系统 , 如采纳 Philips 地 87C552单片机 HJ, 也有采纳美国 TI 公司 TMS320LF2407 DSP 芯片11. 5 EPS性能及特点 1>助力特性早期地 EPS只在汽车低速时供应助力, 在车速高于设定值时 ,EPS 停止工作 , 属于低速型 . 这类名师归纳总结 - - - - - - -第 7 页,共 10 页精选学习资料 - - - - - - - - - 系统掌握算法相对简洁 , 对系统硬件要求低 , 不能改善汽车高速行驶时地操纵稳固性 , 而且当车速在设定临界切换值邻近时 , 转向助力转矩发生突变 , 给驾驶员带来了潜在地危急性 . 现在讨论多地是在全速型地 EPS,它在任何车速下都供应助力 , 既兼顾了低速时操纵敏捷性 , 也实现了高速时操纵稳固性 , 但系统掌握算法相对复杂 , 对掌握系统地硬件要求相对高些 .Punto和 Mira 采纳地是全速型 EPS,Alto 和 Minica 采纳地是低速型 Eps1. EPS系统采纳微电子掌握技术 , 利用软件算法掌握电动机动作 优地回正特性 , 并能增强转向车轮对转向盘地随动性 . 2>操纵敏捷性与稳固性, 可以通过调整掌握参数获得最汽车驾驶操作敏捷性与稳固性表达在停车泊位、低速行驶以及高速行驶时地转向性能 . 汽车转向系统地轻巧敏捷与路感是一对相互制约地关系 , 转向助力大而转向力小就转向轻巧 , 但转向力过小又导致缺乏“ 路感”, 特殊是高速行驶时 , 驾驶员会感到汽车“ 飘”, 从而又影响到操纵地稳固性；转向力过大又会感到操纵不轻巧 .EPS 地引入可以较好地解决上述冲突 , 在EPS掌握系统中 , 可以通过完善掌握算法在不同工况下供应相应地助力特性 , 能通过修改相应掌握参数达到调整修改掌握输出特性 3>节能环保, 并且具有较大地敏捷性 . 试验说明 ,EPS仍具有高效节能和环保地优点 . 与传统 HPS相比 , 没有系统要求地常运转转向油泵, 且电动机只是在需要转向时才接通电源 , 所以动力消耗和燃油消耗均可降到最低 , 仍消除了由于转向油泵带来地噪音污染. 在不转向情形下 , 装有 EPS地汽车燃油消耗降低了25, 在使用转向情形下 , 降低了 5510. 此外 ,EPS地重复利用率高 , 组件地 95可以再回收利用 , 而传统地液压助力转向系统地回收利用率只有 851. 4>安全性EPS系统掌握地核心 ECU具有故障自诊断功能 , 当 ECU检测到某一组件工作反常 , 如系统各传感器、电动机、电磁离合器、电源系统及汽车点火系统等 , 便能立刻掌握电磁离合器分别 , 停止助力 , 显示相应故障代码 , 转为手动转向 , 按一般转向掌握方式工作 , 以确保行车安全牢靠 . 名师归纳总结 - - - - - - -第 8 页,共 10 页精选学习资料 - - - - - - - - - 6 EPS地进展趋势EPS当前已经较多应用在排量在13L - 1 6L 地各类轻型轿车上 , 其性能已经得到广泛地认可. 随着直流电机性能地提高和42V电源在汽车组件上地应用, 其应用范畴将进一步扩宽,并逐步向微型车、轻型车和中型车扩展. 目前, 在全世界汽车行业中 ,EP8 系统每年正以 9 - 10地增长速度进展 , 年增长量达 130 万 - 150 万套 . 据 TRW公司猜测 , 到 2022 年全世界生 产地轿车中每 3 辆就有 1 辆装备 EPS,到 2022 年, 全球 EPS产量将达到 2500 万套. 因而 ,EPS 将具有非常宽阔地进展和应用前景 . 参考文献1 林逸 , 施国标汽车电动助力转向技术地进呈现状与趋势 技,2001 62J 大路交通科2 佚名动力转向 pnce1ncn/car/qp/wxcs/wxw/dk/dlzx/dlzxhtm#aEB/OL 3 Nakayama T,Suda E The Present and Future of Electric Power Steering Int JofVehicleDesign,1994153,4,5> ：2432544 张钟光汽车 EPS动力学模型分析及掌握系统设计 J 青岛高校学报 ,2003 95 TRW Automotive Inccha-steering-suspension-englishhttp ：/wwwtrwauto com/home/main/20037EB/OL 6 佚名汽车电动助力转向器产品潜在市场分析auto-phe360com/HTML/00I/007/004/002/19997 htm 2004 819EB/OL 7 赵燕 , 周斌新型汽车转向传感器地讨论与进展J 中国仪器表 200388 黄李琴, 等汽车电动助力转向掌握系统地初步讨论 J 设计 .运算.讨论 ,2003 69 郭丽萍电动式动力转向系统EPs>原理浅析 J 城市公共交通 ,2003 610 苗立东 , 等汽车动力转向技术进展综述 J 长安高校学报 ,2004,1 11 吴文江 , 等基于 DSP地汽车电动转向掌握系统讨论 报,2004 3J 石家庄铁道学院学名师归纳总结 - - - - - - -第 9 页,共 10 页精选学习资料 - - - - - - - - - 12 Subra Ganesan DSP Pmcessor Based Electric Power Steering SystemAICE - V0133 - 2,1999 FallTechnical Conference.ASME 1999192413 王勖成 , 邵敏有限元法基本原理和数值方法M 北京：清华高校出版社1996ISBN7 - 302 - 0241 - 9名师归纳总结 - - - - - - -第 10 页,共 10 页