汽车电动助力转向系统改装技术研究

本资料包含pdf文件1个，下载需要1积分

近年来能源紧张已成为全球关注的焦点，环保 、节能产品的开发已成为汽车行业的发展趋势。而电动助 力转 向系统 (EPS)是 在液 压助力 转 向系统(HPS)基础上发展起来的新型助力转向系统 ，与液压助力转向系统相 比，它能够有效降低发动机功耗 、具有更好的低温运行性能、电子集成度高、占用空间小等优点n 。因此，必将在大部分车型中实现配套并取代现有的机械转向系统、液压助力转向系统和电控液压转向系统 ]。

本研究针对把试验样车从液压助力转向系统改装成电动助力转向系统中的关键问题进行详细叙述，进而完成EPS系统改装匹配设计，并对改装后的样车做蛇形路面试验验证。

收稿日期：2012-07-16作者简介：程寿国(1980-)，男，吉林敦化人，讲师，主要从事机电控制与检测方面的研究.E-mail：chengshouguo###l63.tom· 3l6 · 机 电 工 程 第30卷用于通过扭矩传感器接收驾驶员的扭矩信号，电动机通过减速器减速增扭驱动另-个小齿轮完成助力。

齿条助力式EPS系统如图1(d)所示，其电动机和减速机构与齿条相连，直接驱动齿条助力转向。该方案的助力输入点在齿条上，要求电动机的最大输出力矩相对大；电动机工作环境差，对密封要求高。其大多应用在重型车与卡车上7 ]。

3 EPS系统匹配设计及改装因为不同车型的参数相差较大 ，EPS系统要根据目标车型对系统参数做相应配置。所以，研究者首先要获得目标车型的参数。而其中最重要的就是 目标车型的地面阻力矩、车速信号 、发动机转速信号等，而这些参数可由原车提供的资料或试验获取n 。

3.1 EPS系统匹配设计本研究以某款已安装液压助力转向系统的小型车为例，将其改装为电动助力转向系统。其基本参数如表1所示。

表 1 某车型基本性能参数内容 参数整备质量发动机排量最大车速轴距电压工作范围车速信号发动机转速信号1 125 kg1.5 L150 km/h1 600 mm10.5 V-15 Vl2 v方波信号(8 Hz/r·min )12 v方波信号(1 Hz/1 r·min )设计EPS系统改装方案时，首先要估算出所需助力值。本研究先利用方向盘转矩转角测试仪，测试无助力时(即发动机不工作 ，样车的液压助力转向系统不工作时)TY向盘所需克服的地面最大阻力矩。经测试得出坝0得值为28 N·m。

另外，笔者由整车参数获得原车的液压助力转向系统参数，实车的原有液压助力曲线如图2所示。

曼6o 蠢4o 20， 15 -lO -5 I I 5 1O 1M/(Nm1图2 原车液压助力曲线原车齿条座套内径40 mm，齿条轴径28 mm，通过图2可知，最大液压值为100 bar即10 MPa时，计算得出液压缸最大活塞力为5 183.6 N，由方向机小齿轮半径6 mm可推出最大助力转矩为31.1 N·m∩见，其完全可以达到助力效果。原液压转向系统参数与计算结果如表2所示。

表2 原车液压转向系统参数计算根据以上计算所得，可选择EPS系统关键部件。

3.1.1 电动机选型本研究选择国产直流有刷 170 W电动机 ，当输入电流为30 A时，电机输出额定转矩为1.6 N·m。额定转速为 1 050 r·rain～。

31 2 减速机构计算选用蜗轮蜗杆减速机构，其减速比为 l6.5：1，由经验知效率为80%，可知电动机输出助力转矩经减速机构的减速增扭达到1.6×16.580%21 N·m。又由于地面最大阻力矩为28 N·m，当电机输出额定转矩克服地面最大阻力矩时，所需人手施加转矩为28-217 N-m，此时在驾驶员实现正常操作方向盘时所需施加的扭矩值范围内。并且，当电动机输出额定转矩时，最大转速可达到 1 050 r·min～，经减速比可实现最快转速为 1 050/16.563.6 r·min～，因此即使当驾驶员瞬间以60 r·min 的转速快速转动方向盘时，电动机也可实现很好的跟随性。

3.1.3 控制器设定根据获得的车速信号与发动机转速信号，笔者将其脉冲频率与转速的关系写入助力曲线中，并且设定助力曲线的纵坐标(电机最大输出电流)为30 A，此时为零车速时克服地面最大阻力矩所需电机输出扭矩∝制器可读取助力曲线值而实现EPS系统的实时助力功能。

3.1.4 扭矩传感器选型研究者选择仅输出扭矩信号值的传感器即可，这样既可以降低成本，又可实现助力∝制器给传感器的供电电压为5 V，扭矩传感器将采集到的人手扭矩信号转换为电压信号，输入控制器。

EPS系统当检测到人手的扭矩值在1.5 N·m之内时不助力，即控制器不给电机供电，EPS无助力 ，这时处于助力曲线的死区之内；当检测到人手的扭矩值超第3期 程寿国，等：汽车电动助力转向系统改装技术研究过1.5 N·nl，但小于7 N·il时，助力值随检测到人手的转矩增大而增大；当检测到人手的扭矩值超过7 N·In时，输出此车速下的最大助力。根据不同的车速输出的助力值而不同，在零车速时实现最大助力，这时的电流为30 A，电机输出额定转矩 1.6 N·In。EPS系统的助力最大值随车速的增大而降低，当车速大于90 km/h时不助力。EPS系统助力特性曲线如图3所示。

- 7.o -1.o o lo 7.oTI(Nm图3 EPS系统助力特性曲线EPS系统匹配参数如表3所示 ，由于笔者采用转向柱助力式EPS，且助力电机与减速器接近驾驶室，防护等级选择IP54。

表3 电动助力转向系统参数名称 数值电动机额定输出功率额定转速最大电流额定输出力矩蜗轮蜗杆减速比控制器工作电压工作温度防护等级170 Wl 050 r·min3O A1.6 N·m16.5：1DC9 V～16 V- 30 ℃～85 ℃IP543.2 EPS系统改装EPS系统的优点在于其拆装方便、更换部件便捷。

由于样车为液压助力转向系统 ，其方向机上有各种液压油路，安装EPS系统前，需将其拆除，并将方向机上的油管口封死。然后本研究将原有的转向管柱拆除，安装有EPS减速机构的转向管柱配置在实车的相应位置，利用锁紧螺栓将EPS转向管柱输出轴端与转向系统的中间轴锁紧，将EPS转向管柱输入端与方向盘锁紧，即可完成安装。

4 EPS系统试验本研究对改装后的样车开展蛇形路面试验，得到了试验过程中的助力电流与人手转矩的对应关系曲线(EPS系统测试结果如图4所示)。从获得的试验结果来看，改装后的系统可满足助力要求，并可获得好的转向平顺性。

30- 8 -6 -4 -2 o 2 4 6 8T/(Nnl1图4 EPS系统测试结果5 结束语通过对目标车型进行了测试、分析和计算等的基础上，本研究获得了针对该车型的EPS系统关键部件所需参数，并利用已确定的目标部件参数对已有液压助力转向系统的样车进行了改装 ，实现了用电动助力转向系统取代现有的液压助力转向系统，并在此基础上增加了随速助力等功能。

改装后的样车，经过蛇形试验，结果表明EPS系统可实现较好的助力效果。