汽车 电动助力转向 减速机构 优化设计

郑兰霞等:车辆电动助力转向系统减速机构的优化设计

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车辆电动助力转向系统减速机构的优化设计

475004　黄河水利职业技术学院　　

郑兰霞　胡修池

摘要　简单介绍了配用齿轮齿条式转向器的EPS工作原理,然后研究和设计了电动助力转向的行星齿轮减　　

速装置,并对其进行了优化。计算结果表明,经过优化后,其减速机构体积可得到较大减小;这一结果,为今后开发电动助力转向系统产品,及其尽快在车辆上应用提供了设计依据。

　　Abstract　ElectricPowerSteering(EPS)isanewelectronictechnologyforanautomobile.Firstthebasicprincipleofthe

EPSisintroduced;thenthegearboxisresearchedanddesigned;finallyitisoptimizedandthesatisresultsareobtained.TheresultsprovidethereferencefordevelopingEPSandactualto关键词:车辆　电动助力转向　减速机构　　　

　　tem,简称EPS)种新型动力转向系统。EPS由电动机提供助力,助力的大小由电控单元(ECU)实时调节与控制,这样可以较好地解决传统的液压助力转向系统协调转向力与操纵“路感”存在困难的矛盾———低速转向力小时,高速行驶时转向力往往过轻、“路感”差,甚至感觉车辆发“飘”,从而影响操纵稳定性;而按高速性能要求设计转向系统时,低速时转向力往往过大。并且,EPS与液压助力转向系统相比,其节油效果比较明显。目前,EPS已在日本、美国等汽车公司的部分汽车产品上得到了应用,并有逐步代替液压助力转向系统的趋势。

EPS可分为多种结构型式

,图1所示为其基本

。

图1　EPS的基本结构示意图

1.转向器　2.电动机和减速机构

1　减速机构的优化设计

EPS的减速机构与电动机相连,起降速增扭作

结构型式。由图1可见,EPS的基本组成主要包括扭矩传感器、车速传感器、控制单元(ECU)、电动机和减速机构等。这里,控制单元(ECU)是EPS的核心部分。它的主要功能是根据扭矩传感器和车速传感器信号,进行逻辑分析与计算后,发出指令,控制电动机和离合器的动作。此外,ECU还应有安全保护和自我诊断功能,即ECU通过采集电动机的电流、发动机工况等信号来判断其系统工作状况是否正常。一旦系统工作异常,助力将自动取消。同时,ECU还将进行故障诊断分析。由于电动助力转向系

用,常采用蜗轮蜗杆机构,也有采用行星齿轮机构。

有的EPS还配用离合器,装在减速机构一侧,是为了保证EPS仅在预先设定的行驶车速范围内起作用;当车速达到某一值时,离合器分离,电动机停止工作,转向系统变换为手动转向;另外,当电动机发生故障时,离合器也将自动分离。1.1　电动机的参数选择

电动机是EPS的直接动力源,要求其具有低转速大转矩、且波动小、转动惯量小、尺寸小、质量轻、可靠性高、易控制等性能。

当系统蓄电池功率在不同行驶速度下不变时,电动机的输出功率也不变,电机在工作转速范围内,转矩与转速成反比,即转速低时转矩大,转速高时转矩小。

根据所选的某种车型及其转向盘转矩的范围,来选择电动机的具体参数,即:电机为无刷永磁式直流电动机,额定电压为12V,额定转矩为1.76N m,

统存在非线性元件的影响(如摩擦和阻尼等),同时元件的磨损、路面条件的变化和传感器噪声等也会给系统带来不确定性,因此,控制系统与控制算法是保证EPS工作性能的关键。控制系统应有较强的抗干扰能力,能适应车辆复杂的行驶环境;控制算法应快速正确,满足实时控制的要求,并能有效地实现理想的助力规律与工作特性。考虑到控制系统的设计与控制算法的研究已在笔者别的论文中阐述了,