◆文/北京 楊樹嶺 廣東 汪貴行 汪學(xué)慧

電動汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

◆文/北京 楊樹嶺 廣東 汪貴行 汪學(xué)慧

電動汽車的驅(qū)動能源主要是動力電池，或主要不依靠發(fā)動機(jī)進(jìn)行驅(qū)動，其轉(zhuǎn)向裝置不能采取傳統(tǒng)的由發(fā)動機(jī)驅(qū)動的液壓助力方式，而需要利用電機(jī)來輔助轉(zhuǎn)向，這就是要采取電動助力轉(zhuǎn)向。它是在機(jī)械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，將電力電子技術(shù)對高性能電機(jī)的控制，來輔助駕駛員進(jìn)行轉(zhuǎn)向操作的系統(tǒng)。當(dāng)前電動轉(zhuǎn)向技術(shù)發(fā)展很快，已出現(xiàn)了“主動轉(zhuǎn)向”和“線傳轉(zhuǎn)向”等技術(shù)，如當(dāng)前使用較多的“自動泊車輔助”系統(tǒng)就是主動轉(zhuǎn)向的應(yīng)用，它不需等待駕駛員操縱方向盤發(fā)出信號，轉(zhuǎn)向ECU會根據(jù)停車的需要主動地發(fā)出指令控制車輛的轉(zhuǎn)向，實(shí)現(xiàn)自動尋位停車；而“線傳轉(zhuǎn)向”現(xiàn)已逐步實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)，如日產(chǎn)車系的英菲尼迪Q50車上，駕駛員操縱方向盤的轉(zhuǎn)向動作不直接傳遞給轉(zhuǎn)向機(jī)，而僅僅作為信號發(fā)送到轉(zhuǎn)向ECU，實(shí)現(xiàn)車輛的轉(zhuǎn)向運(yùn)作，這在無人駕駛車輛和自動穩(wěn)定行駛軌跡方面得到了應(yīng)用。但從目前實(shí)際運(yùn)行的電動汽車來看，轉(zhuǎn)向裝置仍由駕駛員操縱方向盤，而采用電機(jī)的輔助轉(zhuǎn)向形式。

電動助力轉(zhuǎn)向EPS系統(tǒng)是在傳統(tǒng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)基礎(chǔ)上，采用電機(jī)驅(qū)動取代液壓驅(qū)動的機(jī)構(gòu)，能在各工況下提供實(shí)時(shí)的轉(zhuǎn)向助力，使駕駛員操縱方向盤更輕便省力。電動轉(zhuǎn)向只在車輛轉(zhuǎn)向時(shí)才消耗電能，比起傳統(tǒng)機(jī)械式液壓助力轉(zhuǎn)向，能顯著地節(jié)省油耗，經(jīng)濟(jì)性較好，同時(shí)結(jié)構(gòu)相對簡單，取消了液壓系統(tǒng)的高壓油泵和液壓控制閥，減少了維修工作量。電控轉(zhuǎn)向的助力十分準(zhǔn)確，操縱穩(wěn)定性、響應(yīng)性和主動安全性更高，適用于車輛的高低速行駛的轉(zhuǎn)向助力，同時(shí)還較大的減少維修工作量。

電動助力轉(zhuǎn)向由于有一系列的優(yōu)點(diǎn)，所以電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)不僅在電動汽車上得到普遍使用，而且在燃油汽車上也越來越多的采用電動助力轉(zhuǎn)向裝置。

一、電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的幾種形式

電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)有多種形式，主要分齒條驅(qū)動式和轉(zhuǎn)向柱驅(qū)動式兩大類。本文重點(diǎn)介紹齒條電動轉(zhuǎn)向驅(qū)動式助力系統(tǒng)。

1.齒條驅(qū)動式

齒條驅(qū)動式電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，可分為單軸齒條電機(jī)助力式和平行軸助力式，平行軸助力式的在本文的后部有所介紹；齒條助力式還可按齒輪數(shù)量分為單齒式和雙齒式，如奧迪A3與大眾速騰等轎車上，就是裝用雙齒式電動助力系統(tǒng)。所謂“雙齒式”電動助力系統(tǒng)是指有兩個齒輪同時(shí)作用在齒條軸上，一個是由駕駛員操縱方向盤直接帶動的轉(zhuǎn)向小齒輪，另一個則是由助力電動機(jī)驅(qū)動的齒輪，驅(qū)動電機(jī)在轉(zhuǎn)向電腦的控制下工作，這種結(jié)構(gòu)尤其是對轉(zhuǎn)向的“自動回正”有極好的功效。

2.轉(zhuǎn)向柱驅(qū)動式

轉(zhuǎn)向柱驅(qū)動式電動助力轉(zhuǎn)向裝置，應(yīng)用范圍較廣，在經(jīng)濟(jì)型電動汽車和燃油汽車上，也在高檔豪華車輛上均有使用。

(1)轉(zhuǎn)向柱電動助力驅(qū)動式系統(tǒng)

轉(zhuǎn)向柱電動助力驅(qū)動式系統(tǒng)，在經(jīng)濟(jì)型電動汽車和普通轎車上使用較多。為節(jié)約成本，電動驅(qū)動多采用轉(zhuǎn)向柱電動助力式，直接在方向盤下方的轉(zhuǎn)向柱上，加裝一個電機(jī)給方向盤助力，這就是轉(zhuǎn)向柱電動助力驅(qū)動系統(tǒng)。在轉(zhuǎn)向柱上安裝電機(jī)和減速裝置，產(chǎn)生較大的轉(zhuǎn)矩輔助駕駛員轉(zhuǎn)向操作，此系統(tǒng)具有良好的燃油經(jīng)濟(jì)性，只在車輛轉(zhuǎn)向時(shí)電機(jī)才提供助力。圖1是這種結(jié)構(gòu)的解剖圖，驅(qū)動電機(jī)一般為有炭刷的直流電機(jī)，定子為稀士強(qiáng)永磁材料。為提升電機(jī)的轉(zhuǎn)矩和減少體積，驅(qū)動電機(jī)的工作電壓比蓄電池的電壓高得多，多為20～36V以上，為此必須裝置有專用的DC-DC轉(zhuǎn)換器。轉(zhuǎn)換器內(nèi)部電路較復(fù)雜，先將DC直流電轉(zhuǎn)變?yōu)锳C交流電，經(jīng)變壓器升壓后，再整流為直流電供給電機(jī)使用。