摘 要 本文描述了微型卡車電控動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)型式，并提出了評價裝有EPS系統(tǒng)的微型載貨車的操縱性能指標(biāo)，如轉(zhuǎn)向靈敏、路感等。在設(shè)計EPS系統(tǒng)時，進行樣車試制，并進行樣車相關(guān)參數(shù)實際采集，綜合考慮EPS系統(tǒng)各可變參數(shù)對轉(zhuǎn)向操縱性能的影響可以在獲得較好的操縱性能的同時能夠降低系統(tǒng)設(shè)計的難度。

關(guān)鍵詞 電控動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng) 轉(zhuǎn)向靈敏 路感

一、電控動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的組成

轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是整車系統(tǒng)中必不可少的最基本的組成系統(tǒng)，駕駛者通過方向盤來操縱和控制汽車的行進方向，從而實現(xiàn)自己的駕駛意圖。

電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是在機械轉(zhuǎn)向機構(gòu)的基礎(chǔ)上，增加信號傳感器，電控ECU和轉(zhuǎn)向助力機構(gòu)。信號傳感器主要包括車速傳感器、轉(zhuǎn)矩傳感器和轉(zhuǎn)向角傳感器等。通過這幾個傳感器，可以采集到相應(yīng)的信號，從而為確定助力控制命令提供相應(yīng)的信號。電控ECU包括檢測電路、微處理器、控制電路等。檢測電路將傳感器采集到的信號進行整理和放大后輸入微處理器，然后微處理器計算出最優(yōu)化的助力力矩。轉(zhuǎn)向助力機構(gòu)包括助力電動機、電磁離合器和減速傳動機械。助力電動機電流的大小由微處理器來控制，可根據(jù)不同的車速得到相應(yīng)的助力特性。通過減速機構(gòu)，將電動機的動力傳給轉(zhuǎn)向器。電磁離合器作為安全裝置來確保系統(tǒng)在發(fā)生故障時，切斷電動機和減速機構(gòu)，從而中斷動力傳遞，使系統(tǒng)從電動助力轉(zhuǎn)向狀態(tài)轉(zhuǎn)入到人力機械轉(zhuǎn)向狀態(tài)。

二、電動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的特點

電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)用電能取代液壓能，減少發(fā)動機的功率損耗。其特點是轉(zhuǎn)向助力性能與轉(zhuǎn)向速度和車型速度密切相關(guān)。速度低，轉(zhuǎn)向速度高，助力性能越強。當(dāng)汽車由低速檔轉(zhuǎn)換高速檔時，電控系統(tǒng)能夠保證提供最優(yōu)化傳動比穩(wěn)定的轉(zhuǎn)向手感，從而提高了高速行駛的穩(wěn)定性和駕駛員的安全性。

該系統(tǒng)的優(yōu)點：

（1）增強了轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的跟隨性能。

（2）改善了轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的回正特性。

（3）提高操縱的穩(wěn)定性。

（4）系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊、占用空間小，布置方便，性能優(yōu)越。

三、電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的設(shè)計要求

1、運動學(xué)上應(yīng)該保持轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)角和駕駛員轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)向盤的轉(zhuǎn)角之間保持一定的比例關(guān)系。

2、隨著轉(zhuǎn)向輪阻力的變化，作用在轉(zhuǎn)向盤上的手力必須隨著變化，叫“路感”。

3、當(dāng)作用在方向盤上的切向力F≥15N時（因汽車形式不同而異），動力轉(zhuǎn)向器就開始工作。

4、轉(zhuǎn)向后方向盤應(yīng)自動回正。

5、動力轉(zhuǎn)向失靈時，機械系統(tǒng)必須能夠操縱車輪轉(zhuǎn)向。

四、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)計算載荷的確定

為了保證行駛的安全性，電動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的各零部件應(yīng)該有足夠的強度。要進行強度計算，就必須先進行載荷計算，根據(jù)公式來計算汽車在瀝青路面上上原地轉(zhuǎn)向阻力力矩MR（N.M）。

MR=≈347200N·M

f――輪胎和路面繁榮滑動摩擦因數(shù)

G1――轉(zhuǎn)向軸負荷，N

P――輪胎氣壓 MPa

作用在方向盤上的手力Fh為

Fh=≈122.5·N

L1——轉(zhuǎn)向搖臂長L2——轉(zhuǎn)向節(jié)臂長DSW——方向盤直徑 i ——轉(zhuǎn)向器角直徑 ——轉(zhuǎn)向器正效率

五、本次設(shè)計電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的優(yōu)缺點

優(yōu)點：

（1）在轉(zhuǎn)向時電機才提供助力，可以顯著降低燃油消耗，傳統(tǒng)的液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)有發(fā)動機帶動轉(zhuǎn)向油泵，不管轉(zhuǎn)向或者不轉(zhuǎn)向都要消耗發(fā)動機部分動力，而電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)只是在轉(zhuǎn)向時才由電機提供助力，不轉(zhuǎn)向時不消耗能量。因此，電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)可以降低車輛的燃油消耗。與液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)對比試驗表明：在不轉(zhuǎn)向時，電動助力轉(zhuǎn)向可以降低燃油消耗2。5%；在轉(zhuǎn)向時，可以降低5.5%。

（2）轉(zhuǎn)向助力大小可以通過軟件調(diào)整，能夠兼顧低速時的轉(zhuǎn)向輕便性和高速時的操縱穩(wěn)定性，回正性能更好。這樣就使得車輛雖然在低速時具有良好的轉(zhuǎn)向輕便性，但是在高速行駛時轉(zhuǎn)向盤太輕，產(chǎn)生轉(zhuǎn)向“發(fā)飄”的現(xiàn)象，駕駛員缺少顯著的“路感”，降低了高速行駛時的車輛穩(wěn)定性和駕駛員的安全感。電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)提供的助力大小可以通過軟件方便的調(diào)整。在低速時，電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)可以提供較大的轉(zhuǎn)向助力，提供車輛的轉(zhuǎn)向輕便性；隨著車速的提高，電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)提供的轉(zhuǎn)向助力可以逐漸減小，轉(zhuǎn)向時駕駛員所需提供的轉(zhuǎn)向力將逐漸增大，這樣駕駛員就感受到明顯的“路感”，提高了車輛穩(wěn)定性。電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)還可以施加一定的附加回正力矩或阻尼力矩，使得低速時轉(zhuǎn)向盤能夠精確的回到中間位置，而且可以抑制高速回轉(zhuǎn)向盤的振蕩和超調(diào)，兼顧了車輛高、低速時的回正性能。

（3）結(jié)構(gòu)緊湊，質(zhì)量輕，易于維護保養(yǎng)電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)取消了液壓轉(zhuǎn)向油泵、油缸、液壓管路、油罐等部件，而且電機及減速機構(gòu)可以和轉(zhuǎn)向柱、轉(zhuǎn)向器做成一個整體，使得整個轉(zhuǎn)向系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊，質(zhì)量輕，易于維護保養(yǎng)。

缺點：

（1）直接助力式電動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)提供的輔助動力較小，難以用于大型車輛；

（2）減速機構(gòu)、電動機等部件會影響汽車的操縱穩(wěn)定性，正確匹配整車性能至關(guān)重要；

（3）使用電動機、減速機構(gòu)和轉(zhuǎn)矩傳感器等部件，增加了系統(tǒng)的成本。

六、結(jié)語

本文以金杯輕型載貨車為例，簡要介紹電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)設(shè)計。其方法簡便，實施可靠性高?？梢酝茝V到其他車型上進行應(yīng)用。

參考文獻：

[1]汽車工程手冊（設(shè)計篇）[M].

（作者單位：沈陽金杯車輛制造有限公司）