裴浩男

(黑龍江省榮軍農(nóng)場(chǎng)交通科，黑龍江 黑河　161447)

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基于新型汽車(chē)電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)研究

裴浩男

(黑龍江省榮軍農(nóng)場(chǎng)交通科，黑龍江 黑河161447)

摘要：隨著環(huán)境污染的加重，人們?cè)絹?lái)越注重環(huán)保，而汽車(chē)尾氣的排放嚴(yán)重污染了大氣質(zhì)量，因此，隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，人們對(duì)傳統(tǒng)汽車(chē)進(jìn)行了改造。在近些年出現(xiàn)的汽車(chē)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中，電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)無(wú)疑是最受歡迎的。電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)有著節(jié)能、環(huán)保、使用靈活等特點(diǎn)，已經(jīng)越來(lái)越多的得到了應(yīng)用。本文針對(duì)電動(dòng)助力系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)以及優(yōu)化設(shè)計(jì)方案等內(nèi)容進(jìn)行了論述研究。

關(guān)鍵詞：新型汽車(chē)；電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向；優(yōu)化設(shè)計(jì)

1電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)

1.1系統(tǒng)設(shè)計(jì)更加注重節(jié)約能源和保護(hù)環(huán)境

(1)電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的組成部分不包含液壓助力元件，只在汽車(chē)轉(zhuǎn)向時(shí)系統(tǒng)才發(fā)揮作用，而當(dāng)汽車(chē)靜止或者直線行駛時(shí)系統(tǒng)不工作、因此不會(huì)消耗任何能量，從而大大的降低了系統(tǒng)對(duì)能源的消耗。有相關(guān)研究表明，電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的能源消耗量是液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的10%～20%，節(jié)約了大量的能源。(2)電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)在轉(zhuǎn)向時(shí)燃油消耗量會(huì)降低2.4%～2.9%，而在轉(zhuǎn)向時(shí)，然后消耗量會(huì)減少5.4～5.7%。(3)同時(shí)，即使在-30 ℃的極低溫情況下，電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)同樣可以正常工作，而傳統(tǒng)的液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)必須要在液壓油到達(dá)一定的熱量之后才能正常運(yùn)行，由于這一特性，使得電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中節(jié)省了大量的能源；(4)由于電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的運(yùn)行主要依靠電力，所以不會(huì)出現(xiàn)液態(tài)油泄漏的問(wèn)題，因此不會(huì)造成環(huán)境污染。

1.2使用更加安全

(1)一旦電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)出現(xiàn)故障，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)通過(guò)電磁離合器將電機(jī)與減速傳動(dòng)機(jī)之間的動(dòng)力連接切斷，使汽車(chē)處于機(jī)械轉(zhuǎn)向的狀態(tài)，而液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)則不具備這一動(dòng)能；(2)由于電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的助力來(lái)源于電機(jī)，與汽車(chē)的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是沒(méi)有連接、互相獨(dú)立存在的，因此，在汽車(chē)的直流電源不出現(xiàn)故障的情況下，即使汽車(chē)沒(méi)有啟動(dòng)或者在運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)了故障，電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)也能精確的提供助力。

1.3助力效果相對(duì)于液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)更佳

在汽車(chē)行駛在不同的路面時(shí)，電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)能夠通過(guò)對(duì)助力特性曲線的優(yōu)化設(shè)計(jì)來(lái)獲得精確的助力，并且助力效果十分良好。此外，電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)可以對(duì)阻尼系數(shù)進(jìn)行控制，以此來(lái)降低路況干擾對(duì)系統(tǒng)造成的不良影響，使汽車(chē)在慢速行駛時(shí)更加輕便、在快速行駛時(shí)更加穩(wěn)定，轉(zhuǎn)向性能也隨之得到提高。

1.4具有良好的轉(zhuǎn)向跟隨性和抗干擾性

由于電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的轉(zhuǎn)向力矩來(lái)自于助力電機(jī)，不存在液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中的轉(zhuǎn)向遲緩問(wèn)題，提高了轉(zhuǎn)向車(chē)輪與方向盤(pán)之間的跟隨性；同時(shí)，由于系統(tǒng)中的助力電機(jī)和助力結(jié)構(gòu)是直接連接在一起的，保證了能量全部用于車(chē)輪的轉(zhuǎn)向，增強(qiáng)了電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣力，降低了轉(zhuǎn)向前輪的擺動(dòng)和振動(dòng)幅度，從而增強(qiáng)了轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的抗干擾能力。

2如何優(yōu)化新型汽車(chē)的電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)

2.1選擇性能高的控制開(kāi)發(fā)板

對(duì)于電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，最重要的組成部分就是控制開(kāi)方板，良好的控制開(kāi)發(fā)板能夠奠定電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的助力效果基礎(chǔ)，因此，必須選擇與電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的特性和要求相吻合的高性能控制開(kāi)發(fā)板。此外，由于其存儲(chǔ)器接口的寬度為128位，并且?guī)в歇?dú)特的加速結(jié)構(gòu)，所以使得32位代碼在最大時(shí)鐘速率下正常運(yùn)行。EasyARM2131控制開(kāi)發(fā)板嚴(yán)格控制著代碼的規(guī)模，使得16位Thumb模式將代碼的規(guī)模降低幅度超過(guò)了30%，但是性能的損失卻非常低。

2.2優(yōu)化信號(hào)采集處理電路

信號(hào)采集處理器電路非常重要，它是電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的輸入模塊，并且控制系統(tǒng)的所有控制決策的前提條件為輸入信號(hào)，設(shè)計(jì)合理的信號(hào)采集處理電路關(guān)乎著電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)決策能否成功，因此，必須優(yōu)化信號(hào)采集處理電路，提高信號(hào)采集的可靠性和時(shí)效性。

2.3優(yōu)化電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路

采用脈沖寬度調(diào)制調(diào)速控制，這種調(diào)速控制設(shè)備具有以下優(yōu)點(diǎn)：(1)脈沖寬度調(diào)制調(diào)速控制的速度控制單元和慣量較小的電機(jī)相匹配時(shí)，能夠?qū)⑾到y(tǒng)的性能發(fā)揮到最大化，獲得很寬的頻帶；(2)這種調(diào)速控制裝置的晶體管開(kāi)關(guān)頻率很高，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了轉(zhuǎn)子所能跟隨的頻率，同時(shí)還避免了機(jī)械共振的影響，而開(kāi)關(guān)頻率高使電樞電流在只靠電樞電感或者附加比較小的電抗器時(shí)就可以實(shí)現(xiàn)連續(xù)，降低了電機(jī)的損耗和發(fā)熱；(3)該調(diào)速控制裝置具有四象限的運(yùn)行能力，在電機(jī)能驅(qū)動(dòng)負(fù)載的同時(shí)，還可以制動(dòng)負(fù)載，提高了系統(tǒng)的響應(yīng)速度。電動(dòng)機(jī)電樞繞組兩端的平均電壓U0=(t1US+0)/(t1+t2)=t1US/T=US。通過(guò)這個(gè)公式可以看出，在電影電壓US沒(méi)有發(fā)生變動(dòng)的情況下，電樞的端電壓U0的平均值大小由占空間比的大小來(lái)決定，因此，只要改變?chǔ)恋拇笮【涂梢愿淖兌穗妷旱钠骄笮?，從而有效地?duì)驅(qū)動(dòng)電路進(jìn)行控制。

2.4優(yōu)化電磁離合器控制電路

電磁離合器主要是用于接通和斷開(kāi)助力電機(jī)和轉(zhuǎn)向柱之間的傳動(dòng)，在電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)出現(xiàn)故障的情況下，離合器自動(dòng)斷開(kāi)，助力電機(jī)也不再能發(fā)揮作用，電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)變?yōu)闄C(jī)械轉(zhuǎn)向的狀態(tài)，而電磁離合器控制電路就是用于控制電磁離合器的閉合和斷開(kāi)的。傳統(tǒng)的電路大多通過(guò)光耦和固態(tài)繼電器來(lái)進(jìn)行功率轉(zhuǎn)換和隔離，如果使用大功率的MOS來(lái)代替固態(tài)繼電器的作用，就能夠降低成本，同時(shí)控制器能夠更好地集成。

2.5優(yōu)化故障診斷系統(tǒng)

故障診斷系統(tǒng)關(guān)系到車(chē)輛的安全性，在設(shè)計(jì)故障診斷系統(tǒng)時(shí)，不但要求其在汽車(chē)出現(xiàn)故障時(shí)立即進(jìn)行報(bào)警，同時(shí)還要能夠定位故障，便于發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)故障的位置以及原因，尤其是要能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)傳感器、電機(jī)、離合器以及蓄電池等重要位置的故障及其原因。

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收稿日期：2016-04-11

作者簡(jiǎn)介：裴浩男(1988-)，男，助理工程師。

中圖分類(lèi)號(hào)：U467

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：C

文章編號(hào)：1008-3383(2016)05-0161-02