电动助力转向简介@汽车底盘精品资源池

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1、读万卷书 行万里路 1 电动助力电动助力简介简介 何谓何谓 EPSEPS 电动转向系统电动转向系统 EPSEPS 就是英文 Electric Power SteeringElectric Power Steering SystemSystem 的缩写,即电动助力转向系统。电动 助力转向系统是汽车转向系统的发展方向。 该系统由电动助力机直接提供转向助力， 省去了 液压动力转向系统所必需的动力转向油泵、 软管、 液压油、 传送带和装于发动机上的皮带轮， 既节省能量，又保护了环境。另外，还具有调整简单、装配灵活以及在多种状况下都能提供 转向助力的特点。正是有了这些优点，电动助力转向系统作为一种新的转

2、向技术，将挑战大 家都非常熟知的、已具有 50 多年历史的液压转向系统。 驾驶员在操纵方向盘进行转向时，转矩传感器检测到转向盘的转向以及转矩的大小， 将电压信号输送到电子控制单元， 电子控制单元根据转矩传感器检测到的转距电压信号、 转 动方向和车速信号等， 向电动机控制器发出指令， 使电动机输出相应大小和方向的转向助力 转矩，从而产生辅助动力。汽车不转向时，电子控制单元不向电动机控制器发出指令，电动 机不工作。 技术优势技术优势 1 1、节能环保、节能环保 由于发动机运转时，液压泵始终处于工作状态，液压转向系统使整个发 动机燃油消耗量增加了 35，而 EPS 以蓄电池为能源，以电机为动力元件，

3、可独立于 发动机工作，EPS 几乎不直接消耗发动机燃油。EPS 不存在液压动力转向系统的燃油泄漏问 题，EPS 通过电子控制，对环境几乎没有污染，更降低了油耗。 2 2、安装方便、安装方便 EPS 的主要部件可以配集成在一起，易于布置，与液压动力转向系统相 比减少了许多元件，没有液压系统所需要的油泵、油管、压力流量控制阀、储油罐等，元件 数目少，装配方便，节约时间。 3 3、效率高、效率高 液压动力转向系统效率一般在 60%70%，而 EPS 的效率较高，可高达 90 以上。 4 4、路感好、路感好 传统纯液压动力转向系大多采用固定放大倍数，工作驱动力大，但却不能 实现汽车在各种车速下驾驶时的

4、轻便性和路感。 而 EPS 系统的滞后特性可以通过 EPS 控制器 的软件加以补偿，使汽车在各种速度下都能得到满意的转向助力。 5 5、回正性好、回正性好 EPS 系统结构简单，不仅操作简便，还可以通过调整 EPS 控制器的软件， 得到最佳的回正性，从而改善汽车操纵的稳定性和舒适性。 主要结构主要结构 产品由转向传感装置、车速传感器、助力机械装置、提供转向助力电机及微电脑控制单 元组成。 读万卷书 行万里路 2 工作原理 微电脑控制单元根据转向传感装置和车速传感器传出的信号，确定转向助力的大小和 方向，并驱动电机辅助转向操作。 助力转向系统助力转向系统 随着汽车技术的发展，传统的机械式转向系统

5、已经被具有助力功能的动力转系统所取 代。目前，助力转向系统主要有三种形式：液压助力转向系统液压助力转向系统(HPS)(HPS)、电控液压助力转向系、电控液压助力转向系 统统(EHPS)(EHPS)和电动助力转向系统和电动助力转向系统(EPS)(EPS)。 助力转向系统发展进程助力转向系统发展进程的几个典型阶段： 液压助力转向阶段液压助力转向阶段： HPS 是在传统机械式转向器的基础上，通过增加控制阀、动力缸、油泵、储油罐和进回 油管路等液压动力装置来提供转向助力。 HPS 具有如下优点： (1)提高转向轻便性，减小驾驶员驾驶疲劳强度； (2)液压系统的阻尼作用可以衰减道路不平度对方向盘的冲击；

6、 (3)如果在汽车高速行驶时发生爆胎，将导致汽车方向盘难以把握，应用 HPS 可以使驾 驶员较容易地把握方向盘，提高行驶的安全性； (4)液压执行机构可以提供较大的助力，允许转向车轮承受更大的负荷，不会引起转向 沉重的问题； (5)技术成熟，结构紧凑，工作安全可靠，价格比较便宜。 同时 HPS 也有很多不足： (1)选定参数、设计完成之后，助力特性就确定了，不能再进行调节与控制，因此很难 协调汽车转向轻便性和路感之间的矛盾； (2)无论汽车是否转向，只要发动机工作，油泵就一直运转，浪费燃料，使整车的燃油 经济性变差； (3)存在渗油问题，泄漏的液压油会对环境造成污染； (4)对工作温度有一定的

7、要求，低温工作性能较差。 读万卷书 行万里路 3 电控液压助力转向阶段：电控液压助力转向阶段： 电控液压助力转向系统的原理： 采用车速传感器把车速信号传递给控制器，控制电液转换装置改变动力转向的助力特 性， 使驾驶员的手力可以根据车速和汽车行驶工况的变化而变化， 由此便可以做到在低速行 驶和急转弯时助力显著增加， 能以很小的手力操纵转向； 而高速和小角度转弯时能以稍重的 手力操纵转向， 获得较强的路感以提高汽车的操纵性能， 这样使汽车的操纵性和稳定性达到 最佳的平衡状态。 电控液压助力转向的优点： (1)该系统是在原有的液压助力转向系统的基础上发展而来的，原有的系统都可利用， 不需更改布置方案

8、。 (2)低速急转弯时的转向效果不变，高速时可自动根据车速逐步减小助力，增强路感， 提高车辆的操纵稳定性。 (3)采用电动机驱动油泵，节约能源。 (4)有失效保护系统，电子元件一旦失灵则还可以利用原液压系统安全工作，保证了系 统的可靠性。 电控液压助力转向的缺点： 即使如此，液压装置的存在使得该系统仍有难以克服的缺点，如存在压力油的渗漏； 零件增加后管路设计复杂，不便于安装维修及检测；同时在原有系统上增加了电子系统，增 加了成本。 电动助力转向系统：电动助力转向系统： 其工作原理是： 扭矩传感器感知出驾驶员施加到转向盘上的转向力矩后送控制单元，控制单元根据力 矩大小结合车速等信号确定应当提供的

9、助力大小和方向， 再通过电机驱动部件驱动电机提供 辅助转向力。 有以下几个优点： 1、液压动力转向系统为机械和液压连接，效率低，而电动助力转向系统为机械与电机 连接，效率较高； 2、方向盘的转向特性、转向手感和汽车的稳定特性，可以通过软件来进行调节和优化， 所以其功能显然优于传统液压助力系统； 3、在低速时，助力系统提供较大的助力助力大小随车速的增加而逐渐减小，而传统 的液压系统在高速时往往会趋于产生过度的助力； 4、能耗少，电动助力转向系统仅在需要转向时才启动电机产生助力，使汽车油耗得到 读万卷书 行万里路 4 降低； 5、装配性好，一体式模块系统，便于总装装配，降低装配成本。EPS 的零部

10、件数日 少，电动机，传感器和电子控制单元(ECU)均町以组合在一起，因此整体外形尺寸减小了； 6、 “路感”好，由丁 EPS 内部采用性连接，系统的滞后特性可通过软件来控制而 且可以根据驾驶蛐的操作习惯进行调节； 7、对环境污染小。液压动力转向系统的液压回路中有液压软管和接头，往往存在油液 泄漏问题，而且液压软管是不可回收的，对环境有一定的污染，而电动助力转向系统对环境 几乎没有污染； 8、可独立于发动机工作。即使发动机熄火，电动助力转向系统还能照常工作，冈此很 适用于将来的电动汽车或电汽混合动力型车。 电动机安装位置的不同，EPS 系统可以分为四种基本类型，转向柱助力式、单齿轮助力 式、双齿

11、轮助力式和齿轮齿条助力式。 EPSEPS 可靠性测试系统研究可靠性测试系统研究 试验台的工作原理试验台的工作原理 试验系统主要由工控机、运动控制部分、数据采集部分、速度信号发生部分组成,其结 构原理 EPS 可靠性测试系统结构原理图 IPCIPC 是整个测试系统的主控系统,它负责试验过程中试验条件的控制,向速度信号发生 器、步进电机和磁粉制动器发送控制信号,使 EPS 工作在规定的试验工况下。同时 IPC 对试 验数据进行采集,将采集到的试验数据进行分析处理后在计算机屏幕上以数字和曲线的形式 实时显示出来。在试验中, EPS 要工作在不同的工况条件下, EPS 在试验台架上的工况包括 输入端的

12、模拟转向操作、输出端的转向负载变化、汽车的发动机转速以及行驶速度。 EPSEPS 输入端输入端的转向操作采用步进电机步进电机来模拟,步进电机的转速和转角均可由计算机通过 读万卷书 行万里路 5 运动控制卡来控制。 EPSEPS 的输出端的输出端载荷采用磁粉制动器磁粉制动器产生的制动力来模拟,计算机通过向磁粉制动器的控 制器发送模拟量控制信号即可以实现制动器的制动力矩大小控制。车速车速和发动机转速发动机转速也是 EPS工作的一个重要参数, EPS在不同的车速下有不同的助力特性,在该试验台中采用了脉冲 信号发生卡来产生与汽车速度相对应的车速和发动机信号。 在试验中要对试验状态进行实时 监控,因此数

13、据采集也是该试验台的一个重要部分,在 EPS 可靠性试验中主要采集的试验参 数是输入端的力矩,使用动态扭矩传感器来采集试验过程中的扭矩值,将采集到的扭矩值送 入到计算机的数据采集卡,计算机通过分析采集到的扭矩值来实时调整试验状态,实现可靠 性试验状况的自动监控。 EPS 可靠性测试系统外形结构 测试系统软件开发测试系统软件开发 该测试系统的软件采用 Visual Basic 语言开发,软件使用了模块化结构。整套 EPS 可 靠性测控软件包括数据采集显示模块、电机运动控制模块、磁粉制动力矩加载模块、信号模 拟模块。可靠性测试系统的软件界面如图所示。 测控软件界面 数据采集显示模块数据采集显示模块

14、 在试验过程中要采集 EPS 输入端的扭矩信号值来判断试验状态,从而及时调整步进电机 读万卷书 行万里路 6 的转动状态和磁粉制动器的制动力矩。在试验中扭矩传感器输出的是模拟量信号,其范围是 5 V。计算机通过数据采集显示模块读取该信号,通过换算得出 EPS 输入端的扭矩值。在得 到扭矩值后,数据采集显示模块将采集到的数据在计算机上以数据和曲线的形式显示出来。 电机运动控制模块电机运动控制模块 在该测试系统中, EPS 的输入端依靠步进电机来驱动。计算机通过控制安装在 PCI 插槽 中的运动控制卡来控制步进电机的运动。当需要改变电机的运动状态时,计算机通过调用该 控制模块即可及时调整 EPS

15、输入端的步进电机的运动状态。 磁粉制动力矩加载模块磁粉制动力矩加载模块 在试验过程中, EPS 转动到不同的位置时磁粉制动器所需产生的阻力矩是不同的。 因此, 在试验中要实时调整磁粉制动器的制动力矩以便更加准确地模拟 EPS 输出端的转向阻力。 在 该软件中设计了专门的控制程序模块,当需要改变制动力矩时,通过调用该模块,修改模块里 面的力矩参数即可改变制动力矩的大小。 信号模拟模块信号模拟模块 EPS 的正常工作需要汽车的点火信号、车速信号,有些 EPS 还需要使用到汽车的发动机 信号。在该测试系统中,这些信号都是通过计算机控制相关的板卡来模拟的。点火信号为数点火信号为数 字量信号字量信号,车

16、速和发动机信号为脉冲信号车速和发动机信号为脉冲信号。计算机通过该模块修改相关参数即可调整脉冲信 号的频率,从而模拟不同的速度信号。 测控软件的工作方式测控软件的工作方式 当测试系统的软件进入试验状态后,软件先读取人机交互接口上试验人员输入的试验 参数,试验将依据这些参数进行。软件初始化计算机中的各种板卡,在初始化板卡成功后,计 算机开始采集试验数据,控制模块向 EPS 发送点火信号、 车速和发动转速信号;然后测控软件 将按照试验设定的参数控制步进电机和磁粉制动器的工作,同时数据采集模块不间断地采集 试验数据,监控试验进程和状态,直至完成设定的试验循环次数后测试才结束。 如图所示为测 控软件的工作流程。 读万卷书 行万里路 7 EPSEPS 系统助力特性系统助力特性与控制策略与控制策略 助力特性与控制策略助力特性与控制策略是电动助力转向