每周一貼發動機知識——電動轉向系統

無線風箏

　　電動轉向系統(EPS，Electric Power Steering)是未來轉向系統的發展方向。該系統由電動機直接提供轉向助力，省去了液壓動力轉向系統所必需的動力轉向油泵、軟管、液壓油、傳送帶和裝于發動機上的皮帶輪，既節省能量，又保護了環境。另外，還具有調整簡單、裝置靈活以及無論在何種工況下都能提供轉向助力的特點。正是有了這些優點，電動轉向系統作為一種新的轉向技術，將挑戰大家都非常熟知的、已具有50多年歷史的液壓轉向系統。
　　電動轉向系統
　　電動轉向系統是于20世紀80年代中期提出來的。該技術發展最快、應用較成熟的當屬TRW轉向系統和Delphi Saginaw(薩吉諾)轉向系統，而Delphi Sagiaw(薩吉諾)轉向系統又代表著轉向系統發展的前沿。她是第一個于20世紀50年代把液壓助力轉向系統推向市場的，從此以后，Delphi轉向發展了技術更加成熟的液壓助力系統，使大部分的商用汽車和約50％的轎車裝備有該系統。現在，Delphi轉向系統又領導了汽車轉向系統的一次新革命——電動轉向系統。電動轉向系統符合現代汽車機電一體化的設計思想，該系統由轉向傳感裝置、車速傳感器、助力機械裝置、提供轉向助力電機及微電腦控制單元組成。
　　該系統工作時，轉向傳感器檢測到轉向軸上轉動力矩和轉向盤位置兩個信號，與車速傳感器測得的車速信號一起不斷地輸入微電腦控制單元，該控制單元通過數據分析以決定轉向方向和所需的最佳助力值，然后發出相應的指令給控制器，從而驅動電機，通過助力裝置實現汽車的轉向。通過精確的控制算法，可任意改變電機的轉矩大小，使傳動機構獲得所需的任意助力值。
　　2 電動轉向系統的特點
　　液壓助力轉向系統已發展了半個多世紀，其技術已相當成熟。但隨著汽車微電子技術的發展，對汽車節能性和環保性要求不斷提高，該系統存在的耗能、對環境可能造成的污染等固有不足已越來越明顯，不能完全滿足時代發展的要求。
　　電動轉向系統將最新的電力電子技術和高性能的電機控制技術應用于汽車轉向系統，能顯著改善汽車動態性能和靜態性能、提高行駛中駕駛員的舒適性和安全性、減少環境的污染等。因此，該系統一經提出，就受到許多大汽車公司的重視，并進行開發和研究，未來的轉向系統中電動轉向將成為轉向系統主流，與其它轉向系統相比，該系統突出的優勢體現在：
　　a)降低了燃油消耗。液壓動力轉向系統需要發動機帶動液壓油泵，使液壓油不停地流動，浪費了部分能量。相反電動轉向系統(EPS)僅在需要轉向操作時才需要電機提供的能量，該能量可以來自蓄電池，也可來自發動機。而且，能量的消耗與轉向盤的轉向及當前的車速有關。當轉向盤不轉向時，電機不工作需要轉向時，電機在控制模塊的作用下開始工作，輸出相應大小及方向的轉矩以產生助動轉向力矩，而且，該系統在汽車原地轉向時輸出最大轉向力矩，隨著汽車速度的改變，輸出的力矩也跟隨改變。該系統真正實現了“按需供能”，是真正的“按需供能型”(on-demand)系統。汽車在較冷的冬季起動時，傳統的液壓系統反應緩慢，直至液壓油預熱后才能正常工作。由于電動轉向系統設計時不依賴于發動機而且沒有液壓油管，對冷天氣不敏感，系統即使在-40℃時也能工作，所以提供了快速的冷起動。由于該系統沒有起動時的預熱，節省了能量。不使用液壓油泵，避免了發動機的寄生能量損失，提高了燃油經濟性，裝有電動轉向系統的車輛和裝有液壓助力轉向系統的車輛對比實驗表明，在不轉向情況下，裝有電動轉向系統的車輛燃油消耗降低2.5％在使用轉向情況下，燃油消耗降低了5．5％。
　　B)增強了轉向跟隨性。在電動轉向系統中，電動機與助力機構直接相連可以使其能量直接用于車輪的轉向。該系統利用慣性減振器的作用，使車輪的反轉和轉向前輪擺振大大減小。因此轉向系統的抗擾動能力大大增強和液壓力助力轉向系統相比，旋轉力矩產生于電機，沒有液壓助力系統的轉向遲滯效應，增強了轉向車輪對轉向盤的跟隨性能。
　　C)改善了轉向回正特性。直到今天，動力轉向系統性能的發展已經到了極限，電動轉向系統的回正特性改變了這一切。當駕駛員使轉向盤轉動一角度然后松開時，該系統能夠自動調整使車輪回到正中。該系統還可讓工程師們利用軟件在最大限度內調整設計參數以獲得最佳的回正特性。從最低車速到最高車速，可得到一簇回正特性曲線。通過靈活的軟件編程，容易得到電機在不同車速及不同車況下的轉矩特性，這種轉矩特性使得該系統能顯著地提高轉向能力，提供了與車輛動態性能相匹配的轉向回正特性。而在傳統的液壓控制系統中，要改善這種特性必須改造底盤的機械結構，實現起來有一定困難。
　　D)提高了操縱穩定性。通過對汽車在高速行駛時過度轉向的方法測試汽車的穩定特性。采用該方法，給正在高速行駛(100 km／h)的汽車一個過度的轉角迫使它側傾，在短時間的自回正過程中，由于采用了微電腦控制，使得汽車具有更高穩定性，駕駛員有更舒適的感覺。
　　E)提供可變的轉向助力。電動轉向系統的轉向力來自于電機。通過軟件編程和硬件控制，可得到覆蓋整個車速的可變轉向力。可變轉向力的大小取決于轉向力矩和車速。
　　無論是停車，低速或高速行駛時，它都能提供可靠的，可控性好的感覺，而且更易于停車場操作。
　　對于傳統的液壓系統，可變轉向力矩獲得非常困難而且費用很高，要想獲得可變轉向力矩，必須增加額外的控制器和其它硬件。但在電動轉向系統中，可變轉向力矩通常寫入控制模塊中，通過對軟件的重新編寫就可獲得，并且所需費用很小。
　　F)采用“綠色能源”，適應現代汽車的要求。電動轉向系統應用“最干凈”的電力作為能源，完全取締了液壓裝置，不存在液壓助力轉向系統中液態油的泄露問題，可以說該系統順應了“綠色化”的時代趨勢。該系統由于它沒有液壓油，沒有軟管、油泵和密封件，可對構成材料進行再加工，避免了污染。而液壓轉向系統油管使用的聚合物不能回收，易對環境造成污染。
　　G)系統結構簡單，占用空間小，布置方便，性能優越。由于該系統具有良好的模塊化設計，所以不需要對不同的系統重新進行設計、試驗、加工等，不但節省了費用，也為設計不同的系統提供了極大的靈活性，而且更易于生產線裝配。
　　由于沒有油泵、油管和發動機上的皮帶輪，使得工程師們設計該系統時有更大的余地，而且該系統的控制模塊可以和齒輪齒條設計在一起或單獨設計，發動機部件的空間利用率極高。該系統省去了裝于發動機上皮帶輪和油泵，留出的空間可以用于安裝其它部件。
　　許多消費者在買車時非常關心車輛的維護與保養問題。裝有電動轉向系統的汽車沒有油泵，沒有軟管連接，可以減少許多憂慮。實際上，傳統的液壓轉向系統中，液壓油泵和軟管的事故率占整個系統故障的53％，如軟管漏油和油泵漏油等。
　　H)生產線裝配性好。電動轉向系統沒有液壓系統所需要的油泵、油管、流量控制閥、儲油罐等部件，零件數目大大減少，減少了裝配的工作量，節省了裝配時間，提高了裝配效率。
　　3 結束語
　　電動轉向系統自20世紀80年代中期初提出以來，作為今后汽車轉向系統的發展方向，必將取代現有的機械轉向系統、液壓助力轉向系統和電控制液壓助力轉向系統。
　　電動轉向系統的研究領域涉及傳感器，微電子控制、非線性控制理論、人工智能理論、電動傳動控制技術及機械設計等，真正體現出未來汽車的機電一體化設計思想。在技術應用方面，目前，控制器核心——微處理器已采用數字信號處理器(DSP)，DSP不但有較強的運算能力，而且還集成了專用電機驅動電路，應用于電機的控制，另外Motora的DSP還增加了專門為汽車用的CAN總線，使得該系統作為未來汽車的標準配置而溶于整個汽車的控制網絡中，在控制策略上，目前大多用傳統的經典控制方法。
　　目前，國外電動轉向的研究已經體現出實際的應用價值，在部分中檔轎車和高級轎車上已經得到應用，在中型車輛和重型車輛的應用處于研究階段。我國的電動轉向研究還是空白，無法與國外相比。從我國現有條件出發，對該系統進行深入、細致的研究，對于拓展電氣傳動技術的應用、加快國產汽車的電子化發展以及提供未來智能汽車自動駕駛技術支持，都將會有深遠的意義。

漂流瓶

EPS作為轉向助力很不錯！值得期望和支持，就是不知道力量會比油缸小多少？

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昨天我在電視上也看到了, 阿爾發的一款四座車也用到了電動轉向,很不錯.