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电动助力转向体系(EPS)技能近况与开展

笔墨:[大][中][小] 手机页面二维码 2019/6/6     欣赏次数:    

1 近况

随着汽车技能的开展,人们渐渐寻求宁静、笨重、安宁的驾驶情况,汽车转向体系由平凡转向体系向动力转向体系开展。动力转向安装分气动/液动助力转向和电动助力转向,此中电动助力转向安装(EPS)笨重、复杂、节能、干净等好处,倍受人们喜爱。渐渐有代替别的助力方法的趋向。

EPS体系是在机器转向体系的底子上,依托电念头提供帮助扭矩的动力转向体系。由于它有利于环保,安置利便,进步自动宁静性,而且助力特征可以依据转向速率、车速等参数设计为可变助力特征,以是一经呈现就遭到高度器重。在外洋,EPS已局部代替传统液压动力转向,成为天下汽车技能开展的研讨热门。由于现在汽车蓄电池输入功率的限定,使EPS助力电念头提供的扭矩有限,以是EPS使用在小型车和家庭轿车上。但是如今它已普遍使用于较大型车辆上。这种扩展要归功于社会对节能型转向体系的需求,并且由于控制技能的前进使电动助力转向器功能到达乃至凌驾液力转向器的功能[1,2]。

EPS使用到较大型车辆上的技能要害点是能提供大的帮助轴向力,由于中型或大型车辆必要的轴向力可达10000N,乃至更高。但是,在现在大少数汽车配装12V电压体系的状况下,由于电动转向器的电机电流的限定,电机输入扭矩的增长遭到了很大限定。

欧洲汽车制造商在研讨配有42V电压体系的中型车辆上使用EPS方面走在了前头,而在拓展EPS的使用方面,日本的KOYO、NSK、HONDA及美国的DELPHI、TRW等公司曾经开辟了多品种型的EPS。

EPS是一种新型的动力转向器,它没有因电液或液力动力转向器的体积大、部件多、管路漏油等形成的耗能、净化情况的缺陷。因而,从1988年第1个EPS样品降生至今的10多年里,疾速完成了从实行室走向商品化的历程。分外是近几年,随着汽车数目的大幅增长,动力和环保题目日益突出,节能、环保的EPS遭到了汽车厂家的接待。

2 助力转向体系的分类

助力转向体系依照提供动力的情势大抵可以分为3类:液压助力转向体系(Hydraulic Powered Steering,HPS),电动液压转向体系(Electrically Hydraulic Powered Steering,EHPS),电动助力转向体系(Electric Power Steering,EPS)。未来的趋向是电线转向(SBW-Steering By Wire),即接纳线控技能,在偏向盘和转向轮之问没无机械毗连。

传统的液压助力转向体系的油泵与发起机间接团结,在汽车直线行驶油泵也不停处在事情形态,能量消耗很大。

电动液压助力体系由一个专门的电念头驱动油泵来创建液压油压力,以液压油作为通报动力的前言,油泵与发起机离开,用电念头驱动油泵,由ECU控制电念头的起动和中止,一样平常仅在必要助力转向的时分启动电念头,如许增加了机器丧失,也增加了发起机燃油油耗,电液助力转向体系的能耗是传统液压转向体系能耗的85%,相称于整车3%~4%的油耗。

电动助力转向体系不必要油泵,转向助力由电念头间接驱动,助力的巨细和偏向由ECU控制,只在必要助力的时分起动电念头助力,安置起来愈加利便。由于没有液压体系,本钱低、更环保和节能。

EPS体系的布局和部署情势多种多样,EPS体系的电机多为直流电机,端电压为12V、24V大概42V。依据汽车前轴负荷的差别,助力电机的安置地位也差别。以后轴负荷较小时,电机及加速安装与转向轴相连(转向轴驱动);以后轴负荷中等时,电机及转向器与转向小齿轮相连(转向齿轮驱动);以后轴负荷较大时,电机及加速器则与转向器齿条轴相连(转向齿条驱动)。

3 电动助力转向的要害技能

EPS体系的研讨开辟触及电念头的驱动技能、非打仗式传感器技能、转向控制技能(包罗助力控制、回正控制、阻尼形式和惯性控制)以及EPS体系与整车功能等多方面的困难[3,4]。

1)电念头驱动技能:EPS体系中电秘密求端电压低,而功率绝对较高,以是电念头电流较大,这给驱动单位的电子器件选择和电路设计带来肯定的难,这是EPS体系开辟的要害技能之一。

2)非打仗传感器技能:EPS体系中的偏向盘转矩传感器要求布局复杂,代价廉价,精度适中。现在外洋EPS体系中的转矩传感器多为非打仗式(电磁感到式、光电式等),而打仗式转矩传感器(滑动电阻式)使用较少。国际非打仗式传感器代价较高,不合适用于EPS体系中,必需开辟出一种切合以上要求的转矩传感器。

3)转向控制技能:EPS体系在原有的机器式转向体系中增长了电机和加速器,使转向利用机构的惯性增大,为此必需引入惯性控制和阻尼控制。制止在电机开端助力和完毕助力时对转向利用发生影响。同时,为了更好的路感,必需依据汽车的行驶速率和转向形态确定公道的助力的巨细和偏向。现在外洋在助力控制、回正控制等方面都提出了许多先辈的控制战略,并获得了比力好的控制结果。

4)EPS体系与整车功能相婚配:汽车是由各子体系构成的既互相联系又互相制约的无机全体,当汽车某个子体系改动时,整车功能也发生了响应的变革,因而,必需对EPS体系与别的子体系举行婚配,使整车功能到达优。现在汽车下流行的现场总线是控制器局域网总线CAN,而SAEJ1939协议是在CAN协议底子上重新界说的协议,本文研制的EPS体系将支持SAEJ1939协议。

4 电动助力转向的开展远景

现在.EPS已普遍配备于轿车上并体现出分明的良好性。EPS体系会依据扭矩、车速、转向角度、转向速率、横向减速度等多种信号举行综合控制以获得更优控制功能。同时,EPS技能将有助于汽车朝着电子四轮转向的偏向开展。别的,还将与电子悬架联合,将到达多方面综合、和谐、一致控制的目标。随着EPS消费本钱的低落,功能代价比的进一步进步,EPS的市场将持续拓宽。

随着电子技能和传感器技能的疾速开展,电子控制器和传感器的代价越来越廉价,体系功效也越来越强,这使电动助力转向体系在功能和代价比上比液压助力转向体系更有上风。

别的控制算法和软件的开辟也越来越美满。由软件来完成在种种庞大的工况下的电动助力功效已比力成熟,使人们在妨碍诊断和妨碍宁静处置也具有较高水平的决心,电动助力转向体系比电动液压助力转向体系更具竞争力。

电动助力转向的特点在于:1)偏向盘的转向特征、转向手感、转向敏捷度和汽车的波动性可以经过软件来举行调治和优化。EHPS液压助力的增减有肯定的滞后性,反响敏理性较差,随动性不敷。2)EPS比EHPS的体系分量要轻,布局紧凑。增加了安置空间,固然都是配件厂曾经组装好了组件,可以间接安置到车上,在拆卸线上,安置HPS体系约需36min,而安置EPS体系仅需5-6min。3)EPS和EHPS都是只要在必要时提供助力,不必要斲丧发起机的功率,以是节流能耗,但由于都是由蓄电池提供能量,因而对蓄电池的要求高了。4)EPS和EHPS是电线转向体系的后期产品,为当前的一体式汽车控制体系ECS提供利便。驾驶员可以选择偏向盘手感。好比跑车照旧家庭轿车。5)EPS和EHPS的动力与发起机有关,因而合适未来的电动汽车或混淆电动汽车,也合适于小型车,由于这种车只必要较小的动力来使前轮转向。6)EPS绝对于EPHS没有液压油,易于保修,且绿色环保。7)EPS的使用范畴广,实用于种种汽车,现在次要用于轿车和轻型载货汽车,而关于环保型纯电动汽车,由于没有发起机,因而EPS体系为其佳选择。

正是由于EPS体系有上述好处,天下各汽车消费大国已投入少量的人力、物力从事该体系的研讨开辟事情。现在只要日本、美国、德国、英国等几个国度的闻名汽车公司开辟出本人的EPS产品,并在局部车型上安置利用,EPS体系开辟乐成是转向安装的厘革,为进一步完成电线转向奠基了底子。据专家展望,到2010年,约30%的轿车将安置EPS体系。国际EPS体系的研讨开辟还属于起步阶段。

EPS在汽车利用波动性绝对于别的转向体系有4点改进[5]:

1)加强了转向追随性。在EPS体系中,电念头与助力机构间接相连可以使其能量间接用于车轮的转向,因而,转向体系的抗扰动才能大大加强。与液压力助力转向体系相比,助力转矩发生于电机,没有液压助力体系的转向迟滞效应,加强了转向车轮对转向盘的追随功能。

2)改进了转向回正特征。EPS还可经过软件工程师们限制调解设计参数以取得佳的回正特征,提供了与车辆静态功能相婚配的转向回正特征。而在传统的液压使制体系中,要改进这种特征必需改革底盘的机器布局,完成起来较难。

3)进步了利用波动性。经过微电脑疾速机动的智能控制,使汽车波动性更高,驾驶觉得更好。

4)提供可变的转向助力。经过柔性控制战略可失掉掩盖整个车速的可变转向力特征。关于传统的液压体系,可变转向力矩取得十分难并且用度很高,要想取得可变转向力矩、必需增长分外的控制器和别的硬件,但电动转向体系可变转向力矩可经过软件设定,本钱低,服从高。

5 将来市场需求

人类渐渐认识到环球变暖的题目,从而必要改良熄灭服从,而且对具有环保、节能型特点的产品需求不停增长。因而,可以展望从液力转向体系到电动转向体系的变化历程会在未来很快地产生。表2展示了EPS及HPS活着界各地的需求趋向。数据标明,活着界范畴内,电动转向器和电液转向器的利用会增长很快,2001年约莫42%的安置在新车中的转向器是这种节能型的。即便是守旧的估量,到2006年欧洲市场中电动转向器和电液转向器的份额会到达56%。汽车接纳EPS技能将使转向技能向线控转向技能大大行进了一步。随着42V电子体系在将来几年大范围地进入市场,它将会促进电动转向器使用于大型奢华汽车上。

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