【文章內(nèi)容簡介】 克服轉(zhuǎn)向阻力矩，實現(xiàn)車輛的轉(zhuǎn)向。 電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的基本組成包括扭距傳感器、車速傳感器、控制單元（ ECU）、電動機(jī)、減速機(jī)構(gòu)和離合器等，如 下 圖所示。 在 EPS 系統(tǒng)中，傳感器主要應(yīng)用了扭距傳感器、轉(zhuǎn)速傳感器、速度傳感器。扭距傳感器時刻檢測轉(zhuǎn)向盤的運(yùn)動狀況，將駕駛員轉(zhuǎn)動 轉(zhuǎn)向盤的方向、角度、信息傳送給控制單元作輸入信號。轉(zhuǎn)速傳感器用于測量轉(zhuǎn)向盤的旋轉(zhuǎn)速度，速度傳感器測量車輛的行駛速度，兩者的測量結(jié)果同樣送到控制單元作為輸入。 控制單元是 EPS 系統(tǒng)的核心部分，也是 EPS 系統(tǒng)研究的重點。目前普遍將控制單元設(shè)計為數(shù)字化，一般以一個八位或十六位微處理器為核心，外圍集成A/D電路、輸入信號接口電路、報警電路、電源。要求具有簡單計算、查表、故障診斷處理、儲存、報警、驅(qū)動等功能。 4 電動機(jī)的功能是根據(jù)控制單元的指令輸出適宜的輔助扭矩，是 EPS 的動力源。電動機(jī)對 EPS 的性能有很大的影響，是 EPS 的關(guān)鍵部件之一，所以 EPS 對電動機(jī)很重要。不僅要求低轉(zhuǎn)速大扭矩、波動小、轉(zhuǎn)動慣量小、尺寸小、質(zhì)量輕，而且要求可靠性高、易控制。在現(xiàn)有設(shè)計中電動機(jī)主要采用直流電動機(jī)和無刷永磁式電動機(jī)，驅(qū)動電路根據(jù)采用的電動機(jī)和控制策略不同而不同。 EPS 的減速機(jī)構(gòu)與電動機(jī)相連，起減速增扭作用。常采用渦輪蝸桿機(jī)構(gòu)，也有采用行星齒輪機(jī)構(gòu)。 EPS 的離合器，裝在減速機(jī)構(gòu)的一側(cè)，是為了保證 EPS 只有在預(yù)先設(shè)定的車速行駛范圍內(nèi)起作用。當(dāng)車速達(dá)到某一值時，離合器分離，電動機(jī)停止工作，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)轉(zhuǎn)為手動轉(zhuǎn)向。另外，當(dāng)電動機(jī)發(fā)生故障時離合 器將自動分離。 由圖可見，電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是在傳統(tǒng)機(jī)械轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)基礎(chǔ)上增加信號 傳感裝置、控制單元和轉(zhuǎn)向助力機(jī)構(gòu)。 EPS的轉(zhuǎn)向軸由靠扭桿相連的輸入軸和輸出軸組成。輸出軸通過傳動機(jī)構(gòu)帶動轉(zhuǎn)向拉桿使車輪轉(zhuǎn)向，輸出軸除通過扭桿與輸入軸相連外，還經(jīng)行星齒輪減速機(jī)構(gòu) — 離合器與主力電動機(jī)相連。駕駛者在操縱轉(zhuǎn)向盤時，給輸入軸輸入了一個角位移，輸入軸和輸出軸之間的相對角位移使扭桿受扭，扭距傳感器將扭桿所受到的扭矩轉(zhuǎn)化為電壓信號輸入電控單元；與此同時，車速傳感器檢測到的車速信號頁輸入電控單元，電控單元綜合轉(zhuǎn)向盤的輸入力矩、轉(zhuǎn)向 方向以及車速等信號，判斷是否需要力矩以及力矩的方向。若需要力矩，則依照既定的助力控制策略來計算電動機(jī)助力轉(zhuǎn)矩的大小并輸出相應(yīng)的信號給驅(qū)動電路，驅(qū)動電路提供相應(yīng)的電壓或電流給電動機(jī)，電動機(jī)輸出相應(yīng)的轉(zhuǎn)矩由蝸輪蝸桿傳動裝置放大再施加給轉(zhuǎn)向軸起助力作用，從而完成實時控制助力轉(zhuǎn)向；若出現(xiàn)故障或超出設(shè)定值則停止給電動機(jī)供電，系統(tǒng)不提供助力，同時，離合器切斷，以避免轉(zhuǎn)向系統(tǒng)受電動機(jī)慣性力矩的影響。系統(tǒng)轉(zhuǎn)為人工手動助力。工作過程如圖所示。 （ 1） 轉(zhuǎn)矩傳感器 轉(zhuǎn)矩傳感器是測量駕駛員作用在轉(zhuǎn)向盤上的 力矩的大小和方向的，有的轉(zhuǎn) 5 矩傳感器還能測量轉(zhuǎn)向盤的轉(zhuǎn)角的大小和方向。轉(zhuǎn)矩傳感器有接觸式和非接觸式兩種。二者比較起來，由于非接觸式轉(zhuǎn)矩傳感器體積小，而且精度高，所以采用非接觸式轉(zhuǎn)矩傳感器。 （ 2） 電磁離合器 EPS系統(tǒng)助力一般都是在一個設(shè)定的范圍，當(dāng)車速低于某一個特定值時，系統(tǒng)提供轉(zhuǎn)向助力，保證轉(zhuǎn)向的輕便性；當(dāng)車速處于設(shè)定值之間時，電動機(jī)停止工作，系統(tǒng)處于休眠狀態(tài)，離合器分離，以切斷輔助動力，另外，當(dāng)EPS系統(tǒng)發(fā)生故障的時候，離合器自動分離，此時仍然可利用手動控制轉(zhuǎn)向，保障系統(tǒng)的安全性， EPS 系統(tǒng)中電磁離合器應(yīng)用較 多的為單片干式電磁離合器 。 （ 3） 電動機(jī) 助力電動機(jī)是 EPS系統(tǒng)的主要動力源，它根據(jù) ECU的控制指令在不同的工況下輸出不同的助力力矩，對整個 EPS系統(tǒng)性能影響很大。對電動機(jī)的選擇要求是：有良好的動態(tài)特性、調(diào)速特性和隨動特性并易控制，還要求輸出波動小、低轉(zhuǎn)速大轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)動慣量小、尺寸質(zhì)量輕等，因此常采用 無 刷式永磁直流電動機(jī)。 （ 4） 減速機(jī)構(gòu) 減速機(jī)構(gòu)是 EPS 中不可缺少的組件，它把電動機(jī)的輸出減速放大后再傳遞給執(zhí)行部件。目前實用的減速機(jī)構(gòu)有多種組合方式，采用較多的是蝸輪蝸桿與轉(zhuǎn)向軸驅(qū)動組合式 。 轉(zhuǎn)向器 是轉(zhuǎn)向系中減速增大轉(zhuǎn)矩的裝置，其功能是增大轉(zhuǎn)向盤傳到轉(zhuǎn)向節(jié)的力并改變力的傳遞方向。它實質(zhì)上是一個減速器，以達(dá)到駕駛員駕駛省力，減輕其疲勞程度之目的。轉(zhuǎn)向器的結(jié)構(gòu)形式很多，通常按其傳動幅結(jié)構(gòu)形式來分類。常見的有齒輪齒條式、循環(huán)球式、球面蝸桿滾輪式、蝸桿指銷式。 根據(jù)助力電動機(jī)助力位置不同，可分為轉(zhuǎn)向軸式電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、齒輪軸式電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)及齒條軸式電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng) 。 6 轉(zhuǎn)向軸助力式 轉(zhuǎn)向系統(tǒng) 的電動機(jī)固定在轉(zhuǎn)向軸的一側(cè)，通過減速機(jī)構(gòu)與轉(zhuǎn)向軸相連，直接驅(qū)動轉(zhuǎn)向軸助力轉(zhuǎn)向，如圖所示 。 齒輪助力式 轉(zhuǎn)向系統(tǒng) 的電動機(jī)和減速機(jī)構(gòu)與小齒輪相連，直接驅(qū)動齒輪助力轉(zhuǎn)向，如圖所示。與轉(zhuǎn)向軸助力式相比，可以提供較大的轉(zhuǎn)向力，適用于中型車。其助力控制特性方面增加了難度。 7 齒條助力式 轉(zhuǎn)向系統(tǒng) 的電動機(jī)和減速機(jī)構(gòu)直接驅(qū)動齒條提供助力，與轉(zhuǎn)向器小齒輪助力式相比，齒條助力式可以提供更大的轉(zhuǎn)向力，適用于大型車。對原有的轉(zhuǎn)向傳動機(jī)構(gòu)有較大的改變 。 它的 功用將轉(zhuǎn)向器輸出的力和運(yùn)動傳到轉(zhuǎn)向橋兩側(cè)的轉(zhuǎn)向節(jié)，使兩側(cè)轉(zhuǎn)向輪偏轉(zhuǎn)，且使兩轉(zhuǎn)向輪偏轉(zhuǎn)角按一定關(guān)系變化，以保證汽車轉(zhuǎn)向 時車輪與地面的相對滑動盡可能小。同時，還承受由于路面不平而引起的沖擊振動，以穩(wěn)定汽車方向，避免轉(zhuǎn)向盤由于路面的沖擊而出現(xiàn)的打 滑 現(xiàn)象。 轉(zhuǎn)向傳動機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)形式因行駛懸架的不同，可分為獨(dú)立懸架轉(zhuǎn)向傳動機(jī)構(gòu)和 非 獨(dú)立懸架轉(zhuǎn)向傳動機(jī)構(gòu)。 8 第三章 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的主要性能參數(shù) 根據(jù)效率定義，因功率輸入來源不同，轉(zhuǎn)向器的效率有正、逆效率之分。 功率由轉(zhuǎn)向軸輸入，經(jīng)轉(zhuǎn)向搖臂輸出所求得的效率稱為正效率，用符號η +表示，反之稱為逆效率，用符號η 表示 。 影響轉(zhuǎn)向系的正效率的因素有：轉(zhuǎn)向器的類型、結(jié)構(gòu)特點、結(jié) 構(gòu)參數(shù)和質(zhì)量制造等，同一類型的轉(zhuǎn)向器因結(jié)構(gòu)不同，效率也有較大的差別。 轉(zhuǎn) 向系的逆效率影響汽車的使用性能和駕駛員的安全。對于逆效率高的轉(zhuǎn)向器而言，路面作用在車輪上的力，經(jīng)過轉(zhuǎn)向系統(tǒng)可大部分傳遞到方向盤，這種轉(zhuǎn)向器稱為可逆式的。 轉(zhuǎn)向系的傳動比由轉(zhuǎn)向系的角傳動比 0?i 和轉(zhuǎn)向系的力傳動比 pi 所組成 。 從輪胎接地中心作用在兩個輪上的合力 wF2 與作用在方向盤上的手力 hF 之比稱為力傳動比。方向盤的轉(zhuǎn)角和駕駛員同側(cè)的轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)角之比，稱為轉(zhuǎn)向系的角傳動比。 如上所述，力傳動比可以用以下的式子表示： pi = FhFw2 （ 1） 輪胎和地面之間的轉(zhuǎn)向阻力 wF 和作用在轉(zhuǎn)向節(jié)上的轉(zhuǎn)向阻力 rM 有以下關(guān)系： wF = aMr