中文譯文汽車電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的研究隨著汽車電子技術(shù)的迅猛發(fā)展,人們對汽車轉(zhuǎn)向操縱性能的要求也日益提高。汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)已從傳統(tǒng)機械轉(zhuǎn)向、液壓助力轉(zhuǎn)向(HydraulicPowerSteering,簡稱HPS)電控液壓助力轉(zhuǎn)向(ElectricHydraulicPowerSteering,簡稱EHPS),發(fā)展到電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)(ElectricPowerSteering,簡稱EPS),最終還將過渡到線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)(SteerByWire,簡稱SBW)。機械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是指以駕駛員的體力作為轉(zhuǎn)向能源,其中所有傳力件都是機械的,汽車的轉(zhuǎn)向運動是由駕駛員操縱方向盤,通過轉(zhuǎn)向器和一系列的桿件傳遞到轉(zhuǎn)向車輪而實現(xiàn)的。機械轉(zhuǎn)向系由轉(zhuǎn)向操縱機構(gòu)、轉(zhuǎn)向器和轉(zhuǎn)向傳動機械3大部分組成。通常根據(jù)機械式轉(zhuǎn)向器形式可以分為:齒輪齒條式、循環(huán)球式、蝸桿滾輪式、蝸桿指銷式。應用最廣的兩種是齒輪齒條式和循環(huán)球式(用于需要較大的轉(zhuǎn)向力時)。在循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器中,輸入轉(zhuǎn)向圈與輸出的轉(zhuǎn)向搖臂擺角是成正比的；在齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器中,輸入轉(zhuǎn)向圈數(shù)與輸出的齒條位移是成正比的。循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器由于是滾動摩擦形式,因而正傳動效率很高,操作方便且使用壽命長,而且承載能力強,故廣泛應用于載貨汽車上。齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器與循環(huán)球式相比,最大特點是剛性大,結(jié)構(gòu)緊湊重量輕,且成本低。由于這種方式容易由車輪將反作用力傳至轉(zhuǎn)向盤,所以具有對路面狀態(tài)反應靈敏的優(yōu)點,但同時也容易產(chǎn)生打手和擺振等現(xiàn)象,且其承載效率相對較弱,故主要應用于小汽車及輕型貨車上,目前大部分低端轎車采用的就是齒輪齒條式機械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。隨著車輛載重的增加以及人們對車輛操縱性能要求的提高,簡單的機械式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)已經(jīng)無法滿足需要,動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)應運而生,它能在駕駛員轉(zhuǎn)動方向盤的同時提供助力,動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)分為液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)和電動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)2種。其中液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是目前使用最為廣泛的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)在機械系統(tǒng)的基礎(chǔ)上增加了液壓系統(tǒng),包括液壓泵、V形帶輪、油管、供油裝置、助力裝置和控制閥。它借助于汽車發(fā)動機的動力驅(qū)動液壓泵、空氣壓縮機和發(fā)電機等,以液力、氣力或電力增大駕駛員操縱前輪轉(zhuǎn)向的力量,使駕駛員可以輕便靈活地操縱汽車轉(zhuǎn)向,減輕了勞動強度,提高了行駛安全性。液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)從發(fā)明到現(xiàn)在已經(jīng)有了大約半個世紀的歷史,可以說是一種較為完善的系統(tǒng),由于其工作可靠、技術(shù)成熟至今仍被廣泛應用。它由液壓泵作為動力源,經(jīng)油管道控制閥向動力液壓缸供油,通過活塞桿帶動轉(zhuǎn)向機構(gòu)動作,可通過改變缸徑及油壓的大小來改變助力的大小,由此達到轉(zhuǎn)向助力的作用。傳統(tǒng)液壓式動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)一般按液流的形式可以分為:常流式和常壓式2種類型,也可根據(jù)控制閥形式分為轉(zhuǎn)閥式和滑閥式。隨著液壓動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)在汽車上的日益普及,人們對操作時的輕便性和路感的要求也日益提高,然而液壓動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)卻存在許多的缺點:由于其本身的結(jié)構(gòu)決定了其無法保證車輛在任何工況下轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)向盤時,都有較理想的操縱穩(wěn)定性,即無法同時保證低速時的轉(zhuǎn)向輕便性和高速時的操縱穩(wěn)定性；汽車的轉(zhuǎn)向特性受駕駛員駕駛技術(shù)的影響嚴重；轉(zhuǎn)向傳動比固定,使汽車轉(zhuǎn)向響應特性隨車速、側(cè)向加速度等變化而變化,駕駛員必須提前針對汽車轉(zhuǎn)向特性幅值和相位的變化進行一定的操作補償,從而控制汽車按其意愿行駛。這樣增加了駕駛員的操縱負擔,也使汽車轉(zhuǎn)向行駛中存在不安全隱患；而此后出現(xiàn)了電控液壓助力系統(tǒng),它在傳統(tǒng)的液壓動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的基礎(chǔ)上增加速度傳感器,使汽車能夠隨著車速的變化自動調(diào)節(jié)操縱力的大小,在一定程度上緩和了傳統(tǒng)的液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)存在的問題。目前我國生產(chǎn)的商用車和轎車上采用的大多是電控液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng),它是比較成熟和應用廣泛的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。盡管電控液壓助力裝置從一定程度上緩解了傳統(tǒng)的液壓轉(zhuǎn)向中輕便性和路感之間的矛盾,然而它還是沒有從根本上解決HPS系統(tǒng)存在的不足,隨著汽車微電子技術(shù)的發(fā)展,汽車燃油節(jié)能的要求以及全球性倡導環(huán)保,其在布置、安裝、密封性、操縱靈敏度、能量消耗、磨損與噪聲等方面的不足已越來越明顯,轉(zhuǎn)向系統(tǒng)向著電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)發(fā)展。電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是現(xiàn)在汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的發(fā)展方向,其工作原理是:EPS系統(tǒng)的ECU對來自轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)矩傳感器和車速傳感器的信號進行分析處理后,控制電機產(chǎn)生適當?shù)闹D(zhuǎn)矩,協(xié)助駕駛員完成轉(zhuǎn)向操作。近幾年來,隨著電子技術(shù)的發(fā)展,大幅度降低EPS的成本已成為可能,日本的大發(fā)汽車公司、三菱汽車公司、本田汽車公司、美國的Delphi汽車系統(tǒng)公司、TRW公司及德國的ZF公司都相繼研制出EPS。Mercedes2Benz和SiemensAutomotive兩大公司共同投資6500萬英鎊用于開發(fā)EPS,目標是到2002年裝車,年產(chǎn)300萬套,成為全球EPS制造商。到目前為止,EPS系統(tǒng)在輕微型轎車、廂式車上得到廣泛的應用,并且每年以300萬臺的速度發(fā)展。轉(zhuǎn)向是一個專業(yè)術(shù)語,適用于采集部件,聯(lián)系等,其中允許一艘(艦船)或汽車(轎車)按照預期的方向行駛.一個例外的情況是鐵路運輸由路軌組合在一起鐵路道岔提供轉(zhuǎn)向功能。許多現(xiàn)代轎車使用齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器,在方向盤末端有轉(zhuǎn)動齒輪；該齒輪帶動齒條移動,它是一種線性的齒輪緊密配合,從一邊到一邊。這種運動把轉(zhuǎn)矩通過轉(zhuǎn)向橫拉桿和一種叫做轉(zhuǎn)向節(jié)臂的短形臂傳遞給轉(zhuǎn)向輪的主銷。以前的設(shè)計往往采用循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器,而這種轉(zhuǎn)向器仍然應用在卡車和多用途車輛。這是一種老式的螺母和齒扇設(shè)計，該轉(zhuǎn)向管柱轉(zhuǎn)動大螺絲(蝸輪),它與一個齒扇齒輪嚙合,當蝸輪轉(zhuǎn)動時，齒扇也隨之轉(zhuǎn)動，一個安裝在齒扇軸上且與轉(zhuǎn)向聯(lián)動有關(guān)的搖臂帶動轉(zhuǎn)向節(jié)臂,從而使車輪轉(zhuǎn)動.循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器通過安裝滾珠減少螺母和螺桿之間的摩擦；兩根導管和螺母內(nèi)的螺旋管狀通道組合成兩條各自獨立的封閉的鋼球“流到”。齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器設(shè)計具有很大程度的反饋和直接轉(zhuǎn)向路感；它也通常不會有任何反彈,或呆滯。缺點是,它是不可調(diào)的,因此當它磨損唯一的解決辦法更換。循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器的優(yōu)點是機械優(yōu)勢,因此,它被使用在較大較重的車輛,而齒輪齒條式原本僅限于較小和較輕；由于幾乎普遍采用動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng),不過,這已不再是一個重要的優(yōu)勢,導致越來越多地在新型汽車應用齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器。循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器設(shè)計在中心也有明顯的沖擊,或死點。凡一分鐘交替方向盤出不來并不移動轉(zhuǎn)向機構(gòu)；這是很容易可調(diào)螺桿的端部來減少磨損,但它并不能完全消除或機制開始磨損很快。這項設(shè)計目前仍在使用中,在卡車和其他大型車輛,也應用于迅速轉(zhuǎn)向,路感與穩(wěn)健性,可維護性,和機械的優(yōu)勢相比不太重要的場合。較小程度的反饋,這樣的設(shè)計也有時是一種優(yōu)點；當前輪碰撞時，使用齒輪齒條轉(zhuǎn)向的司機只有自己的大拇指受傷,造成方向盤揭開一邊突然(因為駕駛教練告訴學生把自己的大拇指在前面的方向盤,而非放在左右的內(nèi)邊緣).這種效果在像卡車一樣的重型汽車更為明顯；循環(huán)球式轉(zhuǎn)向防止這種程度的反饋,只是因為它可以在正常情況下防止可取反饋。轉(zhuǎn)向連鎖連接轉(zhuǎn)向器和車輪通常符合一個阿克曼轉(zhuǎn)向幾何的變化,它交代了一個事實:當轉(zhuǎn)向是,內(nèi)輪轉(zhuǎn)過的半徑比外輪小得多，因此適合駕駛的直路,是不適合曲折。由于車輛已成為較重而改用前輪驅(qū)動,為了扭轉(zhuǎn)方向盤，通常的,主要的是體力。為了解決這一問題,汽車業(yè)發(fā)展的動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。有兩種類型的助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)-液壓和電氣/電子。還有一種液壓-電動混合系統(tǒng)。液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)(hps)利用油壓供應的一個發(fā)動機驅(qū)動泵,以協(xié)助將方向盤轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動。電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)(EPS)方式,是較有效率的液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng),由于電動助力轉(zhuǎn)向汽車只需要提供協(xié)助時,方向盤被轉(zhuǎn)動,而液壓泵必須不斷運行。在EPS的幫助下是很容易調(diào)節(jié)車型,最高車速,甚至駕駛的喜好。另外一個好處是,通過泄漏和處置動力轉(zhuǎn)向液消除對環(huán)境構(gòu)成危險。動力轉(zhuǎn)向的分支是速度可調(diào)轉(zhuǎn)向而轉(zhuǎn)向是大量輔助以低速行駛,稍微協(xié)助高速。汽車制造商認為,當要停車時駕駛?cè)丝赡苄枰龀龃罅哭D(zhuǎn)向投入，但當時高速行駛時則不然。第一輛有這特點的汽車,是雪鐵龍與其diravi，雖然改變了現(xiàn)代汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)資金的投入，但它改變了定心凸輪的壓力，使得方向盤盡力去回到原來的位置。現(xiàn)代速度可調(diào)式動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng),當速度增長時減少了活塞的壓力,給予更直接的感受。這一特點在所有新車正逐漸成為司空見慣。四輪轉(zhuǎn)向(或全輪轉(zhuǎn)向)是一種系統(tǒng),當高速行駛時能增加車輛穩(wěn)定型，而在低速行駛時可以減小轉(zhuǎn)彎半徑。大多數(shù)的四輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng),后輪轉(zhuǎn)向通過單片機和驅(qū)動器實現(xiàn)。后輪一般不能反過來,有幾個系統(tǒng),包括Delphi的quadrasteer，該系統(tǒng)在本田的生產(chǎn)前線，當前輪低速時，允許后輪在相反方向轉(zhuǎn)向。這使得車輛轉(zhuǎn)彎半徑較小,有時應用于大型卡車車輛及掛車。電子動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)圖1電子動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的工作原理電子動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是通過一個電動機來驅(qū)動動力方向盤液壓泵或直接驅(qū)動轉(zhuǎn)向聯(lián)動裝置。電子動力轉(zhuǎn)向的功能由于不依賴于發(fā)動機轉(zhuǎn)速，所以能節(jié)省能源電子動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是這樣運行的傳統(tǒng)的動力方向盤系統(tǒng)使用一條引擎輔助傳送帶駕駛泵浦，提供操作在動力方向盤齒輪或作動器的一個活塞協(xié)助司機的被加壓的流體。在電動液壓的指點，一個電子動力方向盤概念使用一臺電動機駕駛的一個高效率泵浦。泵浦速度是由一個電控制器調(diào)控的變化泵浦壓力和流程，提供被剪裁的指點努力為不同的駕駛的情況。泵浦可以跑在低速或關(guān)閉提供節(jié)能在大多時間在多數(shù)世界市場上)直向前的駕駛期間(直接電指點使用一臺電動機附加指點機架通過齒輪機構(gòu)(沒有泵浦或流體)。各種各樣的馬達類型和齒輪驅(qū)動是可能的。微處理器控制指點動力學和司機努力。輸入包括車速和指點、輪子扭矩，角位和轉(zhuǎn)動率。工作運行時的具體細節(jié)：A“指點傳感器”位于它進入傳動箱住房的輸入軸。指點傳感器實際上是在一個的二個傳感器：那“扭矩的傳感器”轉(zhuǎn)換指點扭矩輸入和它的方向成電壓信號，并且那“自轉(zhuǎn)的傳感器”轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)動速度和方向成電壓信號。分享同一套住房的“接口”電路轉(zhuǎn)換從扭矩傳感器和自轉(zhuǎn)傳感器的信號成控制電子學可能處理的信號。從指點傳感器的輸入由那微處理器的控制單元消化也監(jiān)測從車速傳感器的輸入。傳感器輸入然后被比較確定多少機械化根據(jù)一張被預編程序的“力量地圖”需要在控制單元的記憶?？刂茊卧缓笈沙鲞m當?shù)拿顚θ缓蠊┙o電動機以潮流的“電源裝置”。馬達推擠機架在右邊或左根據(jù)哪個方式電壓流動(扭轉(zhuǎn)潮流扭轉(zhuǎn)方向馬達旋轉(zhuǎn))。增加潮流對馬達增加功率協(xié)助。系統(tǒng)有三種操作方式：左邊或右邊機械化提供以回應從指點扭矩和自轉(zhuǎn)傳感器的輸入的輸入的“正?！笨刂品绞?；被用于在完成輪以后協(xié)助指點回歸的“回歸”控制方式；并且改變與車速改進路感受和挫傷傭金的“更加潮濕的”控制方式。如果方向盤被轉(zhuǎn)動，并且舉行在充