每周一貼發(fā)動(dòng)機(jī)知識(shí)——電動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)

無線風(fēng)箏

　　電動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)(EPS，Electric Power Steering)是未來轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的發(fā)展方向,。該系統(tǒng)由電動(dòng)機(jī)直接提供轉(zhuǎn)向助力,，省去了液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)所必需的動(dòng)力轉(zhuǎn)向油泵、軟管,、液壓油,、傳送帶和裝于發(fā)動(dòng)機(jī)上的皮帶輪，既節(jié)省能量,，又保護(hù)了環(huán)境,。另外，還具有調(diào)整簡單,、裝置靈活以及無論在何種工況下都能提供轉(zhuǎn)向助力的特點(diǎn),。正是有了這些優(yōu)點(diǎn)，電動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)作為一種新的轉(zhuǎn)向技術(shù),，將挑戰(zhàn)大家都非常熟知的,、已具有50多年歷史的液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。
　　電動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)
　　電動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是于20世紀(jì)80年代中期提出來的,。該技術(shù)發(fā)展最快,、應(yīng)用較成熟的當(dāng)屬TRW轉(zhuǎn)向系統(tǒng)和Delphi Saginaw(薩吉諾)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，而Delphi Sagiaw(薩吉諾)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)又代表著轉(zhuǎn)向系統(tǒng)發(fā)展的前沿,。她是第一個(gè)于20世紀(jì)50年代把液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)推向市場的,，從此以后,，Delphi轉(zhuǎn)向發(fā)展了技術(shù)更加成熟的液壓助力系統(tǒng)，使大部分的商用汽車和約50％的轎車裝備有該系統(tǒng)�,，F(xiàn)在,，Delphi轉(zhuǎn)向系統(tǒng)又領(lǐng)導(dǎo)了汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的一次新革命——電動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。電動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)符合現(xiàn)代汽車機(jī)電一體化的設(shè)計(jì)思想,，該系統(tǒng)由轉(zhuǎn)向傳感裝置,、車速傳感器、助力機(jī)械裝置,、提供轉(zhuǎn)向助力電機(jī)及微電腦控制單元組成,。
　　該系統(tǒng)工作時(shí)，轉(zhuǎn)向傳感器檢測到轉(zhuǎn)向軸上轉(zhuǎn)動(dòng)力矩和轉(zhuǎn)向盤位置兩個(gè)信號(hào),，與車速傳感器測得的車速信號(hào)一起不斷地輸入微電腦控制單元,，該控制單元通過數(shù)據(jù)分析以決定轉(zhuǎn)向方向和所需的最佳助力值，然后發(fā)出相應(yīng)的指令給控制器,，從而驅(qū)動(dòng)電機(jī),，通過助力裝置實(shí)現(xiàn)汽車的轉(zhuǎn)向,。通過精確的控制算法，可任意改變電機(jī)的轉(zhuǎn)矩大小，使傳動(dòng)機(jī)構(gòu)獲得所需的任意助力值,。
　　2 電動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的特點(diǎn)
　　液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)已發(fā)展了半個(gè)多世紀(jì)，其技術(shù)已相當(dāng)成熟,。但隨著汽車微電子技術(shù)的發(fā)展,，對(duì)汽車節(jié)能性和環(huán)保性要求不斷提高，該系統(tǒng)存在的耗能,、對(duì)環(huán)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(shí)代發(fā)展的要求。
　　電動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)將最新的電力電子技術(shù)和高性能的電機(jī)控制技術(shù)應(yīng)用于汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng),，能顯著改善汽車動(dòng)態(tài)性能和靜態(tài)性能,、提高行駛中駕駛員的舒適性和安全性、減少環(huán)境的污染等,。因此,，該系統(tǒng)一經(jīng)提出，就受到許多大汽車公司的重視,，并進(jìn)行開發(fā)和研究,，未來的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中電動(dòng)轉(zhuǎn)向?qū)⒊蔀檗D(zhuǎn)向系統(tǒng)主流，與其它轉(zhuǎn)向系統(tǒng)相比,，該系統(tǒng)突出的優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)在：
　　a)降低了燃油消耗,。液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)需要發(fā)動(dòng)機(jī)帶動(dòng)液壓油泵，使液壓油不停地流動(dòng)，浪費(fèi)了部分能量,。相反電動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)(EPS)僅在需要轉(zhuǎn)向操作時(shí)才需要電機(jī)提供的能量,，該能量可以來自蓄電池，也可來自發(fā)動(dòng)機(jī),。而且,，能量的消耗與轉(zhuǎn)向盤的轉(zhuǎn)向及當(dāng)前的車速有關(guān)。當(dāng)轉(zhuǎn)向盤不轉(zhuǎn)向時(shí),，電機(jī)不工作需要轉(zhuǎn)向時(shí),，電機(jī)在控制模塊的作用下開始工作，輸出相應(yīng)大小及方向的轉(zhuǎn)矩以產(chǎn)生助動(dòng)轉(zhuǎn)向力矩,，而且,，該系統(tǒng)在汽車原地轉(zhuǎn)向時(shí)輸出最大轉(zhuǎn)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(tǒng)真正實(shí)現(xiàn)了“按需供能”，是真正的“按需供能型”(on-demand)系統(tǒng),。汽車在較冷的冬季起動(dòng)時(shí),，傳統(tǒng)的液壓系統(tǒng)反應(yīng)緩慢，直至液壓油預(yù)熱后才能正常工作,。由于電動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)不依賴于發(fā)動(dòng)機(jī)而且沒有液壓油管,，對(duì)冷天氣不敏感，系統(tǒng)即使在-40℃時(shí)也能工作,，所以提供了快速的冷起動(dòng),。由于該系統(tǒng)沒有起動(dòng)時(shí)的預(yù)熱，節(jié)省了能量,。不使用液壓油泵,，避免了發(fā)動(dòng)機(jī)的寄生能量損失，提高了燃油經(jīng)濟(jì)性,，裝有電動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的車輛和裝有液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的車輛對(duì)比實(shí)驗(yàn)表明，在不轉(zhuǎn)向情況下,，裝有電動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的車輛燃油消耗降低2.5％在使用轉(zhuǎn)向情況下,，燃油消耗降低了5．5％。
　　B)增強(qiáng)了轉(zhuǎn)向跟隨性,。在電動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中,，電動(dòng)機(jī)與助力機(jī)構(gòu)直接相連可以使其能量直接用于車輪的轉(zhuǎn)向。該系統(tǒng)利用慣性減振器的作用,，使車輪的反轉(zhuǎn)和轉(zhuǎn)向前輪擺振大大減小,。因此轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的抗擾動(dòng)能力大大增強(qiáng)和液壓力助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)相比，旋轉(zhuǎn)力矩產(chǎn)生于電機(jī)，沒有液壓助力系統(tǒng)的轉(zhuǎn)向遲滯效應(yīng),，增強(qiáng)了轉(zhuǎn)向車輪對(duì)轉(zhuǎn)向盤的跟隨性能,。
　　C)改善了轉(zhuǎn)向回正特性。直到今天,，動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)性能的發(fā)展已經(jīng)到了極限,，電動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的回正特性改變了這一切。當(dāng)駕駛員使轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)動(dòng)一角度然后松開時(shí),，該系統(tǒng)能夠自動(dòng)調(diào)整使車輪回到正中,。該系統(tǒng)還可讓工程師們利用軟件在最大限度內(nèi)調(diào)整設(shè)計(jì)參數(shù)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(jī)在不同車速及不同車況下的轉(zhuǎn)矩特性,，這種轉(zhuǎn)矩特性使得該系統(tǒng)能顯著地提高轉(zhuǎn)向能力,，提供了與車輛動(dòng)態(tài)性能相匹配的轉(zhuǎn)向回正特性。而在傳統(tǒng)的液壓控制系統(tǒng)中,，要改善這種特性必須改造底盤的機(jī)械結(jié)構(gòu),，實(shí)現(xiàn)起來有一定困難。
　　D)提高了操縱穩(wěn)定性,。通過對(duì)汽車在高速行駛時(shí)過度轉(zhuǎn)向的方法測試汽車的穩(wěn)定特性,。采用該方法，給正在高速行駛(100 km／h)的汽車一個(gè)過度的轉(zhuǎn)角迫使它側(cè)傾,，在短時(shí)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(wěn)定性,，駕駛員有更舒適的感覺,。
　　E)提供可變的轉(zhuǎn)向助力。電動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的轉(zhuǎn)向力來自于電機(jī),。通過軟件編程和硬件控制,，可得到覆蓋整個(gè)車速的可變轉(zhuǎn)向力�,？勺冝D(zhuǎn)向力的大小取決于轉(zhuǎn)向力矩和車速,。
　　無論是停車，低速或高速行駛時(shí),，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(duì)于傳統(tǒng)的液壓系統(tǒng),，可變轉(zhuǎn)向力矩獲得非常困難而且費(fèi)用很高,，要想獲得可變轉(zhuǎn)向力矩，必須增加額外的控制器和其它硬件,。但在電動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中,，可變轉(zhuǎn)向力矩通常寫入控制模塊中，通過對(duì)軟件的重新編寫就可獲得,，并且所需費(fèi)用很小,。
　　F)采用“綠色能源”，適應(yīng)現(xiàn)代汽車的要求,。電動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)應(yīng)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(zhuǎn)向系統(tǒng)中液態(tài)油的泄露問題,，可以說該系統(tǒng)順應(yīng)了“綠色化”的時(shí)代趨勢(shì),。該系統(tǒng)由于它沒有液壓油，沒有軟管,、油泵和密封件,，可對(duì)構(gòu)成材料進(jìn)行再加工，避免了污染,。而液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)油管使用的聚合物不能回收,，易對(duì)環(huán)境造成污染。
　　G)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單,，占用空間小,，布置方便，性能優(yōu)越,。由于該系統(tǒng)具有良好的模塊化設(shè)計(jì),，所以不需要對(duì)不同的系統(tǒng)重新進(jìn)行設(shè)計(jì)、試驗(yàn),、加工等,，不但節(jié)省了費(fèi)用，也為設(shè)計(jì)不同的系統(tǒng)提供了極大的靈活性,，而且更易于生產(chǎn)線裝配,。
　　由于沒有油泵、油管和發(fā)動(dòng)機(jī)上的皮帶輪,，使得工程師們?cè)O(shè)計(jì)該系統(tǒng)時(shí)有更大的余地,，而且該系統(tǒng)的控制模塊可以和齒輪齒條設(shè)計(jì)在一起或單獨(dú)設(shè)計(jì)，發(fā)動(dòng)機(jī)部件的空間利用率極高,。該系統(tǒng)省去了裝于發(fā)動(dòng)機(jī)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(fèi)者在買車時(shí)非常關(guān)心車輛的維護(hù)與保養(yǎng)問題,。裝有電動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的汽車沒有油泵,，沒有軟管連接，可以減少許多憂慮,。實(shí)際上,，傳統(tǒng)的液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中，液壓油泵和軟管的事故率占整個(gè)系統(tǒng)故障的53％,，如軟管漏油和油泵漏油等,。
　　H)生產(chǎn)線裝配性好。電動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)沒有液壓系統(tǒng)所需要的油泵,、油管,、流量控制閥、儲(chǔ)油罐等部件,，零件數(shù)目大大減少,，減少了裝配的工作量，節(jié)省了裝配時(shí)間,，提高了裝配效率,。
　　3 結(jié)束語
　　電動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)自20世紀(jì)80年代中期初提出以來，作為今后汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的發(fā)展方向,，必將取代現(xiàn)有的機(jī)械轉(zhuǎn)向系統(tǒng),、液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)和電控制液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。
　　電動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的研究領(lǐng)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(dòng)傳動(dòng)控制技術(shù)及機(jī)械設(shè)計(jì)等,，真正體現(xiàn)出未來汽車的機(jī)電一體化設(shè)計(jì)思想。在技術(shù)應(yīng)用方面,，目前,，控制器核心——微處理器已采用數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)，DSP不但有較強(qiáng)的運(yùn)算能力,，而且還集成了專用電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路,，應(yīng)用于電機(jī)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(tǒng)作為未來汽車的標(biāo)準(zhǔn)配置而溶于整個(gè)汽車的控制網(wǎng)絡(luò)中,，在控制策略上，目前大多用傳統(tǒng)的經(jīng)典控制方法,。
　　目前,，國外電動(dòng)轉(zhuǎn)向的研究已經(jīng)體現(xiàn)出實(shí)際的應(yīng)用價(jià)值，在部分中檔轎車和高級(jí)轎車上已經(jīng)得到應(yīng)用,，在中型車輛和重型車輛的應(yīng)用處于研究階段,。我國的電動(dòng)轉(zhuǎn)向研究還是空白,，無法與國外相比。從我國現(xiàn)有條件出發(fā),，對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行深入,、細(xì)致的研究，對(duì)于拓展電氣傳動(dòng)技術(shù)的應(yīng)用,、加快國產(chǎn)汽車的電子化發(fā)展以及提供未來智能汽車自動(dòng)駕駛技術(shù)支持,，都將會(huì)有深遠(yuǎn)的意義。

漂流瓶

EPS作為轉(zhuǎn)向助力很不錯(cuò),！值得期望和支持,，就是不知道力量會(huì)比油缸小多少？

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昨天我在電視上也看到了, 阿爾發(fā)的一款四座車也用到了電動(dòng)轉(zhuǎn)向,很不錯(cuò).