秦漢論文 汽車電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向特性分析

1、石家莊科技信息職業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文題目：汽車電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向特性分析 學(xué) 號(hào)：090115007 姓 名：秦 翰 專業(yè)班級(jí)：09-15汽車電子技術(shù) 指導(dǎo)教師：劉國新完成日期：2011-11-20 汽車電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向特性分析摘要：汽車電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)(Electric Power Steering System簡(jiǎn)稱EPS)是近年來發(fā)展起來的種新型動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，具有節(jié)能、質(zhì)量輕、安全、環(huán)保等一系列優(yōu)點(diǎn)，正逐步取代傳統(tǒng)的液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，成為未來汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的發(fā)展方向，其出現(xiàn)并迅速成為世界汽車技術(shù)研究的熱點(diǎn)。汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的發(fā)展經(jīng)歷了從簡(jiǎn)單的純機(jī)械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，電控液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，到更為節(jié)能、操

2、縱性能更好的電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)這幾個(gè)階段。本文論述了EPS的特點(diǎn)、工作原理、結(jié)構(gòu)組成、國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀，通過對(duì)EPS各組成部分和汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的分析出了EPS性能評(píng)價(jià)指標(biāo)，并對(duì)三種助力特性曲線的特點(diǎn)進(jìn)行了分析和比較。EPS系統(tǒng)作為今后汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的發(fā)展方向，這給EPS帶來了更加廣闊的應(yīng)用前景。關(guān)鍵詞：電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向；特性；發(fā)展目錄1 緒論11.1研究的目的和意義11.2國內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r3國外發(fā)展?fàn)顩r31.2.2 國內(nèi)發(fā)展?fàn)顩r42轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的概述62.1轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的發(fā)展過程6機(jī)械式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)6液壓式助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)(HPS)7電液式助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)(EHPS)82.2電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)10電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)10電動(dòng)

3、助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的工作原理11電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的類型13電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向的關(guān)鍵技術(shù)14電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)153 電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)受力與性能分析173.1電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)受力173.2 理想轉(zhuǎn)向盤力矩的研究183.3電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)性能的主要評(píng)價(jià)指標(biāo)19轉(zhuǎn)向回正能力評(píng)價(jià)193.3.2 轉(zhuǎn)向輕便性評(píng)價(jià)193.3.3 轉(zhuǎn)向盤中間位置操縱穩(wěn)定性評(píng)價(jià)203.3.4 轉(zhuǎn)向盤振動(dòng)評(píng)價(jià)203.3.5 轉(zhuǎn)向路感及路感強(qiáng)度214 電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向助力特性研究224.1助力特性曲線定義224.2轉(zhuǎn)向助力特性曲線設(shè)計(jì)概述224.3電動(dòng)助力特性曲線類型23直線型24折線型25曲線型254.4不同助力特性曲線參數(shù)的影響265 結(jié)

4、論與發(fā)展295.1結(jié)論295.2發(fā)展29參考文獻(xiàn)301緒論隨著我國經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展，人民生活水平不斷提高，汽車漸漸走入人們生活中，成為現(xiàn)代步伐的工具，而隨著汽車保有量的增加以及由此帶來的一系列問題，使得“安全、節(jié)能、環(huán)?！背蔀槲磥砥嚢l(fā)展的三大主題。汽車電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向(Electric Power Steering，簡(jiǎn)稱EPS)由于具有能耗低、環(huán)保性能較好、體積小、重量輕等諸多優(yōu)點(diǎn)，成為現(xiàn)代汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的發(fā)展方向。EPS采用電動(dòng)機(jī)直接提供助力，助力大小由電控單元控制，是一項(xiàng)關(guān)系現(xiàn)代汽車發(fā)展主題的高新技術(shù)，所以已經(jīng)就受到高度重視。近幾年來，隨著電子技術(shù)的發(fā)展，電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)逐漸成熟，成本也不斷降低

5、，現(xiàn)在取代傳統(tǒng)的液壓助力轉(zhuǎn)向(Hydraulic Power Steering，簡(jiǎn)稱HPS)，其應(yīng)用前景十分廣闊。1.1研究的目的和意義在汽車低速停車入庫時(shí)，駕駛員轉(zhuǎn)向所需的手力較大；而高速行駛時(shí)轉(zhuǎn)向所需的手力較小。因此電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的助力大小也應(yīng)該是變化的，即隨著車輛行駛和轉(zhuǎn)向狀態(tài)的變化而變化。合理的轉(zhuǎn)向助力特性曲線不僅可保持汽車低速行駛時(shí)轉(zhuǎn)向輕便靈活，而且可保持中高速行駛時(shí)的路感和操縱穩(wěn)定性。隨著電子技術(shù)的發(fā)展，汽車電子化是當(dāng)前汽車技術(shù)發(fā)展的趨勢(shì)，電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是繼電子液壓助力系統(tǒng)后產(chǎn)生的種新的助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。我國汽車正以每年30%的速度遞增，2008年汽車產(chǎn)量已突破900多萬輛，按照發(fā)

6、展趨勢(shì)，今后大部分微型車和轎車都將采用電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向器，因此，電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向器的市場(chǎng)前景十分廣闊。所以對(duì)電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的研究具有很重要的理論價(jià)值和實(shí)際意義。1.2國內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r在汽車的發(fā)展歷程中，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)經(jīng)歷了四個(gè)發(fā)展階段。從最初的機(jī)械式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)發(fā)展為液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，然后又出現(xiàn)了電控液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)和電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。隨著電子技術(shù)的發(fā)展，電子控制式機(jī)械液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生，該系統(tǒng)在某些性能方面優(yōu)于傳統(tǒng)的液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，但仍然無法徹底解決液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的固有缺陷。電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，是繼液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)后產(chǎn)生的種動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，是世界汽車技術(shù)發(fā)展的研究熱點(diǎn)和前沿技術(shù)之一，它屬于與傳統(tǒng)液壓動(dòng)力

7、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)不同的另種動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。它直接依靠電動(dòng)機(jī)提供輔助扭矩，通過控制電動(dòng)機(jī)電流的幅值和方向，從而實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向器電動(dòng)助力的要求，這種系統(tǒng)使汽車在低速時(shí)能減輕操縱力，從而提高操縱的輕便性；而當(dāng)汽車在高速行駛時(shí)，電子控制系統(tǒng)保證提供最優(yōu)控制傳動(dòng)比和穩(wěn)定的轉(zhuǎn)向手感，從而提高高速行駛時(shí)的操縱穩(wěn)定性。因此它可以較好地解決液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)所不能解決的矛盾。目前，電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)有代替液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的趨勢(shì)。國外發(fā)展?fàn)顩rEPS是繼液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)后產(chǎn)生的種動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。從上個(gè)世紀(jì)50年代開始，汽車工程師就開始對(duì)電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向產(chǎn)生興趣。但是由于成本等原因，直很難設(shè)計(jì)生產(chǎn)出在性能和價(jià)格比上可以與液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)匹敵的

8、電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。經(jīng)過二十幾年的發(fā)展，EPS技術(shù)日趨完善，其應(yīng)用范圍己經(jīng)從最初的微型轎車向更大型轎車和商用客車方向發(fā)展，如本田的Accord和菲亞特的Punto等中型轎車已經(jīng)安裝EPS，本田甚至還在其Ancra NSX賽車上裝備了EPS。EPS的助力型式也從低速范圍助力型向全速范圍助力型發(fā)展，Delphi為Punto車開發(fā)的EPS屬全速范圍助力型，其控制形式與功能也進(jìn)步加強(qiáng)，并且首次設(shè)置了兩個(gè)開關(guān)，其中一個(gè)用于郊區(qū)，另一個(gè)用于市區(qū)和停車。當(dāng)車速大于7Okm/h后，這兩種開關(guān)設(shè)置的程序則是一樣的，以保證汽車在高速時(shí)有合適的路感。這樣即使汽車行駛到高速公路時(shí)駕駛員忘記切換開關(guān)也不會(huì)發(fā)生危險(xiǎn)。市區(qū)型

9、開關(guān)還與油門相關(guān)，使得在踩油門加速和松油門減速時(shí)，轉(zhuǎn)向更平滑。日本早期的EPS僅僅在低速和停車時(shí)提供助力，高速時(shí)EPS將停止工作。新一代的EPS不僅在低速和停車時(shí)提供助力，而且還能在高速時(shí)提高汽車的操縱穩(wěn)定性。如鈴木公司裝備的款EPS是個(gè)負(fù)載路面車速感應(yīng)型助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。1.2.2 國內(nèi)發(fā)展?fàn)顩r在我國，電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向的開發(fā)還處于起步階段，并且處于實(shí)驗(yàn)室研究階段，僅有為數(shù)不多院校開展了電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的研究。1993年，清華大學(xué)汽車工程系的教授指導(dǎo)碩士研究生進(jìn)行了EPS系統(tǒng)的探索性研究，清華大學(xué)的季學(xué)武教授還申請(qǐng)了“種車用光電式扭矩傳感器”專利，因?yàn)榕ぞ貍鞲衅髦笔请妱?dòng)助力轉(zhuǎn)的核心部件。吉林大學(xué)也進(jìn)行

10、電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的研究，并制作了試驗(yàn)臺(tái)架，取得許多的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，為下一步的研究開發(fā)提供有用的試驗(yàn)數(shù)據(jù)。合肥工業(yè)大學(xué)機(jī)械汽車學(xué)院完成了轉(zhuǎn)向系運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)分析計(jì)算，提出了關(guān)于EPS的控制策略，并在汽車轉(zhuǎn)向試驗(yàn)臺(tái)上對(duì)控制策略進(jìn)行了檢驗(yàn)，同時(shí)進(jìn)行了道路試驗(yàn)證明其合理性，為EPS的產(chǎn)品化奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。但是關(guān)于電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，國內(nèi)的文獻(xiàn)大多集中在控制策略，對(duì)助力特性曲線方面的研究很少，但就其中的某方面進(jìn)行了討論，對(duì)電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中助力特性曲線的研究有發(fā)展空間:（1）車速對(duì)助力增益的影響不清楚；（2）助力特性曲線確定的理論依據(jù)不明確，沒有明確指出所采用的助力特性曲線到底對(duì)汽車的轉(zhuǎn)向路感、操縱穩(wěn)定性有

11、沒有影響；（3）如何根據(jù)轉(zhuǎn)向輕便性、轉(zhuǎn)向路感綜合確定轉(zhuǎn)向助力特性曲線。2轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的概述汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是用于改變或保持汽車行駛方向的專門機(jī)構(gòu)，其作用是使汽車能在行駛過程中按照駕駛員的操縱要求而適時(shí)地改變其行駛方向，在受到路面?zhèn)鱽淼臎_擊及偏離行駛方向時(shí)，能與行駛系統(tǒng)配合共同保持汽車?yán)^續(xù)穩(wěn)定行駛。因此，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的性能直接影響著汽車的操縱穩(wěn)定性和安全性。隨著汽車技術(shù)的迅猛發(fā)展，人們對(duì)汽車轉(zhuǎn)向操縱性能的要求也日益提高，為了保證車輛在任何工況下轉(zhuǎn)動(dòng)方向盤時(shí)，都有較理想的操縱穩(wěn)定性和轉(zhuǎn)向輕便性，人們對(duì)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)進(jìn)行了不斷改進(jìn)，使其性能得到不斷提高。2.1轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的發(fā)展過程機(jī)械式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)圖 2-1機(jī)械式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)如

12、圖2-1所示，機(jī)械式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)以駕駛員的體力作為轉(zhuǎn)向動(dòng)力，所有傳遞動(dòng)力的部件都是機(jī)械的，沒有輔助動(dòng)力源。機(jī)械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)主要由轉(zhuǎn)向操縱機(jī)構(gòu)、轉(zhuǎn)向器和轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)三部分組成。轉(zhuǎn)向操縱機(jī)構(gòu)就是駕駛員操縱轉(zhuǎn)向器工作的機(jī)構(gòu)，包括從轉(zhuǎn)向盤到轉(zhuǎn)向器輸入端的零部件等。操縱汽車轉(zhuǎn)向時(shí)，駕駛員對(duì)轉(zhuǎn)向盤的操縱力是非常有限的，因此需要借助增力裝置來使轉(zhuǎn)向車輪發(fā)生偏轉(zhuǎn)。而轉(zhuǎn)向器就是把轉(zhuǎn)向盤傳來的轉(zhuǎn)矩按定傳動(dòng)比進(jìn)行放大并輸出。轉(zhuǎn)向器是完成由旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)到直線運(yùn)動(dòng)的組齒輪機(jī)構(gòu)，同時(shí)也是轉(zhuǎn)向系中的減速傳動(dòng)裝置。目前較常用的有齒輪齒條式、循環(huán)球曲柄指銷式、蝸桿曲柄指銷式、循環(huán)球齒條齒扇式、蝸桿滾輪式等。轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)是把轉(zhuǎn)向器的運(yùn)動(dòng)傳給

13、轉(zhuǎn)向車輪的機(jī)構(gòu)，包括從搖臂到轉(zhuǎn)向車輪的零部件。整個(gè)機(jī)械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的工作方式為:駕駛員需要轉(zhuǎn)向時(shí)，對(duì)轉(zhuǎn)向盤施加轉(zhuǎn)向力矩，該力矩通過轉(zhuǎn)向軸輸入到機(jī)械轉(zhuǎn)向器，力矩經(jīng)轉(zhuǎn)向器減速放大后由轉(zhuǎn)向搖臂傳到轉(zhuǎn)向直拉桿，最后再傳給固定于轉(zhuǎn)向節(jié)上的轉(zhuǎn)向節(jié)臂，使轉(zhuǎn)向節(jié)和它所支承的轉(zhuǎn)向車輪發(fā)生偏轉(zhuǎn)；與此同時(shí)，經(jīng)梯形轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)帶動(dòng)另側(cè)的轉(zhuǎn)向車輪同時(shí)發(fā)生偏轉(zhuǎn)，從而改變汽車的行駛方向。根據(jù)機(jī)械式轉(zhuǎn)向器形式的不同，可以將其分為:齒輪齒條式、循環(huán)球式、蝸桿滾輪式、蝸桿指銷式。應(yīng)用最廣泛的主要是齒輪齒條式和循環(huán)球式(用于需要較大的轉(zhuǎn)向力時(shí))。循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器由于是滾動(dòng)摩擦形式，因而正傳動(dòng)效率很高，操作方便且使用壽命長(zhǎng)，而且承載能力強(qiáng)，故

14、廣泛地應(yīng)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(diǎn)是剛性大，結(jié)構(gòu)緊湊重量輕，且成本低。由于這種方式容易將反作用力由車輪傳至轉(zhuǎn)向盤，因此具有對(duì)路面狀態(tài)反應(yīng)靈敏的優(yōu)點(diǎn)，但同時(shí)也容易產(chǎn)生打手和擺振等現(xiàn)象，且其承載能力相對(duì)較弱，故主要應(yīng)用于小汽車及輕型貨車上，目前我國大部分轎車上采用的就是齒輪齒條式機(jī)械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。液壓式助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)(HPS)液壓助力轉(zhuǎn)向于20世紀(jì)30年代首先應(yīng)用在重型車輛上。由于當(dāng)時(shí)汽車裝載質(zhì)量和整備質(zhì)量的增加，在轉(zhuǎn)向過程中需要克服的前輪轉(zhuǎn)向阻力矩也將相應(yīng)增加，作用在轉(zhuǎn)向盤上的轉(zhuǎn)向力也隨著增加，使駕駛員感到“轉(zhuǎn)向沉重”。當(dāng)前軸負(fù)荷增加到某個(gè)數(shù)值后，靠人力去轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)向輪就很吃

15、力。為使駕駛員操縱輕便，提高車輛的機(jī)動(dòng)性，最有效的方法就是在汽車的轉(zhuǎn)向系中加裝轉(zhuǎn)向助力裝置，借助于汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力驅(qū)動(dòng)油泵、空氣壓縮機(jī)和發(fā)電機(jī)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，減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了行駛安全性。液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)除了傳統(tǒng)的機(jī)械轉(zhuǎn)向器以外，尚需增加控制閥、動(dòng)力缸、油泵、油罐和管路等。而轎車對(duì)動(dòng)力轉(zhuǎn)向的要求與重型車輛不完全相同。比如重型車輛對(duì)動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)噪聲的要求較低，轎車則對(duì)噪聲要求很高，轎車還要求選用的轉(zhuǎn)向器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)要更簡(jiǎn)單、尺寸更小、成本更低等。但是重型車輛動(dòng)力轉(zhuǎn)向技術(shù)的發(fā)展無疑為轎車動(dòng)力轉(zhuǎn)向技術(shù)奠定了基礎(chǔ)。傳統(tǒng)液壓助力轉(zhuǎn)向系

16、統(tǒng)按轉(zhuǎn)向控制閥形式分為滑閥式和轉(zhuǎn)閥式兩種。目前在轎車上的液壓助力轉(zhuǎn)向采用的是轉(zhuǎn)閥式控制閥。在轎車上裝備液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)有如下優(yōu)點(diǎn):（1）減輕駕駛員的疲勞強(qiáng)度。動(dòng)力轉(zhuǎn)向可以減小駕駛員的轉(zhuǎn)向操縱力，提高轉(zhuǎn)向輕便性。（2）提高轉(zhuǎn)向靈敏度。可以比較自由地根據(jù)操縱穩(wěn)定性要求選擇轉(zhuǎn)向器傳動(dòng)比，不會(huì)受到轉(zhuǎn)向力的制約；允許轉(zhuǎn)向車輪承受更大的負(fù)荷，不會(huì)引起轉(zhuǎn)向沉重問題。（3）衰減道路沖擊，提高行駛安全性。液壓系統(tǒng)的阻尼作用可以衰減道路不平度對(duì)轉(zhuǎn)向盤的沖擊。液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)缺點(diǎn):（1）選定參數(shù)完成設(shè)計(jì)之后，助力特性就確定了，不能再進(jìn)行調(diào)節(jié)與控制，因此協(xié)調(diào)輕便性與路感的關(guān)系困難:如按低速性能設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)時(shí)，高速行駛

17、時(shí)轉(zhuǎn)向力往往過小，“路感”較差，甚至感覺汽車發(fā)“飄”，從而影響操縱穩(wěn)定性;而按高速性能設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)時(shí)，低速時(shí)轉(zhuǎn)向力往往過大。（2）即使在不轉(zhuǎn)向時(shí)，油泵也直運(yùn)轉(zhuǎn)，增加了能量消耗。（3）存在滲油與維護(hù)問題，提高了保修成本，且泄漏的液壓油會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染。電液式助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)(EHPS)近年來，隨著電子技術(shù)的不斷發(fā)展，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中愈來愈多的采用電子器件，相應(yīng)的就出現(xiàn)了電液助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。電液助力轉(zhuǎn)向可以分為兩大類:電動(dòng)液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)和電控液壓助力轉(zhuǎn)向。電動(dòng)液壓是在液壓助力系統(tǒng)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，它將原來由發(fā)動(dòng)機(jī)帶動(dòng)的液壓助力泵改為由電機(jī)驅(qū)動(dòng)，節(jié)省了燃油消耗。電控液壓是在傳統(tǒng)的液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的基礎(chǔ)上增加了

18、電控裝置構(gòu)成的。電液助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的助力特性可根據(jù)轉(zhuǎn)向速率、車速等參數(shù)設(shè)計(jì)為可變助力特性，使駕駛員能夠更輕松便捷的操縱汽車?，F(xiàn)代電液助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)主要通過車速傳感器將車速傳遞給電子元件，或微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，控制電液轉(zhuǎn)換裝置改變動(dòng)力轉(zhuǎn)向的助力特性，使駕駛員的轉(zhuǎn)向手力能根據(jù)車速和行駛條件的變化而改變，即在低速行駛或轉(zhuǎn)急彎時(shí)能以很小的轉(zhuǎn)向手力進(jìn)行操作，而在高速行駛時(shí)能以稍重的轉(zhuǎn)向手力進(jìn)行穩(wěn)定操作，使汽車的操縱輕便性和穩(wěn)定性達(dá)到最合適的平衡狀態(tài)。為了保證轉(zhuǎn)向輕便性，要求增大轉(zhuǎn)向器的傳動(dòng)比，這樣雖然可以減小轉(zhuǎn)向盤上的手力，但同時(shí)也會(huì)造成汽車對(duì)操縱反應(yīng)的遲緩，甚至可能導(dǎo)致駕駛員無法進(jìn)行緊急避障等轉(zhuǎn)向操作，即轉(zhuǎn)向

19、不夠“靈”。機(jī)械式轉(zhuǎn)向器的設(shè)計(jì)目的就是保證汽車在各種行駛條件下都能將轉(zhuǎn)向盤上的手力保持在駕駛員能接受的合理范圍內(nèi)，同時(shí)又要保證適當(dāng)?shù)霓D(zhuǎn)向靈敏度，但是機(jī)械式轉(zhuǎn)向器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)注定無法解決“輕”與“靈”的矛盾，而電液助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)則在定程度上解決了這矛盾。電控液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)在傳統(tǒng)液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的基礎(chǔ)上有了定的改進(jìn)，但液壓裝置的存在，使得該系統(tǒng)仍有難以克服的缺點(diǎn)，如:還存在滲油問題，零件增加，管路復(fù)雜，不便于安裝維修及檢測(cè)等。另外，雖然引入車速實(shí)現(xiàn)車速感應(yīng)型變助力特性，但是在原有液壓系統(tǒng)的基礎(chǔ)上又增加了電子系統(tǒng)，使系統(tǒng)越加復(fù)雜，成本增加。在液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中，只要發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，不管是否轉(zhuǎn)向，液壓泵都始

20、終處于工作狀態(tài)。另外，在發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速升高時(shí)，油泵供油量不斷增加，而實(shí)際上動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)所要求的供油量應(yīng)隨著發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的升高保持不變或下降，因此，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速高時(shí)，油泵輸出的大部分油液通過溢流閥返回，在油泵內(nèi)部循環(huán)流動(dòng)，導(dǎo)致油泵發(fā)熱，造成嚴(yán)重的能量消耗，使汽車燃油消耗量增加了4%6%。二十世紀(jì)八十年代以來，電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向(EPS)作為種全新的動(dòng)力轉(zhuǎn)向模式進(jìn)入了業(yè)界的視野，并很快成為動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)研究與開發(fā)的熱點(diǎn)。它直接依靠電動(dòng)機(jī)提供輔助扭矩，通過控制電動(dòng)機(jī)電流的幅值，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向器電動(dòng)助力的要求，這種系統(tǒng)使汽車在低速行駛時(shí)操縱力減小，提高了操縱的輕便性；而當(dāng)汽車在高速行駛時(shí)，電子控制系統(tǒng)提供最優(yōu)傳動(dòng)比和穩(wěn)定的

21、轉(zhuǎn)向路感，提高高速行駛時(shí)的操縱穩(wěn)定性。電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)較好地解決了液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)所不能解決的問題。2.2電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖2-2 EPS的組成電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的主要部件包括傳感器、減速機(jī)構(gòu)、電動(dòng)機(jī)、電子控制單元等。（1）車速傳感器和轉(zhuǎn)矩傳感器車速傳感器的功能是測(cè)量汽車行駛速度。轉(zhuǎn)矩傳感器的功能是測(cè)量駕駛員作用在轉(zhuǎn)向盤上的力矩大小與方向，以及轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角的大小和方向。這些信號(hào)都是EPS的基本控制信號(hào)。轉(zhuǎn)矩測(cè)量系統(tǒng)比較復(fù)雜且成本較高，所以精確、可靠、低成本的轉(zhuǎn)矩傳感器是決定EPS能否占領(lǐng)市場(chǎng)的關(guān)鍵因素之一。目前采用較多的是在轉(zhuǎn)向柱的位置加扭桿，通過測(cè)量扭桿的變形得到轉(zhuǎn)矩，另外

22、也有采用非接觸式轉(zhuǎn)矩傳感器。其原理是:當(dāng)輸入軸與輸出軸之間發(fā)生相對(duì)扭轉(zhuǎn)位移時(shí)，磁極環(huán)之間的空氣間隙發(fā)生變化，從而引起電磁感應(yīng)系數(shù)變化。非接觸式轉(zhuǎn)矩傳感器的優(yōu)點(diǎn)是體積小，精度高，缺點(diǎn)是成本較高。（2）減速機(jī)構(gòu)EPS的減速機(jī)構(gòu)與電動(dòng)機(jī)相連，起減速增扭的作用，常采用蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu)，也有采用行星齒輪機(jī)構(gòu)。有的EPS還配有離合器，裝在減速機(jī)構(gòu)側(cè)，是為了保證EPS只在預(yù)先設(shè)定的車速行駛范圍內(nèi)起作用，當(dāng)車速達(dá)到某值時(shí)，離合器分離，電動(dòng)機(jī)停止工作，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)轉(zhuǎn)為手動(dòng)轉(zhuǎn)向。當(dāng)電動(dòng)機(jī)發(fā)生故障時(shí)，離合器將自動(dòng)分離。減速機(jī)構(gòu)通過離合器與電動(dòng)機(jī)相連，起減速增矩作用，常采用蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu)也有采用行星齒輪機(jī)構(gòu)，離合器裝在減速機(jī)構(gòu)

23、側(cè)是為了保證EPS只在預(yù)先設(shè)定的車速范圍內(nèi)起作用。（3）電動(dòng)機(jī)電動(dòng)機(jī)的功能是根據(jù)電子控制單元的指令輸出適宜的輔助轉(zhuǎn)矩，是EPS的動(dòng)力源。多采用無刷永磁式直流電動(dòng)機(jī)。電動(dòng)機(jī)對(duì)EPS的性能有很大影響，是EPS的關(guān)鍵部件之一，所以EPS對(duì)電動(dòng)機(jī)有很高要求，不僅要求低轉(zhuǎn)速大轉(zhuǎn)矩、波動(dòng)小、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小、尺寸小、質(zhì)量輕，而且要求可靠性高、易控制。為此，設(shè)計(jì)時(shí)常針對(duì)EPS的特點(diǎn)，對(duì)電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)做些特殊地處理，如沿著轉(zhuǎn)子的表面開出斜槽或螺旋槽，定子磁鐵設(shè)計(jì)成不等厚等。根據(jù)電子控制單元的指令輸出適宜的輔助轉(zhuǎn)矩，是EPS的動(dòng)力源。（4）電子控制單元電子控制單元(ECU)的功能是根據(jù)轉(zhuǎn)矩傳感器信號(hào)和車速傳感器信號(hào)，進(jìn)

24、行邏輯分析與計(jì)算后，發(fā)出指令，控制電動(dòng)機(jī)和離合器。此外，ECU還有安全保護(hù)和自我診斷功能，ECU通過采集電動(dòng)機(jī)的電流、電壓、發(fā)動(dòng)機(jī)工況等信號(hào)判斷其系統(tǒng)工作狀況是否正常，旦系統(tǒng)工作異常，助力將自動(dòng)取消，同時(shí)ECU將進(jìn)行故障診斷分析。ECU通常是單片機(jī)系統(tǒng)，也有采用數(shù)字信號(hào)處理器(Digital signal Processing，簡(jiǎn)稱DSP)作為控制單元。控制系統(tǒng)與控制算法也是EPS的關(guān)鍵之一，控制系統(tǒng)應(yīng)有強(qiáng)的抗干擾能力，以適應(yīng)汽車多變的行駛環(huán)境?？刂扑惴☉?yīng)快速正確，滿足實(shí)時(shí)控制的要求，并能有效地實(shí)現(xiàn)理想的助力規(guī)律與特性。（5）蓄電池，電源給整個(gè)EPS提供電力。電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的工作原理電動(dòng)助力

25、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的基本組成包括扭矩傳感器、車速傳感器、控制單元(ECU)電動(dòng)機(jī)、減速機(jī)構(gòu)和離合器等。在EPS系統(tǒng)中傳感器主要有扭矩傳感器、方向盤轉(zhuǎn)速傳感器、速度傳感器。扭矩傳感器時(shí)刻檢測(cè)轉(zhuǎn)向盤的運(yùn)動(dòng)情況，將駕駛員轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)向盤的方向、角度信息傳送給控制單元。方向盤轉(zhuǎn)速傳感器用于測(cè)量轉(zhuǎn)向盤的旋轉(zhuǎn)速度，速度傳感器測(cè)量汽車的行駛速度，兩者的測(cè)量結(jié)果同樣送到控制單元?？刂茊卧荅PS系統(tǒng)的核心部分，也是EPS系統(tǒng)研究的重點(diǎn)。控制單元般以個(gè)八位或十六位微處理器為核心，外圍集成刀D電路、輸入信號(hào)接口電路、報(bào)警電路、電源。要求具有簡(jiǎn)單計(jì)算、查表、故障診斷處理、存儲(chǔ)、報(bào)警、驅(qū)動(dòng)等功能。電動(dòng)機(jī)的功能是根據(jù)控制單元的指令輸出

26、適宜的輔助扭矩，是EPS的動(dòng)力源。電動(dòng)機(jī)對(duì)EPS的性能有很大影響，是EPS的關(guān)鍵部件之一，所以EPS常采用蝸輪蝸桿機(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)側(cè)，是為了保證EPS只在預(yù)先設(shè)定的車速行駛范圍內(nèi)起作用。當(dāng)車速達(dá)到某值時(shí)，離合器分離，電動(dòng)機(jī)停止工作，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)轉(zhuǎn)為手動(dòng)轉(zhuǎn)向。另外，當(dāng)電動(dòng)機(jī)發(fā)生故障時(shí)離合器將自動(dòng)分離。電動(dòng)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(hào)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(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)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)離合器與助力電動(dòng)機(jī)相連。駕駛者在操縱轉(zhuǎn)

27、向盤時(shí)，給輸入軸輸入了個(gè)角位移，輸入軸和輸出軸之間的相對(duì)角位移使扭桿受扭，扭矩傳感器將扭桿所受到的扭矩轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào)輸入電控單元；與此同時(shí)，車速傳感器檢測(cè)到的車速信號(hào)也輸入電控單元，電控單元綜合轉(zhuǎn)向盤的輸入力矩、轉(zhuǎn)動(dòng)方向以及車速等輸入信號(hào)，判斷是否需要助力以及助力的方向。若需要助力，則依照既定的助力控制策略計(jì)算電動(dòng)機(jī)助力轉(zhuǎn)矩的大小并輸出相應(yīng)的控制信號(hào)給驅(qū)動(dòng)電路，驅(qū)動(dòng)電路提供相應(yīng)的電壓或電流給電動(dòng)機(jī)，電動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩由蝸輪蝸桿傳動(dòng)裝置放大再施加給轉(zhuǎn)向軸，從而完成實(shí)時(shí)控制助力轉(zhuǎn)向；若出現(xiàn)故障或車速超出設(shè)定值則停止對(duì)電動(dòng)機(jī)供電，系統(tǒng)不提供助力，同時(shí)，離合器分離，以避免轉(zhuǎn)向系統(tǒng)受電動(dòng)機(jī)慣性力矩的影響，系

28、統(tǒng)轉(zhuǎn)為人工手動(dòng)助力。ESP系統(tǒng)的工作分為轉(zhuǎn)向、回正、休眠3個(gè)狀態(tài)。汽車在轉(zhuǎn)向時(shí)，轉(zhuǎn)矩傳感器把采集到的轉(zhuǎn)向盤力矩和轉(zhuǎn)動(dòng)方向信號(hào)，車速傳感器把采集到的汽車行駛速度信號(hào)，通過數(shù)據(jù)總線發(fā)給電子控制單元ECU根據(jù)轉(zhuǎn)動(dòng)力矩、轉(zhuǎn)動(dòng)的方向、行駛速度等數(shù)據(jù)信號(hào)，進(jìn)行綜合邏輯分析與計(jì)算后，選擇條合適的助力特性曲線，向電動(dòng)機(jī)控制器發(fā)出動(dòng)作指令電動(dòng)機(jī)就會(huì)根據(jù)具體的需要輸出大小可變的轉(zhuǎn)動(dòng)力矩，從而產(chǎn)生了助力轉(zhuǎn)向。當(dāng)駕駛員使轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)動(dòng)某角度后松開時(shí)，電子控制單元根據(jù)傳感器得到的車速、車況等數(shù)據(jù)信息，在存儲(chǔ)器中的回正特性曲線簇中迅速找出條最佳的回正特性曲線，以此曲線參數(shù)向電動(dòng)機(jī)控制器發(fā)出動(dòng)作指令，使系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)整輪回到正中。

29、由于EPS提供的轉(zhuǎn)向回正動(dòng)作是在軟硬件共同作用下實(shí)現(xiàn)的。因此能夠真正地達(dá)到與車輛動(dòng)態(tài)性能相匹配的水平。EPS系統(tǒng)只有在0起作用，當(dāng)車速接近中時(shí)，電動(dòng)機(jī)得到的電流減小，助力減?。划?dāng)車速超過時(shí)，電動(dòng)機(jī)電流被切斷，離合器分離，變?yōu)槌Ｒ?guī)的轉(zhuǎn)向裝置，本套系統(tǒng)處于休眠狀態(tài)在中低速域控制類型的EPS系統(tǒng)中，的設(shè)置為45km/h (鈴木轎車)；在全域控制型EPS系統(tǒng)中可達(dá)到80km/h或更高。電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的類型根據(jù)電動(dòng)機(jī)布置位置的不同，電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)可以分為轉(zhuǎn)向軸助力式、齒輪助力式、齒條助力式三種類型。（1）轉(zhuǎn)向軸助力式轉(zhuǎn)向軸助力式EPS系統(tǒng)的電動(dòng)機(jī)固定在轉(zhuǎn)向軸側(cè)面，裝有個(gè)電磁控制的離合器，通過減速機(jī)構(gòu)

30、與轉(zhuǎn)向軸相連，直接驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)向軸實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向助力。這種方案可以使轉(zhuǎn)向器占用的空間減至最小。由于各部件相對(duì)獨(dú)立，因此維修方便，設(shè)計(jì)時(shí)也有很大的靈活性。但是電動(dòng)機(jī)輸出力矩的波動(dòng)容易傳遞到轉(zhuǎn)向盤上。如果電動(dòng)機(jī)的安裝位置和駕駛員的乘坐位置很近的話，必須考慮對(duì)電動(dòng)機(jī)噪聲的抑制。鈴木公司的Alto汽車采用的是這種布置方案。（2）齒輪助力式齒輪助力式EPS系統(tǒng)的轉(zhuǎn)矩傳感器、電動(dòng)機(jī)、減速機(jī)構(gòu)以及離合器集成在一起，電動(dòng)機(jī)直接通過減速機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)齒輪軸進(jìn)行助力。齒輪助力式EPS系統(tǒng)提供的轉(zhuǎn)向助力作用比轉(zhuǎn)向軸助力式EPS系統(tǒng)要大，適合于前軸負(fù)荷中等的汽車。三菱公司的Minia微型汽車采用了這種方案。（3）齒條軸助力式齒條助力式

31、EPS系統(tǒng)是利用電動(dòng)機(jī)和減速機(jī)構(gòu)直接驅(qū)動(dòng)齒條提供助力的。轉(zhuǎn)矩傳感器單獨(dú)安裝在轉(zhuǎn)向小齒輪附近，而電動(dòng)機(jī)和減速機(jī)構(gòu)集成在起，安裝在小齒輪另端的齒條上，電動(dòng)機(jī)的動(dòng)力直接作用在齒條上。該類型根據(jù)減速傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的不同可分為兩種:種是電動(dòng)機(jī)做成中空的，轉(zhuǎn)向齒條從中間穿過，電動(dòng)機(jī)的動(dòng)力經(jīng)滾珠螺桿螺母減速機(jī)構(gòu)后傳給齒條。這種結(jié)構(gòu)是第一代電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，由于電動(dòng)機(jī)位于齒條殼內(nèi)，結(jié)構(gòu)復(fù)雜、價(jià)格高、維修也很困難。本田公司的Accord轎車采用的是這種方案。另一種是電動(dòng)機(jī)與齒條的殼體相對(duì)獨(dú)立，電動(dòng)機(jī)的動(dòng)力經(jīng)另小齒輪傳給齒條，由于易于制造和維修，成本低，已取代了第一代產(chǎn)品。齒條助力式EPS系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)緊湊，不受安裝

32、位置的限制，電動(dòng)機(jī)的力矩波動(dòng)不易傳遞到轉(zhuǎn)向盤上，系統(tǒng)剛度好、傳動(dòng)能力大，可以提供較大的助力轉(zhuǎn)矩，適用于前軸負(fù)荷較大的汽車。電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向的關(guān)鍵技術(shù)電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)它與轉(zhuǎn)向輕便性以及舒適性和安全性密切相關(guān)，該系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)包括以下幾個(gè)方面。(l)電動(dòng)機(jī)與傳感器技術(shù)電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向技術(shù)的發(fā)展及運(yùn)用主要?dú)w功于電動(dòng)機(jī)技術(shù)、電子技術(shù)和控制理論的發(fā)展。EPS系統(tǒng)對(duì)電動(dòng)機(jī)有很高的要求，包括功率、尺寸和性能等。轎車上使用的電源通常是12V，依據(jù)不同的車型和制造商，蓄電池輸出的最大電流般是758OA。這就決定了其最大的輸出功率為9OOW。受功率限制，EPS系統(tǒng)必須提高各元件的效率，以獲得所需的輸出功率能依據(jù)轉(zhuǎn)向阻力在

33、25O55OW之間變化，而轉(zhuǎn)向阻力主要取決于轉(zhuǎn)向軸負(fù)荷質(zhì)量。除了功率要求，電動(dòng)機(jī)還必須滿足轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的其它特定要求。如平滑性，即駕駛員不應(yīng)當(dāng)在轉(zhuǎn)向盤上感覺到任何由于電動(dòng)機(jī)輸出力矩的波動(dòng)所引起的沖擊；電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量應(yīng)當(dāng)足夠?。槐苊廪D(zhuǎn)向失控等。傳感器是電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中最重要的器件之一，在電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中需要的傳感器有:扭矩傳感器、方向盤轉(zhuǎn)速傳感器、速度傳感器，它們對(duì)車輛狀況進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)，并將檢測(cè)到的信息傳遞給控制單元，因此傳感器質(zhì)量的好壞將直接影響整個(gè)系統(tǒng)的性能。如何制造出體積小、成本低、可靠性好而且測(cè)量精度高的傳感器就成為電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)之一。(2)助力特性助力特性關(guān)系到轉(zhuǎn)向輕便性

34、與路感，目前國內(nèi)外對(duì)路感問題的研究手段主要以試驗(yàn)為主。助力特性是EPS系統(tǒng)的控制目標(biāo)，助力特性是否合理決定著EPS系統(tǒng)的助力性能。EPS系統(tǒng)的助力特性屬于車速感應(yīng)型，主要分為全速型和低速型兩種。全速型是指EPS系統(tǒng)在任何車速下都提供助力；低速型是指EPS系統(tǒng)只有低速時(shí)才提供助力，當(dāng)車速超過某預(yù)定值時(shí)，EPS系統(tǒng)停止工作。低速型的優(yōu)點(diǎn)是對(duì)系統(tǒng)的要求相對(duì)較低，缺點(diǎn)是不能改善汽車的高速操縱穩(wěn)定性。全速型的優(yōu)點(diǎn)是能改善汽車的高速操縱穩(wěn)定性，缺點(diǎn)是對(duì)系統(tǒng)的要求相對(duì)較高。(3)控制策略EPS系統(tǒng)能否獲得滿意的性能，除了要有好的硬件保證外，還必須要有良好的控制軟件來支撐。汽車的行駛工況多種多樣，EPS系統(tǒng)工

35、作時(shí)不但受到來自地面隨機(jī)干擾和不確定因素的影響，同時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)出的熱輻射與電磁干擾對(duì)整個(gè)系統(tǒng)也會(huì)產(chǎn)生很大的影響。這些因素都對(duì)EPS系統(tǒng)的控制策略提出很高的要求。PD控制技術(shù)、動(dòng)態(tài)補(bǔ)償技術(shù)、自適應(yīng)控制技術(shù)、魯棒控制技術(shù)等控制理論的發(fā)展為EPS系統(tǒng)的成功開發(fā)提供了有力的保障。隨著智能控制技術(shù)的進(jìn)步發(fā)展，EPS系統(tǒng)控制策略必將在發(fā)展中不斷加以完善。(4)故障診斷與可靠性由于EPS系統(tǒng)是項(xiàng)新技術(shù)，它沒有液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)那么長(zhǎng)的使用歷史，因此EPS系統(tǒng)的故障診斷與可靠性應(yīng)受到充分重視。EPS系統(tǒng)一般有兩種主要故障表現(xiàn)形式:是系統(tǒng)停止工作，如果這種故障出現(xiàn)在汽車行駛過程中，容易出現(xiàn)意外交通事故。另一種更嚴(yán)重

36、的故障就是系統(tǒng)在沒有駕駛員轉(zhuǎn)向輸入的情況下使車輪轉(zhuǎn)向，導(dǎo)致汽車偏離原來的方向。這是絕對(duì)不允許發(fā)生的。在這些故障中，有些可以通過機(jī)械設(shè)計(jì)的方法減少故障的發(fā)生。這與傳統(tǒng)液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)采用的方法沒有本質(zhì)區(qū)別。作為個(gè)電控系統(tǒng)有些故障是不能通過機(jī)械設(shè)計(jì)方法來避免的，而是需要通過故障診斷的方法來有效地加以校正。電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向是項(xiàng)采用現(xiàn)代控制方法的高新技術(shù)，與傳統(tǒng)液壓助力轉(zhuǎn)向相比，它具有下述優(yōu)點(diǎn):（1）EPS系統(tǒng)能在各種行駛工況下提供最佳助力，減小由路面不平所引起的對(duì)轉(zhuǎn)系的擾動(dòng)。（2）EPS系統(tǒng)只在轉(zhuǎn)向時(shí)電動(dòng)機(jī)才提供助力，因而能減少燃料消耗。（3）由于EPS系統(tǒng)由電動(dòng)機(jī)提供助力，電動(dòng)機(jī)

37、由蓄電池供電，因此EPS能否助力與發(fā)動(dòng)機(jī)是否起動(dòng)無關(guān)，即使在發(fā)動(dòng)機(jī)熄火或出現(xiàn)故障時(shí)也能提供助力。（4）EPS系統(tǒng)取消了油泵、皮帶、皮帶輪、液壓軟管、液壓油及密封件等，其零件比即S減少很多，因而其質(zhì)量更輕、結(jié)構(gòu)更緊湊，在安裝位置選擇方面也更容易，并且能降低噪聲。（5）EPS系統(tǒng)沒有液壓回路，比HPS更易調(diào)整和檢測(cè)，裝配自動(dòng)化程度更高，并且可以通過設(shè)置不同的程序，快速與不同車型匹配，因而能縮短生產(chǎn)和開發(fā)周期。（6）EPS不存在滲油問題，消除了液壓助力中液壓油泄漏問題，可大大降低保修成本，減小對(duì)環(huán)境的污染，更加環(huán)保。（7）由于低溫下油的粘性較大，HPS系統(tǒng)在低溫下啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)后，轉(zhuǎn)向操縱力較高，而電動(dòng)

38、助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)在低溫下不會(huì)增加轉(zhuǎn)向操縱力和發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷，因而其具有良好的低溫工作性能。3 電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)受力與性能分析3.1電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)受力EPS系統(tǒng)所受的力主要有駕駛員作用在方向盤的操縱力、電動(dòng)機(jī)的助力矩和整個(gè)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)所受的阻力矩，汽車轉(zhuǎn)向時(shí)，作用在方向盤上的操縱力矩和EPS系統(tǒng)的電動(dòng)機(jī)助力矩通過轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)克服轉(zhuǎn)向阻力矩，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)汽車的向，而操縱力矩和電動(dòng)機(jī)助力力矩的大小則與整個(gè)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)所受的阻力有關(guān)。下面分別對(duì)作用在EPS中的力矩進(jìn)行分析:(1）方向盤的操縱力在汽車進(jìn)行轉(zhuǎn)向運(yùn)動(dòng)中，由駕駛員通過作用在方向盤的切向力對(duì)汽車進(jìn)行操縱。般駕駛員都希望轉(zhuǎn)向時(shí)能操作輕便，在高速時(shí)仍能保持穩(wěn)定，且具有

39、良好的“路感”，因此駕駛員對(duì)汽車的操縱力分成兩種情況:第一種：改變汽車行駛方向時(shí)駕駛員作用在轉(zhuǎn)向盤上的切向力。第二種：保持汽車行駛方向不變(包括直線運(yùn)動(dòng)和固定某個(gè)方向的運(yùn)動(dòng))時(shí)駕駛員保持方向盤不動(dòng)的力。這種在車輪轉(zhuǎn)向角位置保持不變行車時(shí)，駕駛員作用在轉(zhuǎn)向盤上的力稱為方向盤把持力。(2)阻力矩影響轉(zhuǎn)向力矩的因素有許多，例如車速、載荷、路面摩擦系數(shù)、轉(zhuǎn)向輪胎類型及氣壓、輪胎力學(xué)特性、前輪定位參數(shù)、轉(zhuǎn)彎半徑、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)干摩擦特性、轉(zhuǎn)向角速度與角加速度、側(cè)傾轉(zhuǎn)向效應(yīng)、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)剛度、車輛參數(shù)等等。轉(zhuǎn)向力矩是由于轉(zhuǎn)向輪與地路面之間相互作用以及轉(zhuǎn)向系統(tǒng)內(nèi)部的摩擦而共同產(chǎn)生的。地面對(duì)轉(zhuǎn)向輪的作用力主要包括側(cè)向力

40、、切向力與法向力。構(gòu)成車輪轉(zhuǎn)向力矩的主要是自輪胎回正力矩和側(cè)向力回正力矩，其次是重力回正力矩和切向力回正力矩。其中輪胎自回正力矩和側(cè)向力回正力矩與側(cè)向力成正比，而重力回正力矩與前軸負(fù)荷、轉(zhuǎn)向角成正比。在前軸左右輪負(fù)荷差別不大的情況下，切向力回正力矩很小。車速對(duì)轉(zhuǎn)向力矩的影響是通過側(cè)向加速度間接實(shí)現(xiàn)的，并不是直接體現(xiàn)出來。在極低速轉(zhuǎn)向以及原地轉(zhuǎn)向條件下，輪胎與地面之間的靜摩擦力矩占主導(dǎo)地位，故轉(zhuǎn)向力矩大大高于其它車速下行駛的力矩。在低速大轉(zhuǎn)角行駛條件下，汽車的側(cè)向加速度較小，因此輪胎的側(cè)偏角很小，由側(cè)向力形成的回正力矩較小，而此時(shí)轉(zhuǎn)角大，由前軸負(fù)荷形成的重力回正力矩占主要地位。當(dāng)汽車在中高速行駛

41、時(shí)，其側(cè)向加速度較大，導(dǎo)致車輪的側(cè)向力較大，故轉(zhuǎn)向阻力矩主要由側(cè)向力引起的回正力矩，而重力回正力矩相比之下顯得不重要。在較大的側(cè)向加速度下，車身發(fā)生側(cè)傾導(dǎo)致載荷的轉(zhuǎn)移，從而左右輪胎的側(cè)偏剛度發(fā)生顯著變化，最終導(dǎo)致側(cè)向力下降，因此轉(zhuǎn)向力矩下降，這是車速影響轉(zhuǎn)向力矩變化的原因之；當(dāng)側(cè)向加速度過大時(shí)，輪胎可提供的側(cè)向力飽和并使得輪胎的拖距減小，從而導(dǎo)致輪胎自回正力矩下降；此外，由于載荷的轉(zhuǎn)移，車輪與地面的側(cè)向附著系數(shù)下降，也導(dǎo)致側(cè)向力下降。(3)助力矩主要是為了改善汽車操縱的輕便性而外加的力矩，由電控單元ECU依據(jù)車速和力矩信號(hào)控制助力電流的幅值，電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生作用于轉(zhuǎn)向系統(tǒng)助力矩，以提高駕駛員轉(zhuǎn)向時(shí)的

42、操縱輕便性。3.2 理想轉(zhuǎn)向盤力矩的研究 圖3-1 轉(zhuǎn)向盤力矩與車速變化關(guān)系圖圖3-1所示，日本皇冠尊嚴(yán)400轉(zhuǎn)向盤力矩隨側(cè)向加速度和車速的變化特性曲線。圖3-1為4000輛轎車在車速為100km/h、正弦輸入、頻率0.33Hz時(shí)，隨側(cè)向加速度的增加，平均轉(zhuǎn)向盤力矩的變化特性曲線。從圖3-1可以看出，隨側(cè)向加速度的增加，轉(zhuǎn)向盤力矩有增大的趨勢(shì)。1999年，通用公司采用瑞典駕駛模擬器(VTI)測(cè)試了在側(cè)向加速度為3m/s²時(shí)隨車速的不同駕駛員所偏好的轉(zhuǎn)向盤力矩特性曲線，得出駕駛員所偏好的轉(zhuǎn)向盤力矩具有隨著車速的增大而增大趨勢(shì)的結(jié)論。3.3電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)性能的主要評(píng)價(jià)指標(biāo)汽車電動(dòng)助力轉(zhuǎn)

43、向系統(tǒng)與傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)相比有很大區(qū)別，對(duì)汽車的轉(zhuǎn)向輕便性、轉(zhuǎn)向回正性和路感、可靠性等方面將會(huì)產(chǎn)生新的影響，因此，傳統(tǒng)汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的試驗(yàn)與評(píng)價(jià)指標(biāo)就不能完全適用于EPS系統(tǒng)，必須建立適用于EPS的試驗(yàn)和評(píng)價(jià)指標(biāo)我國國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T6323.494和GB/T6323.594分別對(duì)汽車轉(zhuǎn)向回正性和轉(zhuǎn)向輕便性進(jìn)行了規(guī)范，這兩項(xiàng)試驗(yàn)可以用來評(píng)價(jià)裝備EPS汽車的轉(zhuǎn)向回正性和輕便性。為了評(píng)價(jià)裝備EPS汽車高速行駛時(shí)轉(zhuǎn)向盤中間位置附近區(qū)域的操縱穩(wěn)定性，應(yīng)進(jìn)行轉(zhuǎn)向盤中間位置附近區(qū)域操縱穩(wěn)定性試驗(yàn)，另外，針對(duì)EPS總成，還需要進(jìn)行轉(zhuǎn)向盤振動(dòng)試驗(yàn)、能量消耗試驗(yàn)和可靠性試驗(yàn)等。 轉(zhuǎn)向回正能力評(píng)價(jià)汽車轉(zhuǎn)向后轉(zhuǎn)向盤能自動(dòng)

44、回正，使汽車保持穩(wěn)定的直線行駛狀態(tài)，這是汽車轉(zhuǎn)向系的基本要求之一，但轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中摩擦力矩的存在會(huì)降低轉(zhuǎn)向盤的回正特性。在裝有EPS的汽車上，采用合理的助力特性曲線和控制策略能有效提高轉(zhuǎn)向盤的回正特性，獲得更好的轉(zhuǎn)向盤中間位置區(qū)域的路感。汽車轉(zhuǎn)向回正能力可通過整車道路試驗(yàn)或臺(tái)架試驗(yàn)測(cè)得。對(duì)整車道路試驗(yàn)，可參照GB/T62.494汽車操縱穩(wěn)定性試驗(yàn)方法轉(zhuǎn)向回正性能試驗(yàn)進(jìn)行，即令汽車沿半徑為15m的圓周行駛，調(diào)整車速使側(cè)向加速度為4m/s²，然后松開轉(zhuǎn)向盤，汽車在回正力矩作用下，前輪將自動(dòng)回復(fù)到直線行駛狀態(tài)，記錄這個(gè)過程的時(shí)間t、車速u、轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角和橫擺角速度，整理出橫擺角速度和時(shí)間的曲線。

45、評(píng)價(jià)指標(biāo)可依據(jù)我國汽車行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)QC/T4802000汽車操縱穩(wěn)定性指標(biāo)極限值與評(píng)價(jià)方法，采用松開轉(zhuǎn)向盤3秒時(shí)的殘余橫擺角速度絕對(duì)值和橫擺角速度總方差兩項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行評(píng)價(jià)。臺(tái)架試驗(yàn)過程中在轉(zhuǎn)向器輸出端施加最大輸出力(力矩)的8%，采用轉(zhuǎn)向盤從兩個(gè)極限位置回到中間位置所需時(shí)間來評(píng)價(jià)。3.3.2 轉(zhuǎn)向輕便性評(píng)價(jià)汽車裝備EPS的個(gè)重要目的就是為了提高汽車的轉(zhuǎn)向輕便性，可以通過整車道路試驗(yàn)和臺(tái)架試驗(yàn)來測(cè)量汽車的轉(zhuǎn)向輕便性。對(duì)于整車道路試驗(yàn)，一般有原地轉(zhuǎn)向試驗(yàn)和雙紐線試驗(yàn)兩種，其中我國國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T6323.594對(duì)雙紐線試驗(yàn)進(jìn)行了規(guī)范。對(duì)臺(tái)架試驗(yàn)，一般進(jìn)行模擬原地轉(zhuǎn)向試驗(yàn)。(1)原地轉(zhuǎn)向試驗(yàn)汽車原地靜止，

46、轉(zhuǎn)向盤從中間位置正向轉(zhuǎn)動(dòng)到極限位置，再逆向轉(zhuǎn)動(dòng)到另一極限位置，然后回復(fù)到起始中間位置。測(cè)定作用于轉(zhuǎn)向盤上的轉(zhuǎn)向力。(2)雙紐線試驗(yàn)試驗(yàn)時(shí)風(fēng)速應(yīng)不大于5 m/s²，大氣溫度在0到40范圍內(nèi)，汽車按照畫在場(chǎng)地上的雙紐線以10km/h的車速行駛。在雙紐線最寬處，頂點(diǎn)和中點(diǎn)(即結(jié)點(diǎn))的路徑兩側(cè)各放置兩個(gè)標(biāo)樁，共計(jì)放置16個(gè)標(biāo)樁。標(biāo)樁與試驗(yàn)路徑中心線的距離，為車寬的一半加50cm，或按轉(zhuǎn)彎通道圓寬的二分之一加50cm。試驗(yàn)中記錄轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角及轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)矩，并按雙紐線路徑每一周整理出轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)矩一轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角曲線。通常以轉(zhuǎn)向盤最大轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)向盤最大作用力及轉(zhuǎn)向盤作用功來評(píng)價(jià)轉(zhuǎn)向輕便性。3.3.3 轉(zhuǎn)向盤中

47、間位置操縱穩(wěn)定性評(píng)價(jià)汽車高速行駛必須具有良好的操縱穩(wěn)定性，目前國外通常中間位置轉(zhuǎn)向試驗(yàn)來評(píng)價(jià)汽車高速行駛時(shí)的操縱穩(wěn)定性。（1）試驗(yàn)方法試驗(yàn)時(shí)，汽車以100km/h的速度作(近似于)正弦曲線的蛇行行駛，正弦運(yùn)動(dòng)的周期為5s，轉(zhuǎn)向盤輸入頻率基準(zhǔn)值為0.2HZ，側(cè)向加速度峰值基準(zhǔn)為0.29。試驗(yàn)在無風(fēng)、水平路面上進(jìn)行。試驗(yàn)汽車上裝有轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角、轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)矩、車速與橫擺角速度等傳感器，要測(cè)量的數(shù)據(jù)有:車速，轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角，轉(zhuǎn)向盤作用力矩，汽車側(cè)向加速度，其中，汽車側(cè)向加速度的數(shù)值可以得用橫擺角速度與車速的乘積求得。（2）轉(zhuǎn)向盤力輸入方面的評(píng)價(jià)指標(biāo)轉(zhuǎn)向盤中間位置操縱穩(wěn)定性試驗(yàn)的原始數(shù)據(jù)中包含許多車輛轉(zhuǎn)向特性信

48、息，根據(jù)需要可繪制出轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角與側(cè)向加速度、轉(zhuǎn)向盤力矩與側(cè)向加速度、轉(zhuǎn)向盤力矩與轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角等多條特性曲線。這些特性曲線中分別包含著不同的評(píng)價(jià)指標(biāo)。轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角與側(cè)向加速度關(guān)系曲線反映的是轉(zhuǎn)向盤角輸入特性，從這條曲線中至少可提取4個(gè)參數(shù)作為評(píng)價(jià)指標(biāo)，即轉(zhuǎn)向靈敏度、最小轉(zhuǎn)向靈敏度、轉(zhuǎn)向靈敏度比和轉(zhuǎn)向遲滯。轉(zhuǎn)向盤力矩與側(cè)向加速度關(guān)系曲線反映的是轉(zhuǎn)向盤力輸入特性，通過這條關(guān)系曲線可以評(píng)價(jià)車輛的回正性能，庫侖干摩擦，路感，轉(zhuǎn)向盤非線性力的大小等。3.3.4 轉(zhuǎn)向盤振動(dòng)評(píng)價(jià)路面不平度、機(jī)械振動(dòng)和助力機(jī)構(gòu)力矩波動(dòng)會(huì)引起轉(zhuǎn)向盤振動(dòng)，使駕駛員感到緊張和疲勞，路面不平度引起的振動(dòng)通常是高頻振動(dòng)，而電動(dòng)助力機(jī)構(gòu)引起的

49、轉(zhuǎn)向盤振動(dòng)般在低轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)速和低頻時(shí)發(fā)生。為此可將轉(zhuǎn)向盤振動(dòng)試驗(yàn)分兩種情況進(jìn)行:一種是在不平路面上進(jìn)行整車道路試驗(yàn)，包括直線行駛工況和常用轉(zhuǎn)向行駛工況，測(cè)試轉(zhuǎn)向盤力矩和角加速度；另一種是進(jìn)行原地轉(zhuǎn)向或臺(tái)架試驗(yàn)，測(cè)量轉(zhuǎn)向盤力矩和角加速度。轉(zhuǎn)向盤振動(dòng)可以用轉(zhuǎn)向盤力矩峰值、轉(zhuǎn)向盤力矩均方根值和轉(zhuǎn)向盤角加速度均方根三項(xiàng)指標(biāo)來評(píng)價(jià)。3.3.5 轉(zhuǎn)向路感及路感強(qiáng)度汽車轉(zhuǎn)向的輕便性與路感是相互矛盾的，一般駕駛員都希望車輛轉(zhuǎn)向時(shí)力“輕”些好，即在轉(zhuǎn)向時(shí)系統(tǒng)提供大的助力，這樣可以減少駕駛員的體力消耗，但轉(zhuǎn)向太“輕”又不好，因?yàn)檗D(zhuǎn)向力中還包含著前輪側(cè)向力的信息，使汽車的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)(包括車輪與路面的附著狀態(tài))與駕駛員手

50、上的力有一種對(duì)應(yīng)關(guān)系，這就是“路感”，如果這種“路感”很清晰，駕駛員就會(huì)感到“心中有數(shù)”，有把握地操縱汽車，所以轉(zhuǎn)向力又不能太小。確切地說，轉(zhuǎn)向力中與前輪側(cè)向力有對(duì)應(yīng)關(guān)系的那部分(回正力矩部分)不能太小，而與前輪側(cè)向力無關(guān)的各種摩擦力矩則是越小越好。汽車轉(zhuǎn)向輕便性是對(duì)低速行駛時(shí)(如原地轉(zhuǎn)向)提出的要求，而路感則是針對(duì)汽車高速行駛時(shí)提出。汽車在高速行駛時(shí)，應(yīng)能把車輪與路面的接觸狀態(tài)以反力的形式傳至轉(zhuǎn)向盤，使駕駛員感到此種力反饋及其差別。清晰的路感，對(duì)駕駛員非常重要，特別是在高速行駛時(shí)，它能夠給駕駛員提供一種正確判斷車輪與路面附著情況的信息，讓駕駛員心中有數(shù)，以便在不同的道路條件下，采取合適的運(yùn)行

51、方式(高速、轉(zhuǎn)向和制動(dòng))，確保車輛的行駛安全。因此，在某種意義上說，路感實(shí)際上是給予駕駛員操縱汽車的一種安全感，做到心中有數(shù)、防患于未然。通常，路感按車輛的行駛狀態(tài)或轉(zhuǎn)向盤的位置，可以分高速直線行駛、轉(zhuǎn)向和回正過程的路感。4 電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向助力特性研究4.1助力特性曲線定義助力特性是指助力隨汽車運(yùn)動(dòng)狀況和受力狀況車速和方向盤力矩變化而變化的規(guī)律。對(duì)電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向，助力與直流電機(jī)電流成比例，故可采用電機(jī)電流與方向盤力矩、車速的變化關(guān)系曲線來表示助力特性。汽車在高速行駛時(shí)，能把車輪與路面的接觸狀態(tài)以反力和位移形式通過轉(zhuǎn)向系傳至方向盤，使駕駛員感到此種力和位移的反饋及其差別，這就是所謂的路感。汽車轉(zhuǎn)向過

52、程中的轉(zhuǎn)向輕便性與路感是相互矛盾的。滿足輕便就要求轉(zhuǎn)向系統(tǒng)能提供較大的助力，而助力增加后，路感就變差了。如果路感很清晰，駕駛員就會(huì)心中有數(shù)，有利于提高行駛安全性。理想的助力特性應(yīng)能充分協(xié)調(diào)好轉(zhuǎn)向輕便性與路感的關(guān)系，并提供給駕駛員與手動(dòng)轉(zhuǎn)向盡可能一致的、可控的轉(zhuǎn)向特性。在滿足轉(zhuǎn)向輕便性的條件下，如果路感強(qiáng)度在整個(gè)力特性區(qū)域內(nèi)不變，駕駛員就能容易地判定汽車行駛狀況的變化，預(yù)測(cè)出所需要的轉(zhuǎn)向操縱力矩的大小。4.2轉(zhuǎn)向助力特性曲線設(shè)計(jì)概述轉(zhuǎn)向助力特性曲線決定了汽車在不同車速下的轉(zhuǎn)向手力與轉(zhuǎn)向路感，在具體進(jìn)行助力特性曲線設(shè)計(jì)前，還必須明確不同車速下對(duì)轉(zhuǎn)向手力和路感的不同要求。為此，首先分析各種車速條件下

53、的轉(zhuǎn)向特點(diǎn)，根據(jù)前面對(duì)不同車速下轉(zhuǎn)向力矩的分析可以得到下面的結(jié)論：(l)當(dāng)汽車在零車速和極低車速下進(jìn)行轉(zhuǎn)向，如原地轉(zhuǎn)向及停車入庫時(shí)轉(zhuǎn)向，此時(shí)輪胎地面之間的滑動(dòng)摩擦力與轉(zhuǎn)向系統(tǒng)干摩擦力之和遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于重力回正力矩，而側(cè)向力回正力矩接近為零，此車速下的轉(zhuǎn)向特點(diǎn)是轉(zhuǎn)角大、轉(zhuǎn)向手力大，但轉(zhuǎn)向手力隨轉(zhuǎn)角增加不明顯。(2)當(dāng)汽車低速行駛時(shí)進(jìn)行轉(zhuǎn)向，如在彎道很急的山路上轉(zhuǎn)向，此時(shí)重力回正力矩和轉(zhuǎn)向系統(tǒng)摩擦力在轉(zhuǎn)向力矩中占主要地位，而側(cè)向力回正力矩相對(duì)較小，此車速下的轉(zhuǎn)向特點(diǎn)是轉(zhuǎn)角較大、轉(zhuǎn)速快，轉(zhuǎn)向手力較大并隨轉(zhuǎn)角上升緩慢上升。(3)當(dāng)汽車以中速行駛時(shí)進(jìn)行轉(zhuǎn)向，如在鄉(xiāng)村較平直的公路上行駛，此時(shí)的轉(zhuǎn)向手力中所包含的

54、側(cè)向力回正力矩超過重力回正力矩，在轉(zhuǎn)向力矩中占主要地位。轉(zhuǎn)向的特點(diǎn)是轉(zhuǎn)角較小，轉(zhuǎn)向手力也較小。(4)當(dāng)汽車高速行駛中進(jìn)行轉(zhuǎn)向如在高速公路上的轉(zhuǎn)向，此時(shí)的轉(zhuǎn)向特點(diǎn)是大多數(shù)時(shí)間方向盤都處于中間位置只偶爾對(duì)它作些細(xì)微的調(diào)整，故轉(zhuǎn)角小，轉(zhuǎn)向手力小。從上面的分析可以看出，隨車速的增加方向盤的轉(zhuǎn)角是逐步減小的，這導(dǎo)致在低速下轉(zhuǎn)向力很大，而高速下轉(zhuǎn)向力較小，相應(yīng)的轉(zhuǎn)向路感也隨車速上升而降低。根據(jù)對(duì)不同車速下轉(zhuǎn)向特點(diǎn)的分析，以及參考機(jī)械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)和動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求，可得到以下助力特性曲線設(shè)計(jì)原則：（1）在零車速和極低車速下電動(dòng)機(jī)助力的主要目的是提供助力，克服輪胎與地面之間的滑動(dòng)摩擦力和轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的干摩擦力來

55、減小轉(zhuǎn)向手力，使得轉(zhuǎn)向輕便，而此車速下與路感對(duì)應(yīng)的側(cè)向力回正力矩很小，對(duì)轉(zhuǎn)向路感沒有要求。（2）在低速轉(zhuǎn)向時(shí)，此時(shí)電動(dòng)機(jī)助力主要用于克服重力回正力矩和轉(zhuǎn)向系統(tǒng)摩擦力。由于此車速下駕駛員對(duì)路面的信息要求不高，因此對(duì)轉(zhuǎn)向路感也無具體要求。（3）汽車在零車速或低速行駛轉(zhuǎn)向過程中，轉(zhuǎn)向阻力矩較大，為使轉(zhuǎn)向輕便，降低駕駛員勞動(dòng)強(qiáng)度，此時(shí)應(yīng)盡可能發(fā)揮較大的助力轉(zhuǎn)向效果，且助力矩增幅應(yīng)較大。（4）在中速下轉(zhuǎn)向時(shí)，由于車速增加，轉(zhuǎn)角逐漸減小，與側(cè)向力回正力矩對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)向路感也隨之逐步減小，為保證路感此時(shí)助力應(yīng)隨車速增加而逐步減小，以便在保證轉(zhuǎn)向輕便性的同時(shí)，保持轉(zhuǎn)向路感基本不變。（5）在轉(zhuǎn)向力矩很小的區(qū)域里希望

56、助力矩越小越好，甚至不施加助力，以便保持較好的路感和節(jié)約能源。（6）在高速行駛時(shí)為使駕駛員獲得良好的路感，保證行車安全，應(yīng)停止助力。（7）助力矩不能大于同工況下無助力時(shí)的轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)力矩，即助力矩應(yīng)小于轉(zhuǎn)向力矩，否則將出現(xiàn)“打手”現(xiàn)象。（8）當(dāng)車速由低速向高速變化時(shí)，手力大小應(yīng)平滑上升，不能有很明顯的波動(dòng)，以免操縱力矩出現(xiàn)跳躍感。（9）當(dāng)手力大于某個(gè)值時(shí)，對(duì)應(yīng)的電動(dòng)機(jī)助力電流也很大，為防止電動(dòng)機(jī)過熱燒壞電動(dòng)機(jī)或使電機(jī)退磁，規(guī)定當(dāng)手力大于某個(gè)值后助力不再增加。4.3電動(dòng)助力特性曲線類型EPS系統(tǒng)的助力特性曲線按照助力車速范圍的不同，可分為全車速范圍助力型和中低速范圍助力型兩種。中低速范圍助力型曲線只

57、在低于某個(gè)車速時(shí)，電動(dòng)機(jī)才提供助力，高于此車速時(shí)不提供助力，并切換為機(jī)械轉(zhuǎn)向。這種助力特性曲線在車速切換點(diǎn)存在手力的突變，而全車速范圍助力型在整個(gè)車速范圍內(nèi)都可提供助力。電動(dòng)助力特性曲線按照曲線形狀可分為:線性和非線性兩種。線性助力特性曲線特點(diǎn)是模型簡(jiǎn)單，助力增益在固定車速下是固定不變的，所以控制實(shí)施更簡(jiǎn)便易行。但是在轉(zhuǎn)向阻力上升很快時(shí)，只能按固定比例提供助力，所以會(huì)造成手力較大。而采用非線性，如拋物線型助力特性曲線，在一定車速下助力隨手力增大而迅速增加，因此更有利于減少手力。以下為三種典型EPS助力特性曲線。圖中助力特性曲線可以分成三個(gè)區(qū)，0<<區(qū)為無助力區(qū)，< <區(qū)

58、為助力變化區(qū)，>區(qū)為助力不變區(qū)。直線型圖4-1直線型曲線圖4-1為直線型助力特性曲線，它的特點(diǎn)是在助力變化區(qū)，助力與轉(zhuǎn)向盤力矩成線性關(guān)系。當(dāng)轉(zhuǎn)向盤輸入力矩小于時(shí)，系統(tǒng)不工作，汽車靠轉(zhuǎn)向盤輸入力矩進(jìn)行轉(zhuǎn)向;當(dāng)轉(zhuǎn)向盤輸入力矩達(dá)到時(shí)，系統(tǒng)開始工作，并提供助力力矩，幫助駕駛員轉(zhuǎn)向；當(dāng)超過時(shí)，系統(tǒng)提供最大助力力矩并保持助力恒定。該助力特性曲線可用以下函數(shù)表示:折線型圖4-2所示為典型的折線型助力特性曲線，它的特點(diǎn)是在助力變化區(qū)，助力與轉(zhuǎn)向盤力矩成分段線性關(guān)系。該助力特性曲線可用以下函數(shù)表示。圖4-2折線型曲線當(dāng)轉(zhuǎn)向盤輸入力矩小于時(shí)，系統(tǒng)不工作，汽車靠轉(zhuǎn)向盤輸入力矩進(jìn)行轉(zhuǎn)向；當(dāng)轉(zhuǎn)向盤輸入力矩達(dá)到時(shí)，系統(tǒng)開始工作，提