电动助力转向系统结构发展概况

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1、中国石油大学车辆结构与设计报告文章编号:doi:电动助力转向系统结构发展概况程浩(中国石油大学机电工程学院,山东青岛266580)摘要：电动助力转向系统是一种直接依靠电动机提供辅助转矩的动力转向系统，是为了满足人们对于驾驶轻便性的要求而产生的。它可以根据不同的使用工况控制电动机提供不同的辅助动力。本文主要介绍电动助力转向系统的结构，包括机械式转向器、传感器等在近年出现的新发展，同时为未来的发展做出展望。关键词：电动助力转向，结构，转向器，传感器中图分类号：文献标志码：DevelopmentofElectricP

2、owerSteeringStructureChengHao(CollegeofElectromechanicalEngineeringinChinaUniversityofPetroleum,Qingdao266580,China)Abstract:Electricpowersteering(EPS)isapowersteeringsystemthatdirectlyreliesonthemotortoprovideauxiliarytorque.Itisdesignedtomeettherequirement

3、sofpeoplefordrivinglight.Theutilitymodelcancontrolthemotortoprovidedifferentauxiliarypoweraccordingtodifferentworkingconditions.Thispapermainlyintroducesthenewdevelopmentofstructureoftheelectricpowersteeringsystem,includingmechanicalsteeringgear,sensorandsoo

4、n.Atthesametime,itforecaststhefuturedevelopment.Keywords:EPS,Structure,SteeringGear,SensorDocumentnumber:documentcode:中国石油大学车辆结构与设计报告0引言：用来改变或保持汽车行驶或倒退方向的一系列装置称为汽车转向系统(steeringsystem)。在汽车发展史上，转向系统先后经历了纯机械式转向系统、液压助力转向系统、电动助力液压转向系统、电动助力转向系统和最新的线控转向。电动助力转向诞生于20

5、世纪80年代。1988年，光洋精工成功研发出转向柱式电动助力转向系统，并由铃木公司首先在小型轿车Cervo上配备。电动助力转向的主要结构有机械式传感器、传感器、减速机构、离合器、电动机、电子控制单元（ECU）等（图1）。虽然仅有近三十年的历史，但电动助力转向的结构也在不断地创新与优化。图11驱动方式的发展根据驱动方式，或者说电动机布置位置的不同，EPS系统可分为转向轴助力式，齿轮助力式，双小齿轮式和齿条助力式。其中，转向轴助力式是最早的类别，然后在1990年本田公司在运动型轿车NSX上首先运用了自主研发的齿条助

6、力式系统。2003年，大众公司在第五代高尔夫上使用了ZF公司的双小齿轮式电动助力转向系统。[1]而在市面上所使用的电动助力转向中，以双小齿轮式电动助力转向（DP-EPS）的应用最为普遍。[2]所以本部分主要讲述双小齿轮式电动助力转向。双小齿轮式转向系统的布置模式与齿条助力式类似，但是齿条助力式转向器使用的是循环球式转向器，故能提供更大的辅助转矩，能应用于越野车或载重货车上。双小齿轮式EPS使用的是齿轮齿条式转向器。[2图2双小齿轮式电动助力转向系统的工作原理如图2所示，工作过程和原理大致如下:1)驾驶员双手所产

7、生的扭矩通过方向盘和转向管柱传递到转向输入齿轮上。2)传感器采集从方向盘传递过来的扭矩、转角等信号，并传递给转向机的控制单元(ECU)。3）ECU根据方向盘扭矩、转角信号，同时结合来自整车控制器的车速等信息，根据预先设定的助力策略计算当前应有的电机助力;根据当前电机转速和预设的电机特性计算出应有的母线电流;最终通过PWM控制实现既定的扭矩目标。4)电机的扭矩经过减速机构传递到助力齿轮上，通过助力齿轮与齿条的啮合推动齿条直线运行，并最终实现转向功能。某双齿轮式电动助力转向机的实物照片如图3所示，其拆解结构如图4所

8、示。主要核心零部件包括:助力电机、控制器、转向输入齿轮总成、齿条、蜗轮蜗杆减速机构、壳体、转向拉杆、转向外球头和防尘罩等。图3图4中国石油大学车辆结构与设计报告转向输入小齿轮总成的主要功能是输入驾驶员的转向操作，向驾驶员反馈路感。其结构主要由输入轴、小齿轮、扭杆、扭矩转角传感器，以及其它连接附件构成。输入轴和小齿轮之间通过扭杆连接，同时输入轴和小齿轮上又分别连接扭矩传感器的两个感应元件