文档介绍:电动助力转向系统转向性能的客观评价引言在国外,电动助力转向 (electric power steer-ing , 简称 EPS) 已部分取代液压动力转向 (hydraulicpow er steering , 简称 HP S) , 并已成为汽车技术发展的研究热点。汽车电动助力转向与液压动力转向在技术上有很大的区别,其对转向轻便性、转向回正性等带来了新的影响。因此,传统的液压动力转向评价指标已不能完全适用于电动助力转向,有必要建立一套电动助力转向系统性能评价指标,用于指导电动助力转向助力控制规律和基本设计参数的确定等 1 电动助力转向的结构特点在液压动力转向系统中,选定参数完成设计之后,动力转向系统的性能就确定了,不能再对其进行调节与控制。因此传统的液压转向系统难以兼顾汽车低速行驶转向性能和高速行驶转向性能, 若原地转向力小,高速行驶时转向力往往会过轻、“路感”差,而按高速性能要求设计转向系统时,低速时转向力往往过大。折衷方案设计结果是低速和高速性能都不太理想。 EPS 由电动机提供助力,助力大小由电控单元(ECU) 实时调节与控制。所以 EPS 能在各种行驶工况下提供最佳助力,减小由路面不平引起的对转向系统的扰动,改善汽车的转向特性,减轻汽车低速行驶时的转向操纵力,提高汽车高速行驶时的转向操纵稳定性,进而提高汽车的主动安全性。 1 电动助力转向的结构特点 EPS 系统框图如图 1所示。其基本原理是: 扭矩传感器与转向轴(小齿轮轴 )连接一起,当转向轴转动时,扭矩传感器把输入轴和输出轴在扭杆作用下产生的相对转动位移变成电信号传给 ECU, ECU 根据车速传感器和扭矩传感器的信号决定电动机的旋转方向和电流的大小,从而完成实时控制助力转向。因此它可以很容易地实现在车速不同时提供电动机不同的助力效果,保证汽车在低速行驶时轻便灵活,高速行驶时稳定可靠。 2 EPS 对转向性能的影响 2. 1 转向轻便性 EPS 的基本目标是提高汽车停车泊位和低速行驶时的转向轻便性, 以及高速行驶时的操纵稳定性。图 2是 Alto 车原地转向的转向力对比曲线[1 ],EPS 为转向柱助力式 , 前轴负荷为 4 kN, 电动机最大电流为 20 A 。由图可知,装有 EPS 后,原地转向的转向力下降 40% 2. 2 转向回正性通过指定合适的控制策略, EPS 能显著提高汽车转向盘的回正特性。图 3是汽车在 30 km /h 左右行驶时的回正特性试验结果。试验中,微小转动转向盘后松开。图 3a 和图 3b 分别是 EPS 采用两种不同控制策略时的转向盘回正性测试结果。图 3a 表示转向盘卡住了,不能回到中间位置。图 3b 表示在松开转向盘后,转向盘能立刻回到中间位置。 2. 3 操纵稳定性由于电动机具有弹簧阻尼的效果, EPS 能减小不平路面对转向盘的冲击力和车轮不平衡质量引起的振动,图 4a 、 4b 分别是 EPS 和 HPS 抑制路面冲击能力的对比曲线,曲线表明在相同的路面冲击下, EPS 的转向盘转角和转向力矩的振动幅值比 HP S 都有明显降低。 3. EPS 转向性能的客观评价 3. 1 转向轻便性评价提高转向轻便性是电动助力转向的首要目标。在我国汽车行业标准 QC /T 480 — 1999 中,采用了转向盘平均操舵力 Fs(N) 和最大操舵力 Fm (N) 两项指标来评价转向轻便性。此两项指标也适用于评价 EPS 的转向轻便性。图 5是典型的转向力矩与转向盘转角的关系曲线,从图中可得到作用在转向盘上的平均操舵力和最大操舵力。 3. 2 转向回正性评价转向后转向盘应能自动回正,使汽车保持在稳定的直线行驶状态, 这是汽车对动力转向的要求之一。转向机构中的摩擦力矩会降低转向盘的回正特性,常使驾驶员感到不舒适。动力转向在转向盘有转向力矩作用时才开始工作,除此之外,动力转向还必须满足在没有力矩作用在转向盘时的行驶要求。其一是在高速行驶时转向后松开转向盘的稳定性,其二是在高速行驶情况下微小的转向盘转动或车速相对较低情况下正常转向以后的转向盘回正特性。根据我国汽车行业标准 QC/T 480 — 1999, 可采用松开转向盘 3 s 时的残留横摆角速度绝对值Δ r( ( ° ) /s) 和横摆角速度总方差 Er (s) 两项指标来评价转向回正性 ,此两项指标也适用于评价 EPS 的转向回正性。 3. 3 转向盘中间位置区域性能评价评价转向性能有一个重要的因素是转向盘中间位置区域的操纵性。转向盘中间位置区域的操纵性包含移线操作时的感觉和为精确跟随线路进行必要的转向调整时的感觉。为评价转向盘中间位置区域转向操纵,“转向力矩梯度”和“转向盘回正特性”非常重要。转向力矩梯度是转向力矩对汽车侧向加速度的微分,转向回正特性包含转向力矩为 0时的侧