电动助力转向系统转向性能的客观评价

1、电动助力转向系统转向性能的客观电动助力转向系统转向性能的客观 评价评价 引言引言 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电

2、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,

3、进而提高汽车的主动安全性。 1电动助力转向的结构特点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对转向性能的影响对转向性能的影响 2. 1转向轻便性转向轻便性 EPS的基本目标是提高 汽车停车

4、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

5、,转向盘能立 刻回到中间位置。 2. 3操纵稳定性操纵稳定性 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

6、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

7、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

8、时的侧向加速度。转向力矩梯 度越大,转向回正特性越小,驾驶员的转向感觉就 越好。 通过转向盘中间位置区域试验 可得到与电动助力转向相关的两条曲线,即转向盘 中间位置区域的转向力矩与侧向加速度关系曲线 (见图 6)、转向力矩与转向盘转角关系曲线 (见图 7)。 3. 4转向盘振动评价转向盘振动评价 路面不平度和电动机力矩波动往往会引起转向盘 振动,这会使驾驶员感到紧张和疲劳。路面不平度引起的振 动通常是高频振动,而电动机力矩波动引起的转向盘振动一 般在低转速和低频时发生。特别是对转向柱助力式电动助 力转向,由于电动机布置在转向轴上,电动机力矩波动更易造 成转向盘振动。转向盘振动试验可以用转向力矩峰值、转 向力矩均方根值、转向盘角加速度均方根值 3项指标来评 价。 3. 5随动灵敏度评价随动灵敏度评价 随动灵敏度可以用开始助力时作用到转向盘上的 手力和转角来评价。对液压动力转向,要求此力为20 50 N ,转角为 10 15。这可以为电动助力转向提供参考。 3. 6助力特性评价助力特性评价 电动助力转向