朱振民，方存光

（沈阳理工大学 汽车与交通学院，辽宁 沈阳 110159）

摘要：本文对电动助力转向系统助力电机的匹配进行了分析，阐述了电机扭矩、转速参数的确定方法，为我国电动助力转向系统的设计提供了一定的借鉴。

关  键  词：电动助力转向器；助力电机;  匹配分析

 

1  引言

电动助力转向系统（EPS）主要由车速传感器、扭矩传感器、电子控制单元(ECU)、电动机、减速机构、离合器等组成。具有操纵稳定、节能环保的特点，是转向系统的发展方向之一。

本文通过对EPS系统助力电机的扭矩、转速匹配，为EPS的设计提供了理论指导。

2  助力电机的匹配

电动助力转向系统是一种新型的汽车转向系统，最先应用在日本的微型轿车上[1]，具有以往任何助力转向系统所不具备的助力效果和车速感应能力，安装电动助力转向系统的汽车提高了汽车的操纵稳定性与轻便性、“路感”、回正性等。

电动助力转向系统要求助力电机的工作电压低，并且具有足够大的额定功率和额定电流。为了能够提供稳定可靠的助力转矩，EPS系统必须具有扭矩较大、力矩波动、转动惯量较小、易于控制等性能。

2.1  布置形式

EPS系统按照助力电机安装位置可分为转向轴助力式C-EPS、小齿轮助力式P-EPS

、齿条助力式R-EPS三种类型[2]。

选择类别时，汽车电机的性能、前轮垂直负荷、转向器附近空间等因素都要综合考虑。C-EPS和P-EPS适于前轴负荷小于9千牛，1.5升以下的中小型车上，R-EPS转向系统适于9千牛以上，超过2升的大型车。

 

 

    （a）C-EPS      (b)P-EPS     (c)R-EPS

图1 电动助力转向系类型

2.2  类型选择

助力电机主要分为永磁有刷直流电机和永磁无刷直流电机。有刷电机由于其机构简单、技术成熟、成本低廉得到广泛应用，助力电机应用车载12V直流电源[3]。

2.3  转矩匹配

在进行全新的EPS设计开发时，首先应根据车型的具体要求确定助力的大小。

转矩确定原则：汽车在原地转向的时候，作用在转向盘上的最大手部转矩不超5.5~7.5牛.米，电动机最大输出转矩Tmax满足下式[4]：

Tmax>(Trmax-Tdmaxgp)/(gpgm)       (1)

式中，Tmax为转向盘最大转矩；gp为转向器角传动比；gm为减速机构传动比。Trmax为最大转向阻力矩。

由上式可知：助力电机最大输出转矩与Trmax、Tdmax、gp和gm有关。而Trmax和Tdmax为定值。所以电动机的最大转向力矩只与转向器角传动比gp、减速机构传动比gm有关。

转向器的角传动比gp是一个重要的参数，它影响着汽车的许多传动性能。转向器角传动比增大，转向轻便性变好，但转向灵敏性变差。采用电动助力转向系统后，由于汽车的大部分转向阻力由助力电机来克服，转向轻便性的问题主要通过调节电动机的助力转矩大小来解决。因此，电动助力转向系统中的转向器传动比的选择可以充分考虑转向灵敏性地要求，可以取得较小。

减速比gm是减速机构最重要的参数，它对电动助力转向系统以及整车的性能都有很大的影响。选择这个参数要同时考虑电动机的性能指标以及转向系统的特殊工况。减速机构传动比gm增大可使Tmax变小，从而减小电机尺寸，方便布置，但是gm越大电机力矩波动越大、减速机构尺寸越大，造成减速机构布置困难，因此，电动机尺寸与减速机构尺寸应相互协调。

2.4转速匹配

为满足在一定转速范围内转向轻便性，电动机最大转速ωmax必须满足[5]：

ωmax>ωdmaxgm             (2)

式中，ωdmax为方向盘最大转速。国标规定ωdmax不小于250o/s。

电机减速机构的减速比对电机输出转矩起到放大作用, 同时对电机的转动惯量等参数也起到放大作用, 因此影响系统的动态性能[6]; 减速比还影响减速机构的尺寸、布置空间和传动效率等。

同时，由直流电机的工作原理可知，电机的电磁转矩Tm为[7]：

    Tm=Km•I                (3)

式中，Km为电机的电磁转矩系数，I为电枢电流。

当电机的最大输出转矩Tmax以及最大转速ωmax确定后，就可以进一步的确定电机的最大工作电流、电磁转矩系数、堵转转矩等参数，即可完成对电机的电磁设计。

3  结论

电动机布置位置应依据汽车前部空间大小、前轴轴荷、电动机性能等来确定, 一般转向轴助力式适用于排量较小的汽车, 齿条助力式可用于排量较大的汽车, 齿轮助力式则介于二者之间。电动机最大输出力矩应与前轴荷、减速机构、转向系传动比匹配, 电动机的转速应与驾驶员转动转向盘转速匹配。可通过调整电动机长度与直径之比, 来满足空间布置的要求。

本文从理论上提出了EPS系统助力电机扭矩、转速的匹配方法，为我国EPS系统的发展提供了一定的借鉴。

参考文献

[1] Nakayama T , Suda E.The Present and Future of Electric Power Steering[ J] .Int.J.of Vehicle Design, 1994 , 15 (3, 4 , 5):243 -254.

[2] 申荣卫．电动客车电动助力转向系统开发与试验技术研究[D]．北京：北京理工大学，2006．

[3] 施国标．电动助力转向助力特性仿真与控制策略研究[D]．长春：吉林大学。2002．