由于动力转向装置使转向操作灵活轻便,增加了汽车设计时选择转向器结构的主动性,并能吸收路面对前轮的冲击,因此在各国汽车制造中得到了广泛的应用。
传统动力转向装置的不足
根据控制方式的不同,动力转向装置分为传统动力转向装置和电控动力转向装置。
而传统的动力转向装置是固定放大倍数的,这在动力转向装置的设计上存在一些缺陷:如果动力转向装置的固定放大倍数是基于汽车在停车或低速行驶时转动方向盘的力度来确定的,动力转向装置的固定放大倍数会使汽车高速行驶时转动方向盘的力显得过小,不利于高速行驶汽车的方向控制(反过来,如果以汽车的转向力作为设计依据,则动力转向装置的固定放大倍数就确定了。
这将是非常困难的。
控制电子动力转向装置的优点
电子控制技术在汽车动力转向装置中的应用可以使汽车的行驶性能达到满意的效果。也就是说,在汽车低速行驶时,可以使转向轻便灵活(中高速转弯时,还可以保证最佳的动力放大倍数和稳定的转向手感,从而提高高速行驶的操纵稳定性。
电控助力转向(EPS),简称电控助力转向装置,根据动力源的不同可分为液压电控助力转向装置(液压EPS)和电动电控助力转向装置(电动EPS)。液压助力转向系统是在传统液压助力转向装置的基础上,增加了电磁阀、车速传感器和电子控制单元。电子控制单元根据检测到的车速信号控制电磁阀连续调节转向助力的放大倍数,从而满足高、低速时转向助力的要求。电动EPS以DC电机为动力源,电子控制单元根据转向参数和车速信号控制电机扭矩的大小和方向(电机的扭矩通过减速机构由电磁离合器减小和增大,然后将力施加到转向器上,从而获得适合工况的转向力。
电动助力转向系统的特点
电动助力转向系统将最新的电力电子技术和高性能电机控制技术应用于汽车转向系统,可以显著改善汽车的动静态性能,提高驾驶员的舒适性和安全性,减少环境污染。所以这个系统一提出,就引起了很多大汽车公司的关注,纷纷开发研究。在未来的转向系统中,电动助力转向将成为转向系统的主流。与其他转向系统相比,该系统的突出优点如下:
1.油耗。
液压助力转向系统需要发动机驱动液压油泵,使液压油不断流动,浪费了一些能量。相反,电动助力转向系统(EPS)在需要转向操作时,只需要电机提供的能量,能量可以来自电池,也可以来自发动机。而且能耗与方向盘的转向和当前车速有关。方向盘不转,电机就不工作。当需要转向时,电机在控制模块的作用下开始工作,输出相应大小和方向的扭矩,产生转向力矩。而且系统在车辆原地转弯时输出最大转向扭矩,输出扭矩也随着车速的变化而变化。该系统真正实现了“按需供能”,是真正的“按需”系统。汽车在寒冷的冬天起步时,传统的液压系统反应慢,液压油预热后才能正常工作。因为电动助力转向系统的设计不依赖于发动机,没有液压油管,对寒冷天气不敏感,系统甚至可以在-40下工作,所以提供了快速的冷启动。因为系统在启动时没有预热,所以节省了能量。不使用液压泵,避免了发动机的寄生能量损失,提高了燃油经济性。装有电动助力转向系统的车辆与装有液压助力转向系统的车辆的对比实验表明,装有电动助力转向系统的国家车辆在不转向的情况下油耗降低2.5%,在转向的情况下油耗降低5.5%。
2.增强转向随动。
在电动助力转向系统中,电动助力机器直接与助力机构连接,从而其能量可以直接用于使车轮转向。该系统利用惯性减震器,使车轮的反向转动和转向前轮的摆振大大减少了用水量。因此,转向系统的抗干扰能力大大增强。与液压助力转向系统相比,旋转扭矩由电机产生,不存在液压助力转向系统的转向迟滞效应,增强了方向盘对方向盘的跟随性能。
3.转向和扶正特性得到了改善。
时至今日,动力转向系统的性能已经达到了极限,电动动力转向系统的回正特性改变了这一切。当驾驶员将方向盘转动一个角度,然后松开时,系统可以自动调整,使车轮回到中心。该系统还允许工程师使用软件来最大限度地调整设计参数,以获得最佳的对准特性。从最低车速到最高车速,可以得到一串回正特性曲线。通过灵活的软件编程,很容易得到电机在不同车速、不同车况下的转矩特性。这种扭矩特性可以显著提高系统的转向能力,并提供与车辆动态性能摄像机匹配的转向回正特性。然而,在传统的液压控制系统中,要改善这种特性,必须对底盘的机械结构进行改造,这是很难实现的。
4.提高了操纵稳定性。
在汽车高速行驶时,通过过度转向的方法测试汽车的稳定特性。通过采用这种方法,高速行驶(100km/h)的汽车被迫滚过一个过大的拐角。在短时间的回正过程中,微机控制使汽车具有更高的稳定性,驾驶员感觉更舒适。
5.提供可变转向辅助。
电动助力转向系统的转向力来自电机。通过软件编程和硬件控制,可以获得覆盖整车速度的可变转向力。可变转向力取决于转向扭矩和车速。无论停车时、低速行驶时还是高速行驶时,都能提供可靠可控的感觉,在停车场更容易操作。对于传统的液压系统来说,获得可变的转向力矩是非常困难和昂贵的。为了获得可变的转向扭矩,必须增加额外的控制器和其他硬件。然而,在电动助力转向系统中,可变转向扭矩通常被写入控制模块,这可以通过重写来获得
电动助力转向系统采用“最清洁”的电作为能源,完全取消了液压装置,液压助力转向系统不存在液体油的泄漏。可以说该系统顺应了‘绿色化’的趋势。该系统没有液压油、软管、油泵和密封件,因此避免了污染。但是液压转向系统油管使用的聚合物不能回收,容易污染环境。
7.该系统结构简单,占用空间小,布局方便,性能优越。
由于系统具有良好的模块化设计,不需要重新设计、测试和加工不同的系统,不仅节约了成本,而且为设计不同的系统提供了很大的灵活性,更容易在生产线上组装。由于发动机上没有油泵、油管和皮带轮,工程师设计系统的余地更大,系统的控制模块可以与齿轮齿条一起设计,也可以单独设计,因此发动机零部件的空间利用率极高。该系统省去了安装在发动机上的皮带轮和机油泵,预留的空间可以用来安装其他部件。很多消费者在购买车辆时都非常关心车辆的保养。装有电动助力转向系统的汽车,没有油泵,没有软管连接,可以减少很多后顾之忧。事实上,在传统的液压转向系统中,液压油泵和软管的事故率占整个系统故障的53%,如软管漏油、油泵漏油等。
8.生产线的装配很好。
电动助力转向系统没有液压系统所需的油泵、油管、流量控制阀、储油箱等零件,因此零件数量大大减少,减少了装配工作量,节省了装配时间,提高了装配效率。