電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)開發(fā)簡介

1、.技術(shù)報(bào)告記錄編制組長系長課長副主任主任報(bào)告名稱： 電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)開發(fā)簡介報(bào)告類型：產(chǎn)品設(shè)計(jì)工藝過程產(chǎn)品質(zhì)量試驗(yàn)評(píng)價(jià)成本分析管理改進(jìn)其他摘要 :本文主要針對(duì)EPS 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的必要性、 常用類型、重要參數(shù)分析、 開發(fā)基本流程和異響問題的對(duì)策方法等方面進(jìn)行了簡要的闡述；為EPS 電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的開發(fā)提供一些借鑒，給轉(zhuǎn)向異響的對(duì)策等提供一些解決的方向。正 文本文從六個(gè)方面介紹電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的相關(guān)知識(shí)，主要針對(duì) EPS轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的必要性、常用類型、重要參數(shù)分析、開發(fā)基本流程和異響問題的對(duì)策方法等方面進(jìn)行了簡要的闡述：一、動(dòng)力轉(zhuǎn)向系簡介1、輔助動(dòng)力轉(zhuǎn)向的必要性使用大而寬的輪胎以及前軸載荷（整車載荷）

2、增加、轉(zhuǎn)向時(shí)需要較大的力、人沒有轉(zhuǎn)動(dòng)的力 ，所以為了改善駕駛?cè)说牟倏匦?，很有必要增加輔助轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)。2、輔助動(dòng)力轉(zhuǎn)向的目的增加輔助動(dòng)力轉(zhuǎn)向的目的是減輕操舵力和提高駕駛時(shí)的操穩(wěn)性（穩(wěn)定性、操控性）；二、動(dòng)力轉(zhuǎn)向系的分類1、 類型 液壓式 (HPS)Y1W 電動(dòng)液壓式 (EHPS) 電動(dòng)式 (EPS)：管柱式（ C-EPS） :YC5、 YL1、YAE 、YFE小齒輪輸入軸式（ P-EPS）： YN5 、YY5齒條助力式（ R-EPS）:無2、 EPS型式管柱輔助小齒輪輔助齒條輔助可編輯.三、動(dòng)力轉(zhuǎn)向系關(guān)重分析1、 EPS 系統(tǒng)簡圖2、 扭矩傳感器扭矩傳感器是通過扭力桿扭轉(zhuǎn)后使兩個(gè)分相器單元產(chǎn)生一個(gè)

3、相對(duì)角度。3、 控制器邏輯（ ECU ）駕駛員操作方向盤時(shí)， 連接方向盤的扭桿產(chǎn)生形變， 其形變角度與方向盤的轉(zhuǎn)矩成正比，轉(zhuǎn)矩傳感器將扭桿形變的角度轉(zhuǎn)化為線性的電壓輸出信號(hào) T ，并與車速信號(hào) V ，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào) W，點(diǎn)火信號(hào) G 送入到控制器 ECU 進(jìn)行綜合、分析、判斷和運(yùn)算后，輸出電流信號(hào)控制助力電機(jī)。助力電機(jī)通過傳動(dòng)機(jī)構(gòu)產(chǎn)生助力轉(zhuǎn)矩，該助力扭矩施加到轉(zhuǎn)向軸上，從而輔助駕駛員完成轉(zhuǎn)向操作。轉(zhuǎn)矩傳感器TV目標(biāo)電流車速傳感器車增速大發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速W點(diǎn)火信號(hào)G轉(zhuǎn)電機(jī)減速器向控制算法軸總成助MCU力控制軟件模塊I電機(jī)反饋電流可編輯.ECU 控制策略主要包括 :助力控制、回正控制和阻尼控制。項(xiàng)目功

4、能基本控制根據(jù)轉(zhuǎn)向力矩值及車速大小計(jì)算得到所需輸出電流控制馬達(dá)運(yùn)轉(zhuǎn)慣性補(bǔ)償控制當(dāng)駕駛員開始操作方向盤時(shí)改善馬達(dá)的啟動(dòng)效果（啟動(dòng)力矩）轉(zhuǎn)向復(fù)位控制當(dāng)方向盤從極限位置向回轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，EPS 提供復(fù)位助力控制衰減控制當(dāng)車輛高速過彎時(shí)調(diào)節(jié)助力輸出，以防止車身出現(xiàn)較大搖擺對(duì) EPS ECU 的電壓進(jìn)行增壓，當(dāng)駕駛員未對(duì)方向盤進(jìn)行任何操作時(shí)或增壓控制車輛保持直線行駛時(shí)該電壓保持在0 伏。當(dāng)駕駛員對(duì)方向盤進(jìn)行操作時(shí)根據(jù)負(fù)載大小以2734伏的電壓對(duì)輸出助力進(jìn)行可變控制系統(tǒng)過熱保護(hù)根據(jù)電流大小及其作用時(shí)間估計(jì)馬達(dá)溫度。如果溫度超出規(guī)定范圍系統(tǒng)控制將對(duì)輸出電流進(jìn)行限制，以防止馬達(dá)過熱4、 減速機(jī)構(gòu)4.1 減速機(jī)構(gòu)處是

5、最易發(fā)生異響的部位，對(duì)配合間隙有較高要求?？删庉?4.2 磨損補(bǔ)償渦輪蝸桿傳動(dòng)而產(chǎn)生的磨損間隙可以通過下面的方式進(jìn)行補(bǔ)償：四、EPS 開發(fā)流程（轉(zhuǎn)向柱、轉(zhuǎn)向器）1、 開發(fā)過程開發(fā)初期主要確認(rèn)的參數(shù)有：整車質(zhì)量，前軸載荷，輪胎規(guī)格，轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)角，最小轉(zhuǎn)彎半徑，軸距和輪距等；基本流程如下：2、 設(shè)計(jì)輸入轉(zhuǎn)向柱的設(shè)計(jì)輸入主要包括：電機(jī)類型、蓄電池電壓、額定電流、傾角調(diào)節(jié)功能及角度、潰縮行程、管柱長度、安裝尺寸、減速比、方向盤接口尺寸、點(diǎn)火開關(guān)鎖口等參數(shù)；轉(zhuǎn)向器的設(shè)計(jì)輸入主要包括：齒條最大推力、內(nèi)外球頭中心距、齒條行程、線傳動(dòng)比、齒條直徑和安裝尺寸等參數(shù)。3、 空間布置3.1 轉(zhuǎn)向柱轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的空間布置根

6、據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)、變速器的搭載位置，以及駕駛室內(nèi)的設(shè)計(jì)布局圖進(jìn)行可編輯.確定。3.2 轉(zhuǎn)向器其空間位置需根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)、變速器、車輪中心以及轉(zhuǎn)向節(jié)的安裝硬點(diǎn)確定，并依據(jù)轉(zhuǎn)向輪的轉(zhuǎn)角大小，確定其轉(zhuǎn)向梯形機(jī)構(gòu)的幾何參數(shù)。4、 類型選擇4.1EPS 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的選擇主要根據(jù)汽車類型、前軸載荷、輪胎規(guī)格和使用條件等決定，并要考慮其傳動(dòng)效率特性、 角傳動(dòng)比變化特性等對(duì)使用條件的適應(yīng)性， 以及轉(zhuǎn)向的其他性能、壽命、制造工藝等。4.2 C-EPS 轉(zhuǎn)向柱結(jié)構(gòu)型式是由轉(zhuǎn)向柱機(jī)械結(jié)構(gòu)助力機(jī)構(gòu)組成；國內(nèi)電機(jī)技術(shù)的成熟， C-EPS 是各汽車行業(yè)主要的選擇方向。4.3 轉(zhuǎn)向器結(jié)構(gòu)型式有多種，主要包括齒輪齒條式、循環(huán)球式、 球面蝸

7、桿滾輪式、蝸桿指銷式等。齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器其結(jié)構(gòu)簡單、 緊湊，占用空間小，制造容易、傳動(dòng)效率高達(dá) 90%、間隙可調(diào)整而被廣泛采用?？删庉?5、 關(guān)鍵要素EPS系統(tǒng)關(guān)鍵的要素主要從硬件和軟件兩個(gè)方面，詳述如下：6、 試驗(yàn)要求正入力逆入力載荷從小齒輪軸入力，計(jì)算齒條軸從車輪端入力，計(jì)算齒條軸力力靜強(qiáng)度正入力強(qiáng)度試驗(yàn) (QC G403)落錘沖擊試驗(yàn) (QC G405)轉(zhuǎn)向連接座強(qiáng)度試驗(yàn)(QC拉桿球頭座強(qiáng)度試驗(yàn) (QC1402)G406)耐久強(qiáng)度正轉(zhuǎn)泥水試驗(yàn) (QC G404)逆輸入耐久試驗(yàn) (QC G407)安裝部耐久試驗(yàn) (QC 1406)7、 強(qiáng)度校核項(xiàng)目內(nèi)容（ YL1 ）1方向盤入力T h5 N

8、 ·m2前軸滿載Ff765 Kg3齒輪齒條傳動(dòng)比k50.91mm/rev4渦輪蝸桿傳動(dòng)比i1:18.335電機(jī)扭矩T2.9N ·m7.1 正入力正向推力 F2： F 2Fm(電機(jī) )Fh（手入力）可編輯.EPS電機(jī) Fm：由以上計(jì)算可知，齒條正向推力是：F2=Fm（電機(jī)） +Fh （手入力） =5901.5+555.1=6456.6 N7.2、逆入力（經(jīng)驗(yàn)公式）齒條逆向推力 F1=Ff × g×0.8=765×9.8×0.8=5997.6 N結(jié)論： F2（6456.6N） F1（ 5997.6），即正向推力大于逆向推力，滿足轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)的

9、性能要求。8、 EPS 關(guān)重參數(shù)8.1前軸重前軸載荷越大，轉(zhuǎn)向阻抗越大，所以需要的操舵力（齒條推力）和副輔助力也變得越大。8.2 轉(zhuǎn)向操舵力（停車時(shí)）設(shè)計(jì)基準(zhǔn)是在中立附近為30N 以下（操舵力矩 5.0N? m，27N），現(xiàn)在的目標(biāo)值是2325N。8.3推算齒條推力計(jì)算公式： GVW × 913/( 轉(zhuǎn)向節(jié)臂長 )（SMC 經(jīng)驗(yàn)值）齒條與小齒輪軸的傳動(dòng)比由轉(zhuǎn)向系的傳動(dòng)比決定，電機(jī)輸出力、渦輪機(jī)構(gòu)傳動(dòng)比由齒條推力、齒條與小齒輪軸的傳動(dòng)比決定。8.4齒輪速比轉(zhuǎn)向齒輪速比方向盤回正角度÷輪胎轉(zhuǎn)動(dòng)角度轉(zhuǎn)向齒輪速比的值越小，操舵越輕便，但是，如果方向盤有少量的操作、輪胎也有大的移動(dòng)，

10、安全性大大降低，所以需要有合理的速比值。9、 注意事項(xiàng)可編輯.9.1 轉(zhuǎn)向追隨性電機(jī)性能決定了轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速的關(guān)系；當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)速超過額定轉(zhuǎn)速時(shí)，沒有可靠的安全系數(shù)，此時(shí)電機(jī)將成為負(fù)荷；所以，電機(jī)必須設(shè)計(jì)有富余的安全系數(shù)。9.2特性為防止電機(jī)和 ECU 的過熱，連續(xù)使用電機(jī)的時(shí)候， 需控制電機(jī)的最大輸出力 （過載保護(hù)）當(dāng)電機(jī)提供的輔助力減小，操舵時(shí)會(huì)變重。0deg=25N150100）501周期目2周期目N（3周期目力04周期目舵-600-400-2000200400操600-505周期目6周期目-100-150操舵角（ deg）五、開發(fā)過程中的問題對(duì)策1、 異音位置轉(zhuǎn)向柱和轉(zhuǎn)向器主要的容易出現(xiàn)異響的

11、部位如下：2、異音及對(duì)策齒條小齒輪軸的異音主要包括不確定的低頻音，以及壞路和比利時(shí)路容易發(fā)生（較大的逆向輸入力）?？删庉? 渦輪嚙合部的異音主要包括作 KOTO 音和碎石路和比利石路容易發(fā)生（小的輸入力）2、 異音及對(duì)策解決思路：從問題發(fā)生到對(duì)策完成的過程 設(shè)計(jì)者要對(duì)評(píng)價(jià)階段提出的異音要進(jìn)行確認(rèn)如果車輛上沒有異音出現(xiàn)，更換部品進(jìn)行確認(rèn)確認(rèn)現(xiàn)象對(duì)車輛是否有影響（是否為其他部品的聲音） 在異音發(fā)生的路面，測定拉桿的受力（頻率、振幅） 以測量值為參考，決定在供應(yīng)商進(jìn)行臺(tái)架試驗(yàn)條件；實(shí)施再現(xiàn)測試。 關(guān)于供應(yīng)商制作的對(duì)策品，臺(tái)架試驗(yàn)時(shí)確認(rèn)對(duì)策效果。 裝上實(shí)車，在提出的路面上確認(rèn)對(duì)策效果。 落實(shí)圖面上的臺(tái)架試驗(yàn)項(xiàng)目。六、總結(jié)6.1、動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)開發(fā)的思考EPS 是汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)發(fā)展主要方向（線控轉(zhuǎn)向）。EPS 性能的檢測在開發(fā)初期很重要；決定了周邊的布置后很難再進(jìn)行變更。試作時(shí)把部品的開發(fā)日程與供應(yīng)商進(jìn)行商談。EPS 開發(fā)的時(shí)候，問題最多的時(shí)候也是異音。6.2、高性能動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的要求 有可靠的輪胎信息向駕駛員傳達(dá) 較低車速時(shí)的操舵力要輕