汽车转向器的国内外发展浅述摘要:论文主要浅谈了汽车的转向系统在国内外发展的现状,主要在于电动助力转向器为未来转向系统的发展趋势。
关键词:汽车转向系统电动助力转向系统Development on Automobile Steering SystemAbstract: This paper reviewed the automobile steering system of the domestic and foreign development present situation, this paper points out that electric power steering device is the future trend of the development of the steering system.Keyword: Automobile steering system;Electric power steering system1 汽车转向系统汽车转向系统是汽车主要的安全部分,它的发展趋势主要分为两个不同阶段,就是传统的机械转向系统与现代的助力转向系统。
1.1 机械转向系统传统的机械式转向系统所主要讲的为通过操作者通过作用于转向盘上的作用力就是它的转向动力,然后没有给它别的外部助力,接着利用转向轴和转向器,其次它的传动机构就马上传给转向轮,所以得到了它的变动车轮转角用意,这样去变动车轮滚动的不同位置[1]。
不过最老式的汽车转向系统就为没有助力的纯机械式的转向系统。
机械转向系统这样的系统不但加强了操作者停车和低速的行驶情况下的转向操纵的压力,尤其它的转向灵敏性与它的轻便性都是不同相对的,根本不能从基础上处理汽车在各个不同的路感和工况下的转向相冲突。
1.2 助力转向系统助力转向就是在纯机械转向系统中加上了助力泵,利用发动机来使助力泵的工作它给单纯的人力的转向供给的助力,有助力的转向它会变得更加的轻松。
1.2.1 液压助力转向系统液压助力转向系统它就是在老式的纯机械式转向装置上添加了控制阀、油泵、动力缸、储油罐和回油管路等液压动力装置来给予的转向助力。
液压动力装置根据发动机曲轴上得到的能量,储存在它的液压罐中间,转向期间根据机械机构的控制发出的能量,进而从转向系统给与的助力[2]。
1.2.2 电控液压助力转向系统根据选定了转向器与机械控制参数之后,传统的液压的助力转向系统的助力特性从而就跟着确定了,不会再对各个参数加于控制和调节,所以很困难在协调不一样的工况情况下转向轻便性和路感的之间的联系,所以也就不能更加地满足大家对汽车操控性能日益增加所提出的要求[3～4]。
通过以上的论述的局限性,设计者在传统液压助力转向装置增加了改正,发明了电控液压助力转向系统(Electric Hydraulic Power Steering,简称EHPS)。
在原来的系统中新增了一个电磁阀,经过车速传感器与转向盘转角传感器它们的输入信号,用来电控单元(Electric Control Unit,简称ECU)来控制电磁阀开启的大小,直接调节动力缸的供油量,因此对比它们的精确地控制助力大小,在现在这种转向系统在汽车生产中得到了广泛应用。
电控技术的引用产生了助力转向技术发展的重大改变,可是液压装置却始一直有,所以引发出来漏油、管路不简便、高成本等缺点成了电动助力转向的发展奠定了基础。
1.2.3 电动助力转向系统电动助力转向系统(Electric Power Steering,简称EPS)根据电控液压助力转向的基础的起源发展起来的为一种全新机电结合转向技术。
系统的助力开始是一个由电控单元ECU控制电流输入的电动机,不是液压动力缸。
在ECU的操作下,经过对于助力电机给予的电流大小与方向的变化进行控制与调节,以更加明白的地实现了设计者最开始设定的在不同车速与不同转向盘转角下所要的最好的转向助力[5～6]。
1.2.4 电磁助力转向系统电磁助力转向系统主要就是由车速传感器、扭矩传感器、控制单元、电磁力发生装置这些组成的。
电磁助力转向系统与简便的电动助力转向系统最大的不同就是产生助力的装置不一样:电动助力转向系统的助力由电动机所给予的,然而电磁助力转向系统的助力是通过电磁力发生装置。
电磁助力转向系统与电动助力转向系统之间的差于是少了电动机、电磁离合器及减速机构,结构比以前更加的简单、价格更加的低,再而就是能较佳地减少地面冲击对系统的作用,所以广泛应用于轻型汽车及普通型轿车上。
1.2.5 线控转向系统EPS它是根据人力与电机助力两部分去驱动转向轮转向。
经过技术的不断创新,汽车转向系统会向全助力电动转向的方向发展,它就是;驱动转向轮转向的力完全用电机提供;转向盘只作为一个控制电机的信号发生器。
线控转向系统(Steering ByWire,简称SBW)它作为该技术的典型代表,减去了转向盘与转向轮的机械连接,完全通过电能实现转向。
2 电动助力转向系统(EPS)的国内外发展现状电动助力转向系统为上世纪八十年代出现的一种机电技术,日本铃木公司于1988年首先研发出EPS,先后装备在Cervo车和Alto车上。
国内EPS的研发起步有些落后,但是已列入高新科技产业项目其中之一。
清华大学、同济大学、华中科技大学等高校先后开展了一些有关的研究,在系统建模与助力特性这些地方得到了一定的成果。
这些有相关研究的背景后的高校与企业有了合作,形成产、学、研一体的研发模式,可是并没有形成大规模的产业链。
现在,国内技术成熟并能实现批量生产EPS的内资企业不多,而日本JTEKT、德国ZF及韩国Mando等先后在中国成立了EPS生产基地,它们具有外资背景的企业占据了国内EPS市场的相当大的份额。
2.1 EPS的特点EPS转向系统根据电机产生的动力协助操作者进行转向,而且利用电控单元控制力矩大小和方向。
低车速时转向相当的轻便,高车速时转向盘相当的沉重,合理地配合了驾驶员驾驶感觉良好的要求,而且确保了行车的稳定性能。
机电技术通过结合使得EPS与液压助力转向系统比较具有如下好处。
(1)显著减少了燃油消耗。
液压助力转向系统利用发动机带动液压油泵来给予助力,不管转向在不就不转向,只要发动机在运转,它就会消耗其中的能量。
(2)技术优势。
EPS转向系统仅仅在转向时电机的时候提供助力;在转向盘不转向的时候,电动机它不会工作的,所以减少了燃油消耗,从而这个转向装置就要按需供能的助力系统。
因为不需要液压系统,所以使在气温很低环境的情况下,EPS转向系统也可以快速响应,避免了一些启动预热过程,增加了燃油经济性能。
(3)节能环保。
EPS转向系统用汽车蓄电池的电力作为助力的能源,代替了液压装置,避免了液压助力转向系统的油液泄漏产生的问题,符合现代社会节能环保的发展的需要[9]。
(4)提高汽车的操纵稳定性。
电控单元控制电机根据不同的车速和转矩提供合适的助力,并且符合了低速时的转向轻便性与高速时的操纵的稳定性,增强了驾驶员的行驶的感觉。
2.1.1 传统液压助力转向系统的缺陷老式的液压助力转向系统不可以更加迅速与精确地调节和控制助力的大小和方向,更加是在汽车高速行驶的时候,更加会提供过大的转向助力,非常有可能威胁到行车安全和保障。
2.1.2 EPS转向系统的优越性(1)增加了回正特性。
(2)加大了乘坐舒适度。
转向系统的自动回正性能不但可以免去驾驶员在转向盘的回正操作,还能得到平顺的转向轨迹,增加乘客在汽车转向时的乘坐舒适度。
(3)提供准确的回正力矩。
液压助力的回正特性现在没有多大的改善空间了,可是EPS转向系统就能通过电控单元最佳的回正设计,来控制电机在不同时刻的车速与转角下提供准确的回正力矩[10]。
(4)结构紧凑,占用的空间不多。
(5)装配空间布局合理。
电动助力转向系统减去了液压油泵、油缸、液压管路、油罐等部件,更加的减少了装配的工作量,腾出更多的空间布置其他各个零部件。
(6)不同系统的兼容性强。
EPS转向装置用了模块化设计,针对不同的系统,不再重新设计加工,拥有很佳的匹配性能,降低成本的同时,也增加了系统设计的灵活性能。
2.2 技术发展方向仍需解决的问题。
EPS系统在操作轻便、节能一些方面呈现了优越性,它已经得到人们的广泛认可,可是还有一些问题需要解决。
(1)电动机的性能与ERS系统能否匹配。
电动机的性能及其与EPS系统的匹配是影响控制系统性能、转向操纵力、转向路感等问题的主要原因,所以改善电动机的性能和整个EPS系统的匹配是主要的问题[11～12]。
(2)助力特性是否合理。
助力特性的好坏关键在于转向的轻便性和路感。
然而在目前国内对于路感问题并没有成熟的理论研究成果,研究手段依然在以试验为主,所以需要确定合理的助力特性;(3)抗干扰度的问题EPS不但要有良好的硬件保证外,还需要良好的软件控制做支撑,EPS的安装一般在发动机附近,所以还会有热辐射与电磁干扰的影响,所以对EPS的控制策略提出了很高的要求。
2.3 发展前景EPS当前已经在排量在1.3～1.6 L的较多各类轻型轿车应用上了,它的性能已经得到广泛的认可。
随着直流电机性能的增加和42V电源在汽车组件上的应用,其应用范围将进一步扩宽,并进一步向微型车、轻型车和中型车扩展。
目前,在全世界汽车行业中,EPS系统每年正以9%～10%的增长速度发展,年增长量达130万～150万套。
据TRW公司预测,到2010年全世界生产的轿车中每3辆就有1辆装备EPS,到2010年,全球EPS产量将达到2500万套。
所以可以看出,EPS 将具有十分广阔的发展与应用前景[13]。
3 结论通过以上的理论分析研究中我们能得到一些相关的了解,EPS在我们生活中的应用越来越广泛,作用也越来越大,EPS转向系统以其独特的优势成为当前汽车厂商、研究机构和科研院校最关心、最热门的转向系统。
未来转向系统将会是以电动助力为主导,其它形式为辅,所以我们要加大对EPS的研究与创新。
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