可变压电动助力转向系统

　　摘要：本文针对较大车型无法安装使用电动助力转向系统的问题。介绍了一种新的可变压电动助力转向系统，从而解决了这类车型转向助力系统的安全和环保问题。

　　关键词：变压 电动 助力转向

　　随着环境污染的日益加重，汽车作为主要污染源，开始出现了越来越多的环保技术、材料和措施。单就转向系统而言，绝大部分车辆已经放弃了具有一定污染和能源浪费的液压助力转向系统，而开始装配电动助力转向系统。

　　电动助力转向系统应用“最干净”的电力作为能源，完全取缔了液压装置，不存在液压助力转向系统中液态油的泄漏问题，可以说该系统顺应了“绿色化”的时代趋势。该系统由于它没有液压油，没有软管、油泵和密封件，避免了污染。但是，这种节能环保的转向系统同样有自身的缺点：对于重量较大的车辆而言，比如宝马7系、奥迪A8等，由于车身较重，转向时需要的助力力矩较大，转向电机电流较大，因此对车辆的转向助力电机功率要求很大，而实际上车载12V电压就很难满足这一需求。这也是为什么较大车型仍然使用液压助力转向系统的原因。

　　最近，有些高档车辆上，开始使用一种。该转向系统可以在24V和12V之间进行电压转换，从而解决了较大车型转向系统的节能环保问题。

　　可变压电动助力转向系统由以下部件组成：

　　一、EPS控制单元

　　EPS 控制单元是电动机械式助力转向系统的一部分。EPS 控制单元通过2个插头连接与车载网络连接。转向阻力矩传感器通过另一个插头连接与EPS 控制单元连接。在EPS控制单元中存储了多条用于伺服助力装置、主动式方向盘复位以及减震特性的特性线。根据输入端参数计算出的数值与相应的特性线一起得出必要的转向助力。

　　二、带马达位置传感器的伺服马达

　　此伺服马达是一个无集流环的同步直流马达(永久磁铁)。此伺服马达驱动减速器。于是伺服马达的功率传递到齿条上。控制单元线路板上有2个马达位置传感器（冗余）。两个传感器利用霍尔效应原理工作（带凸极转子的霍尔传感器）。凸极转子固定在发动机轴上。马达位置传感器1可以获知伺服马达的位置。此传感器提供一个正弦波信号和一个余弦信号。根据这些信号可以确定出伺服马达的转子位置。马达位置传感器2用于监控（可信度）。两个传感器都由EPS控制单元供电。

　　三、减速器

　　减速器将伺服马达的功率传递到齿条上。伺服马达和方向盘之间的转速比约为18.37：1（采用一体化主动转向控制时为13.37）。减速器由一个皮带传动机构和一个滚珠丝杠传动机构组成。每旋转一圈，滚珠丝杠传动机构提升9mm（采用一体化主动转向控制时为10mm）。此伺服马达驱动齿带。皮带传动的减速为2.85：1（采用一体化主动转向控制时为2.49：1）。齿带用于驱动滚珠丝杠传动机构。滚珠丝杠传动机构具有一个内部球形再循环(5个循环)。滚珠丝杠传动机构已进行噪音优化。

　　四、转向阻力矩传感器

　　转向阻力矩传感器以数字方式检测驾驶员施加的转向阻力矩。工作范围为方向盘从极限位置到极限位置转动3圈。扭杆通过转向阻力矩保持位置。同时扭杆把转向阻力矩传递到小齿轮上。转向阻力矩传感器的功能基于磁阻原理。此处充分使用了这种效果，即在磁场发生变化时，电阻也会产生变化。从磁阻元件中会产生不同的电压信号，将这些信号导入EPS控制单元。EPS控制单元使用这些信息对不断提升的助力扭矩进行计算。

　　五、带DC/DC转换器的辅助电池充电装置

　　在车辆上，除了原有的12V蓄电池以外，还有一个小型12V辅助蓄电池。通过一个DC/DC转换器及这个小型12V蓄电池的并联来实现24V车载网络。有些车辆还会通过一个模块来控制双电瓶电路的联通和断开，从而实现12V供电或24V供电。

　　可变压电动助力转向系统的功能如下：

　　1、可变电压转向助力

　　在系统中集成了伺服转向助力系统、与车速有关的转向助力系统的电子调节装置。EPS控制单元根据不同的输入端参数确定出必要的转向助力。当转向助力力矩要求较大时，如低速转弯，系统采用24V供电。当当转向助力力矩要求较小时，如地面附着力较小（冰面），系统采用12V供电。

　　2、主动式转向系复位

　　在通过弯道后一旦驾驶员不再施加转向阻力矩，主动式转向系复位就将转向系重新引导回直线行驶位置。为此EPS制单元需要来自转向角传感器的转向角信号。主动式转向系复位确保转向系在整个工作温度上平和地返回。在低温时从极限位置的主动式转向系复位尤其重要。由此可提高操作舒适性。

　　3、过压识别和低电压识别

　　EPS 12V：在过压大于17V时转向助力断开。EPS24V：在过压大于33V时转向助力断开。EPS控制单元存储一个故障。组合仪表中的一个检查控制图标亮起。当电压重新下降到低于16伏（32伏）时，转向助力恢复至目前要求的值。当100%达到要求的转向助力时，检查控制图标熄灭。在低电压小于9.5伏时，发动机功率线性降低至9伏。低于9伏时不再产生转向助力。在40%的转向助力时输出检查控制信息（带有故障记录）。当电压重新上升到高于10伏时，转向助力恢复至目前要求的值。当100%达到要求的转向助力时，检查控制图标熄灭。在具有一体化主动转向控制的12伏EPS上，电机功率在之前已线性降低10%。

　　4、过热保护

　　作为过热保护，EPS根据末级温度在0到100%之间减小发动机标准扭矩。此时EPS控制单元按下列档执行减小：在95°C时为100%；在110°C时为60%；在115°C时为0%。

　　可以看出，该可变压电动助力转向系统最核心的功能就是可以随着转向助力需求的变化，改变转向助力电机的供电电压，从而实现在大型车辆转向系统上节能环保的需求。相信这一技术在不久的将来会得到更多的推广和应用。

　　参考文献

　　[1]《融合电动助力的主动转向系统的研究》乔军委2013.06

　　[2]《汽车转向机构的特性研究》符亮2012.06

　　孙涛