電動助力轉向系統助力電機的匹配

朱振民,方存光（沈陽理工大學汽車與交通學院,沈陽 110159）

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電動助力轉向系統助力電機的匹配

朱振民,方存光
（沈陽理工大學汽車與交通學院,沈陽 110159）

摘 要：本文對電動助力轉向系統助力電機的匹配進行了分析，闡述了電機扭矩、轉速參數的確定方法，為我國電動助力轉向系統的設計提供了一定的借鑒。

關鍵詞：電動助力轉向器；助力電機;匹配分析

1 引言

電動助力轉向系統（EPS）具有操縱穩定、節能環保的特點，是轉向系統的發展方向之一。

本文通過對EPS系統助力電機的扭矩、轉速匹配，為EPS的設計提供了理論指導。

2 助力電機的匹配

電動助力轉向系統是一種新型的汽車轉向系統，最先應用在日本的微型轎車上[1]，具有以往任何助力轉向系統所不具備的助力效果和車速感應能力，安裝電動助力轉向系統的汽車提高了汽車的操縱穩定性與輕便性、“路感”、回正性等。

電動助力轉向系統要求助力電機的工作電壓低，并且具有足夠大的額定功率和額定電流。為了能夠提供穩定可靠的助力轉矩，EPS系統必須具有扭矩較大、力矩波動、轉動慣量較小、易于控制等性能。

2.1 布置形式

EPS系統按照助力電機安裝位置可分為轉向軸助力式C-EPS、小齒輪助力式P-EPS、齒條助力式R-EPS三種類型[2]。

選擇類別時，汽車電機的性能、前輪垂直負荷、轉向器附近空間等因素都要綜合考慮。C-EPS和P-EPS適于前軸負荷小于9千牛，1.5升以下的中小型車上，R-EPS轉向系統適于9千牛以上，超過2升的大型車。

2.2 類型選擇

助力電機主要分為永磁有刷直流電機和永磁無刷直流電機。有刷電機由于其機構簡單、技術成熟、成本低廉得到廣泛應用，助力電機應用車載12V直流電源[3]。

2.3 轉矩匹配

轉矩確定依據：汽車處于原地靜止轉向，施加于方向盤的最大手部轉矩不超5.5～7.5牛.米，電動機最大輸出轉矩Tmax滿足下式：

式中，Tmax為轉向盤最大轉矩；gp為轉向器角傳動比；gm為減速機構傳動比。Trmax為最大轉向阻力矩。

由上式可知：助力電機最大輸出轉矩與Trmax、Tdmax、gp和gm有關。而Trmax和Tdmax為定值。所以影響電機最大轉矩的參數只有gp與gm。

轉向器的角傳動比gp對汽車的性能有著較為重要的影響。角傳動比越大，轉向時的輕便性越好，但導致靈敏性的下降。應用EPS系統后，電機將承受轉向時的大多數阻力，此時可以通過調整電機的助力輸出來提升轉向輕便性。所以，對于EPS系統中的轉向器角傳動比可更多的考慮靈敏性的需求，可取較小的值。

減速比gm對EPS系統以及汽車的整體性能作用影響顯著。對于gm的選取要綜合考慮電機的性能參數以及系統的各種工況。減速機構傳動比gm增大可使Tmax變小，從而減小電動機的體積，便于安裝，但較大的減速比將會導致電機的力矩波動、減速機構體積變大，造成減速機構布置困難，因此，電動機尺寸與減速機構尺寸應相互協調。

2.4 轉速匹配

為滿足在一定轉速范圍內轉向輕便性，電動機最大轉速ωmax必須滿足：

式中，ωdmax為方向盤最大轉速。國標規定ωdmax不小于250o/s。

減速機構的減速比作用為減速增矩，并且也會加大電機的轉動慣量等參數，從而影響機構的動態指標; 同時對于系統的體積、安裝空間和效率等也有一定的影響。

此外，根據電機的工作原理可知，電機的電磁轉矩Tm為：

式中，Km為電機的電磁轉矩系數，I為電樞電流。

當電機的最大輸出轉矩Tmax以及最大轉速ωmax確定后，就可以進一步的確定電機的最大工作電流、電磁轉矩系數、堵轉轉矩等參數，即可完成對電機的電磁設計。

3 結論

在進行助力電機的布置時應充分考慮車輛的前部空間、軸荷以及電機性能等參數, 通常情況下，C-EPS多應用于小排量汽車, R-EPS則多應用于大型車輛齒, 而P-EPS介于二者之間。同時在設計過程中應進行電機最大輸出轉矩與軸荷、減速機構、以及各動比的匹配, 電機轉速也應與方向盤轉速相匹配。對于安裝空間的要求，則可通過調整電機長度、直徑的比來解決。

本文從理論上提出了EPS系統助力電機扭矩、轉速的匹配方法，為我國EPS系統的發展提供了一定的借鑒。

參考文獻：

[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]申榮衛.電動客車電動助力轉向系統開發與試驗技術研究[D].北京:北京理工大學,2006．

[3]施國標.電動助力轉向助力特性仿真與控制策略研究[D].長春:吉林大學,2002．

作者簡介：朱振民（1990-），男，遼寧鞍山人，研究生在讀，研究方向：車輛系統動力學與控制。

DOI:10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.02.142