電動叉車助力轉向系統的研究現狀與發展趨勢

1賈中楠 2馬溢堅 3 邵光杰

（1.杭州職業技術學院，2.3.浙江省特種設備檢驗研究院，浙江 杭州 310012）

叉車轉向系統是用來控制叉車行駛方向的機構。叉車的轉向系統主要有三種形式：機械式、液壓式、電動式。助力轉向系統是在機械轉向機構的基礎上加裝了轉向加力系統，轉向加力系統在駕駛員轉動車輛的時候提供一定的助力轉矩，使車輛駕駛員的負擔減輕，駕駛更加舒適。

一、電動叉車電動助力轉向系統的現狀

電動叉車動力轉向系統根據提供助力的方式不同，可以分為液壓助力轉向系統和電動助力轉向系統。液壓助力轉向系統（Hydraulic Power Steering，HPS）結構緊湊、轉向角度越大提供的助力越大、工作可靠，但是能量消耗較大、效率低、噪音大。隨著電子技術和半導體工業的快速發展，繼機械助力轉向系統和液壓助力轉向系統之后，電動助力轉向系統(Electric Power Steering System，EPS)逐漸發展起來，并得到了越來越廣泛的應用。與液壓助力轉向系統相比電動助力轉向系統(Electric Power Steering System，EPS)由電動機提供轉向助力，能量損耗低、結構相對簡單更加緊湊、并且可以使叉車轉向性能得到明顯改善。

電動助力轉向系統的基本結構組成由圖1-1所示，主要由控制單元、傳感器單元和助力單元三大部分組成。電動助力轉向系統的控制核心為電子控制單元（ECU），電動助力轉向系統動力來源為電動機，電動助力轉向系統整個系統的輸入變量為車速和方向盤轉矩。電動助力轉向系統系統相比于機械助力轉向系統和液壓助力轉向系統使用性能更加卓越、更加穩定和可靠、成本低、運行效率高、并且可以實現全面的數字化控制。因此，電動助力轉向系統一經問世便得到了迅速的發展和應用。

圖1-1 EPS系統基本結構組成

我國雖然對電動助力轉向系統（EPS）的研究相比于日本和歐美等發達國家起步較晚，電動助力轉向系統（EPS）大多還依賴進口，但是近年來越來越多的高校和科研機構對這一方面開展了研究和開發。華中科技大學、天津大學和吉林大學等對電動助力轉向系統（EPS）的轉向特性進行了研究。合肥工業大學在汽車電動助力轉向系統（EPS）的基礎上，提出了適合電動叉車工作特點的控制策略。清華大學對電動助力轉向系統（EPS）控制策略、轉向臺架等方面也進行了深入研究，并取得了許多成果。我國也大力支持和鼓勵對電動助力轉向系統（EPS）的研究。我國科技部、國家稅務總局和財政部于2000年9月聯合公布，將電動助力轉向系統（EPS）列為汽車零部件“高新技術產品”之一。隨著控制技術和電子技術的飛速發展，電動助力轉向系統取代機械轉向系統和液壓轉向系統已經成為必然趨勢。

二、電動叉車電動助力轉向系統的發展趨勢

電動助力轉向系統（EPS）作為典型的機電一體化產品，涉及電力電子技術、電機學、控制理論、機械設計制造技術、傳感器技術等多個方面的內容，是現代科學技術飛速發展下的產物。隨著控制技術、轉向技術和電力電子技術的快速發展，電動助力轉向系統（EPS）的結構將更加簡單、占用空間將更小，轉向回正特性和轉向跟隨性將得到改善和增強，操縱穩定性能將得到大幅度提升。隨著模糊控制、矢量控制、神經網絡等思想的不斷發展和引入，電動助力轉向系統（EPS）也逐漸向著智能化和線控化的方向發展。電動助力轉向系統（EPS）是現代轉向系統發展的必然選擇。我國也大力支持和鼓勵對電動助力轉向系統（EPS）的研究，并將電動助力轉向系統（EPS）列為汽車零部件“高新技術產品”之一。隨著控制技術和電子技術的飛速發展，電動助力轉向系統取代機械轉向系統和液壓轉向系統已經成為必然趨勢。

此外，目前電動叉車電動助力轉向電機多為有刷直流電機。但是有刷直流電機存在電刷和換向器，使得其結構復雜，換相時會產生火花和磨損可靠性差需要經常維護、維護成本增加，同時換向器的存在也使電機的動態性能受到影響。隨著電子電力技術的不斷發展，以及稀土永磁體的發現，永磁無刷直流電機用電子換相取代了有刷直流電機的機械換相，使電機性能得到很大提升。與有刷直流電機相比，永磁無刷直流電機成本略高，但是由于沒有電刷和換向器結構簡單，不會產生電火花和磨損，效率高、可靠性高、壽命較長，并且控制方便、響應快。電動叉車電動助力轉向用電機將逐漸被永磁無刷直流電機所取代。