汽车电动助力转向系统选型研究.pdf

10.16638/ ki.1671-7988.2017.15.014 10.16638/ ki.1671-7988.2017.15.014 汽车电动助力转向系统选型研究 王虎，许晓楠 （长城汽车股份有限公司技术中心，河北省汽车工程技术研究中心，河北 保定 071000） 摘 要：随着现代汽车低油耗、低排放、自动驾驶、安全、操纵感知的发展趋势，电动助力转向系统在乘用车上的 应用逐渐普及。文章主要通过对不同类型电动助力转向系统的优劣势、电机选型、性能参数匹配和整车周边环境分 析等的介绍，对整车研发中电动助力转向系统的选型进行分析。 关键词：电动助力；转向系统；选型 中图分类号：U461.9 文献标识码：A 文章编号：1671-7988 (2017)15-40-02 Type Selection Research Of Automotive Electric Power Steering System Wang Hu, Xu Xiaonan （R Steering System; Type Selection CLC NO.: U461.9 Document Code: A Article ID: 1671- 7988 (2017)15- 40- 02 前言 电动助力转向系统根据电机位置不同和减速机构的差 异，大致可以分为六种类型：管柱式电动助力转向系统 （C- EPS） 、单小齿轮式电动助力转向系统（P- EPS） 、双小齿 轮式电动助力转向系统（DP- EPS） 、齿条式电动助力转向系 统（R- EPS） 、线控式电动助力转向系统和轮边电机式电动助 力转向系统 1 。本文主要对应用更广泛的其中三种类型的转 向系统的选型分析展开讨论。 1 电动助力转向系统对比 在整车开发初期，需要对转向系统的搭载类型进行综合 考量，既要充分了解供应商的资质，也要详细分析不同类型 电动助力转向系统的优劣势，C- EPS、DP- EPS 和 R- EPS 的 对比分析如表 1 所示。 通过以上对比，可以发现： （1）C- EPS：价格便宜、空间布置容易，工作环境良好； 但电机工作噪音传递明显，受齿轮承载能力限制不易实现大 助力； （2）DP- EPS：工作噪音小，价格适宜，助力响应速度 快，可实现大助力；但电机工作环境恶劣，密封要求严格， 受周边环境影响空间布置困难； （3）R- EPS：工作噪音小，助力响应速度快，可实现 更大助力；但价格昂贵、减速机构结构复杂、空间布置难 度大。 作者简介：王虎，作者简介：王虎，就职于长城汽车股份有限公司技术中心，主要负 责底盘系统设计开发。 汽车实用技术汽车实用技术 41 2017 年第 15 期2017 年第 15 期 表 1 EPS 对比分析 2 电机选型 受供应商能力限制，电机实际输出扭矩大小受到严格的 限制，需要根据整车齿条力预估值来评判电机选型，保证在 合理的成本范围内选择出覆盖整个车型需要的电机类型。 根据整车项目输入，采用半经验公式计算出预估齿条力 2 ： 其中，F：齿条力，N；Mr ：原地转向阻力矩，Nm； MG ：重力回正力矩，Nm；S：转向梯形有效作用力臂，m。 根据齿条力需求，及不同供应商产品能力的要求，计算 出符合要求的电机输出扭矩： 其中，Tm：电机扭矩，Nm；Fn ：齿条力，N；i：线角 传动比，mm/rev；Th：人手操作力矩，Nm；GR：减速机构 减速比；1：减速机构传递效率；2：传动轴及转向器传递 效率。 3 性能参数匹配 在整车开发前期，转向系统的选型主要需要考虑驾驶员 的操纵感知和不同类型转向系统的性能特点，涉及到的性能 参数主要有角传动比和线角传动比。 角传动比直接决定方向盘操纵灵敏度，数值越小，灵敏 度越高，一般需要根据整车底盘悬架硬点调教和整车最小转 弯直径的定义来确定合适的角传动比的具体数值。因转向系 统本身波动特性，实际转向过程中角传动比的数值是在一直 变化的，一般暂定转向中性区域内角传动比的数值为所需目 标值。 线角传动比制约着转向系统的选型，一般在 4055mm/ rev 范围内，三种转向系统都能实现，超过这个数值，只能 通过使 DP- EPS 或 R- EPS 的输入端和助力端线角传动比的差 异化来实现所需的目标值。 4 整车周边环境分析 从表 1 可以看出，三种类型的电动助力转向系统能够提 供的齿条力范围，实际上是有重叠区域的，也就是说，当车 型所需齿条力正好处在两两重叠区域的话，转向系统类型在 理论上是有多种选择的。这个时候需要根据实际转向系统的 周边零部件环境，通过具体的布置校核和不同类型转向系统 自身结构的限制来具体分析。 一般地，C- EPS 布置过程中，电机、减速机构及 ECU 的 布置空间以及转向管柱安装点位置选取是个难点；DP- EPS 布置过程中，因助力端电机及减速机构的自由度较多，同时 为了综合考虑同一平台不同类型车辆转向系统的平台化，布 置起来也较为复杂；R- EPS 布置过程中，因滚珠丝杠结构复 杂导致布置灵活性差，对周边环境的要求更高。 同时，也需要综合转向系统的发展趋势和应用产品的成 熟度来综合判断。 5 总结 综上所述，电动助力转向系统的选型需要在识别整车售 价、销售区域及产品定位的基础上，根据整车整体尺寸、轴 荷分布、平台化规划等项目信息输入，综合评价不同类型电 动助力转向系统的优劣势，选取合适的供应商，同时满足整 车产品性能目标值和周边零部件环境。利弊权衡之后，为该 车型选择