◆文/北京 杨树岭 广东 汪贵行 汪学慧
电动汽车转向系统的结构
◆文/北京 杨树岭 广东 汪贵行 汪学慧
电动汽车的驱动能源主要是动力电池,或主要不依靠发动机进行驱动,其转向装置不能采取传统的由发动机驱动的液压助力方式,而需要利用电机来辅助转向,这就是要采取电动助力转向。它是在机械转向系统的基础上,将电力电子技术对高性能电机的控制,来辅助驾驶员进行转向操作的系统。当前电动转向技术发展很快,已出现了“主动转向”和“线传转向”等技术,如当前使用较多的“自动泊车辅助”系统就是主动转向的应用,它不需等待驾驶员操纵方向盘发出信号,转向ECU会根据停车的需要主动地发出指令控制车辆的转向,实现自动寻位停车;而“线传转向”现已逐步实现量产,如日产车系的英菲尼迪Q50车上,驾驶员操纵方向盘的转向动作不直接传递给转向机,而仅仅作为信号发送到转向ECU,实现车辆的转向运作,这在无人驾驶车辆和自动稳定行驶轨迹方面得到了应用。但从目前实际运行的电动汽车来看,转向装置仍由驾驶员操纵方向盘,而采用电机的辅助转向形式。
电动助力转向EPS系统是在传统转向系统基础上,采用电机驱动取代液压驱动的机构,能在各工况下提供实时的转向助力,使驾驶员操纵方向盘更轻便省力。电动转向只在车辆转向时才消耗电能,比起传统机械式液压助力转向,能显著地节省油耗,经济性较好,同时结构相对简单,取消了液压系统的高压油泵和液压控制阀,减少了维修工作量。电控转向的助力十分准确,操纵稳定性、响应性和主动安全性更高,适用于车辆的高低速行驶的转向助力,同时还较大的减少维修工作量。
电动助力转向由于有一系列的优点,所以电动助力转向系统不仅在电动汽车上得到普遍使用,而且在燃油汽车上也越来越多的采用电动助力转向装置。
电动助力转向系统有多种形式,主要分齿条驱动式和转向柱驱动式两大类。本文重点介绍齿条电动转向驱动式助力系统。
1.齿条驱动式
齿条驱动式电动助力转向系统,可分为单轴齿条电机助力式和平行轴助力式,平行轴助力式的在本文的后部有所介绍;齿条助力式还可按齿轮数量分为单齿式和双齿式,如奥迪A3与大众速腾等轿车上,就是装用双齿式电动助力系统。所谓“双齿式”电动助力系统是指有两个齿轮同时作用在齿条轴上,一个是由驾驶员操纵方向盘直接带动的转向小齿轮,另一个则是由助力电动机驱动的齿轮,驱动电机在转向电脑的控制下工作,这种结构尤其是对转向的“自动回正”有极好的功效。
2.转向柱驱动式
转向柱驱动式电动助力转向装置,应用范围较广,在经济型电动汽车和燃油汽车上,也在高档豪华车辆上均有使用。
(1)转向柱电动助力驱动式系统
转向柱电动助力驱动式系统,在经济型电动汽车和普通轿车上使用较多。为节约成本,电动驱动多采用转向柱电动助力式,直接在方向盘下方的转向柱上,加装一个电机给方向盘助力,这就是转向柱电动助力驱动系统。在转向柱上安装电机和减速装置,产生较大的转矩辅助驾驶员转向操作,此系统具有良好的燃油经济性,只在车辆转向时电机才提供助力。图1是这种结构的解剖图,驱动电机一般为有炭刷的直流电机,定子为稀士强永磁材料。为提升电机的转矩和减少体积,驱动电机的工作电压比蓄电池的电压高得多,多为20~36V以上,为此必须装置有专用的DC-DC转换器。转换器内部电路较复杂,先将DC直流电转变为AC交流电,经变压器升压后,再整流为直流电供给电机使用。