转向电机热害问题探讨

田文毅　殷农民

摘 要：对于电动助力转向系统而言，转向电机不仅要关注自发热聚集问题，还要重点解决排气系统对转向电机热辐射产生的热害问题。解决转向电机热害问题，保证电动助力转向系统稳定、可靠性尤为重要。本文从项目开发中发现问题、解决问题的角度，重点探讨转向电机热害问题的解决方法。

关键词：转向电机；热害

1 引言

随着汽车工业的发展，使用人员对车辆的安全、舒适、可靠等要求逐步提高。而汽车转向助力系统的稳定性、可靠性对使用人员的行车安全不言而喻。转向助力分为液压和电动两种方式，电动助力转向系统以结构简单、免维护、控制精准等优势，逐步成为转向助力的主流方案，市场占有率逐渐升高。如何规避转向电机热害风险，保证转向系统稳定可靠运行显得尤为重要。

2 问题提出

2.1 转向电机风险描述

某项目车型在工程开发阶段发现转向电机位于排气正下方，受到的排气热辐射严重；转向电机下方安装降低风阻整流板，导致转向电机周边缺少冷却风吹拂；通过CFD建模分析，转向电机最高温度超过150℃，热害风险极高。转向电机空间位置见图1。

2.2 車辆基本信息

车辆基本参数见表1。

3 问题解决

3.1 热辐射解决方案

转向电机位于中通道与前舱连接处、排气波纹管下方。排气波纹管为软连接吸能元件，因此不能采取排气焊接隔热罩的主动隔热措施。最终经过评审选用转向机被动隔热方案阻隔热辐射，隔热方案见图2。

通过组织底盘、工艺、质量、CAE、供应商对隔热罩方案讨论分析，最终确定方案可有效解决热辐射问题，方案评估结果见表2。

3.2 转向机热害风险优化

考虑到不同供应商技术能力的差别，以及温度对转向电机寿命的影响。决定对隔热后的转向电机进一步优化。CFD仿真建模后确定转向电机周边风速低，热量散发缓慢。在综合考虑风阻的前提下，优化导流板结构，引入导流板下部高速低温空气对转向电机降温，导流方案见图3。

仿真分析结果显示，转向电机周边流场改善明显，温度明显降。优化导流板后，转向电机周边流线图见图4。

3.3 转向电机热害问题探讨

在项目开发过程中经过隔热方案和导风优化方案分析，最终转向电机最高温度降低到105℃。转向电机优化结果对比见表3。目前国内主流供应商的技术能力，均可以很轻松地做到转向电机长时间在120℃的环境温度下长时间工作。因此，该车型的转向机热害风险已基本规避。

在解决转向机的热辐射问题时，选取增加隔热罩方案是直接阻隔热辐射。转向电机受到的热辐射消失后，温度自然降低。但是隔热罩并不完全隔绝热辐射，隔热罩本身在温度上升后，也存在较小的热辐射，并且转向电机周边流场可能因为隔热罩的阻挡而变差，导致转向电机温度改善有限。再考虑到转向电机本身工作时线圈的自发热量集聚，对技术能力一般的转向电机供应商而言，单单采用隔热罩方案仍存在一定的热害风险。考虑到车型整个生命周期成本压力及后续二级供应商技术水平的不确定性，确定通过优化流场带走更多热量的方式对转向电机温度进一步优化，最终达到的效果也是很理想的。

4 结语

在热管理性能开发过程中，解决转向电机热害问题，不能单单从现有状态和供应商技术能力角度出发消除风险，应该综合考虑车型的生命周期以及后续开发、降本等非技术因素的影响，最终评估转向电机风险，并进行优化，确保规避转向电机的热害风险，从而保证车型全生命周期的稳定、可靠。