基于直線電機(jī)控制轉(zhuǎn)向力的汽車(chē)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)探討
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用直線步進(jìn)電機(jī)控制轉(zhuǎn)向助力的汽車(chē)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)
圖2 用直線步進(jìn)電機(jī)控制轉(zhuǎn)向助力的汽車(chē)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理
如圖2所示，其直線步進(jìn)電機(jī)的動(dòng)件直接與轉(zhuǎn)向器齒條相連，整個(gè)直線步進(jìn)電機(jī)套裝在轉(zhuǎn)向器齒條機(jī)構(gòu)上，幾乎不占用空間。它也是在原先結(jié)構(gòu)最簡(jiǎn)單的無(wú)助力機(jī)械轉(zhuǎn)向系中增加一臺(tái)直線步進(jìn)電機(jī)，由直線步進(jìn)電機(jī)的直線推力來(lái)直接助力駕駛員對(duì)轉(zhuǎn)向器的操縱力矩，由于對(duì)轉(zhuǎn)向器的助力并不很大，齒條的直線位移量也不長(zhǎng)，用一臺(tái)小型直線步進(jìn)電機(jī)足以驅(qū)動(dòng)。其控制原理與eps基本類同，只不過(guò)對(duì)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)需改用前述步進(jìn)電機(jī)脈沖分配方式。具體實(shí)施可參照有關(guān)eps[1]中的電子控制器ecu與其控制邏輯等進(jìn)行，并借用eps中相關(guān)傳感器。即根據(jù)轉(zhuǎn)向盤(pán)轉(zhuǎn)角信號(hào)控制直線步進(jìn)電動(dòng)機(jī)位移量，利用轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)角信號(hào)來(lái)實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制，精確控制其位移量，根據(jù)車(chē)速進(jìn)行相應(yīng)的助力。在低速時(shí)給予較大助力，隨車(chē)速提高而減小助力，車(chē)速高到一定范圍時(shí)停止助力，而在汽車(chē)高速行駛時(shí)又希望能對(duì)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)有一種“反向”助力，即適當(dāng)增加轉(zhuǎn)向系的阻尼。這一點(diǎn)對(duì)于現(xiàn)有的轉(zhuǎn)向系較難做到，而采用直線步進(jìn)電機(jī)助力就很容易實(shí)現(xiàn)，根據(jù)直線步進(jìn)電機(jī)工作原理可知，只要保持其電機(jī)的通電狀態(tài)即可使該直線位移裝置具有一定自鎖力，控制其通電電流大小即可改變定、動(dòng)件之間的磁拉力大小。從而可按車(chē)速信號(hào)根據(jù)要求來(lái)控制其轉(zhuǎn)向助力的大小，隨著車(chē)速的提高即減小繞組通電電流，其轉(zhuǎn)向助力也隨之減?。划?dāng)車(chē)速高于相應(yīng)速度(一般為30km/h)時(shí)就取消給轉(zhuǎn)向系助力，即停止給直線步進(jìn)電機(jī)供電；而當(dāng)車(chē)速高到一定程度時(shí)，希望能給轉(zhuǎn)向系逐漸增加其阻尼，可使直線步進(jìn)電機(jī)繞組保持通電狀態(tài)而產(chǎn)生自鎖力，控制其電流大小即能改變對(duì)轉(zhuǎn)向系的阻尼大小。達(dá)到對(duì)轉(zhuǎn)向盤(pán)的操縱即輕便靈敏又穩(wěn)定可靠。
用直線步進(jìn)電機(jī)控制轉(zhuǎn)向力的汽車(chē)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)
圖3 用直線步進(jìn)電機(jī)控制轉(zhuǎn)向力的汽車(chē)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理
如圖3所示，它進(jìn)一步簡(jiǎn)化了轉(zhuǎn)向系的結(jié)構(gòu)，去掉轉(zhuǎn)向盤(pán)至橫拉桿中間的所有傳動(dòng)鏈，包括齒輪輸入軸扭桿及齒輪齒條付。轉(zhuǎn)向盤(pán)內(nèi)安裝有轉(zhuǎn)向盤(pán)轉(zhuǎn)角傳感器，并適當(dāng)增加其轉(zhuǎn)動(dòng)阻尼，獨(dú)立安置于駕駛室內(nèi)。而直線步進(jìn)電機(jī)的動(dòng)件兩端直接與左右橫拉桿相連，電子控制器根據(jù)轉(zhuǎn)向盤(pán)的轉(zhuǎn)向角度信號(hào)及車(chē)速信號(hào)，來(lái)控制直線步進(jìn)電機(jī)動(dòng)件進(jìn)行左右位移，經(jīng)橫拉桿、轉(zhuǎn)向節(jié)臂傳動(dòng)，進(jìn)而控制車(chē)輪轉(zhuǎn)向。在確保系統(tǒng)可靠性的前提下，該方案的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)更簡(jiǎn)單、所占體積更小、成本低、控制更直接、響應(yīng)更快。但一旦系統(tǒng)發(fā)生故障，汽車(chē)就無(wú)法轉(zhuǎn)向。而用在四輪轉(zhuǎn)向4ws系統(tǒng)的后輪轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)中卻是優(yōu)選的方案。它的應(yīng)用有望使汽車(chē)四輪轉(zhuǎn)向4ws系統(tǒng)的性價(jià)比進(jìn)一步得以提高。
結(jié)語(yǔ)
文中闡述了為提高汽車(chē)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的快速響應(yīng)性和滿足在不同車(chē)速下有相應(yīng)的助力等功能要求，在對(duì)汽車(chē)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)各功能要求與其相應(yīng)機(jī)構(gòu)運(yùn)行原理的分析基礎(chǔ)上，根據(jù)轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)最終帶動(dòng)轉(zhuǎn)向節(jié)臂的橫拉桿均為左右直線運(yùn)動(dòng)等特點(diǎn)，提出了用直線步進(jìn)電機(jī)直接帶動(dòng)左右橫拉桿的兩種汽車(chē)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)控制機(jī)構(gòu)。此設(shè)計(jì)方案可使控制更直接，動(dòng)態(tài)響應(yīng)更快，又省去了大部分機(jī)械或液壓部件，使結(jié)構(gòu)更簡(jiǎn)捷，且利用直線步進(jìn)電機(jī)的控制特點(diǎn)，即可方便地充分滿足轉(zhuǎn)向力隨車(chē)速變化的各控制要求，又提高了轉(zhuǎn)向精度。該設(shè)計(jì)方案的實(shí)施還有助于提高高性能汽車(chē)四輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的性價(jià)比。
作者簡(jiǎn)介
王貴明(1950-) 男 高級(jí)工程師，研究方向：數(shù)控伺服技術(shù)，電動(dòng)汽車(chē)、智能交通等相關(guān)技術(shù)及機(jī)電一體化。
參考文獻(xiàn)
[1] 王貴明，王金懿．電動(dòng)汽車(chē)及其性能優(yōu)化[m]．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2010．
[2] 王貴明，王金懿．電動(dòng)汽車(chē)用四輪轂電機(jī)驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)四輪轉(zhuǎn)向的電子差速轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)[p]．中國(guó)：200910152933.1，2010.6.2．
[3] 王貴明．用恒溫直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)的位移控制裝置[p]．中國(guó)：cn86107217，1987.6.10．
[4] 王貴明．直線電機(jī)進(jìn)給系統(tǒng)特點(diǎn)及改進(jìn)方案[j]．制造技術(shù)與機(jī)床．1999.6．
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評(píng)論