基于英飛凌產(chǎn)品的汽車EPS方案

隨著汽車保有量的不斷增長，汽車排放對環(huán)境的污染被加以越來越多的重視，而日益嚴(yán)格的排放標(biāo)準(zhǔn)的不斷推出更使環(huán)保成為汽車必須要達(dá)成的一個指標(biāo)。此外，隨著汽車消費(fèi)的不斷成熟，消費(fèi)者也越來越關(guān)注汽車的各種功能性的內(nèi)在指標(biāo)。作為傳統(tǒng)液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)(Hydraulic Power Steering，HPS)和電動液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)(Electro-Hydraulic Power Steering，EHPS)技術(shù)的替代者，電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)(Electric Power Steering，EPS)正由于其具有的優(yōu)點(diǎn)而被應(yīng)用在越來越多的車輛中。表1是咨詢公司Strategy Analytics對中國EPS市場的預(yù)測，從中我們可以明顯地看出這種不斷增長的趨勢，預(yù)計在2010-2017年期間中國的EPS市場的年復(fù)合增長率將達(dá)到16.9%。

這種不斷增長的市場趨勢是由于EPS系統(tǒng)本身具有的諸多優(yōu)點(diǎn)所決定的，這主要表現(xiàn)在：

- EPS能在各種行駛工況下提供最佳助力，減小擾動，改善汽車的轉(zhuǎn)向特性，提高汽車高速行駛時的轉(zhuǎn)向穩(wěn)定性，進(jìn)而提高汽車的主動安全性。

- EPS只在轉(zhuǎn)向時電機(jī)才提供助力，因而能減少燃料消耗。統(tǒng)計數(shù)字表明，與HPS相比，EPS每百公里可節(jié)油約0.3至0.5升。

- EPS電機(jī)由蓄電池供電，因此即使在發(fā)動機(jī)熄火或出現(xiàn)故障時也能提供助力。

- EPS取消了液壓結(jié)構(gòu)，其零件比HPS大為減少，因而質(zhì)量更輕、結(jié)構(gòu)更緊湊，易于設(shè)計和安裝，并能降低噪聲。

- EPS易于調(diào)整和檢測，可以通過設(shè)置不同的程序，快速與不同車型匹配，因而能縮短生產(chǎn)和開發(fā)周期。

- EPS不存在滲油問題，可大大降低保修成本，減小對環(huán)境的污染，改善了環(huán)保性。

- EPS比HPS具有更好的低溫工作性能。

- 可實(shí)現(xiàn)自動泊車系統(tǒng)等輔助功能。

對于EPS需求的增加也促使眾多的企業(yè)和科研單位加大了研發(fā)和生產(chǎn)的投入，從而催生了許多新的EPS系統(tǒng)生產(chǎn)企業(yè)進(jìn)入市場。這種現(xiàn)象在中國和印度等新興市場表現(xiàn)得尤為明顯。但這些企業(yè)生產(chǎn)EPS產(chǎn)品的歷史都不長，所以一個成熟而可靠的方案對他們來說尤為重要。下面將簡單介紹一下EPS系統(tǒng)的類型、一般結(jié)構(gòu)和特性。

EPS簡介

EPS是通過電機(jī)的動力直接給轉(zhuǎn)向系統(tǒng)提供輔助扭矩的系統(tǒng)。它依靠檢測發(fā)動機(jī)，方向盤，車速等信息來判斷并提供合適的轉(zhuǎn)向助力，使得轉(zhuǎn)向過程能夠精確、輕松、安全地完成。

通常來說，根根據(jù)電機(jī)安裝位置和機(jī)械結(jié)構(gòu)的不同，EPS系統(tǒng)可以分為：管柱助力式、小齒輪助力式、雙小齒輪助力式和齒條助力式。圖1給出了各類EPS系統(tǒng)的機(jī)械機(jī)構(gòu)，輸出力矩和適用車型的簡單介紹。

圖1 EPS系統(tǒng)的分類

管柱助力式EPS系統(tǒng)將電機(jī)安裝在轉(zhuǎn)向管柱上，通過減速機(jī)構(gòu)與轉(zhuǎn)向軸相連，其特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)緊湊，所測得的轉(zhuǎn)矩信號與方向盤轉(zhuǎn)矩在同一直線，因此控制電機(jī)助力的響應(yīng)性較好，但對電機(jī)的噪聲和震動要求較高。另外由于電機(jī)、ECU和減速機(jī)構(gòu)都布置在駕駛艙內(nèi)，電機(jī)和ECU的工作環(huán)境較好，且方便發(fā)動機(jī)艙布置。小齒輪助力式EPS系統(tǒng)將助力電機(jī)安裝在轉(zhuǎn)向小齒輪處，直接給小齒輪助力，因此可以提供較大的助力扭矩而適用于稍大的車型，但由于萬向節(jié)的存在，會影響助力控制特性的精確度。雙小齒輪助力式EPS系統(tǒng)由于增加了一對齒輪齒條而能提供比小齒輪助力式更大的助力，但是成本上也略高。而齒條助力式EPS系統(tǒng)能提供更大的助力，但整套系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本較高，所以適用于豪華車和商務(wù)車上。

各類型的EPS系統(tǒng)工作原理基本相同。如圖2所示，通常一個EPS系統(tǒng)主要由轉(zhuǎn)向部件、傳感器、電機(jī)、減速機(jī)構(gòu)和電子控制單元(ECU)等組成。當(dāng)司機(jī)轉(zhuǎn)向時，傳感器檢測到方向盤上的扭矩和轉(zhuǎn)角的大小，將其轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號并傳給電子控制單元，電子控制單元根據(jù)這些信號與預(yù)先設(shè)定的算法計算出最適合當(dāng)時行駛工況的輸出力矩，并發(fā)出信號驅(qū)動電機(jī)工作，電機(jī)輸出的力矩由傳動系統(tǒng)輸給轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)而進(jìn)行助力。

為了使這個轉(zhuǎn)向的過程順利實(shí)現(xiàn)，EPS系統(tǒng)需要實(shí)現(xiàn)以下功能：

助力控制：在汽車停車及低速行駛時提供較大輔助力矩，使轉(zhuǎn)向過程快捷輕便地進(jìn)行，而在汽車高速行駛時提供較小的輔助力矩以保持轉(zhuǎn)向過程的可靠與沉穩(wěn)。