基于直線(xiàn)電機控制轉向力的汽車(chē)轉向系統探討
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用直線(xiàn)步進(jìn)電機控制轉向助力的汽車(chē)轉向系統
圖2 用直線(xiàn)步進(jìn)電機控制轉向助力的汽車(chē)轉向系統結構原理
如圖2所示，其直線(xiàn)步進(jìn)電機的動(dòng)件直接與轉向器齒條相連，整個(gè)直線(xiàn)步進(jìn)電機套裝在轉向器齒條機構上，幾乎不占用空間。它也是在原先結構最簡(jiǎn)單的無(wú)助力機械轉向系中增加一臺直線(xiàn)步進(jìn)電機，由直線(xiàn)步進(jìn)電機的直線(xiàn)推力來(lái)直接助力駕駛員對轉向器的操縱力矩，由于對轉向器的助力并不很大，齒條的直線(xiàn)位移量也不長(cháng)，用一臺小型直線(xiàn)步進(jìn)電機足以驅動(dòng)。其控制原理與eps基本類(lèi)同，只不過(guò)對電機的驅動(dòng)需改用前述步進(jìn)電機脈沖分配方式。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。即根據轉向盤(pán)轉角信號控制直線(xiàn)步進(jìn)電動(dòng)機位移量，利用轉向輪轉角信號來(lái)實(shí)現閉環(huán)控制，精確控制其位移量，根據車(chē)速進(jìn)行相應的助力。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)又希望能對轉向系統有一種“反向”助力，即適當增加轉向系的阻尼。這一點(diǎn)對于現有的轉向系較難做到，而采用直線(xiàn)步進(jìn)電機助力就很容易實(shí)現，根據直線(xiàn)步進(jìn)電機工作原理可知，只要保持其電機的通電狀態(tài)即可使該直線(xiàn)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)速信號根據要求來(lái)控制其轉向助力的大小，隨著(zhù)車(chē)速的提高即減小繞組通電電流，其轉向助力也隨之減??；當車(chē)速高于相應速度(一般為30km/h)時(shí)就取消給轉向系助力，即停止給直線(xiàn)步進(jìn)電機供電；而當車(chē)速高到一定程度時(shí)，希望能給轉向系逐漸增加其阻尼，可使直線(xiàn)步進(jìn)電機繞組保持通電狀態(tài)而產(chǎn)生自鎖力，控制其電流大小即能改變對轉向系的阻尼大小。達到對轉向盤(pán)的操縱即輕便靈敏又穩定可靠。
用直線(xiàn)步進(jìn)電機控制轉向力的汽車(chē)轉向系統
圖3 用直線(xiàn)步進(jìn)電機控制轉向力的汽車(chē)轉向系統結構原理
如圖3所示，它進(jìn)一步簡(jiǎn)化了轉向系的結構，去掉轉向盤(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。轉向盤(pán)內安裝有轉向盤(pán)轉角傳感器，并適當增加其轉動(dòng)阻尼，獨立安置于駕駛室內。而直線(xiàn)步進(jìn)電機的動(dòng)件兩端直接與左右橫拉桿相連，電子控制器根據轉向盤(pán)的轉向角度信號及車(chē)速信號，來(lái)控制直線(xiàn)步進(jìn)電機動(dòng)件進(jìn)行左右位移，經(jīng)橫拉桿、轉向節臂傳動(dòng)，進(jìn)而控制車(chē)輪轉向。在確保系統可靠性的前提下，該方案的優(yōu)點(diǎn)是結構更簡(jiǎn)單、所占體積更小、成本低、控制更直接、響應更快。但一旦系統發(fā)生故障，汽車(chē)就無(wú)法轉向。而用在四輪轉向4ws系統的后輪轉向機構中卻是優(yōu)選的方案。它的應用有望使汽車(chē)四輪轉向4ws系統的性?xún)r(jià)比進(jìn)一步得以提高。
結語(yǔ)
文中闡述了為提高汽車(chē)轉向系統的快速響應性和滿(mǎn)足在不同車(chē)速下有相應的助力等功能要求，在對汽車(chē)轉向系統各功能要求與其相應機構運行原理的分析基礎上，根據轉向機構最終帶動(dòng)轉向節臂的橫拉桿均為左右直線(xiàn)運動(dòng)等特點(diǎn)，提出了用直線(xiàn)步進(jìn)電機直接帶動(dòng)左右橫拉桿的兩種汽車(chē)轉向系統控制機構。此設計方案可使控制更直接，動(dòng)態(tài)響應更快，又省去了大部分機械或液壓部件，使結構更簡(jiǎn)捷，且利用直線(xiàn)步進(jìn)電機的控制特點(diǎn)，即可方便地充分滿(mǎn)足轉向力隨車(chē)速變化的各控制要求，又提高了轉向精度。該設計方案的實(shí)施還有助于提高高性能汽車(chē)四輪轉向系統的性?xún)r(jià)比。
作者簡(jiǎn)介
王貴明(1950-) 男 高級工程師，研究方向：數控伺服技術(shù)，電動(dòng)汽車(chē)、智能交通等相關(guān)技術(shù)及機電一體化。
參考文獻
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