汽車試驗：EPS性能試驗與評價方法研究！
漫談君：專註分享最燃的汽車研發技術！
夏天來了，老司機們開車的時候要注意轉向，不要看到像下面這位小姐姐一樣漂亮的小姐姐就忘乎所有，連有了EPS都捨不得動動手，可是比無助力轉向輕鬆很多倍喲！
今天
就和漫談君一起來看看
EPS性能試驗與評價方法研究
漫談君說
好消息：汽車大漫談4群已開通，話說都是汽車研發工程師，每天都在分享技術，有需要進群的童鞋，加漫談君微信：autotechstudy，備註名稱+專業喲，方便邀請進群！
一、EPS的定義
EPS（Electric Power Steering）稱為電動助力轉向系統，電動助力轉向系統是汽車轉向系統的發展方向。該系統由電動助力機直接提供轉向助力，省去了液壓動力轉向系統所必需的動力轉向油泵、軟管、液壓油、傳送帶和裝於發動機上的皮帶輪，既節省能量，又保護環境。
二、EPS的作用
電動助力轉向器的作用是在行車過程中，輔助駕駛員完成轉向動作。通過單片機（ECU）微機系統綜合處理來自轉角感測器、扭矩感測器的信息，並結合車速以及駕駛員輸入扭矩的信號，根據PDI模糊控制原理通過一定的演算法來提供助力輔助轉向，實現了助力智能化。
三、EPS的種類
EPS主要有三種類型，即C型、P型和R型。
1
C型
一種機電一體化的新一代汽車智能助力轉向裝置。在不同車況下汽車轉向時，它通過電子控制裝置，使轉向助力電機產生所需的輔助助力，達到操縱穩定、轉向輕巧、行駛安全，使駕駛員行車有良好的舒適感。
其特點如下：
1）適應性強，可根據不同車型選用和定製汽車電動助力轉向管柱和控制器，同時進行助力匹配，可廣泛應用在0.6-1.8L排量的經濟型轎車和微型轎車；
2）結構緊湊，安裝方便，所需安裝空間小；
3）低速時轉向輕便，高速時操縱穩定，回正性能優良；
4）可靠性高，免維護；
5）具有自診斷和安全控制功能。
2
P型
由EPS控制器、扭矩感測器、電機總成和減速裝置組成，是新一代汽車電動助力轉向裝置。通過將電力輔助單元配置到轉向裝置的齒輪軸，實現了小型輕量化，可直接安裝在駕駛艙內，機械結構更易於整體安裝，與液壓助力轉向器的尺寸大小相當；扭矩感測器安裝在助力轉向器內部。
3
R型
通過EPS輔助單元與齒條軸的一體化，提高了輕量化及裝配緊密性。直接輔助齒條軸，實現了低慣性、低摩擦、高效率，提高了駕駛舒適感，達到了高輸出化。
四、EPS的結構特點
EPS由電動機提供助力，助力大小由電控單元（ECU）實時調節與控制。所以EPS能在各種行駛工況下提供最佳助力，減小由路面不平引起的對轉向系統的擾動，改善汽車的轉向特性，減輕汽車低速行駛時的轉向操縱力，提高汽車高速行駛時的轉向操縱穩定性，進而提高汽車的主動安全性。
其基本原理是，扭矩感測器與轉向軸（小齒輪軸）連接一起，當轉向軸轉動時，扭矩感測器把輸入軸和輸出軸在扭桿作用下產生的相對轉動位移變成電信號傳給ECU，ECU根據車速感測器和扭矩感測器的信號決定電動機的旋轉方向和電流的大小，從而完成實時控制助力轉向。因此它可以很容易的實現在車速不同時提供電動機不同的助力效果，保證汽車在低速行駛時輕便靈活，高速行駛時穩定可靠。
汽車EPS的服役條件包括：載荷、溫度、腐蝕介質。
1
載荷
載荷是指利用伺服電機模擬方向盤轉動產生的扭矩。
載荷分為動載荷與靜載荷，方向盤在空載情況下的轉動為靜載荷，動載荷包括交變載荷與衝擊載荷，正常路況下，方向盤平滑的左右轉動以交變載荷的形式體現出來，是行車過程中主要形式，針對這種形式進行疲勞試驗檢測；在路況較差的情況下，方向盤的快速轉動對轉向器的性能要求偏高，即以衝擊載荷的形式體現，主要針對衝擊試驗檢測其可靠程度。
2
溫度
溫度是指汽車EPS除正常工作溫度下的高溫與低溫情況。
溫度對轉向系統有很大影響，北方溫度較低，南方溫度較高，特別是夏季路面溫度更高，這對於轉向器溫度適應性有較高要求。
3
腐蝕介質
腐蝕介質是指EPS在雨霧天氣等不良環境中運行的情況下，空氣中的水汽、灰塵、泥漿等腐蝕物質對EPS的性能的影響。
五、EPS的性能要求
1
平滑性
在按不同車速手動轉動方向盤的過程中，感覺轉動過程中應平滑、無卡滯，方向盤無明顯振動，轉動方向盤至任意角度停下時轉向器輸出端不應有慣性延時現象。
2
耐久性
經過疲勞與衝擊試驗後，在電動助力控制器電源斷開情況下，汽車EPS靜扭強度和剛度應符合QC/T649或QC/T29097標準的要求。
3
抗干擾性
為了確保電子電氣組件能夠正常工作，應進行電磁輻射抗擾性測定、無線電干擾特性測定、靜電放電產生的電干擾測定。試驗過程中和試驗過程之後能執行預先設計的所有功能，不得出現任何異常狀況。
六、EPS的試驗標準
影響EPS性能的因素主要有載荷、溫度、腐蝕介質。根據試驗要求考慮載荷與溫度兩個因素。
1
載荷模擬
載荷模擬是指利用交流伺服系統模擬實際過程中，方向盤的轉動對轉向器的影響。
試驗主要包括兩個部分：
1）方向盤平滑轉動即疲勞耐久性試驗
2）方向盤快速轉動即衝擊載荷試驗
根據《汽車電動助力轉向裝置技術條件與台架試驗方法》要求，經過載荷模擬試驗，裝置仍能正常轉向，不得出現異常和損壞。
2
溫度模擬
考慮到地域、季節的不同，針對轉向裝置在不同溫度條件下的工作狀態，進行性能評價，利用溫控箱實現。根據《汽車電動助力轉向裝置技術條件與台架試驗方法》要求，經過溫度模擬試驗，各元件仍能正常工作。
3
試驗項目
為了使汽車EPS在不同服役條件下滿足不同性能，要求進行如下試驗：
七、EPS的試驗項目
全面掌握EPS外在特性的表現是確定其試驗項目應該明確一個根本原則。在下圖給出的轉向柱助力型式EPS總成結構示意圖上，從方向盤側力矩輸入、電機輸出助力矩，到機械機構力矩變換、總成輸出旋轉力矩(或齒條推拉力)至車輪,是一個力矩平衡系統,總成工作中關鍵部件的幾何位置，以及造成力矩平衡系統動態變化的控制策略與助力手段等都將成為影響EPS性能的要素。
參照國外相關企業標準和國內行業草擬的EPS總成技術條件，EPS的試驗項目基本明確在性能試驗和可靠性試驗兩個方面，下表中給出的基本性能試驗項目要求與試驗的目的是一致的。
由於行業EPS標準草案中對應的感測器、助力電機、控制器(ECU)三個標準分別獨立於總成標準，故表中的試驗項目不涉及三者的內在特性。
八、EPS的試驗內容與評價
在EPS工作的力矩平衡系統中，涉及輸入輸出扭矩、輸入輸出轉角、電機工作電流和配置車速等物理量。
EPS系統工作的力矩動力學方程可表示為：
JeqΗ+B1ΗP+Msw=Tfz-Td
上式中：
Jeq——折算到小齒輪上的系統總慣性矩
B1——系統當量摩擦係數
Msw——方向盤把持扭矩ΖMsw=Ks(Ηp-Ηh)，其中Ks為扭桿的扭變剛度，Ηp為轉向小齒輪轉角，Ηh為方向盤轉角
Td——電機當量助力轉矩
Tfz——路面作用於轉向小齒輪的轉矩
試驗系統的載入方式必然有別於實際運行，理論上全載荷、部分載荷情況都可以由磁粉制動器設定。彈性載荷確定應結合前軸載荷和輪胎與路面的摩擦等因素適當選擇，輸出端衝擊載入可利用重鎚落體等方式實現。輸出端衝擊載入可利用重鎚落體等方式實現。
1
功能試驗
將被試裝置安裝在試驗台架上，在輸出端施加相當於汽車最大轉向阻力的1/4載荷，在0~到最高車速範圍內、按5~20Km/h車速間隔試驗。在向兩個方向手動勻速轉動轉向盤的同時，在全行程內感覺工作是否平滑、連續及轉向盤有無振動；轉向盤轉至任意角度停下時,輸入端不應有慣性延時現象。
2
輸入、輸出特性試驗
將被試裝置安裝在試驗台架上，系統正常工作，把輸出端剛性固定或加彈性載荷，設定不同車速(從0Km/h至最高速，間隔5~20km/h)分別向兩個方向勻速轉動輸入軸，轉到輸入力矩/力至設定值為止，同時紀錄各個車速下輸入力矩與輸出力矩/力關係曲線，見下圖。
1）做出不同車速下的轉向手力特性
2）分別測出不同車速下左右最大轉動力矩/力
3）分別計算出各車速下曲線的對稱度
3
助力電流特性試驗
將被試裝置安裝在試驗台架上，系統正常工作，勻速轉動轉向盤，使輸出端載荷達到額定載荷，設定不同車速（從0km/h至最高車速，間隔5~20km/h），記錄輸入載荷與電流變化關係，見下圖：
1）做出不同車速下的電流特性
2）分別測出各車速下最大行程時的左右最大電流
4
反向衝擊特性試驗
將被試裝置安裝在試驗台架上，系統正常工作，當轉向盤處於直線行駛位置時，在轉向器輸出端施加額定輸出力的40%衝擊載荷，時間不超過10毫秒，記錄衝擊時的電流響應時間和方向，測出轉向盤所轉動的角度。見下圖：
5
轉動力矩特性試驗
將被試裝置安裝於試驗台架上，輸出軸應處於無負載狀態。
1）在汽車點火開關關閉狀態下，輸入軸以6±1r/min的轉速從起始位置(0°位置)，順時針轉動到90%最大轉角，然後再反向轉動到90%最大轉角，再順時針轉回到起始位置。記錄並繪製轉動力矩曲線(如下圖)
2）在汽車點火開關開啟狀態下，重複上述試驗並繪製轉動力矩曲線(如下圖)
3）模擬車速點火開關開啟狀態下，保持5s，測試輸入、出軸力矩/力
6
回正試驗
將被試裝置安裝在試驗台架上，系統正常工作，車速分別在20Km/h和80km/h時，轉動轉向盤轉至最大角度時鬆開，在彈性力作用下使其自由回正，然後反方向再作一遍。做Mθ曲線,檢查回正曲線情況。見下圖：
九、結語
EPS系統是汽車轉向系統的發展方向，由於電動助力機直接提供轉向助力，省去了液壓動力轉向系統所必需的動力轉向油泵、軟管、液壓油、傳送帶和裝於發動機上的皮帶輪，既節省能量，又保護了環境。
另外，EPS還具有調整簡單、裝配靈活以及在多種狀況下都能提供轉向助力的特點。現在新能源汽車是發展方向，尤其續航里程作為企業重點關注的指標，對於能夠有節能方向的產品開發也顯得越來越重要；同時，人們也更加關注主動安全這塊的功能，所以，EPS系統在汽車的功能開發中顯得也尤其重要。
說明：文中部分圖片、信息來源於網路，
由漫談君根據經驗整理，僅供學習、交流！
TAG:汽車大漫談 |