王松浩　徐文雅

摘 要：電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（Electric Power Steering，縮寫(xiě)EPS）是一種直接依靠電機(jī)提供輔助扭矩的動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。本文針對(duì)EPS轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的電流特性及輸入輸出扭矩特性試驗(yàn)，設(shè)計(jì)了一套實(shí)車(chē)道路模擬系統(tǒng)，進(jìn)行試驗(yàn)測(cè)試及特性分析。

關(guān)鍵詞：電動(dòng)助力；實(shí)車(chē)道路模擬；電流特性；輸入輸出扭矩特性

0 引言

電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)EPS以其不可比擬的優(yōu)勢(shì)引領(lǐng)著轉(zhuǎn)向系統(tǒng)未來(lái)的方向，EPS實(shí)現(xiàn)了真正的隨速轉(zhuǎn)向，可以很好的匹配高、低速時(shí)的助力效果，從根本上解決了轉(zhuǎn)向“輕”與“靈”的矛盾。

1 試驗(yàn)系統(tǒng)

試驗(yàn)臺(tái)整體布局如下圖1所示。試驗(yàn)臺(tái)由驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，加載機(jī)構(gòu)，一體式電氣柜等組成。試驗(yàn)臺(tái)通過(guò)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)模擬方向盤(pán)輸入系統(tǒng)，通過(guò)對(duì)伺服電機(jī)的角度及扭矩控制實(shí)現(xiàn)。輸出端同樣通過(guò)伺服電機(jī)及扭矩傳感器實(shí)現(xiàn)加載閉環(huán)控制，模擬道路助力。通過(guò)計(jì)算機(jī)與試件ECU通信，控制實(shí)車(chē)轉(zhuǎn)速與車(chē)速，實(shí)現(xiàn)不同狀態(tài)下的道路模擬。

2 測(cè)試項(xiàng)目

2.1 電流特性試驗(yàn)

試驗(yàn)方法：將被試總成安裝在試驗(yàn)臺(tái)架上，輸出端鎖緊，輸入端回0位，分別在車(chē)速信號(hào)為0Km/h、、20Km/h、40Km/h、60Km/h、80Km/h …（可設(shè)置點(diǎn)不低于15個(gè)，數(shù)值可任意設(shè)定）情況下正反兩個(gè)方向轉(zhuǎn)動(dòng)輸入軸，輸入軸轉(zhuǎn)動(dòng)速度為。同時(shí)記錄輸入轉(zhuǎn)矩與電機(jī)工作電流的關(guān)系，做輸入扭矩-電機(jī)電流-速度特性曲線，形成曲線族，以不同顏色加以識(shí)別，并顯示各車(chē)速下的曲線對(duì)稱度。

2.2 輸入輸出扭矩特性試驗(yàn)

（1）將被試總成安裝在試驗(yàn)臺(tái)架上，輸出端鎖緊，輸入端回0位，分別在車(chē)速信號(hào)為0Km/h、20Km/h、40Km/h、60Km/h、80Km/h …（可設(shè)置點(diǎn)不低于15個(gè)，數(shù)值可任意設(shè)定）情況下正反兩個(gè)方向轉(zhuǎn)動(dòng)輸入軸，輸入軸轉(zhuǎn)動(dòng)速度為0.2r/min～ 1r/min（轉(zhuǎn)動(dòng)速度可設(shè)置并顯示可設(shè)置范圍），勻速轉(zhuǎn)動(dòng)。同時(shí)記錄并顯示輸入轉(zhuǎn)矩與輸出轉(zhuǎn)矩的關(guān)系。做輸入/輸出轉(zhuǎn)矩-速度特性曲線，形成曲線族，以不同顏色加以識(shí)別。

（2）在上述（1）試驗(yàn)完畢后基礎(chǔ)上，輸入力矩設(shè)定為6Nm時(shí)（可設(shè)定并顯示可設(shè)定范圍），系統(tǒng)界面輸出不同車(chē)速下的輸入力矩-輸出力矩特性值。

（3）在車(chē)速為0km/h（可在上述轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)設(shè)定）的情況下，當(dāng)輸出扭矩為20Nm（可設(shè)定，符合曲線扭矩范圍）時(shí)，界面顯示左右輸入扭矩值，并顯示左右輸入扭矩之差絕對(duì)值。

（4）當(dāng)輸出扭矩為5Nm（可設(shè)定，符合曲線扭矩范圍）時(shí)，界面顯示上升曲線與下降曲線所對(duì)應(yīng)的輸入扭矩值，并顯示兩值差值的絕對(duì)值。

備注：（2）、（3）、（4）項(xiàng)操作均在（1）項(xiàng)完成后實(shí)施（系統(tǒng)后臺(tái)數(shù)據(jù)生成及保存）

3 曲線分析

參考《QCT305-2013汽車(chē)液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向控制閥總成性能要求與試驗(yàn)方法》，得到以下關(guān)于EPS電流特性及輸入輸出扭矩特性的對(duì)稱性計(jì)算方法：

（1）以輸入扭矩（方向盤(pán)輸入端）橫坐標(biāo)，其物理量代號(hào)T，單位N.m；以電機(jī)電流（或稱ECU輸出電流）為縱坐標(biāo)，其物理量代號(hào)為I，單位A；對(duì)稱度計(jì)算僅對(duì)左右轉(zhuǎn)向過(guò)程進(jìn)行評(píng)價(jià)，左右回轉(zhuǎn)過(guò)程不進(jìn)行評(píng)價(jià)。橫坐標(biāo)的左側(cè)輸入扭矩（即輸入端逆時(shí)針扭轉(zhuǎn)）為負(fù)值，其代號(hào)TL；橫坐標(biāo)的右側(cè)輸入扭矩（即輸入端順時(shí)針扭轉(zhuǎn)）為正值，其代號(hào)TR；縱坐標(biāo)的正反向電機(jī)電流均為正值表達(dá)。

（2）計(jì)算對(duì)稱度的有效數(shù)據(jù)取值范圍（僅對(duì)轉(zhuǎn)向過(guò)程進(jìn)行評(píng)價(jià)）：

當(dāng)MIN（ILmax，IRmax）<5A時(shí)，有效數(shù)據(jù)取值范圍=0.5A～[ MIN（ILmax，IRmax）-0.5]A；

當(dāng)MIN（ILmax，IRmax）≥5A時(shí)，有效數(shù)據(jù)取值范圍=（10%～90%）MIN（ILmax，IRmax）

（3）計(jì)算方法：將電流特性曲線由I0到Iz段沿縱坐標(biāo)之間劃分為n等分，每一等分的電流增量為△I，并按左右轉(zhuǎn)向時(shí)對(duì)應(yīng)排列：

右轉(zhuǎn)時(shí)，橫坐標(biāo)取值為T(mén)R1、TR2、……TRn；左轉(zhuǎn)向時(shí)，取值為T(mén)L1、TL2、……TLn。

按對(duì)應(yīng)的排列進(jìn)行比較，即左右扭矩對(duì)比，取較小的值得到L1、L2、……Ln。

曲線對(duì)稱性Ke由式（1）計(jì)算得出：

當(dāng)縱坐標(biāo)電機(jī)電流I劃分n個(gè)均等分布的計(jì)算點(diǎn)，不能與實(shí)測(cè)點(diǎn)完全吻合，須根據(jù)實(shí)測(cè)點(diǎn)全部按插值法進(jìn)行電流與輸入扭矩對(duì)應(yīng)求解。

4 結(jié)論

通過(guò)式（1）中n值越大，取點(diǎn)越多，其結(jié)果越接近于Ke2，說(shuō)明在同等條件下，面積算法比采點(diǎn)算法更精確，其計(jì)算結(jié)果更接近真實(shí)值，可以更好的了解產(chǎn)品的對(duì)稱性及其他性能特性，采取此種算法可行。

參考文獻(xiàn)

[1]田國(guó)良.汽車(chē)轉(zhuǎn)向器控制閥助力特性測(cè)試系統(tǒng)的研究[D].五邑大學(xué)，2014.

[2]王常友.汽車(chē)電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)試驗(yàn)臺(tái)設(shè)計(jì)研究[D].武漢理工大學(xué)，2008.

（作者單位：中國(guó)汽車(chē)工程研究院股份有限公司）