汽车助力转向新概念分析

赵达 刘光

摘要：介绍的是一种电子气压汽车助力转向系统，主要用于大排量汽车的助力转向，克服了原有的助力转向的一些不足，而且动力足、环保、工作安全、维护检修较容易。

关键词：步进电机;传感器;气压系统

1 汽车助力转向系统结构概述

各种汽车助力转向系统的基础结构和位置不同，主要包括转向轴助力结构、齿轮助力结构和齿条助力结构，虽然其位置不同，但基础工作原理相近，其中，最典型的是转向轴助力结构。该结构主要依托输入轴和输出轴的动力，通过基础传动机构引导整体转向拉杆进行车轮转向，还可保证驾驶员在实体操作过程中，输入轴产生规定化的角位移，车速的基础传感器能对基本车速进行测试，并有效传输整体运行信号，实现电控单元的信号采集，从而判断助力大小和助力方向。电控单元可计算相应助力转矩的数值，并及时输出相应的控制信号，指导驱动电路进行电压和电流的供给，从而在电动机输出基本转矩的过程中，推动整体转向轴起到助力转向作用，实现整体实时控制。针对故障和超速情况，该结构可根据基础控制系统的要求，保证在离合器切断的基础上将系统转为机械转向。此外，汽车电动助力转向系统还包括基础信号传感器、助力转向结构和电控单元等，能实现整体信号和运行措施的升级。汽车电动助力转向系统一般为减速结构，在电动机力矩输出的运行中减速增扭，从而完善助力系统的运行。

2 汽车电动助力转向系统基础设计

2.1 汽车电动助力转向系统主控软件

在汽车电动助力转向系统中，基本的转向系统使用单片机系统，对基本信号的处理使用微处理器，可实现对主控芯片集成性功能的优化。在基础设计中，不仅要保证设计出的控制系统短小精干，基础项目成本符合实际，还要保证汽车电动助力转向各子系统的集成结构合理。

2.2 执行电动结构

在汽车内部的汽车电动助力转向系统是低转速、大扭矩的结构，波动较小，整体转动惯量和尺寸要求较高，因此，要提升可靠性能的基础要求。在该结构基本的工作原理中，直流电动机要根据无刷和有刷结构满足工作要求，实现整体运行原理的统一化。

2.3 扭矩传感器结构

在汽车电动助力转向系统中，扭转传感器主要用于检测转向盘中基础扭转的数值和方向，整体结构非常简单，整体工作性能可靠，基本的精确度数值比较适中。在非接触扭转传感器的运行中，虽然基本的精确度较高，但整体价格偏高。

2.4 主功率逆变器结构

在汽车电动助力转向系统中采用的是基础直流电动机，需要利用基本调解电枢电压实现脉冲效能的优化。在PWM的运行中，基本的蓄电池直流电压变成基础的电压脉冲，能促进整体系统的顺利运行，并保证整体转向能力的优化升级。

3 汽车助力转向设计主要思路

本汽车助力转向系统将电子动力转向器与机械液压助力转向器二者有机的结合。根据液压系统原理设计气压系统，基于电子动力转向系统，将其电动机部分改成气压系统。气压系统采用双作用气压缸提供动力，低功率步进电机控制气体输出流量，电磁控制阀控制气体的流向（双作用气压缸的左右）。其电子控制部分与电子式助力的原理相同，如：速度传感器，扭矩传感器，转角传感器以及控制单元等。

3.1 系统的基本构架

本助力转向系统总体结构包括方向盘、转角传感器、转矩传感器和电子控制单元。方向盘与转角传感器和转矩传感器连接，转角传感器和转矩传感器与电子控制单元连接，电子控制单元与三位四通电磁换向阀和步进电机连接，三位四通电磁换向阀接有气压缸。增量式數字流量阀内选用的步进电机的步距角为0.7°。

3.2 工作过程

气体从气动三联件的分水滤气器流入经过过滤之后由油雾器流至安全阀，安全阀起到安全保护作用，当系统压力超过规定值时，安全阀打开，将系统中的一部分气体排入大气，使系统压力不超过允许值，从而保证系统

不因压力过高而发生事故;经过安全阀后在流向保压缸，保压缸是为了保证执行元件有一定的工作气压，相当于二级缓存;气体流出后进入增量式数字流量阀，这种阀由步进电机带动工作，控制气体的流量;电磁换向阀根据ECU输出的信号，利用电磁吸力推动阀芯改变阀的工作位置，控制气体流向;气体流出后，由两个梭阀“管理”，流入双作用气缸，梭阀和电磁换向阀共同组成锁紧回路，当执行元件不工作时，切断其进出气路，使它准确的停留在中间位置上。在以上机械元件的连接处采用软管跟硬管来连接，软管用橡胶管，硬管采用紫铜管，纯机械的连接。

速度传感器、扭矩传感器和转角传感器传入的数据，经电子控制单元进行分析计算，作出判断，将执行信号传输给步进电机与三位四通换向阀，步进电机控制气体的流量，三位四通换向阀控制气体的流向，作用于气压缸，从而实现助力转向。

4 汽车助力转向设计有益效果

本系统无需液压油，采用压缩空气，不受温度限制，低温也可以反应灵敏，做功后气体不用返回贮气装置，直接排除，环保;提供的扭矩力大，可以应用于大排量车辆。本系统继承了以往助力转向器各自的优点， 将其集于一体，动力足，反应灵敏，环保，操作方便，维修检测相对比较容易等。从整个转向系统的发展趋势看，随着人们对汽车环保、节能和安全性要求的进一步提高，气压助力转向系统会赢得消费者及厂商的认可。

5 汽车电动助力转向系统控制策略

5.1 基础助力控制

在汽车转向的过程中，要计算回正力矩与传动比的关系，转向力不能过小，并实现摩擦力的有效控制，减小反冲带来的行车压力。此外，在液压动力转向器中，基础的液压助力基数是固定的，需要相关人员在运行过程中对扭杆的刚度和基础过流面积进行控制，保证汽车电动助力转向系统的助力特性。

5.2 电机输出转矩控制

汽车电动助力转向系统的基本输出转矩主要依据电流控制算法计算和电机转矩控制，需要驾驶员对基础方向盘进行力矩和车速的控制，对目标电流和电机反馈电流进行实际转矩的优化计算和闭环控制，实现整体数据的采集和汇总，并对实际输出转矩与目标转矩的关系进行精细化整合。基础控制系统要依据驾驶人员施加在方向盘上的力矩进行分析，保证基于基本助力特性对电机目标助力和方向进行控制，并针对汽车电动助力转向系统的基本特征进行转向力矩的灵敏度控制，保证助力电机不会因负荷过大而导致故障的发生。

5.3 基础控制方法

汽车电动助力转向系统得到了广泛应用，整体微控制器也得到了升级，促进了汽车的轻便性能和高速转向性能的提高，实现了整体汽车结构的优化。在助力控制中，基本控制结构的项目是在转向过程中进行的，能有效减小整体方向盘的控制阻力，有效地将减速结构对转向性能的控制保持在基础控制结构中。在汽车电动助力转向系统软件设计方案的运行中，要根据基本的单片机软件编程语言进行高级语言与低级语言的区分，并利用C语言等技术进行汇编语言程序的升级，主要的运用结构要根据实际运行情况而定。在汽车电动助力转向系统中，基本的结构化程序设计要求非常高，应对整体故障检测和处理模块进行数据化分析，对信号采集和处理模块进行技术分析，并对助力特性算法模块进行必要的运算监控，强化电机控制模块的基本运行，以保证能根据实际情况进行电机助力控制和阻尼控制。只有实现接口电路和斩波电路的合理化运行，才能实现对整体系统的优化控制。在汽车电动助力转向系统软件的设计过程中，基本的转向设计也要具有实时性、可靠性和可维护性，从而保证整体软件的设计能进行调试和修改，实现有机的完善过程，且相关管理人员要对相应汽车电动助力转向系统进行定期的数据处理和收集，保证整体软件实现优化升级。

6结束语

汽车的助力转向系统是当今最前沿的电子技术和高性能的电机控制技术在汽车转向系统综合应用，它能大幅改善汽车的动、静态性能、提高行驶中司机的舒适性和安全性、降低对环境造成的污染威胁等。正因为这样，该系统一经提出，就受到各大汽车公司的重视，并纷纷进行开发和研究。据专家预测，以后转向系统中电动助力转向将成为转向系统主流产品。

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