电动助力转向结构原理

发布时间:2021-12-21

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电动助力转向是一种直接依靠电机提供辅助扭矩的动力转向系统,与传统的液压助力转向系统HPS(Hydraulic Power Steering)相比,EPS系统具有很多优点。EPS主要由扭矩传感器、车速传感器、电动机、减速机构和电子控制单元(ECU)等组成。

            电动助力转向,这个名字也许作为外行的你还是非常陌生的,那么小编就来告诉你它究竟是什么。电动助力转向是一种直接依靠电机提供辅助扭矩的动力转向系统,与传统的液压助力转向系统HPS(Hydraulic Power Steering)相比,EPS系统具有很多优点。EPS主要由扭矩传感器、车速传感器、电动机、减速机构和电子控制单元(ECU)等组成。

         从专业的角度可以从CEPS跟REPS来进行了解。CEPS:由扭矩传感器检测从转向盘传来的扭矩,转向ECU通过对扭矩信号,车速信号等的处理,输出对应的电流给电动机,电动机输出的扭矩通过蜗轮蜗杆减速机构放大后传递到管柱上,管柱再通过齿轮齿条副的传动,将转矩转换为齿条的轴向力,从而使齿条轴向运动,达到转向的目的。 REPS:REPS扭矩传感器检测从转向盘传来的扭矩,传输给REPS ECU;ECU同时通过整车CAN信号线接收车速信号,发动机转速信号。ECU根据扭矩信号,车速信号,发动机转速信号计算电机需要的电流。电机通电流后产生旋转扭矩,通过同步带传动副及丝杆螺母传动副驱动齿条直线运动,从而推动车轮转向。 REPS是英文Rack-drive Electric Power Steering system的简写,中文意思为齿条驱动式电动助力转向系统,其主要有同轴式REPS和非同轴式REPS,它们主要的区别在于助力的实现形式不同,并无优劣之分。REPS系统由于是齿条直接助力的,其助力过程以及转向器受力过程类似于液压转向器,在EPS转向器中可以输出更大的齿条力,所以多应用于中级及以上轿车和重型车上。与其他类型EPS系统相比,主要特点在于:1)节能;2)高输出;3)高效率;4)低噪音;5)低惯性。但其研发难度和成本都比其他类型的EPS高。


 电动助力转向
            同轴式REPS:同轴式REPS是指电机轴与转向器丝杠轴同轴,电机转子直接与丝杠螺母配合,并将转矩传递给丝杠螺母,丝杠螺母副通过丝杠螺母的旋转运动转变成齿条丝杠的直线运动。该类型转向器多见于日本汽车,如丰田,本田车系等。同轴式REPS由于电机转子与滚珠丝杠副直接配合,只有一级减速,所以其机械传递效率较高。同时也由于其为一级减速,丝杠螺母副的减速比较小,所以导致电机转速较低,需要输出的扭矩较大,给电机控制带来较大的难处。同轴式REPS电机转子与丝杠螺母副集成在一起,集成化较高,同时机电一体化程度也较高,这样的好处是简化机械结构,减少系统零部件,提高了系统的稳定性。这样的缺点是装配较复杂,加工工艺要求较高,后期维护和维修较困难,电机等零部件的通用化程度低,同时可靠度也较低。同轴式REPS在结构和受力上都类似于液压转向器,输出相同的齿条力,它们外观尺寸可以做到很接近,所以从液压转向器过渡到同轴式REPS较为简单。总之,同轴式REPS的设计思路是集成化,机电一体化。
         非同轴式REPS:非同轴式REPS是指转向器助力电机与转向器丝杠轴线不同轴,同时采用滚珠丝杠副作为减速机构的REPS,该类型转向器多见于欧美车型,如大众,奔驰,戴姆勒福特等车系。非同轴REPS转向器助力电机与滚珠丝杠副不直接相联,通常采用皮带连接电机转轴和丝杠螺母,皮带传动的优点是传动稳定,噪音低,磨损小,同时有过载保护功能。但由于REPS转向器工作环境恶劣(一般在发动机舱),需要使用特制皮带,要求满足低温,高温,高低温交替,耐久等的苛刻环境下的稳定性,皮带给整个系统带来一定成本。而通过带传动,非同轴式REPS实现了两级减速(一级为带传动,二级为滚珠丝杠副),从而有一个较大的减速比,可以让电机工作在高转速低扭矩的状态下,便于电机的控制。而由于增加了减速级数,其机械传递效率也相应减少。非同轴式REPS丝杠螺母与电机转轴不直接连接,可以固定于壳体上,所以其受力条件要优于同轴式REPS(同轴式受力经过转子),同时由于非同轴式REPS采用二级及以上减速比,当需要实现更大的齿条力输出时,其较容易达到。非同轴式REPS通过增加传动机构,来优化系统的受力状态,并且使各个功能系统模块化,有利于后期维护维修,也有利于加工制造和装配,可以实现高的通用化,降低零部件成本。


         电动助力转向在如今的日常中不可缺少,通过了解它的专业知识,能够更好的有利于我们去选择辨别更加适合我们的电动助力转向系统。

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