汽车电动助力转向系统新技术的应用和发展 2(4)

2018-11-23 20:06

太格特近年来的新技术点。智能前转向IFS是捷太格特与丰田最新的合作成果,将齿条直接驱动式电动助力转向“RD-EPS”与电控式可变齿轮比机构“E-VGR”一体化,省去了螺旋电缆,与齿条变速器同轴配置减速器。该系统最大的优势在于转向动作可以根据驾驶者的意图做出改变,从而提高了主动安全性。

与一般EPS电动助力转向不同,RD-EPS采用内置型高效无刷DC马达及多分割齿,提高了线圈的效率。通过ECU和DC/DC转换器的高电力化,将功率比原来提高了70%;此外,还采用了超高精度的滚珠丝杠及螺母,并优化了间隙率,提高了构成部件及配置的精度,从而将噪音降低了23%。实现了大功率与低噪音的设计目标。

E-VGR根据车速改变转向齿轮比:在低速行驶及泊车时,提高转向比,驾驶员只需少许转动方向盘,便可获轮胎较大的转角;相反在高速行驶时则会降低转向比,抑制转向盘转动操作的轮胎主销倾角,提高驾驶员对转向角的控制精度从而提高高速稳定性。此外,系统还可以通过各种传感器判断车辆的转向不足和转向过度的情况,并通过主动介入来改变车辆的运行轨迹从而车辆保持操控的稳定性。这项齿条直接驱动式电动助力智能前转向系统目前已经配备在雷克萨斯“LS”系列车型上。 4.1.4 EPS的低成本化技术

新兴市场国家的汽车零部件销售额比例不断上升,这一背景强化了低价位EPS的开发。在以中国为代表的新兴市场国家,转向柱式EPS占据主流。日本捷太格特想提高零部件销售额,因此必须加强价格竞争力,开发低价位的EPS成为首选策略之一。

捷太格特公布了转向柱式EPS系统的低成本化蓝图:2012年使成本降低30%,并在2015年之前实现成本的进一步降低。但是,在原有设计的延伸上简化功能的减法设计在低成本化方面存在局限。因此,该公司对EPS进行了重新设计,通过在基本功能(操舵、安全性)和附加功能(舒适、环保)上加以区分取舍,确定了实现最低限度功能的基础EPS指标。根据这一指标,通过一体化来减少部件数量、通过小型化来减小构件的体积和重量,通过简化功能来调整控制系统这三项手段,实现了低成本化。通过确定基本性能参数,客户便可低价采购基础EPS,在需要附加功能时,还可追加功能。而另一方面,该公司通过对基

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础性能参数进行严格的成本管理,还可提高收益性。

低价位EPS的首款产品于2010年用于轻型汽车中。该产品推进了部件一体化,对用于实现冲击吸收装置的护套和减速装置的外壳进行了整合。另外,还通过省去转向轴使用的中间轴,以及在转向柱上配备单独的电子控制单元等手段减少了部品数量,将成本减少了约20%。 4.2 昭和(SHOWA)

日本昭和公司设立于1938年10月,本田公司占35.77%的股份,经营的汽车产品主要有减震器、转向系统、传动轴等。主要客户有:本田、铃木、川崎、丰田、日产、三菱汽车等企业。 4.2.1 昭和(中国)

昭和在中国投资的以生产汽车转向系统为主的企业主要有:广州昭和、武汉昭和及成都宁江昭和等。广州昭和原名为广州昭和减震器有限公司,后因业务有摩托车减震器逐渐向汽车零部件扩展,2003年更名为广州昭和汽车零部件有限公司。该公司制造的EPS主要采用SKD方式生产,多数核心部件来自日本,机械部分自己生产。其汽车零部件主要满足广州本田的需求。

为了满足本田在中国分公司——武汉东风本田的零部件需求,广州昭和于2005年在武汉成立了一家分公司,生产的减震器及液压、电动助力转向器及其配件等产品直供武汉东风本田。和广州昭和一样,日本昭和的设备、技术、工艺及管理方式直接移植于此,以保证产品的品质。广州昭和的EPS主要为广州本田、东风本田、本田(中国)等企业配套。

和广州昭和一样,成都宁江昭和前身也为减震器公司,后于2005年改为宁江昭和汽车零部件有限公司。随着EPS在国内市场的应用,公司开始生产EPS,目前主要为长安铃木的天语和雨燕车型进行独家配套。总体来讲,宁江昭和公司的电动助力转向器的产量较小。 4.2.2 本田动态自适应EPS转向系统

动态自适应EPS技术是目前搭载在东风本田SPIRIOR(思铂睿)车型上的转向系统,可以辅助方向盘咋操作,解决了转弯或者路面状况发生变化时车辆容易出现车体不稳等状况的难题,提高了行驶的安全性。 4.2.2.1 系统原理

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动态自适应EPS转向系统通过与VSA(图4.2所示)的共同协调,利用计算机根据车速和方向盘角度,对辅助量进行细微控制。在转弯过度或左右路面情况不一致时,控制车身不乱摆;或在转向不足时辅助驾驶控制防止侧身打滑,特别是在雨雪易打滑的道路上,减轻驾驶者的负担,提高驾驭的乐趣与安全感。

图4.2 VSA:ABS(四轮防抱死系统)+TCS(牵引控制系统)+防侧滑

4.2.2.2 系统辅助操作

(1)简单地说,需要转向时方向盘很轻,不需要时方向盘很重。 (2)协助调整汽车行驶姿势,将方向盘调整至正确的位置,令驾驶者可以“轻松操作”。

(3)在需要使用方向盘修正汽车行驶姿态的时侯,Honda总是站在驾驶员的主角去考虑技术的开发。

(4)这个系统决不是无人操作的自动系统。需要驾驶员通过自身的操作意图,自然而然地对方向盘进行转向控制,而动力转向系统对方向盘的转向力度进行微调整。假如驾驶者有操作要求,变沉的方向盘也会实现自然的转弯。 4.2.2.3 车身不稳时方向盘的操纵

车身不稳大体分为以下两种情况: (1)前轮打滑

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大转弯时,驾驶员通常会把方向盘打满。但是这时轮胎会随着方向盘打满变成横向,前轮容易打滑。因此此种情况下正确的操作方法是不将方向盘打满,根据实际情况稍微回轮。

为防止“转弯过度”,动态自适应EPS转向系统就会将方向盘变重,并产生一个相反的力,使方向盘不易打满,控制车身的稳定。

(2)后轮打滑

此情况下应该将方向盘向相反方向打,这样车身受到反方向转向时可恢复稳定。

如果反方向打方向盘过慢则车身容易不稳,此时的重点是将方向盘变轻,易于操作。

4.2.2.4 VSA的作用

在动态自适应EPS转向系统启动的同时,车身稳定性控制系统“VSA”也启动了。在方向盘操作无法稳定车身时,VSA分别控制发动机的动力输出和四个轮子的制动以控制车身,使驾驶者更加安心。 4.2.2.5 制动装置

动态自适应EPS转向系统会利用VSA系统,根据方向盘角度和车速计算出驾驶者“大概要转多大的弯”,同时利用传感器测算出汽车实际发生的“转弯角度”。凭借上述两个数据差来判断车身不稳定程度,从而启动系统使车身稳定。 4.3 采埃孚(ZF)

1999年德国采埃孚转向系统公司股权变更,采埃孚集团(ZF Friedrichshafen)和博世(BOSCH)各占50%的股份。随着中国汽车市场的苏醒,大众、宝马、奥迪等轿车企业相继进入中国,采埃孚转向系统公司也随之进入中国为其老客户提供稳定的产品配套。 4.3.1 采埃孚(中国)

采埃孚在中国市场的合资生产企业有上海、济南和南京三处。上海采埃孚转向机有限公司是德国采埃孚在中国投资的第一家合资工厂,成立于1994年。其主导产品包括齿轮齿条式机械转向机、电业伺服助力转向机及的能鼓励转向机等。电动助力转向产品以P-EPS为主,主要为上海大众和一汽大众的车型配套。 4.3.2 宝马EPS-APA系统

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宝马、采埃孚转向系统部门与康迪泰克公司共同开发了一套具有轴平衡(APA)的EPS转向系统(EPS-APA)。自2006年以来,该系统已在宝马1系和3系汽车上得到成功应用。这套EPS-APA系统的基本组成为一台电动机、一根循环球螺旋推进轴和一台同步带驱动装置。

循环球螺旋推进轴能使EPS-APA系统实现以最小的转向力在转向杆上产生高达13000牛顿的力,因而进步了驾驶的舒适度。采用适当的软件可以对施加的转向力做进一步调整,使其随速度变化并逐步增大。EPS-APA系统在环境保护方面的另一好处在于该系统无需液压液。由于EPS系统为模块式构造,所以在不同类型的车辆上都易于应用。

在使用过程中,不同的作业环境对EPS转向系统的同步带驱动装置提出了极高的要求。相对于在发动机环境下运行的皮带,这种在转向器中的皮带必须能承受道路表面上方非常低的温度。正是由于这个原因促使康迪泰克动力传动集团为该系统的同步带驱动装置开发了斜齿带(CONTI SLT POWER)。SLT即为超低温(Super Low Temperature),同步带的温度设计范围为-40℃到+120℃,康迪泰克公司表示在测试当中,CONTI SLT POWER同步带甚至在-45℃和+130℃的极端温度条件下也能表现得尽善尽美。这一进步的实现在于采用了一种特殊的EPDM低温弹性体材料,它具有极强的抗老化和耐冷热性能。玻璃纤维绳作为不可缺少的组成部分进一步加强了同步带在反向弯曲应力下的抗疲惫强度、防水性和尺寸稳定性。

在降噪设计中,具有五度螺旋角的链轮齿外形和皮带外形应运而生,保证了了皮带齿的无故障运行及最优化的声学效果。为确保皮带产生的噪音水平不超过45分贝,在出厂前,对每根皮带的声学性质都会进行测试。每一根皮带在生产过程中都会加上独占的识别标记,以保证产品的连续性便于跟踪,这对转向系统十分必要。同步带驱动装置提供了高度过载保护:在极高的负载状态下,皮带仍可保持弹性而不会被损坏。优良的产品质量使整个转向系统产品的免维护期长达15年以上。

4.4 德尔福(DELPHI)

美国德尔福是全球较大的汽车零部件生产企业,在汽车电子、零部件和系统继承技术方面处于世界领先地位。德尔福自2000年起开始在位于上海的多业务

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