EPS电动转向系统有刷电机的选择

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【摘 要】eps有刷电机是汽车电动转向系统的一项重要组成部分，对EPS电动转向系统的轻便性、反应速度、可靠性等功能有较大影响。本文将针对EPS有刷电机的重要相关参数进行分析、计算；以便在进行EPS电动转向系统新产品开发设计时，能够有的放矢的选择EPS有刷电机，提高EPS电动转向系统的匹配性。

【关键词】EPS有刷电机;EPS电动转向系统;轻便性;可靠性

Abstract:EPS brush motor is an important component of vehicle electric power steering system ,which have a great impact for the electric power steering system,such as portability, speed of response, reliability, etc. The article will focus on the important parameters of EPS brush motor for analysis and calculation in order to choose brush motor properly and improve the matching of electric power steering system during new product development design。

Keywords: EPS brush motor, EPS electric power steering system, portability, reliability。

1、引言

电动转向系统（EPS，Electric Power Steering）是利用电动机产生的动力协助驾车者进行动力转向的一种无污染、省能源、改善汽车操纵性能的高技术产品，是各国在汽车新技术领域研究、应用竞争的重要环节，已被我国列为高新科技产业项目之一。

EPS有刷电机是汽车电动转向系统的一项重要组成部分，对电动转向系统的轻便性、反应速度、可靠性等功能有较大影响（见图1）。EPS电动转向系统的基本原理为当驾驶员旋转方向盘时，扭矩传感器检测到方向盘旋转力矩并将扭矩信号传递给ECU(Electronic Control Unit，简称ECU)控制器，根据转向力、发动机转速、车速等参数，ECU控制器计算出必要的助力电流并控制电动机开始工作，根据电机电流的大小不断的改变，EPS电动转向系统电动转向器的输出力矩也随之变化，彻底消除了液压转向系统的汽车高速发飘问题。

2、EPS有刷电机的基本参数

EPS有刷电机为C-EPS（电动转向管柱）和P-EPS（小齿轮式电动转向器）的重要部件之一，因此细化EPS有刷电机的参数对于EPS转向系统非常重要。EPS用有刷电机的输入参数有输入电压、输入电流、输入功率等，输出参数有转速、转矩、输出功率、电机效率等，见EPS用有刷电机参数（表1）,以及EPS用有刷电机性能试验曲线（图2）。

3、EPS用有刷电机的选择

为了更好地选择与EPS电动转向系统相匹配的有刷电机，提高其转向操纵性，本文将针对EPS有刷电机的重要相关参数进行分析、计算，使提高EPS电动转向系统的匹配性。

3.1 电机额定转矩的选择

转向器的理论输出力W包括驾驶员的机械输出力Wm和电机动力输出力Wp，Wm的计算公式如式1所示：

（1）

在式1中，T为驾驶员的转向力矩，单位为N.m；d为齿轮节圆直径，单位为mm；

Wp的计算公式如式2所示：

（2）

在式2中，M为电机输出力矩，单位为N.m；d为齿轮节圆直径，单位为mm；

汽车在沥青或者混凝土路面上的原地转向阻力矩的理论计算公式如式3所示：

（3）

式中： Mr――转向器所需的输出力矩，N・m；

μ――轮胎与地面的摩擦系数 ，一般取0.7左右；

G1――前桥负荷，N；

P――轮胎气压 ，MPa.。这里取0.2 Mpa

一般汽车转向器所配的节臂L节长度为120～150 mm左右

汽车转向时需要的最小输出力大小F为式4所示：

（4）

为了保证电动转向的操纵轻便性，避免始终在电机的极限状态下工作，或则小马拉大车现象，要求转向输出力W与汽车转向时需要最小输出力的大小关系如式5所示：

（5）

电机额定转矩M是EPS电机最重要的参数，我们在设计一定要与整车的负荷相匹配，同时又要将此传递到电机生产厂家，严格规定其要求在电机的额定转速的检测范围为n±90 r/min时对电机额定转矩M进行检测，检测公差为M～M+0.35N.m。

同时要求电机正逆转时的额定转矩的差值小于0.12N.m。

3.2 电机额定转速的选择

根据国外资料（见铃木的48580―77JXO标准），一般规定EPS有刷电机的额定转速时的汽车方向盘转速n1为60～70r/min（转/分），建议按n1选取为65r/min；同时一般蜗轮蜗杆的减速比I1为15～20，我们可以根据其具体值的大小进行电机额定转速的选择，计算公式如式6所示(I1选为16.5)：

（6）

因此可以将上述计算电机的额定转速定义为1072.5 r/min，一般情况下有的电机厂将其圆整为1050 r/min，但是圆整大小不允许大于30 r/min。

电机的额定转速是EPS电机的重要参数，为加强电机的性能控制，要求检测时电机的额定转速的检测范围为n±90 r/min。

3.3 电机输出功率的选择

EPS的额定输出功率的大小与其额定转速和额定输出转矩紧密相关，具体关系公式如式7所示：

（7）

在式4.7中，M为额定输出转矩，单位为N.m；n为电机的额定转矩，单位为rpm(r/min)；

EPS的额定输出功率主要用于验证电机的输出力矩，也应该严格考核。

3.4 电机效率的选择

EPS的电机的效率η为电机输出功率与输入功率的比值，如式8所示，

（8）

好的EPS有刷电机在额定转速时的功率能做到45%以上，而且在恒速加载转动6分钟后，其效率不会产生突然变小的情况发生，所以通过对在恒速加载转动的电机的效率的考核，能够对电机的持续助力功能进行验证。

3.5 电机外联尺寸的选择

EPS有刷电机除了上述的性能参数外，外联的安装尺寸的对接也非常重要，因此在进行新品设计时，首先要与汽车公司进行三维图纸的对接，保证电机安装无干涉；然后根据对接尺寸再将此要求传递给电机公司。

4、结束语

本文针对EPS有刷电机的输入及输出参数，进行了详细的分析及计算，以便设计员在进行EPS电动转向系统新产品开发设计时，能够有的放矢的选择EPS有刷电机，从而提高了EPS电动转向系统的匹配性。

参考文献

[1] 周萍，汽车设计，上海理工大学机械系，2005.

[2] 汽车电动助力转向装置用有刷电动机（送审稿）QC/T××××―20×× ，中华人民共和国工业和信息化部.