又车转向系统是用来控制叉车行驶方向的机 构。叉车的转向系统主要有三种形式:机械式、液 压式、电动式。助力转向系统是在机械转向机构的 基础上加装了转向加力系统,转向加力系统在驾驶 员转动车辆的时候提供一定的助力转矩,使车辆驾 驶员的负担减轻,驾驶更加舒适。
1、叉车电动助力转向系统的现状
动力转向系统根据提供助力的方式不同,可以 分为液压助力转向系统和电动助力转向系统。液压 助力转向系统(Hydraulic Power Steering,HPS)结 构紧凑、转向角度越大提供的助力越大、工作可靠, 但是能量消耗较大、效率低、噪音大。
随着电子技术和半导体工业的快速发展,继 机械助力转向系统和液压助力转向系统之后,电 动助力转向系统(Electric Power Steering System, EPS)逐渐发展起来,并得到了越来越广泛的应用。
与液压助力转向系统相比,电动助力转向系统由 电动机提供转向助力,能量损耗低、结构相对简 单更加紧凑、并且可以使叉车转向性能得到明显 改善。
EPS的基本结构组成由图1所示,主要由控制 单元、传感器单元和助力单元三大部分组成。EPS 的控制核心为电子控制单元(ECU),EPS动力来源 为电动机,EPS整个系统的输入变量为车速和方向 盘转矩。EPS系统相比于机械助力转向系统和液压 助力转向系统使用性能更加卓越、更加稳定和可靠、成本低、运行效率高、并且可以实现全面的数字化 控制。因此,EPS一经问世便得到了迅速的发展和 应用。
在日本和欧美等发达国家,电动助力转向系 统EPS在汽车上得到了广泛的应用,许多车型特别 是小型汽车例如本田的Fit、丰田的混合动力汽车 Prius、大众的polo等都采用了电动助力转向系统, 世界各大汽车生产厂商对EPS的开发和应用越来越 重视。日本的三菱公司开发出能够根据踏板位置信 息和方向盘转角信息来推算汽车的运动的EPS。美 国的德尔福公司开发了一种将横摆角速度信号反 馈给主控制器的电动助力转向系统,有效的提高了 EPS的稳定性。此外,也有很多科学家致力于EPS 的路感和稳定性等问题的研究。Kim和Song等人基 于实验得到的EPS的理想路感图谱,提出了不同的 控制策略,并且开发出了相应的控制器,使EPS的 路感和稳定性得到了有效的提升。EPS技术不断提 高,在汽车上得到广泛应用的同时,在电动又车上 也得到了广泛的应用。我国虽然对EPS的研究相比 于日本和欧美等发达国家起步较晚,电动助力转向 系统大多还依赖进口,但是近年来越来越多的高校 和科研机构对这一方面开展了研究和开发。华中科 技大学、天津大学和吉林大学等对EPS的转向特性 进行了研究。合肥工业大学在汽车EPS的基础上, 提出了适合电动叉车工作特点的控制策略。清华大 学对EPS控制策略、转向台架等方面也进行了深入 研究,并取得了许多成果。我国也大力支持和鼓励 对EPS的研究。我国科技部、国家税务总局和财政 部于2000年9月联合公布,将EPS列为汽车零部 件“高薪技术产品”之一。随着控制技术和电子技 术的飞速发展,电动助力转向系统取代机械转向系 统和液压转向系统已经成为必然趋势。
2、叉车电动助力转向系统的发展趋势
EPS作为典型的机电一体化产品,涉及电力电子 技术、电机学、控制理论、机械设计制造技术、传感 器技术等多个方面的内容,是现代科学技术飞速发展 下的产物。随着控制技术、转向技术和电力电子技术 的快速发展,EPS的结构将更加简单、占用空间将更小, 转向回正特性和转向跟随性将得到改善和增强,操纵 稳定性能将得到大幅度提升。随着模糊控制、矢量控 制、神经网络等思想的不断发展和引入,EPS也逐渐 向着智能化和线控化的方向发展。
目前,又车电动助力转向电机多为有刷直流电 机。但是有刷直流电机存在电刷和换向器,使得其 结构复杂,换相时会产生火花和磨损可靠性差需要 经常维护、维护成本增加,同时换向器的存在也使 电机的动态性能受到影响。随着电子电力技术的不 断发展,永磁无刷直流电机用电子换相取代了有刷 直流电机的机械换相,使电机性能得到很大提升。
与有刷直流电机相比,永磁无刷直流电机成本略高, 但是由于没有电刷和换向器结构简单,不会产生电 火花和磨损,效率高、可靠性高、寿命较长,并且 控制方便、响应快。又车电动助力转向用电机将逐 渐被永磁无刷直流电机所取代。
文章来源:
·浙江赛福特特种设备检测有限公司 贾中楠
·安徽合力叉车股份有限公司 周鑫卓
·杭叉集团股份有限公司 夏中楠