无刷EPS电动助力转向管柱

.无刷EPS电动助力转向管柱可行性研究报告江苏成辰汽车配件有限公司2017年11月一，项目的提出： 装配机械式转向系统的汽车，在泊车和低速行驶时驾驶员的转向操纵负担过于沉重，为了解决这个问题，美国GM公司在20世纪50年代率先在轿车上采用了液压助力转向系统。但是，液压助力转向系统无法兼顾车辆低速时的转向轻便性和高速时的转向稳定性，因此在1983年日本Koyo公司推出了具备车速感应功能的电控液压助力转向系统。这种新型的转向系统可以随着车速的升高提供逐渐减小的转向助力，但是结构复杂、造价较高，而且无法克服液压系统自身所具有的许多缺点，是一种介于液压助力转向和电动助力转向之间的过渡产品。到了1988年，日本Suzuki公司首先在小型轿车Cervo上配备了Koyo公司研发的转向柱助力式电动助力转向系统；1990年，日本Honda公司也在运动型轿车NSX上采用了自主研发的齿条助力式电动助力转向系统，从此揭开了电动助力转向在汽车上应用的历史。助力转向种类我们常见的助力转向有机械液压助力、电子液压助力、电动助力三种。 1.机械液压助力机械液压助力是我们最常见的一种助力方式，它诞生于1902年，由英国人Frederick W. Lanchester发明，而最早的商品化应用则推迟到了半个世纪之后，1951年克莱斯勒把成熟的液压转向助力系统应用在了Imperial车系上。由于技术成熟可靠，而且成本低廉，得以被广泛普及。机械液压助力系统的主要组成部分有液压泵、油管、压力流体控制阀、V型传动皮带、储油罐等等。这种助力方式是将一部分发动机动力输出转化成液压泵压力，对转向系统施加辅助作用力，从而使轮胎转向。 2.电子液压助力由于机械液压助力需要大幅消耗发动机动力，所以人们在机械液压助力的基础上进行改进，开发出了更节省能耗的电子液压助力转向系统。 这套系统的转向油泵不再由发动机直接驱动，而是由电动机来驱动，并且在之前的基础上加装了电控系统，使得转向辅助力的大小不光与转向角度有关，还与车速相关。机械结构上增加了液压反应装置和液流分配阀，新增的电控系统包括车速传感器、电磁阀、转向ECU等。电动助力EPS就是英文Electric Power Steering的缩写，即电动助力转向系统。电动助力转向系统是汽车转向系统的发展方向。该系统由电动助力机直接提供转向助力，省去了液压动力转向系统所必需的动力转向油泵、软管、液压油、传送带和装于发动机上的皮带轮，既节省能量，又保护了环境。另外，还具有调整简单、装配灵活以及在多种状况下都能提供转向助力的特点。正是有了这些优点，电动助力转向系统作为一种新的转向技术，将挑战大家都非常熟知的、已具有50多年历史的液压转向系统。根据助力电机的安装位置不同，EPS系统又可以分为转向轴助力式、齿轮助力式、齿条助力式3种。转向轴助力式EPS的电动机固定在转向轴一侧，通过减速机构与转向轴相连，直接驱动转向轴助力转向。齿轮助力式EPS的电动机和减速机构与小齿轮相连，直接驱动齿轮助力转向。齿条助力式EPS的电动机和减速机构则直接驱动齿条提供助力。驾驶员在操纵方向盘进行转向时，转矩传感器检测到转向盘的转向以及转矩的大小，将电压信号输送到电子控制单元，电子控制单元根据转矩传感器检测到的转矩电压信号、转动方向和车速信号等，向电动机控制器发出指令，使电动机输出相应大小和方向的转向助力转矩，从而产生辅助动力。汽车不转向时，电子控制单元不向电动机控制器发出指令，电动机不工作。工作原理EPS的基本原理是：转矩传感器与转向轴（小齿轮轴）连接在一起，当转向轴转动时，转矩传感器开始工作，把输入轴和输出轴在扭杆作用下产生的相对转动角位移变成电信号传给ECU，ECU根据车速传感器和转矩传感器的信号决定电动机的旋转方向和助力电流的大小，从而完成实时控制助力转向。因此它可以很容易地实现在车速不同时提供电动机不同的助力效果，保证汽车在低速转向行驶时轻便灵活，高速转向行驶时稳定可靠。1电动助力转向系统是在传统机械转向系统的基础上发展起来的。它利用电动机产生的动力来帮助驾驶员进行转向操作，系统主要由三大部分构成，信号传感装置(包括扭矩传感器、转角传感器和车速传感器)，转向助力机构(电机、离合器、减速传动机构)及电子控制装置。电动机仅在需要助力时工作，驾驶员在操纵转向盘时，扭矩转角传感器根据输入扭矩和转向角的大小产生相应的电压信号，车速传感器检测到车速信号，控制单元根据电压和车速的信号，给出指令控制电动机运转，从而产生所需要的转向助力。优点相比传统液压动力转向系统，电动助力转向系统具有以下优点：1、只在转向时电机才提供助力，可以显著降低燃油消耗传统的液压助力转向系统由发动机带动转向油泵，不管转向或者不转向都要消耗发动机部分动力。而电动助力转向系统只是在转向时才由电机提供助力，不转向时不消耗能量。因此，电动助力转向系统可以降低车辆的燃油消耗。与液压助力转向系统对比试验表明：在不转向时，电动助力转向可以降低燃油消耗2.5%；在转向时，可以降低5.5%。2、转向助力大小可以通过软件调整，能够兼顾低速时的转向轻便性和高速时的操纵稳定性，回正性能好。传统的液压助力转向系统所提供的转向助力大小不能随车速的提高而改变。这样就使得车辆虽然在低速时具有良好的转向轻便性，但是在高速行驶时转向盘太轻，产生转向“发飘”的现象，驾驶员缺少显著的“路感”，降低了高速行驶时的车辆稳定性和驾驶员的安全感。电动助力转向系统提供的助力大小可以通过软件方便的调整。在低速时，电动助力转向系统可以提供较大的转向助力，提供车辆的转向轻便性；随着车速的提高，电动助力转向系统提供的转向助力可以逐渐减小，转向时驾驶员所需提供的转向力将逐渐增大，这样驾驶员就感受到明显的“路感”，提高了车辆稳定性。电动助力转向系统还可以施加一定的附加回正力矩或阻尼力矩，使得低速时转向盘能够精确的回到中间位置，而且可以抑制高速回正过程中转向盘的振荡和超调，兼顾了车辆高、低速时的回正性能。3、结构紧凑，质量轻，生产线装配好，易于维护保养电动助力转向系统取消了液压转向油泵、油缸、液压管路、油罐等部件，而且电机及减速机构可以和转向柱、转向器做成一个整体，使得整个转向系统结构紧凑，质量轻，在生产线上的装配性好，节省装配时间，易于维护保养。4、通过程序的设置，电动助力转向系统容易与不同车型匹配，可以缩短生产和开发的周期。由于电动助力转向系统具有上述多项优点，因此近年来获得了越来越广泛的应用。电动助力转向系统是在机械式转向系统的基础上，加装了电机及减速机构、转矩转角传感器、车速传感器和ECU电控单元而成。产品特点液压助力转向系统已发展了半个多世纪，其技术已相当成熟。但随着汽车微电子技术的发展，对汽车节能性和环保性要求不断提高，该系统存在的耗能、对环境可能造成的污染等固有不足已越来越明显，不能完全满足时代发展的要求。电动助力转向系统将最新的电力电子技术和高性能的电机控制技术应用于汽车转向系统，能显著改善汽车动态性能和静态性能、提高行驶中驾驶员的舒适性和安全性、减少环境的污染等。因此，该系统一经提出，就受到许多大汽车公司的重视，并进行开发和研究，未来的转向系统中电动助力转向将成为转向系统主流，与其它转向系统相比，该系统突出的优势体现在降低了燃油消耗液压动力转向系统需要发动机带动液压油泵，使液压油不停地流动，浪费了部分能量。相反电动助力转向系统（EPS）仅在需要转向操作时才需要电机提供的能量，该能量可以来自蓄电池，也可来自发动机。而且,能量的消耗与转向盘的转向及当前的车速有关。当转向盘不转向时，电机不工作，需要转向时，电机在控制模块的作用下开始工作,输出相应大小及方向的转矩以产生助动转向力矩，而且，该系统在汽车原地转向时输出最大转向力矩，随着汽车速度的改变，输出的力矩也跟随改变。该系统真正实现了按需供能，是真正的按需供能型（on-demand）系统。汽车在较冷的冬季起动时，传统的液压系统反应缓慢，直至液压油预热后才能正常工作。由于电动助力转向系统设计时不依赖于发动机而且没有液压油管，对冷天气不敏感，系统即使在-40时也能工作，所以提供了快速的冷起动。由于该系统没有起动时的预热，节省了能量。不使用液压泵，避免了发动机的寄生能量损失，提高了燃油经济性，装有电动助力转向系统的车辆和装有液压助力转向系统的车辆对比实验表明，在不转向情况下，装有电动助力转向系统的国辆燃油消耗降低2.5%，在使用转向情况下，燃油消耗降低了5.5%。增强了转向跟随性在电动助力转向系统中，电动助力机与助力机构直接相连可以使其能量直接用于车轮的转向。该系统利用惯性减振器的作用，使车轮的反转和转向前轮摆振大大减水。因此转向系统的抗扰动能力大大增强和液压助力转向系统相比，旋转力矩产生于电机，没有液压助力系统的转向迟滞效应，增强了转向车轮对转向盘的跟随性能。改善了转向回正特性直到今天，动力转向系统性能的发展已经到了极限,电动助力转向系统的回正特性改变了这一切。当驾驶员使转向盘转动一角度后松开时，该系统能够自动调整使车轮回到正中。该系统还可以让工程师们利用软件在最大限度内调整设计参数以获得最佳的回正特性。从最低车速到最高车速，可得到一簇回正特性曲线。通过灵活的软件编程，容易得到电机在不同车速及不同车况下的转矩特性，这种转矩特性使得该系统能显著地提高转向能力，提供了与车辆动态性能相机匹配的转向回正特性。而在传统的液压控制系统中，要改善这种特性必须改造底盘的机械结构，实现起来有一定困难。提高了操纵稳定性通过对汽车在高速行驶时过度转向的方法测试汽车的稳定特性。采用该方法，给正在高速行驶（100km/h）的汽车一个过度的转角迫使它侧倾，在短时间的自回正过程中，由于采用了微电脑控制，使得汽车具有更高的稳定性，驾驶员有更舒适的感觉。提供可变的转向助力电动助力转向系统的转向力来自于电机。通过软件编程和硬件控制，可得到覆盖整个车速的可变转向力。可变转向力的大小取决于转向力矩和车速。无论是停车，低速或高速行驶时，它都能提供可靠的，可控性好的感觉，而且更易于车场操作。对于传统的液压系统，可变转向力矩获得非常困难而且费用很高，要想获得可变转向力矩，必须增加额外的控制器和其它硬件。但在电动助力转向系统中，可变转向力矩通常写入控制模块中，通过对软件的重新编写就可获得，并且所需费用很小。采用绿色能源，适应现代汽车的要求电动助力转向系统应用最干净的电力作为能源，完全取缔了液压装置，不存在液压助力转向系统中液态油的泄漏问题，可以说该系统顺应了绿色化的时代趋势。该系统由于它没有液压油，没有软管、油泵和密封件，避免了污染。而液压转向系统油管使用的聚合物不能回收，易对环境造成污染。系统结构简单，占用空间小由于该系统具有良好的模块化设计，所以不需要对不同的系统重新进行设计、试验、加工等,不但节省了费用，也为设计不同的系统提供了极大的灵活性，而且更易于生产线装配。由于没有油泵、油管和发动机上的皮带轮，使得工程师们设计该系统时有更大的余地，而且该系统的控制模块可以和齿轮齿条设计在一起或单独设计，发动机部件的空间利用率极高。该系统省去了装于发动机上皮带轮和油泵，留出的空间可以用于安装其它部件。许多消费者在买车时非常关心车辆的维护与保养问题。装有电动助力转向系统的汽车没有油泵，没有软管连接，可以减少许多忧虑。实际上，传统的液压转向系统中，液压油泵和软管的事故率占整个系统故障的53%，如软管漏油和油泵漏油等。生产线装配性好电动助力转向系统没有液压系统所需要的油泵、油管、流量控制阀、储油罐等部件，零件数目大大减少，减少了装配的工作量，节省了装配时间，提高了装配效率。电动助力转向系统自20世纪80年代中期初提出以来，作为今后汽车转向系统的发展方向，必将取代现有的机械转向系统、液压助力转向系统和电控制液压助力转向系统。（2） 随着电动车普及率越来越高，市场竞争的异常激烈，无刷电机逐步代替有刷电机： 有刷电机有以下缺点 1、摩擦大，损耗大 有些朋友在用有刷电机的时候常碰到这个问题，那就是使用电机一段时间以后，需要打开电机来清理电机的碳刷，费时费力，维护强度不亚于来一次家庭大扫除。 2.发热大，寿命短 由于有刷电机的结构原因，电刷和换向器的接触电阻很大，造成电机整体电阻较大，容易发热，而永磁体是热敏元件，如果温度太高的话，磁钢是会退磁的，使电机性能下降，影响有刷电机的寿命。 3.效率低，输出功率小 上面说到的有刷电机发热问题，很大程度是因为电流做功在电机内部电阻上了，所以电能有很大程度转化为了热能，所以有刷电机的输出功率不大，效率也不高。 无刷电机的优点 1、无电刷、低干扰 无刷电机去除了电刷，最直接的变化就是没有了有刷电机运转时产生的电火花，这样就极大减少了电火花对遥控无线电设备的干扰。 2、噪音低，运转顺畅 无刷电机没有了电刷，运转时摩擦力大大减小，运行顺畅，噪音会低许多，这个优点对于模型运行稳定性是一个巨大的支持。 3、寿命长，低维护成本 少了电刷，无刷电机的磨损主要是在轴承上了，从机械角度看，无刷电机几乎是一种免维护的电动机了，必要的时候，只需做一些除尘维护即可。 上下一比较，就知道无刷电机相对于有刷电机的优势在哪里了，但是万事都不是绝对的，有刷电机低速扭力性能优异、转矩大等性能特点是无刷电机不可替代的，不过就无刷电机的使用方便性来看，随着无刷控制器的成本下降趋势和国内外无刷技术的发展与市场竞争，无刷动力系统正在高速的发展与普及阶段，这也极大促进了国内无刷电机的发展。 从趋势上论,无刷电机减速可能取代有刷减速电机1、适用范围： 无刷电机：通常被使用在控制要求比较高，转速比较高的设备上，如航模，精密仪器仪表等对电机转速控制严格，转速达到很高的设备商，另外现在最为先进的干手器，迪奥电器产的无刷电机dihour干手器也用的是这种电机，其电机和控制器的成本都很高，所以也之后比较高端的设备才被使用。 碳刷电机：通常动力设备使用的都是有刷电机，如吹风机，工厂的电动机，家用的抽油烟机等等，另外串激电机的转速也能达到很高，但是由于碳刷的磨损，使用寿命不如无刷电机。 2、使用寿命： 无刷电机：通常使用寿命在几万小时这个数量级，但是由于轴承的不同无刷电机使用寿命也有很大不同。 碳刷电机：通常有刷电机的连续工作寿命在几百到1千多个小时，到达使用极限就需要更换碳刷，不然很容易造成轴承的磨损。 3、使用效果： 无刷电机：通常是数字变频控制，可控性强，从每分钟几转，到每分钟几万转都可以很容易实现。 碳刷电机：无刷电机一般启动以后工作转速恒定，调速不是很容易，串激电机也能达到20000转/秒， 但是使用寿命会比较短。 4、节能环保方面： 相对而言，无刷电机采用变频技术控制的会比串激电机节能很多，最典型的就是变频空调和冰箱。 5、日后维修方面 碳刷电机需要更换碳刷，如果更换不及时会造成电机的损坏，而无刷电机，使用寿命很长，通常是有刷电机的10倍以上，但是坏了就需要更换电机，但日常维护基本不需要。 6、噪音方面 噪音方面与是否是有刷电机无关，主要是看轴承和点击内部组件的配合情况。 有刷马达的原理 要讲清这一问题，那就应粗略地了解一下有刷马达的工作原理。 接下来用一个三电极、二磁极内转子有刷马达作为演示。 结构区别 从马达结构来看，最大的 区别是无刷马达没有整流子及电刷，而有刷马达有。接下来就看一下当有刷马达转动起来时，整流子及电刷这两个部件是怎样工作的。 整流子及电刷的作用 观察分析后，很容易发现它们主要有两个作用。 逆变：在整流子的旋转过程中，它与电刷配合构成了数个开关，把直流电切换成几组有序的电脉冲序列，完成了DC转AC的过程，这就是逆变； 变频：既是改变开关地切换速率，切换速率越高频率就越高，反之亦然。有刷马频率的变换是随马达转速的变换而变换的。 无刷马达与之相对应的部件是无刷电调。无刷电调里的微处理芯片发出控制信号，控制大功率mos开关管导通、关闭的速率来完成逆变及变频。 二者区别：一个是采用机械的方式；一个是采用电子的方式。 调速方式的区别 1.有刷马达调速过程是调整马达供电电源电压的高低。调整后的电压电流通过整流子及电刷地转换，改变电极产生的磁场强弱，达到改变转速的目的。这一过程被称之为变压调速。 2无刷马达调速过程是马达的供电电源的电压不变，改变电调的控制信号，通过微处理器再改变大功率MOS管的开关速率，来实现转速的改变。这一过程被称之为变频调速。 综上所述，无刷马达加无刷电调相当于改善了整流子及电刷功能的马达；有刷马达去掉整流子及电刷后相当于无刷马达。二，本项目的建设符合国家重点产业调整和振新规划的支持方向十九大报告中提出了要构建市场导向的绿色技术创新体系，壮大节能环保产业，近日科技部也发布了新能源汽车的重大专项，这些政策可以说都为新能源汽车的发展带来了重大的利好，您如何看待未来我国新能源汽车的发展前景和市场呢？十九大报告当中习近平总书记围绕绿色发展有一段长篇的话。十八大以来，国家提出了五位一体的发展，特别强调绿色，绿色里围绕着汽车行业来讲，大家比较关注的就是新能源汽车的发展。我们国家新能源汽车发展从过去的五年来讲，可以说在这方面处于世界的领先位置。怎么叫领先呢？第一，目前我们国家新能源汽车的保有量占到了全世界新能源汽车保有量的一半以上，是绝对的第一，有绝对的优势。第二，我们国家新能源汽车的水平，目前是处于世界先进水平，绝对是一流水平。目前国际上其他跨国公司最好的新能源汽车产品的水平和我们国家是相当的。可能大家更多的知道特斯拉，特斯拉确实有它的优势，续航里程长一点，500公里，目前我们新能源汽车续航里程现在已经突破400多公里，460多公里也没问题，可以说和它基本是在同一个水平上。我们预计再有一年左右的时间，超过500公里的续航里程的新能源产品都会出来了。第三：我们国家发展新能源汽车，一方面是政府出台了一系列强有力的政策支持，这个是全世界任何一个国家政府所没有的，唯独中国，另一方面有自身的绝对优势，在新能源发展当中，大家知道重要的是电池，电池所用的这些材料在中国可以说资源丰富，我们有自然资源的绝对优势，通过这些年的发展和培育，我们国家自己的电池的水平也达到了国际的一流水平。再有我们这些年发展传统汽车所积累的技术资源以及各个方面的资源，凭借着这些，在发展新能源（汽车）上确实走在了国际的前列。十九大之后，按照中央的整个大政方针和未来发展目标的描述来看，我相信中国的新能源汽车下一步还会更快速，更健康地发展。我个人预计，中国制造2025年的时候，新能源汽车会超越和引领全球新能源汽车的整个发展。过去一段时间也遇到了一些挑战，一个新事物的发展，总要经历一些困难。大家可能也听说过“骗补”现象的发生，个别企业成了全行业的害群之马，对整个新能源产业的发展带来了一定影响。中国政府主管部门迅速地纠偏，加大查处力度，把原来的政策进行了修订和完善。再往下发展，我们确实还面临着技术上的一些挑战，从全球来看，电池技术的进步速度非常之快，我们虽然在电池这个领域一些企业有短期的优势，但是这种优势能不能长期地坚持下去，恐怕对这些电池企业也是一个考验。现在发展比较好的几个电池企业都在加大研发力度，衷心地希望在发展新能源电池这个领域上，我们国家这些骨干企业挑起重担，全力往前走。发展新能源汽车还有一个挑战，就是轻量化。这也对我们国家轻量化基础材料研究和推广应用，提出了很高的要求。三，企业概况江苏成辰汽车配件有限公司是国家重点高新技术企业，地址位于江苏省靖江市城南园区中洲路99号，西临城西大道，距离车站一公里，距离高速路口仅600米。公司一直为陕汽集团，江淮集团，北汽福田，大运集团，吉利集团，一汽凌源，江西江铃，重庆力帆，五征集团，北汽新能源汽车制造公司配套。公司始创与1996年，现有员工350人，其中各类专业技术人员180人，整个厂区10万平方米，其中建筑面积5万平方米，拥有固定资产1亿元，主要生产设备350台。公司现有六个部门，四个生产车间。经过多年的努力，现已具备生产转向传动轴装置120万套生产能力，以及铰链门锁，电动助力转向管柱等系列及重中轻微轿工程机械等各类车辆配套生产能力。所有产品均达到国家标准或汽车行业标准，产品以优良的质量，可靠的性能及良好的售后服务赢得用户的信赖。公司多次获得主机厂优秀供应商及合格供方等荣誉称号。公司不断引进和吸收中高层次的管理与技术型人才，注重技术创新，加大对科技创新的投入，坚持走科技创新质量兴鼎之路。并与2017年9月通过IAF16949最新质量体系认证。公司拥有可靠的材料，生产过程，产品总成，性能试验等检测手段及齐全的各类切削加工装备，并且具有适应市场和客户需要的技术开发创新实力，本公司产品现已成熟使用花键冷挤压，尼龙涂覆，钢球沟道伸缩轴，防拉吸能转向传动装置，开发了具有自主知识产权脚蹬式管柱等三项新品，并获得国家专利。本公司2016年实现工业产值1.2亿元，销售1.28亿元，利税1257万元。四， 企业承办条件1. 公司建立了完善的质量保证体系江苏成辰汽车配件有限公司秉承多年制造技术优势与品质，开发制造具有先进水平的汽车零部件产品，现已成为国内具有竞争实力的汽车零部件专业公司，集团拥有先进的生产线，先后通过了ISO/TS16949、QS9000、GB/T19001、ISO9001、IAF16949等质量体系认证和ISO14001环境管理体系认证。公司管理科学、高效、务实、精干，公司领导班子团结一致、锐意改革、富于开拓和创新，这些都是本次技改顺利实施的重要保证。2.公司为本项目成立专门的组织本项目成立项目建设领导小组，实行总经理负责制，建立扁平、高效的管理机构。（1）实行工程质量终身负责制。对项目建设工程质量负主要责任的领导、参建单位的领导和直接责任人，实行工程质量终身追究制度。（2）项目建设过程中，聘请有资格的监理单位和人员，对项目建设进行监理，抓好工程进度，提高工程质量，降低成本。（3）严格项目资金管理。企业制定有效的资金管理计划，对项目资金实行专帐管理。3. 公司拥有良好的人才优势公司处于劳动人口密集区域，具有较高的人力资源优势。拥有职工350人，其中本科以上学历30人，专业技术人员180人，具有高级职称的20人。具有完整的研发、生产、物流、检验等系统。拥有设备350台，高精度设备、数控设备100台。尤其是近年来引进了多种数控加工中心、测量仪等一批具有国际先进水平的设备，使企业的综合加工生产能力具备了更强的竞争力。4. 知识产权情况2008年申请并获批准专利三项：一种可调节转向管柱总成专利权；一种汽车气动转向管柱总成专利权；一种装载机用可调节转向管柱总成专利权。管柱的设计、开发：对管柱减速机构、扭矩传动结构进行了方案论证、分析及工艺性可行性分析，完成电动助力转向器二维、三维设计图纸，关键部件涡轮、蜗杆、涡轮轴的强度计算、有限元分析，进行了DFMEA失效模式展开、按照欧洲菲亚特公司及日本光洋公司标准制定了厂内技术规范、试验大纲。零件工艺方案、设备调研采购：对关键零件壳体、涡轮、蜗杆、涡轮轴、总成装配试验、控制器板级检测技术、性能老化试验方案分析、评审，根据各关键零件的功能要求、加工精度，调研采购了国内外加工、检测方法及设备。ECU控制器检测技术开发：依据ECU控制器各模块功能、信号参数的特性，及总成的性能要求，开发了电路板信号加电测试技术，制定了板级信号检测的试验项目及检测标准，并联合某大学开发了板级信号检测设备，该技术的开发成功，为确保总成性能的稳定、可靠性打下了良好基础。总成装配、试验方法研究：总成装配中自行开发了目前国内领先的内外管柱筒压入力无损控制技术，在管柱筒压合过程中，就可自动检测出压入力是否过大或过小。开发了扭矩传动机构自动对中配钻技术，保证了涡轮轴传感器调中角度对称度精度的要求，试验方面开发了正逆转、电流特性检测技术及总成预磨合技术，很好的保证了总成性能的稳定性。完成管柱、控制器模具设计与制造：根据电动转向管柱及控制器研制要求，以提高模具表面质量和定位精度为目标，成功实现了模具的设计与制造。自制工装和工位器具100余套，购买测量工具40多套，具备了中小批量的质量保证能力。技术标准的制定：在消化吸收日本KOYO公司及欧洲菲亚特标准要求的基础上，汲取了工厂多年来生产动力转向器的经验和教训，使制定的技术标准既符合国情，又不落伍，也适合公司的实际情况。做到了技术先进、经济合理、安全可靠。 结合用户车辆的技术要求，公司编写、发布、实施了以下三个技术标准：Q/20D03.95.1-2006ES-3A电动转向系统性能标准，此标准规定了ES-3A电动转向系统的性能标准；Q/20D03.95.2-2006 ES-3A电动转向系统可靠性标准，此标准规定了ES-3A电动转向系统台架可靠性试验的项目；Q/20D03.95.3-2006 ES-3A电动转向系统性能和可靠试验方法，此标准规定了ES-3A电动转向系统性能试验方法和台架可靠性试验的方法。产前试验情况和鉴定年限ES-3A电动助力转向系统按照欧洲、日本标准完成了性能及10万次正转耐久、100万次逆转耐久、高温、低温、跌落、静扭、湿热交变、冲击、振动、盐雾、电磁兼容等28项试验；2015年10月，我公司生产的ES-3A电动转向系统顺利通过了重庆重型汽车研究所进行的台架鉴定试验，并取得合格的试验报告。5. 本项目产品具有先进性（1）降低了燃油消耗，采用了绿色能源“电力”，实现了汽车的节能与环保。液压助力转向系统需要发动机带动转向油泵不停地转动，不管是否转向都要工作；而电动转向系统只是在需要转向时才给电动机提供能量，并且实现了“按需供能”。对发动机燃油消耗较液压动力转向平均降低3%，在高速行驶情况下降低了5.5%。电动转向没有液压装置，以电力作为能源，不存在液压助力系统漏油；也没有软管、油泵和密封件，避免了液压系统使用的聚合物不能回收给环境造成污染的缺点，所以说实现了汽车的节能和环保。（2）增强了转向跟随性。液压助力系统具有转向迟滞效应；而在电动转向系统中，旋转力矩产生于电机，通过助力机构直接 作用于转向轴，增强了转向随动性能。（3）提供了可变的转向助力，改善了转向回正特性，提高了操纵稳定性，保证了汽车的安全性。电动转向系统通过软件编程和硬件控制，无论是停车、低速或高速行驶都能提供可靠的覆盖整个车速的可变转向力。该系统可以通过调整设计参数和灵活的软件编程获得最佳的转矩特性，这种转矩特性使得该系统能显著提高转向能力，从而提高了操纵稳定性，也保证了行车安全。（4）系统具有良好的模块化设计，提供了极大的设计灵活性且系统结构简单，占用空间小，布置方便，而且没有了液压转向系统中液流的噪声。五 市场研究国内外汽车转向系统现状与技术发展趋势汽车转向系统依次经历了机械式转向系统、液压动力转向系统、电控液压动力转向系统等阶段，电动助力转向系统已逐渐成为乘用车转向系统的主流。在国外，各大汽车公司对汽车电动助力转向系统（Electric power steering-EPS）的研究有20多年的历史。随着近年来电子控制技术的成熟和成本的降低，EPS越来越受到人们的重视，并以其具有传统动力转向系统不可比拟的优点，迅速迈向了应用领域，部分取代了传统液压动力转向系统（Hydraulic power steering，简称HPS）。自1953年美国通用汽车公司在别克轿车上使用液压动力转向系统以来，HPS给汽车带来了巨大的变化，几十年来的技术革新使液压动力转向技术发展异常迅速，出现了电控式液压助力转向系统( Electric Hydraulic Power Steering,简称EHPS)。1988年2月日本铃木公司首先在其Cervo车上装备C-EPS，随后又应用在Alto汽车上；1993年本田汽车公司在爱克NSX跑车上装备EPS并取得了良好的市场效果；1999年奔驰和西门子公司开始投巨资开发EPS。上世纪九十年代初期，日本铃木、本田、三菱、美国Delphi汽车公司、德国ZF等公司相继推出了自己的EPS。TRW公司继推出EHPS后也迅速推出了技术上比较成熟的带传动EPS和转向柱助力式C-EPS，并装配在Ford Fiesta和Mazda 323F等车上，此后EPS技术得到了飞速的发展。在国外，EPS已进入批量生产阶段，并成为汽车零部件高新技术产品，而我国汽车转向系统目前绝大部分采用机械转向或液压助力转向，EPS的研究开发处于起步阶段。目前，电动助力转向系统（EPS）是现代汽车转向系统的发展方向，已成为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。我国汽车产量快速递增，尤其是国家对环保要求的不断提高，新能源和电动汽车得到迅速增长，再加上短期内世界能源的紧张局势不会缓解，国内从2009年1月1日起，取消养路费实行燃油税改革，按照发展趋势，今后微型车和轿车都将大部分采用具有节能和环保优势的电动助力转向系统，因此，电动助力转向系统的市场前景十分广阔。电动助力转向系统是现代汽车转向系统发展的必然趋势。该系统在国外已进入批量生产阶段，并成为汽车零部件的高新技术产品。其技术包括电子、电动驱动、控制器、传感器、计算机、软件、机械和安全工程等八大技术领域；其应用现代汽车电子和信息技术以后创造出的转向系统，是具有节能、环保、高性能、低成本、高效率等新特点的产品。目前，在全世界汽车行业中，电动助力转向系统每年正以9%-10%的增长速度发展，年增长量达130万-150万套。按此速度发展，用不了几年的时间，电动转向将会完全占领轿车市场，并向微型车、轻型车和中型车扩展。目前，电动转向已成为国际汽车零部件行业的新热点。六 市场预测近年来，我国汽车产销量和保有量在持续的增加，汽车保有量的不断攀升，导致我国石油消耗量日益升高，石油对外依存度也不断升高。在另一方面，汽车保有量的持续攀升，不仅给能源带来危机，同时传统汽车发动机排放的尾气给环境带来了巨大的危害。在此背景下，新能源汽车的发展已迫在眉睫。同时，在政府财政补贴等一系列优惠政策的刺激下和在一线城市限购限行政策推高传统牌照汽车持有成本的双重利好下，新能源汽车迎来了快速增长，渗透率在不断的提高。2015 年我国新能源汽车产销分别为达到了 34 万辆和 33万辆，同比增长 3.3 和 3.4 倍。2016 年全年，我国新能源汽车累计销量达到了 50.7 万辆，同比增长 53%，预计 2017和 2020 年新能源汽车销量可以达到 75 万辆和 200 万辆，渗透率在 2020 年有望达到 6%，新能源汽车正在全国大范围的推广，行业景气度不断提升。我国近几年新能源汽车产销量 新能源汽车产量以及渗透率预测在我国政府出台了相关政策对新能源汽车给予支持和鼓励下，我国新能源汽车产销快速增长。在新能源销量构成中，纯电动车占据超过 60%的份额，是新能源汽车的主力。 在纯电动 乘用车市场中，A00 级电动车凭借小巧靓丽的外形和出众的性价比 已经成为市场上电动汽车销量的绝对主力 。同时，A00 级电动车在使用成本上占据巨大优势也成为电动汽车分时租赁的主力车型 ，成为城市白领、大学生的首选， 或是家庭的第二辆车。目前，A00 级纯电动乘用车正在替代大量低速电动车、电动三轮车、电动自行车市场，市场空间广阔。随着汽车企业纷纷布局为 A00 级电动车，A00 级电动车如雨后春笋，增长快速。2015 年，我国纯电动乘用车销量排名前十的车型有 7 款属于微型电动车，7 款微型电动车占比高达 75%，是名副其实的主力品种。到 2016 年 ，微型电动车仍然在新能源汽车中占据着重要的地位，如云 100、奇瑞 eQ 等仍是新能源乘用车的主力车型。2016 年新能源乘用车销量排名2015年到2016年，中国新能源汽车销量增速明显，尤其纯电动车，销量增长幅度更为明显，但是插电式混合动力销量增速并不多。这主要是由于一些地区对于插电式混合动力汽车的补贴政策发生了变化，比如上海，从3万/辆降到了1万。这些政策，对于插电式混动的销量产生了一定的影响。各个品牌新能源汽车销量情况2016年，比亚迪新能源汽车销量为94466辆，高居榜首位置。而北汽新能源、吉利则分别以41707和39191辆分列2、3位。众泰、上汽、奇瑞、江淮等紧随其后。解读：比亚迪：用比亚迪官方的slogon来说“新能源汽车引领者”也不为过，销量遥遥领先，并且比第二名高出不少。而且比亚迪在纯电和插电混动都在发力，均有不同的产品推出来满足消费者的需求，作为电池起家的公司，电池是比亚迪的强项，而且比亚迪新能源电池保终身，也让消费者购买有了底气。而目前比亚迪的车，性能方面都领先竞争对手不少，绝对是中国新能源品牌的强者。北汽新能源：北汽新能源专注于纯电动车，当然也和北京市也只补贴纯电动车有很大关联。北汽新能源目前有3个系列，EV系列是小型电动车，性能一般，单是价格便宜，适合入门代步使用。EU系列比EV系列高一个级别，新能更好，空间更大，配置更高，续航里程更加出色。EX系列是SUV系列，因为目前SUV火热都知道，所以北汽新能源也开辟了小型电动SUV的分支。有了上面三条不同的产品线，消费者的选择空间多了很多。吉利/众泰/江淮/奇瑞：它们这几家的产品，都主要集中在微型电动车。这些电动车空间都不大，并且售价便宜，比较适合于限购、限行城市日常代步使用。值得一提的是，今年江淮已经和大众签署了合作协议，而大众在中国的地位不言而喻。二者联合造新能源，外界也十分期待。上汽：上汽作为中国汽车企业一哥，目前主要在插电混动上发力，而且凭借强大的背景实力，甚至可以左右政策法规的出台和落地，成功扶植荣威插电混动在上海上位。上汽一贯定位精准并且营销手段超强，获得关注度简直太轻松。纯电动车销量前15名2016年纯电动销量前15名中，北汽新能源系列占据2个席位。第三名是一款微型车知豆。比亚迪e6作为仅次于腾势的电动车，销量排在第四位。解读：北汽新能源两款车能有如此高销量，得天时地利人和。北汽在北京，北京又仅仅补贴电动车，免摇号，所以销量出色很正常。而北汽ev系列，价格便宜，性能一般，比较适合限购、限行城市短途代步使用。而EU260，有260km的续航里程，空间更大，配置更高，适合于有一些路远出行需求的家庭选购。知豆这个车，价格也不高，空间很一般，但是还算灵巧活泼。这种车，比一些杂牌子的老年代步车要靠谱一些，并且不限购不限行，还是相当有市场潜力的。比亚迪e6，是中国第一个续航达到400km的电动车，并且空间也不小，虽然说售价不便宜，但是高的续航里程，对于有远距离需求的人来说，就是一个可用的选择。插电式混合动力车销量前10名插电式混合动力车，比亚迪销量有碾压式的优势。唐和秦牢牢占据前两位。后面两位被荣威获得。解读：用比亚迪官方的slogon来说“新能源汽车引领者”也不为过，比亚迪在插电混动方面，确实有实力。作为电池起家的公司，电池是比亚迪的强项，而且比亚迪新能源电池保终身，也让消费者购买有了底气。比亚迪唐是一辆插电混动车，也是目前比亚迪旗下最为高端豪华的SUV车型，甚至说中国自主品牌SUV的佼佼者也不为过。比如其0-100加速仅需要4.9S，可以比肩宝马X6M这样的旗舰级性能SUV车型;而不俗的纯电续航里程，也可以让消费者体验日常代步0燃油消耗的快感;电动四驱在公路性能以及越野性能上，也不逊于一般汽油四驱车。再加上一些补贴等利好政策，唐的售价应该说性价比很高，销量高自然也在情理之中。荣威e550是上汽扶植上位的，当然车辆本身也是很出色的。为此上汽也是大费苦心，甚至左右了一些政策法规，使之倾向于荣威不利于比亚迪。而e950则是新“官车”的代表，未来将会有很多机关采购，不愁销量问题。消费者是如何选购新能源汽车的：2016年新能源汽车品牌关注情况2016年新能源汽车品牌消费者关注度方面，比亚迪和北汽新能源应该说毫无悬念的领先。比亚迪拥有最成熟和扎实的技术，产品力领先其他品牌一个档次。北汽新能源拥有最为广泛的电动车产品线，选择空间非常高，二者获得最高关注，实至名归。而江淮则有12%的关注度，猜想和今年于大众签约合作有不少的关系，大家都应该比交期待江淮和大众的新品吧。吉利、众泰、上汽关注度接近，分类4-6位。消费者最关心哪些新能源车动态可以看到，相关的补贴等政策，是消费者关注新能源汽车动态比重最高的。的确，这种政策对于消费者选购新能源汽车是有重要参考意义的。这也说明了，目前的市场就是一个政策导向的市场。除此之外，混合动力也是关注比较多的动态，毕竟很多人对于当下电动车并不买账，混动过度方案可能更加适合。新车上市比重第三，说明消费着其实很看重新车的表现，对于目前的车来说并不满意。电池技术，与消费者关联不大，也左右不了，关注度不高。消费者购买新能源汽车的动机可以看到，其实和预想的是差不多的，也就是说，目前整个新能源汽车消费市场仍然以政策引导(如免费牌照、不限行政策等)作为最根本的推动力，而出自本意，喜欢新能源车的，其实少之又少。而这种政策推动的市场行为，未来的变数其实非常高。消费者购买新能源车最看重哪些因素价格可以说是所有中国消费者买车最为看重的因素之一，新能源汽车也如此。而充电和续航，作为新能源汽车的关键性指标，是很多人关注的。而折旧费用这一块，其实是新能源汽车如今的一个软肋，目前关注度不高，可见很多消费还没有“流动消费”这个概念。养护升本这一块，很多人以为新能源汽车会很低，但是实际上并不是那样，估计有很多人都忽视了。体验感受，在新能源汽车上，不被重视，也是情理之中，毕竟很多人是迫于无奈购买的新能源汽车。消费者给汽车充电情况可以看到，选择公共充电桩的比重超过了50%，还是相当高的。因为购买新能源汽车的人，大部分集中在一些限购限行等大城市，自己能有车位建充电桩的比重比较低，所以看到，家里充电的比重并不高，甚至有一些接插线板等危险的行为。这也说明了，加强公共充电桩的建设，是一项艰巨的任务。消费者用车过程种出现的问题充电桩故障问题，是我们早就想到的。因为我们做过真实体验，公共充电桩的故障概率非常高，以我们自己写字楼楼下的6个充电桩为例，目前仅有1个能用。而充电是新能源汽车不能回避的，所以国家应该对于建好的充电桩做好相应的后续维修保养，否则只是一个空壳子。续航变化是另外一个问题，因为电池对于温度很敏感，空调也是纯电消耗，所以用车环境对于实际续航影响非常高，消费者购买前也要想清楚。车辆老化快，是很多国产车的通病，对于急功近利情况下“早产儿”来说，出现这样的问题，也在情理之中。电池衰退也是一个不可回避的话题，目前电池技术有限，对于这样的问题，还没有根本的解决办法，买车肯定会有。2017年新能源汽车发展趋势预测：新版补贴政策将加速推动新能源产业优胜劣汰步伐2016年通过新能源汽车进行骗补有一些企业被查处，有些企业就面临着倒闭的现象。2017年新版的补贴政策，让电动车行业可以更加快速的进行发展，同时针对电动车行业进行一轮洗牌，让整体行业更加健康的前行。新能源企业要加快技术研发和创新步伐，尤其是当前我国在动力电池方面仍未取得革命性进步，这也严重制约了行业发展。加快基础设施建设 助推电动汽车发展纯电动汽车中最大的问题是就是使用过程中的便捷性，我们在测试过程中体验的感受并没有那么美好，很多都出现了问题。而在2017年中新能源汽车为大家提供便捷出行的前提下，还要加快建设充电设备等多方面的基础设施进行建设，这样才能达到满足快速发展新能源车的使用。相关部门也在为技术建设方面制定了相关的政策，2017年力争新增充电桩达到80万个，其中专用桩70万个，公共桩10万个。这样电动车会有更好的发展。开放心态 迎接汽车产业发展新机遇越来越多的企业将目光放在了互联网和无人驾驶汽车上。“虽然还有提升，但是走出了勇敢的一步。”上汽和阿里合作研发的全球首款量产互联网汽车荣威RX5已上市，并取得了较好的市场表现;百度无人驾驶系统也在2016年世界互联网大会亮相。乐视、蔚来等企业也在为新能源汽车尽自己最大的努力，带动新能源产品快速的前行。续航里程 电池瓶颈何时突破简单增加车载电池量并不是解决这一问题的最根本选择。”万钢指出，简单增加车载电池会带来整车设备质量的增加，单位电耗会显著增大，随之带来的是全生命周期碳排放增高。“电动汽车产品开发，续驶里程长短需要科学合理规划，统筹考虑车辆用途与性价比，最有效途径是提高动力电池的能量和功率密度和整车的轻量化。”七 生产纲领项目建成投产后年产汽车无刷EPS电动助力转向系统10万套，年销售收入达到19500万元。 1.产品主要特点技术特点（1）EPS的结构及工作原理电动助力转向系统在不同车上的结构部件尽管不尽一样，但是基本原理是一致的。它一般是由扭矩（转向）传感器、电子控制单元ECU,电动机、电磁离合器以及减速机构构成。其机构示意如下图1所示。 1.转向盘 2.输入轴 3.扭力杆 4.控制模块 5.电机 6.离合器 7.输出轴 8.中间传动轴 9.传动轴 10.转向齿条 11.横拉杆 12.车轮图1 EPS结构示意图其基本工作原理是：当转向轴转动时，扭矩传感器将检测到的转矩信号转化为电信号送至电子控制单元ECU，ECU再根据扭矩信号、车速信号、发动机转速信号等进行计算，得出助力电动机的转向和助力电流的大小，完成转向助力控制，EPS系统控制框图如图2所示。 图2 EPS系统控制框图（2）EPS的电流控制技术 助力控制是在转向过程（转向角增大）中为减轻转向盘的操纵力，通过减速机构把电机转矩作用到齿轮齿条转向器上的一种基本控制模式。步骤如下： 输入由车速传感器测得的车速信号；输人由转向盘转矩传感器测得的转向盘力矩大小和方向；根据车速和转向盘力矩，由助力特性得到电动机目标电流；通过电动机电流控制器控制电动机输出力矩。在这一基本控制过程中，助力特性曲线确定系统的控制目标，决定着EPS系统的性能。EPS的助力特性曲线属于车速感应型，输入相同转向盘力矩值，对应的电机目标电流随车速的增加而降低，能较好地兼顾原地转向轻便性与高速路感的要求。 （3）回正控制技术当汽车以一定速度行驶时，由于转向轮主销后倾角和主销内倾角的存在，使得转向轮具有自动回正的作用。随着车速的提高，回正转矩增大，而轮胎与地面的侧向附着系数却减小，二者综合作用使得回正性能提高。驾驶员松开转向盘后，随着作用在转向盘上的力的减小，转向盘将在回正力矩的作用下回正。在转向盘回正过程中，有两种情况需要考虑：a.回正力矩过大，引起转向盘位置超调；b.回正力矩过小，转向盘不能回到中间位置。对前一种情况，可以利用电动机的阻尼来防止出现超调。后一种情况需要对助力进行补偿，以适当增加回正能力。 根据转向盘转矩和转动的方向可以判断转向盘是否处于回正状态。回正控制的内容有：低速行驶转向回正过程中，EPS系统H桥实行断路控制，保持机械系统原有的回正特性；高速行驶转向回正时，为防止回正超调，采用阻尼控制。（4）阻尼控制技术阻尼控制是针对汽车高速直线行驶稳定性和快速转向收敛性提出的。汽车高速直线行驶时，如果转向过于灵敏、“轻便”，驾驶员就会有通常说的 “飘”的感觉，这给驾驶带来很大的危险。为提高高速行驶时驾驶的稳定性，提出在死区范围内进行阻尼控制，适当加重转向盘的阻力，最终体现在高速行驶时手感的“稳重”。汽车高速行驶时，由于路面偶然因素的干扰引起的侧向加速度较大，传到方向盘的力矩比低速行驶时要大，为了抑制这种横摆振动，必须采用阻尼控制；此外，转向盘转向后回到中间位置时，由于电机的惯性存在，在不加其他控制情况下，助力系统的惯性比机械式转向系统的惯性大，转向回正时不容易收敛，此时，也需采用阻尼控制。采用阻尼控制时，只需将电机输出为制动状态，就可使电动机产生阻尼效果。（5）关键部件技术特点 产品总体要求是可靠性高、重量轻、各部件综合匹配性能好，各部件主要特点如下：扭矩传感器：灵敏度高，系统匹配要求高；电控单元（ECU）：多参数、智能化、可靠性高、抗电磁干扰能力强；助力电机：低转速、大扭矩、小惯量、微型化；电磁离合器：转力大、抗磨损、微型化、响应快；减速机构：传动比大、传动精度高、双向受力、体积小、耐磨损；齿轮齿条转向器：传动精度高、抗磨损；安全吸能管柱：具有吸收因意外事故产生的冲击能量，保护驾驶员的安全。2. 主要参数电动助力转向系统主要由ECU控制器、转向管柱、齿轮齿条转向器、扭矩传感器、直流电机、中间轴组成。主要参数如下：表7-2 EPS系统计数参数表（基本型）部件名称参数类别参数EPS系统助力电流特性曲线对称度90%迟滞(Nm)1.2冲击试验(性能)电流响应时间（ms）10ms方向盘转角3正逆转试验空载力矩(Nm)1.2波动量(Nm)0.29直流电机类型永磁型额定电压(V)DC12额定扭矩(Kg.cm)16 额定电流(A)30额定转速（rpm）1050噪声(dB)68非工作状态（Nm）空载转矩2波动量0.05Nm输入、输出扭矩特性曲线对称度98%电磁兼容等级A级ECU控制器控制方式单片机额定电压(V)DC12工作电压范围(V)916过载保护电压（V）16输出控制信号对称度95%自检、报警功能过流、过温、过压、欠压及各部件输入信号异常等故障代码存储形式EEPROM电流反馈响应时间（ms）3ms电磁兼容等级级齿轮齿条转向器行程mm134.4传动比40.12模数mm2.117管柱减速机构模数mm2速比16.5：1蜗杆头数2压力角14308.3 物料需求与供应本项目所需原材料与外购件如表7-3所示：表7-3 主要原材料及外购件表序号名 称单位数量主要供应单位备注1钢材吨111200宝钢、南钢2无刷电机万件10乐清吴林电器有限公司3扭矩传感器万件10福州世新电子有限公司4壳体万件10荆门航特有色金属铸造有限公司5齿条万件10上海北特汽车零部件有限公司6中部球头节组件万件20索密克汽车配件有限公司7外部球头节组件万件20索密克汽车配件有限公司8密封件