浅谈汽车电动助力转向系统

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摘 要：转向系统是汽车的主要子系统之一，近年来，汽车电动助力转向系统（简称为“EPS”）已成为现代汽车中的常规配置，是一种直接依靠电机提供辅助扭矩的动力转向系统。其性能直接关系到汽车的操纵舒适性和稳定性，对安全行车、减少交通事故、保护驾驶员的人身安全以及改善驾驶员的工作条件起着重要作用。

关键词：电动助力转向系统；特点；类型；工作原理；关键技术

中图分类号：G463.4

文献标识码：A

一、电动助力转向系统的特点

1. 电动助力转向系统与传统的液压助力转向系统相比具有的优点

（1）可降低发动机能耗。液力式动力转向系统在汽车不转向时，动力转向液压泵也一直在工作，这样会消耗发动机的能量。电动助力转向系统只有转向时电动机才工作，不转向时无需消耗发动机能量。因此，电动助力转向系统能耗低。与液压式动力转向系统相比，电动助力转向系统在各种行驶工况下均可节能80%～90%。

（2）重量轻，安装方便。电动式EPS无液压泵、液压缸、液压控制阀、液压管路及液压油等液压部件，电动助力机构的零件少，结构紧凑，重量可大幅度减轻，因而动力转向系统易于布置，并且能降低噪声。

（3）系统安全，可靠性强。电动式EPS出现故障时，可立即切断电动机与助力齿轮机构的动力传递，迅速转入人工―机械转向状态。此外，由于电动式动力转向系统是由电动机提供助力，电动机可由蓄电池供电，因此，在发动机熄火或因故障而不能运转时，动力转向系统仍能正常工作，可确保汽车行驶的安全性。

（4）工作性能好。液压助力增减控制有一定的滞后性，反应敏感性和随动性较差。电动助力转向系统由电子控制器直接控制电动机产生相应的转向动力，反应敏感性好，容易实现转向动力最优化。此外，电动助力转向系统比液压助力转向系统具有更好的低温工作性能。

（5）生产与开发周期短。电动助力转向系统通过设置不同的程序进行控制就可与不同车型匹配，从而缩短了生产和开发周期。

2. 电动助力转向系统仍有一些尚未解决的问题

（1）直接助力式电动转向系统提供的辅助动力比较小，很难用于大型车辆。

（2）电动机、减速机构等部件会影响汽车的操纵稳定性，拥有正确的匹配整车性能至关重要。

（3）使用转矩传感器、电动机和减速机构等部件会增加系统的成本。

二、电动助力转向系统的类型

1. 转向柱助力式

转向柱助力式EPS具有结构简单和维修方便的特点。助力电机安装在转向柱上，电机助力扭矩通过蜗轮蜗杆减速增扭后直接作用在转向柱上。相对于其他EPS，它对转向系统的改动最小，所以最适合将以前生产的无助力效果的纯机械转向汽车改装成电动助力转向汽车。电机可以装在转向柱的任何位置， 转向柱式的成本最低，目前市场占有 量较大。适合微型车辆如1.1t以内的小型车。

2. 直接助力式

齿条助力式EPS转向齿条上装两个小齿轮，一个小齿轮与转向盘相连，助力电机通过另一个小齿轮与齿条啮合，为齿条提供助力，电动机直接带动齿条助力，助力效果比齿轮助力式好。

3. 齿轮助力式

齿轮助力式EPS通过小齿轮与齿条啮合，电机的助力扭矩传输在小齿轮轴上，具有结构紧凑的优点。与转向柱式EPS相比，在不增加质量的情况下，增大了系统的刚度，不需要管柱部件传递，电机可以提供更大的助力。它安装在驾驶室外，位于发动机室下方，常受到尘土、泥巴和雨水等的腐蚀，要求ECU、电动机、传感器等耐高温、防水性能好。其技术要求比转向柱式的高，适用于1.3t以内的中小型车。

4. 齿条助力式

齿条助力式EPS电机、减速装置套在齿条外侧，通过锥齿轮和滚珠丝杠构成二级减速机构，其结构最紧凑，性能最好，电动机直接带动进行齿条助力，助力效果最好，响应时间最短，电动机的振动、噪声都不容易传递给驾驶员。随着42V车载电源的应用，其功率可达到很大值，适用于大负荷、大功率的汽车和豪华轿车及2.2t以内的中型车。

三、电动助力转向系统的工作原理

汽车转向时，转矩传感器检测到转向盘转动方向和力矩的大小，将这些信号输送到电控单元，电控单元根据转向盘的转动方向、转动力矩以及车辆速度等数据向电动机控制器发出信号指令，使得电动机输出相应方向及大小的转动力矩以产生助力。

当不转向时，电控单元不向电动机控制器发出信号指令，电动机不工作。同时，电控单元会根据车辆的速度信号确定施加给转向盘的阻力矩，从而减少驾车者在高速行驶时转向盘“飘”的感觉。

四、电动助力转向系统关键技术

1. 电动机与传感器技术

电动助力转向技术的发展及运用主要归功于电动机技术、控制理论和电子技术的发展，EPS对电动机有很高的要求，包括尺寸、功率、性能等。

电动助力转向技术的发展还受制于它的价格和性能，电动机和传感器的选择也因此受到限制。目前的转矩传感器通常在机械精度、校准难度和装配、极限温度和价格之间进行折中选择。多数情况下，总是有些参数受到限制。比如，为了降低价格而限制最高温度，但是温度又与系统的可靠性紧密相连。因此，转矩传感器应能提供一个质量高、稳定可靠、响应速度快的信号。

2. 控制技术

EPS是否能够获得令人满意的性能，除了应有好的硬件保证，还必须有良好的控制软件来支撑。我们知道，汽车有多种多样的行驶工况，EPS工作时不但受到来自不平地面的干扰和不稳定因素的影响，同时还由于其安装在发动机附近，发动机发出的电磁干扰与热辐射对整个系统会产生很大的影响，这些因素会对EPS的控制策略的选择提出很高要求。PID控制技术、自适应控制技术、动态补偿技术、鲁棒控制技术等控制理论的发展，为该系统的成功开发提供了有力支持。随着智能控制技术的进一步发展，EPS控制技术也将得到不断完善。

3. 助力特性

助力特性关系到路感和转向轻便性，目前国内外对路感问题的研究手段主要以实验为主。助力特性是否合理决定着EPS的助力性能。EPS的助力特性属于车速感应型，主要分为全速型和低速型两种。全速型是指EPS在任何车速下都提供助力；低速型是指EPS只在低速时才提供助力，而当车速超过某一设定值时，EPS停止工作。

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，减少环境污染等。因此，未来的转向系统中电动助力转向将成为转向系统主流。

参考文献：

[1]付百学，李晓雪.汽车底盘电控系统构造与维修[M].北京：北京交通大学出版社，2009.

[2]麻友良.汽车电器与电子控制系统[M].北京：机械工业出版社，2013.