汽车EPS转向系统与SBW

汽车EPS转向系统与SBW

目前，汽车转向系统一般采用动力转向系统，动力转向系统根据助力的方式可分为液压助力转向系统(HPS)、电控液压助力转向系统(EHPS）、电动助力转向系统(EPS)和线控转向系统(SBW )。长久以来，汽车的动力转向系统一直采用液压助力转向系统，由于液压系统的诸多缺点，电动助力转向系统取代液压助力转向系统已经成为动力转向系统发展的必然趋势。

电动助力转向系统（EPS)

电动助力转向系统完全取消了液压部件，整个系统由机械转向系统加上扭矩传感器、车速传感器、电机传感器、ECU、助力电机、离合器、减速器等组成。基本工作原理是：转向盘转动时，扭矩传感器将检测到转向盘上的扭矩信号和转向信号传给ECU，ECU同时接受车速信号，据此决定助力电机的基本助力电流，然后一般还生成电机惯性补偿电流和阻尼补偿电流，总电流作为电机目标电流，通过ECU内部的电机驱动电路对电机进行扭矩控制。

根据电机布置位置不同，电动助力转向系统可分为：转向柱助力式、齿轮助力式、齿条助力式三种。

转向柱助力式EPS的电机固定在转向柱一侧，通过减速机构与转向轴相连，直接驱动转向轴进行助力转向。齿轮助力式EPS的电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 的电机和减速机构则直．接驱动齿条提供助力。

电动助力转向系统的优点如下：

1.效率可高达90％以上，液压动力转向效率一般在60%~70%：

2．路感和回正性好，EPS结构简单，内阻小、回正性好，改善了汽车操纵稳定性：

3.能耗少。EPS只在转向时电机才提供助力，汽车油耗可降低3％左右：

4.可独立于发动机工作，EPS以蓄电池为能源，以电机为动力元件，与发动机无关；

5.对环境无污染。液压助力转向系统液压管路接头存在油泄漏问题且液压管路不可回收：

6.装配性好,易于布置，由于EPS主要部件（电机、减速器、传感器、电控单元等）可集成在一起，便于整车布置和装配：

7.应用范围少，主要用于轿车和轻型货车，对电动汽车、混合动力车、燃料电池车是最佳选择。

EPS历史与现状

EPS系统首先是在微型轿车上发展起来的，其主要原因是狭小的发动机舱空间给液压助力转向系统的安装带来了很大的麻烦。EPS由于部件少，安装方便，非常适合在微型轿车上安装。

1988年2月，日本铃木公司首次在其Cervo轿车上安装了EPS系统，随后还应用在其Alto车上。此后，EPS在日本得到迅速发展，如大发汽车公司的Mira轿车、三菱汽车公司的Minica轿车、本田公司的雅阁轿车等都先后安装了EPS系统。

欧、美等国的汽车公司对EPS的开发研究比日本晚10年时间，但是开发的力度较大，目前也有一些公司开发了EPS系统并装车销售。美国的天合和德尔福等公司相继推出各自的产品，天合公司将航空技术应用于EPS系统的开发，于1996年推出自己EPS系统，并在福特Fiesta和马自达323F上进行试验：德尔福属下的Saginaw公司于1999年首次研制成功其电动助力转向系统产品E-Steerlm Electric

PowerSteering.德国的ZF公司研制出装配于不同类型轿车的EPS系统。戴-克和西门子威迪欧两大汽车公司共同投资6500万英镑用于EPS的研究。

目前，我国部分高校和企业已经开始对EPS系统开展研究。1998年吉林大学在国内率．先开展轿车EPS的研究，目前已做出样机并在捷达轿车、北斗星轿车和夏利2000纯电动轿车上进行了装车试验，取得了良好的试验效果。清华大学目前也开发出EPS样机并在昌河铃木CH6350轿车上试验运行。另外天津大学、北京科技大学、华中科技大学、江苏大学、合肥工业大学、武汉理工大学等院校也在开展EPS 的研究。

另外南方航空动力机械公司已开发出EPS系统，并进行小批量道路试验，上汽集团泛亚技术中心正在于国外公司进行EPS系统研究的立项工作。

目前，国内生产的昌河北斗星、上海大众途安、广州本田飞度、吉利豪情等轿车上已经安装了EPS 系统。

从发展趋势看，电动助力转向系统的应用范围正从最初的微型轿车向更大型轿车、客车和货车方向发展。北京理工大学目前已经开展了电动大客车EPS系统的研究工作。

可以预见，在未来几年内，随着汽车对环保、节能和安全性要求的进一步提高，国内各大院校、研究所和企业必将掀起EPS研究的热潮。

EPS系统发展趋势

随着科学技术的发展，一种更新型的助力转向系统一线控转向系统(Steering ByWire，简称SBW）会逐渐得到人们的认可和采用。线控转向系统中有两个电机，其中一个与汽车前轮转向机构相连接，作为转向执行机构：另一个电机直接与转向传动轴连接，为驾驶员提供路感力矩。因此这种转向系统中的转向盘与转向轮之间没有机械连接，是断开的，通过CAN传输必要的信息，故也称柔性转向系统。线控转向系统由于转向盘与转向轮之间没有机械连接，在系统设计上一般采用机械冗余或电气冗余措施。

线控转向系统有许多优点：

1.柔性转向能消除转向干涉问题，为实现多功能全方位的自动控制，以及汽车动态控制系统和汽车平顺性控制系统的系统集成提供了显著的先决条件。

2.对前轮驱动轿车，在安装发动机时需要考虑刚性转向轴占用空间，转向轴必须依据汽车是左侧驾驶还是右侧驾驶安装在发动机附近，设计人理各种需要安排部件。而柔性转向去掉了原来转向系各个功能模块之间的刚性机械连接，大大方便了系统的总布置。

3.舒适性得到提高。在刚性转向系统中，路面不平和转向轮的不平衡，可以回传到转向轴，而柔性系统不能。

4.转向回正力矩能够通过软件依据驾驶员的要求进行调整。因此在不改变设计的情况下，可以个性化地适合特定的驾驶者和驾驶员环境，与转向有关的驾驶行为都可以通过软件来实现。

5.消除了碰撞事故中转向柱引起伤害驾驶员的可能性，不必设置转向防撞机构。

6.驾驶员腿部活动空间增加，出入更方便自由。

线控转向系统SBW将是EPS的未来发展方向，是未来的转向控制系统，能满足汽车对安全性（从汽车动态控制到防撞）和舒适性（从由电子高速公路控制的导航到自动驾驶系统）的更高要求。

信息来源：汽车与配件