电动助力转向系统介绍

电动助力转向系统

1、功能原理

汽车电动助力转向（EPS）系统是在机械式转向系统的基础上加装电动机驱动单元构成的。其主要的是提供助力、改善汽车转向性能、协助驾驶员完成转向操作。

2、组成具体组成原理详细

EPS系统由扭矩传感器、车速传感器、电自控制单元（ECU）、助力电动机及减速机构等。

○1扭矩传感器，又称转向传感器，其作用是测定方向盘与转向器之间的相对扭矩，并转化为电信号传递给ECU。

○电动机，其功能是根据ECU的相关指令，输出适宜的转向助力矩，是EPS系统的动力源。

○减速机构，接收电动机的转矩，经减速增矩后传递给转向轴、小齿轮或齿条。

○ECU，是EPS系统的控制中心，根据扭矩传感器和车速传感器的信号进行逻辑分析与计算并发出指令，控制电动机和离合器。

3、基本工作过程

汽车转向时，扭矩传感器和车速传感器将检测到的扭矩、方向信号及车速信号传递给ECU，ECU根据扭矩传感器的信号和车速传感器的信号确定电动机扭矩的大小和方向，电动机再通过离合器、减速机构等把此扭矩传递给扭杆，最终起到为驾驶员提供转向助力的效果，使汽车转向更轻便。车速越低转向助力越大，车速越高转向助力越小。当车速大于一定值时，取消助力，将直流电动机反接制动，目的是在汽车高速行驶时增加操作方向盘的手感，保证行驶安全。

4、EPS系统的控制方式

○助力控制：

助力控制是EPS的基本控制模式，包括汽车原地转向助力控制和动态转向助力

控制两个方面。

○回正控制：

回正控制的目的是使方向盘能够更快、更准地回到中位，避免方向盘产生不必要的抖动。

○阻尼控制：

阻尼控制是为了提高汽车高速行驶时的转向稳定性的一种控制模式。

5、EPS的优点

○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。

○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。

○改善了转向回正特性

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。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

○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。

○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。

○系统结构简单，占用空间小，布置方便，性能优越

6、EPS技术国内外研究现状及发展趋势

从EPS控制策略的发展趋势来看，今后控制信号将不再仅仅依靠车速与扭矩信号，而是根据转向角、转向速度、横向加速度、前轴重力等多种信号进行与汽车特性相吻合的综合控制，以获得更好的转向路感。目前已经开始这方面的研究。

从国内外的研究来看，EPS今后的研究主要集中在以下几方面：

(1)EPS助力控制策略。助力控制是在转向过程中为减轻转向盘的操纵力，通过减速机构把助力电机的力矩作用到机械转向系上的一种基本控制模式。助力控制策略的主要目的是根据转向助力特性曲线确定助力电动机的助力大小，辅助驾驶员实现汽车转向。控制策略是EPS研究的重点。

(2)系统匹配技术。助力特性的匹配、电机及减速机构的匹配、传感器的匹配以及EPS 系统与其它子系统进行匹配，是使整车性能达到最优的关键。

(3)可靠性。转向系统是驾乘人员的“生命线”之一，必须保证高度可靠性。EPS除了应有良好的硬件保证外，还需要良好的软件做支撑，因此对 EPS的可靠性提出了很高的要求。

电动助力转向系统经过近二十多年的发展，技术日趋成熟，其应用范围从最初的前轴负荷较小的转向柱助力式EPS微型轿车向前轴负荷较大的大型轿车、商用客车、货车方向发展，EPS系统的助力形式也由低速、转向柱助力型向全速、齿条助力型发展。

由于技术、制造和维修成本等原因，目前汽车转向系统仍以液压助力的HPS(包括 ECHPS、EHPS)为主。线控转向系统由于成本高以及现有法规限制等原因，在近期很难在车辆上装配。EPS具有节能与环保等诸多优点，EPS取代HPS是今后一段时间内汽车转向系统发展的趋势。

7、EPS的关键技术

电动助力转向系统的关键技术主要包括硬件和软件两个方面。

硬件技术主要涉及传感器、电机和ECU。传感器是整个系统的信号源，其精度和可靠性十分重要。电机是整个系统的执行器，电机性能好坏决定了系统的表现。ECU是整个系统的运算中心，因此ECU的性能和可靠性至关重要。

软件技术主要包括控制策略和故障诊断与保护程序两个部分。控制策略用来决定电机的目标电流，并跟踪该电流，使得电机输出相应的助力矩。故障诊断与保护程序用来监控系统的运行，并在必要时发出警报和实施一定的保护措施。