何琳

摘要：隨著汽車安全性、舒適性、節(jié)能性和環(huán)保性要求的提高，電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)在汽車中得到廣泛應(yīng)用。為了解決新車開(kāi)發(fā)早期電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的選擇和設(shè)計(jì)問(wèn)題，分析了不同類型和結(jié)構(gòu)電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的特點(diǎn)和應(yīng)用，闡述了電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)和發(fā)展趨勢(shì)。

關(guān)鍵詞：汽車；轉(zhuǎn)向系統(tǒng)；電動(dòng)助力

汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)大致經(jīng)歷了無(wú)助力的純機(jī)械轉(zhuǎn)向（MS）、有液壓助力的液壓助力轉(zhuǎn)向（HPS）、隨車速改變助力大小的電控液壓助力轉(zhuǎn)向（ECHPS）、由電動(dòng)機(jī)直接驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)向油泵的電動(dòng)液壓助力轉(zhuǎn)向（EHPS）、純粹靠電動(dòng)機(jī)提供助力的電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向（EPS）、可變傳動(dòng)比轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（VGRS）等發(fā)展歷程。專家們預(yù)測(cè)，未來(lái)汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)是線控轉(zhuǎn)向（SBW），即取消方向盤與轉(zhuǎn)向車輪之間原有的機(jī)械連接，而改用控制信號(hào)代替的一種電動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。本文探討EPS的發(fā)展及原理等。

1電動(dòng)助力式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)概述

電動(dòng)助力式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是轉(zhuǎn)向系統(tǒng)發(fā)展中一項(xiàng)重要的技術(shù)。它將電子技術(shù)與汽車機(jī)械技術(shù)良好地結(jié)合，完成了許多以前看來(lái)不可能的任務(wù)，例如簡(jiǎn)化系統(tǒng)、性能優(yōu)良、側(cè)面影響小和花費(fèi)低，是一種直接依靠電力、不需要液壓系統(tǒng)就能提供輔助扭矩的助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要由扭矩傳感器、轉(zhuǎn)角傳感器、車速傳（可與其它系統(tǒng)共用）、電動(dòng)機(jī)、減速機(jī)構(gòu)和電子控制單元ECU等組成，助力大小由ECU控制。裝在轉(zhuǎn)向器上的轉(zhuǎn)角傳感器和扭矩傳感器測(cè)得轉(zhuǎn)向盤的角位移和作用于其上的力矩，ECU根據(jù)這2個(gè)信號(hào)，并結(jié)合車速信息，按照一定的算法，控制電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生相應(yīng)的力矩，來(lái)輔助駕駛員轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)向盤。

2 EPS的工作原理及分類

2.1基本結(jié)構(gòu)與工作原理

EPS是一種直接依靠電機(jī)提供輔助扭矩的動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。不同類型的EPS基本原理是相同的：扭矩傳感器與轉(zhuǎn)向軸（小齒輪軸）連接一起，當(dāng)轉(zhuǎn)向軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，扭矩傳感器開(kāi)始工作，把輸入軸和輸出軸在扭桿作用下產(chǎn)生的相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)位移變成電信號(hào)傳給ECU，ECU根據(jù)車速傳感器和扭矩傳感器的信號(hào)決定電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向和助力電流的大小，從而完成實(shí)時(shí)控制助力轉(zhuǎn)向。

2.2 EPS的分類

根據(jù)電動(dòng)機(jī)安裝位置不同可將EPS分為三類：轉(zhuǎn)向柱助力式、齒輪助力式、齒條助力式。轉(zhuǎn)向柱助力式EPS的電動(dòng)機(jī)固定在轉(zhuǎn)向柱一側(cè)，通過(guò)減速機(jī)構(gòu)與轉(zhuǎn)向軸相連，直接驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)向軸轉(zhuǎn)向。齒輪助力式EPS的電動(dòng)機(jī)和減速機(jī)構(gòu)與小齒輪相連，直驅(qū)動(dòng)齒輪轉(zhuǎn)向。齒條助力式EPS的電動(dòng)機(jī)和減速機(jī)構(gòu)安裝在齒條處直接驅(qū)動(dòng)齒條提供助力。

3 EPS的特點(diǎn)

（1）具有隨車速變化的最佳助力效果。將不同車輛的助力特性曲線做成數(shù)據(jù)表格存入ECU的ROM，工作時(shí)，ECU根據(jù)扭矩和車速信號(hào)快速查閱該表，得出電動(dòng)機(jī)所需助力電流，加以修正后得目標(biāo)電流，用來(lái)控制電動(dòng)機(jī)的助力大小，且由電流傳感器進(jìn)行反饋控制，控制效果精確。二次設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)時(shí)，只需修改程序，就能滿足新的要求，所以可大大縮短研發(fā)周期。

（2）節(jié)約能源，保護(hù)環(huán)境。EPS是按需工作型的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，電動(dòng)機(jī)只在需要時(shí)才工作。由于沒(méi)有液壓回路，與EHPS相比，EPS避免了液壓損失、泄漏和液壓油對(duì)環(huán)境的污染，其節(jié)能性能、環(huán)保性能都比EHPS好。

（3）零件簡(jiǎn)化。只靠電動(dòng)機(jī)直接提供助力，取消了油泵、皮帶、皮帶輪、液壓管路、液壓油和密封件等，可靠性增加。沒(méi)有液壓油，且低溫工作性能好。電氣元件的檢測(cè)維修、更換方便。

（4）EPS采用機(jī)械連接，路感真實(shí)、直接、可靠，系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，機(jī)械部分仍能可靠操縱轉(zhuǎn)向，不需要另設(shè)計(jì)一套應(yīng)急轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。但汽車碰撞時(shí)，方向盤對(duì)駕駛員的傷害較大，且一般的EPS都沒(méi)有改變轉(zhuǎn)向傳動(dòng)比，沒(méi)有解決低速時(shí)轉(zhuǎn)向靈活性、機(jī)動(dòng)性（要求傳動(dòng)比?。┡c高速時(shí)方向穩(wěn)定性、安全性（要求傳動(dòng)比大）的矛盾。

4 EPS的關(guān)鍵技術(shù)

4.1控制器硬件開(kāi)發(fā)

控制器是EPS系統(tǒng)核心部件，控制器硬件直接影響到汽車EPS系統(tǒng)可靠性和汽車安全。EPS控制器對(duì)工作環(huán)境要求較高，尤其是布置在發(fā)動(dòng)機(jī)艙內(nèi)的控制器必須保證在-40～130℃甚至更高的溫度下穩(wěn)定工作；同時(shí)控制器要求具有較高的密封和振動(dòng)特性；另外，EPS在工作的過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生較大的電流突變，并且EPS工作在較高電磁干擾環(huán)境.

4.2控制策略開(kāi)發(fā)

EPS系統(tǒng)是一個(gè)非線性和多輸入多輸出控制系統(tǒng)，其控制策略設(shè)計(jì)要求：1）對(duì)駕駛員操縱扭矩快速精確跟蹤，實(shí)現(xiàn)基本助力特性；2）良好的路感；3）有效抑制助力電機(jī)扭矩波動(dòng)；4）減小路面干擾和傳動(dòng)系誤差等對(duì)系統(tǒng)性能的影響；5）控制系統(tǒng)的魯棒性。

4.3助力電機(jī)

助力電機(jī)對(duì)EPS性能影響很大，是EPS的關(guān)鍵部件之一，所以EPS對(duì)助力電機(jī)有很高的要求。隨著EPS逐漸在中高級(jí)轎車上的運(yùn)用，要求助力電機(jī)具備低轉(zhuǎn)速大扭矩、慣量小、扭矩波動(dòng)小、體積小及噪聲小等性能要求.

4.4減速傳動(dòng)機(jī)構(gòu)

助力電機(jī)為高速低扭矩輸出，因此EPS必須對(duì)其進(jìn)行減速增扭處理。目前EPS中常見(jiàn)的減速機(jī)構(gòu)為蝸輪蝸桿，蝸輪蝸桿減速機(jī)構(gòu)由于其體積小和減速比大，在EPS上得到廣泛運(yùn)用，但其傳動(dòng)效率較低和磨損嚴(yán)重等因素成為影響EPS性能的重要因素.

5 EPS未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)

（1）控制性能的加強(qiáng)。EPS能否獲得滿意的性能，除了應(yīng)有好的硬件保證外，還必須有良好的控制軟件做支撐。隨著智能控制技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，智能控制技術(shù)必將應(yīng)用于EPS的開(kāi)發(fā)。

（2）合理助力特性的確定。助力特性的好壞取決于轉(zhuǎn)向的輕便性和路感。對(duì)于路感問(wèn)題國(guó)內(nèi)外還沒(méi)有成熟的理論研究結(jié)果，研究手段還以試驗(yàn)為主。

（3）電動(dòng)機(jī)性能的改善。電動(dòng)機(jī)的性能是影響控制系統(tǒng)性能的主要因素，電動(dòng)機(jī)本身的性能及其與EPS的匹配都將影響轉(zhuǎn)向操縱力、轉(zhuǎn)向路感等重要問(wèn)題。

（4）系統(tǒng)可靠性的提高。EPS通過(guò)采用電動(dòng)機(jī)和計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，部分地將轉(zhuǎn)向操作獨(dú)立于駕駛員的控制.

6結(jié)束語(yǔ)

電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的應(yīng)用已經(jīng)成為助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的一個(gè)轉(zhuǎn)折點(diǎn)和總趨勢(shì)。以電力為驅(qū)動(dòng)輔助力的能源，完全避免了傳統(tǒng)助力系統(tǒng)和電控液壓助力系統(tǒng)的缺點(diǎn)，符合“綠色、環(huán)保、熟練”的時(shí)代潮流，必將成為未來(lái)助力系統(tǒng)發(fā)展的中流砥柱。

參考文獻(xiàn)：

[1]唐子雷，李偉.汽車電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向電子控制系統(tǒng)的研究[J].機(jī)械管理開(kāi)發(fā)，2007，S1：10-12.

[2]左麗，李夏青，吳文江.電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)穩(wěn)定性分析[J].北京汽車，2006，03：20-23.

（作者單位：奇瑞商用車（安徽）有限公司）