浅谈汽车电动助力转向系统

　　摘要：电动助力转向系统是一种用于汽车的全新辅助 转向系统，它的合理应用能发挥出过去所有辅助转向系统都无法实现的效果及对汽车实时车速的灵敏 感应，而且其控制单元作为系统核心部件之一，还 可以以汽车行驶速度、转入轴力矩等为依据判断是 否需要提供助力，以及提供助力时需要提供多少助 力。当前的电动助力转向系统已经达到相对成熟的 水平，大有取代传统液压转向系统之势，不仅和当 今汽车行业主题相适应，而且还能更好地迎合未来 汽车的发展要求。

　　关键词：汽车;转向系统;电动助力

　　汽车转向系统大致经历了无助力的纯机械转向(MS)、有液压助力的液压助力转向(HPS)、随车速改变助力大小的电控液压助力转向(ECHPS)、由电动机直接驱动转向油泵的电动液压助力转向(EHPS)、纯粹靠电动机提供助力的电动助力转向(EPS)、可变传动比转向系统(VGRS)等发展历程。专家们预测，未来汽车转向系统的发展趋势是线控转向(SBW)，即取消方向盘与转向车轮之间原有的机械连接，而改用控制信号代替的一种电动转向系统。

　　1电动助力式转向系统概述

　　电动助力式转向系统是转向系统发展中一项重要的技术。它将电子技术与汽车机械技术良好地结合，完成了许多以前看来不可能的任务，例如简化系统、性能优良、侧面影响小和花费低，是一种直接依靠电力、不需要液压系统就能提供辅助扭矩的助力转向系统。该系统主要由扭矩传感器、转角传感器、车速传(可与其它系统共用)、电动机、减速机构和电子控制单元ECU等组成，助力大小由ECU控制。装在转向器上的转角传感器和扭矩传感器测得转向盘的角位移和作用于其上的力矩，ECU根据这2个信号，并结合车速信息，按照一定的算法，控制电动机产生相应的力矩，来辅助驾驶员转动转向盘。

　　2 EPS的工作原理及分类

　　2.1基本结构与工作原理

　　EPS是一种直接依靠电机提供辅助扭矩的动力转向系统。不同类型的EPS基本原理是相同的：扭矩传感器与转向轴(小齿轮轴)连接一起，当转向轴转动时，扭矩传感器开始工作，把输入轴和输出轴在扭杆作用下产生的相对转动位移变成电信号传给ECU，ECU根据车速传感器和扭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。

　　2.2 EPS的分类

　　根据电动机安装位置不同可将EPS分为三类：转向柱助力式、齿轮助力式、齿条助力式。转向柱助力式EPS的电动机固定在转向柱一侧，通过减速机构与转向轴相连，直接驱动转向轴转向。齿轮助力式EPS的电动机和减速机构与小齿轮相连，直驱动齿轮转向。齿条助力式EPS的电动机和减速机构安装在齿条处直接驱动齿条提供助力。

　　3 汽车电动助力转向系统关键部件

　　3.1 传感器

　　(1)扭矩传感器。对汽车驾驶员在转入轴上 的作用力方向及大小进行测量，并得出转入轴转向 及大小。(2)车速传感器。对汽车实际行驶速度 进行测量。以上信号均为系统控制信号。对扭矩测 量系统而言，其不仅原理十分复杂，而且成本很 高，所以使用高精确度、稳定可靠且成本合理的传 感器直接关系到系统是否可以在市场中占据理想地 位，是必须予以高度重视的因素。就目前来看，汽 车电动助力转向系统应用的传感器以电位计式为 主，在正常情况下能对两种相互独立的信号进行输 出：第一种为主信号，第二种为副信号。其中，副信号在被控制单元接收后对所得主信号正确与否进 行检查判断。

　　一般可用于汽车电动助力转向系统的主要有以下三种扭矩传感器：(1)摆动杆式。它通过对因 转向器小齿轮轴反作用力矩而产生的摆杆实际位移 量的测量来获得转向力矩。(2)双行星齿轮式。 它通过对和扭杆直接连接的行星齿轮存在的相对位 移的准确测量来获得转向力矩。对扭杆而言，它一 般都处在输入、输出轴之间，所以齿轮机构在发 挥自身作用的同时还具有类似减速机构的功能。 (3)扭杆式。它通过对输入、输出轴之间存在的 相对位移的准确测量来获得转向力矩。 从扭矩传感器的结构角度讲，其感应部分由线 圈与滑套组成。采用轴助力措施的转向系统，其转 向轴在中间部分直接断开，上、下分别是输入轴和 输出轴，两者采用扭杆进行连接。滑套处于输出轴 的外部，固定于扭杆上部导向销插入传感器滑套的 斜槽当中，其中的导向销不仅能随着输出轴同时进 行转动，而且还能在斜槽上进行上下移动。如果路 面给车轮施加的阻力相对较小，则驾驶员转动转入 轴之后，输出轴与滑套将同时发生转动，此时的滑 套并不会进行上下移动;而如果路面给车轮施加的 阻力相对较大，则转向力矩会明显提高，扭杆产生 扭转，此时输出轴转角与输入轴转角并不相同，使 滑套转角也不同于导向销实际转角，在导向销的作 用下，滑套开始进行上下移动。在这种情况下，处 于滑套外部的线圈，即可对运动方向与大小进行检 测，最后获取转矩信息。

　　3.2 电动机

　　系统中电动机的作用在于以电子控制单元输出 的指令为依据输出相应的驱动扭矩，它是整个转向 系统的动力源。目前，都以无刷永磁式直流电动机 为主。对转向系统工作性能而言，电动机会造成较 大的影响，属系统关键部件。同样，转向系统对电 动机也提出了极高的要求，除了要满足大扭矩、低 转速、小波动、小体积和轻质量的要求，还应尽可 能的稳定可靠，且容易进行控制。

　　3.3 减速机构

　　转向系统减速机构和电动机直接相连，具有降 低速度和增加扭矩的功能。常用的减速机构主要为

　　蜗轮蜗杆式或行星齿轮式。某些转向系统还引入了 离合器，安装于减速机构的其中一侧，通过这样的 处理，能使转向系统仅在预设车速情况下发挥助力 作用。在汽车行驶速度达到某个特定值后，转向系 统中的离合器发生分离，使电动机暂停运行，切换 至手动转向。除此之外，如果系统中的电动机工作异常，则离合器将对其进行分离。

　　4汽车电动助力转向系统的优势

　　4.1提高了汽车的操纵性能

　　汽车在行使过程中应用到电动助力转向系统，可以提供给驾驶员行使时的助力保障，即汽车电动助力转向系统可以提供多种有效预防各种不同行使路况，为其驾驶员提供最有效的助力，避免由于路面不平导致的产生转向系统的难题。同时还能减轻以及改善其汽车转向性能，提高驾驶员操纵稳定性以及轻便灵敏性。

　　4.2质量轻便结构紧凑

　　电力助力转向系统利用电动机作为直接能源提供转向助力，并进一步将转向助力作用到汽车停车环节，为其提供最大程度的转向动力，不仅如此，电力助力转向系统还将原有液压动力转向系统中必备的某些部件舍弃，最大限度将整个助力转向系统质量变得更加轻薄，结构更加紧密。当然舍弃这些不必要的元件，就可以将其配件自由安装到各个位置中，提升器装配自动化程度，方面其工作人员的维修。而且电力助力转向系统也可以在低温环境中工作，排除温度影响汽车行使问题。

　　4.3提高燃油经济性，减少环境污染

　　电力助力转向系统可以避免其液压动力转向系统中液压泵工作时流动浪费掉的液压油能量。相对电力助力转向系统仅仅是在操作过程中利用电机能量，是按需供能型节能系统。即在不转动情况下，应用其电动转向系统的汽车的燃油消耗降低率可以达到百分之二点五，而转动情况下，应用其电动转向系统的汽车的燃油消耗降低率可以达到百分之五点五 。

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　　5结语

　　本文就汽车电动助力转向系统分析，结合引言、电动助力转向系统的概述、汽车电动助力转向系统的优势、电动助力转向系统的发展分析，全面贯彻其汽车驾驶员应用汽车电动助力转向系统，增加其行使过程中的转向操作能力。

　　参考文献

　　[1] 王虎，许晓楠.汽车电动助力转向系统选型研究 [J].汽车实用技术，2017，(15).

　　[2] 蔡祥熙.汽车电动助力转向电机过热失效问题分析及 优化[J].车辆与动力技术，2017，(2).

　　[3] 敖德根，米根锁.基于多变化转矩的汽车电动助力转 向电机电流跟踪控制[J].电机与控制应用，2017， (3)

　　作者：甄书环 王毅