汽車電動助力轉向系統

張明宇，段 燕

（牡丹江市道路運輸管理處，黑龍江 牡丹江 157000）

1 助力轉向系統概述

由于助力轉向系統具有轉向輕便和響應性好等優點。已經在汽車上廣泛使用。目前汽車配置的助力轉向系統可分為以下3類。

（1）機械式液壓助力轉向系統。機械式液壓助力轉向系統在汽車上的應用最為廣泛，系統的核心部件是機械液壓泵，液壓泵通過傳動皮帶由發動機驅動，屬于固定助力效果的助力轉向系統，其明顯的缺點是：轉向系統的助力效果在車速較低時能夠起到很好的作用，但是當車速不斷升高時，固定的助力效果會使轉向盤過于靈敏，不利于駕駛者對方向進行控制。

（2）電子液壓助力轉向系統。電子液壓助力轉向系統是機械式液壓助力的改進，通過電子控制技術在助力轉向系統上增加了車速感應式轉向功能，以實現車輛低速行駛時助力力矩大和高速行駛時助力力矩小的效果。缺點是結構過于復雜。

（3）電動助力轉向系統。電動助力轉向系統(Electric Power Steering，EPS)是在機械轉向系統的基礎上，將最新的電力電子技術和高性能的電機控制技術應用于汽車轉向系統，根據作用在轉向盤上的轉矩信號和車速信號，通過電子控制裝置使電機產生相應大小和方向的輔助力，協助駕駛員進行轉向操作，并獲得最佳轉向特性的伺服系統。EPS能顯著改善汽車動態性能和靜態性能，提高行駛中駕駛員的舒適性和安全性，減少環境的污染。因此，該系統一經提出，就受到許多大汽車公司的重視，并進行開發和研究，未來的轉向系統中電動助力轉向將成為轉向系統主流。

2 EPS的組成及工作原理

EPS的組成如圖l所示，主要控制方法如圖2所示。

圖1 EPS主要組成

圖2 EPS系統框圖

3 EPS系統的優勢

（1）降低了燃油消耗。在液壓動力轉向系統中液壓泵不停地運轉，浪費了部分能量。而EPS僅在需要轉向操作時電動機才運轉，并且，能量的消耗與轉向盤的轉向及當前的車速有關，是真正的“按需供能型”（on-demand）系統。裝有EPS的車輛和裝有液壓助力轉向系統的車輛對比實驗表明，在不轉向情況下，裝有EPS的車輛燃油消耗降低2.5%，在使用轉向情況下，燃油消耗降低了5.5%。

（2）增強了轉向跟隨性。在電動助力轉向系統中，電動機與助力機構直接相連可以使其能量直接用于車輪的轉向。該系統利用慣性減振器的作用，使車輪的反轉和轉向前輪擺振大大減小，因此轉向系統的抗擾動能力大大增強，和液壓助力轉向系統相比，旋轉力矩產生于電動機，沒有液壓助力系統的轉向遲滯效應，增強了轉向車輪對轉向盤的跟隨性能。

（3）改善了轉向回正特性。在EPS控制單元中存儲了一簇從最低車速到最高車速的回正特性曲線，使得該系統與車輛動態性能相匹配的轉向回正特性得到顯著的提高。而在傳統的液壓控制系統中，要改善這種特性必須改造底盤的機械結構，實現起來有一定困難。

（4）提高了操縱穩定性。采用EPS的車輛，給高速行駛(例如100km／h)的汽車一個過度的轉角迫使它側傾，在短時間的自回正過程中，由于采用了微機控制，使得汽車具有更高的穩定性，駕駛員有更舒適的感覺。

（5）提供可變的轉向助力。電動助力轉向系統的轉向力來自于電動機，通過軟件編程和硬件控制，可得到覆蓋整個車速的可變轉向力。對于傳統的液壓系統，可變轉向力矩獲得非常困難而且費用很高，要想獲得可變轉向力矩，必須增加額外的控制器和其它硬件。

（6）采用了“綠色能源”。適應現代汽車的要求，電動助力轉向系統使用“最干凈”的電力作為能源，完全取消了液壓裝置，不存在液壓助力轉向系統中液態油的泄漏問題，順應了“綠色化”的時代趨勢。

4 EPS系統的應用及生產

20世紀90年代初期，日本鈴木、三菱、本田、美國TRW(天合)、Delphi Saginaw(薩吉諾)公司和德國Z F公司相繼推出各自的電動助力轉向系統。雖然有多種產品，但是控制原理是相似的，只是結構上的不同，主要分為轉向柱式、齒輪式、齒條式、循環球式等結構。使用該技術的常見車型和電動助力轉向系統的制造商見表1，目前國內已經能夠獨立生產和開發組成系統的主要部件的單位見表2。

表1 使用EPS的常見車型及其制造商

表2 國內能生產和開發EPS主要部件的單位

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