電動液壓助力轉向系統（EHPS）應用及發展

摘 要：對轉向系統的發展做了簡要回顧，在對汽車電液助力轉向原理的分析基礎上，闡述了汽車電動液壓助力轉向系統的技術應用現狀和發展前景。

關鍵詞：電動；液壓助力轉向；系統

1 轉向系統概述

隨著工業技術的發展，汽車技術也與時俱進。轉向系統作為汽車重要的零部件，從純機械手動驅動到動力液壓驅動和電子控制液壓驅動，再到電動助力機械驅動。助力轉向性能日益提高，滿足了消費者追求安全、舒適、輕便的駕駛需求。但現階段由于EHPS技術成熟，成本比EPS低，較HPS有更優越的轉向感和節能環保，現階段EHPS具備較大的市場潛力。

1.1 機械式轉向（MS）

機械式轉向系統采用純粹的機械解決方案。為了產生足夠大的轉向扭矩，方向盤轉動的圈數較多，方向盤直徑也較大，占用駕駛空間，駕駛員負擔較重。無需消耗發動機動力，路感最好，但是路面沖擊較大，駕駛員的負擔較重。目前，只在A0級轎車及微型商用車上應用。

1.2 液壓助力轉向（HPS）

為了減輕駕駛者的勞動強度，在機械轉向系統基礎上增加液壓加力裝置而形成了液壓助力轉向系統（Hydraulic Power System，簡稱HPS）?？梢酝ㄟ^調整扭桿剛度和轉向閥的曲線獲得不同的助力特性。目前乘用車中大部分車型都在用。

液壓轉向加力裝置由轉向油泵、轉向油管、轉向儲液罐以及位于轉向器內部的轉向控制閥及轉向動力油缸等組成。轉向器輸入軸帶動轉向器內部的轉向控制閥轉動，使轉向動力缸產生液壓作用力，幫助駕駛員操縱轉向。

液壓助力轉向系統減小了方向盤轉動的圈數，降低了轉向操縱力，提高了響應靈敏性。但是，助力不隨車速而變化，高速穩定感和低速輕便性之間作折衷；發動機怠速時需輸出額定流量；"常流式"系統，不轉向時，油泵仍在工作；附加燃油消耗增大；扭桿使轉向系統扭轉剛度降低，中間位置路感不明顯；油泵/油罐占用部分發動機倉空間。

1.3 電控液壓助力轉向（EHPS）

HPS只具有單一的助力特性曲線，且能量消耗大，為了克服這些缺點，在液壓助力轉向系統中增加了電子控制和執行元件，將車速信號引入到系統中，實現了車速感應型助力特性。這類系統稱為電動液壓助力轉向系統（Electric Hydraulic Power System，簡稱EHPS）。EHPS采用電動機驅動轉向泵，由于電機的轉速可以調整，從而可以降低部分能量消耗。圖1是典型EHPS的助力特性曲線。

圖2是電動液壓助力轉向的基本結構形式。轉向加力裝置由電動轉向油泵、轉向油管、轉向儲液罐以及位于轉向器內部的轉向控制閥及轉向動力油缸等組成。轉向器輸入軸帶動轉向器內部的轉向控制閥轉動，使轉向動力缸產生液壓作用力，根據不同的車速提供不同的助力，幫助駕駛員操縱轉向。

1、轉向管柱；2、動力轉向機；3、轉向油罐；4、轉向管路；5、電液轉向泵

EHPS系統通過ECU控制電機轉速來帶動電液泵工作，可以根據轉向需求提供多條助力特性曲線，實現了隨速助力功能，改變傳統液壓助力轉向系統單一助力特性，改善駕駛操縱性能，使助力平滑，手感好，解決傳統轉向系統中存在的方向盤擺振問題；通過將轉向泵與發動機的分離，解決轉向泵一直處于運轉狀態，能量損失嚴重的問題，降低能量消耗、保護環境；可以利用現有液壓動力轉向系統的基礎上改進，借助控制技術兼顧液壓助力和電動助力兩者的優點，有利于底盤電子控制方面的集成。

1.4 電動助力轉向

在機械轉向系統的基礎上，增加電動機、控制器和減速機構等相關零件，依靠電動機提供輔助轉向扭矩的動力轉向系統，成為電動助力轉向系統（Electric Power System，簡稱EPS）。

2 EHPS系統的應用現狀

EHPS從控制方式可以分為以下幾種類型：

其中，第（1）種和第（2）種類型是EHPS發展初期的控制方式，主要的控制目標都是將系統中的動力泄荷掉一部分以實現高速時減小助力，但這樣做的弊病就是浪費了動力，不利于車輛省油，而且，還有急轉彎反應遲鈍的缺點，需要安裝特別裝置才能解決，現在已很少采用。第（3）種油壓反饋控制式現在使用的比較普遍，其根據車速傳感器，控制反力室油壓，改變壓力油的輸入、輸出的增益幅度以控制操舵力。操舵力的變化量，按照控制的反饋壓力，在油壓反饋機構的容量范圍內可任意給出，急轉彎也沒問題。代表車型：馬自達2、馬自達3、凱旋、世嘉、307、C5、蒙迪歐致勝、福克斯。第（4）種閥特性控制式是根據車速控制電磁閥，直接改變動力轉向控制閥的油壓增益（閥靈敏度）以控制油壓的新方法。這種控制方式使來自油泵的供給流量沒有浪費，結構簡單，部件少、價格便宜，有較大的選擇操舵力的自由度，可獲得自然的操舵感和最佳的操舵特性。閥結構簡單，在傳統的液力轉向系統上不須做太多的改動就可實現。代表車型：新君威、新君越、凱迪拉克、寶馬、奔馳、保時捷、法拉利、阿斯頓·馬丁、布加迪威龍。

3 EHPS電機結構及工作原理

電機由含7塊永磁體的外置轉子和12股繞組的定子構成，其基本結構如圖3所示。

該電機含兩塊霍爾開關型位置傳感器，為ECU提供正確的位置信號以便換向。兩路傳感器的輸出信號間隔90°電角度，由于電機含7塊永磁體分布在一周，故根據計算，電機每轉過90°/7的機械角度，兩路霍爾信號改變一次狀態字。四相繞組對應四種霍爾狀態，每一相在正確的霍爾狀態下導通，電機就能夠正常運轉。

電機四相繞組按霍爾位置傳感器狀態逐次導通，其導通順序為：A-C-B-D。如圖4所示：當A相導通時，通過與A相繞組并繞的B相繞組續流，A相繞組的反電動勢經同名端于B相繞組產生相應反電動勢，當該反電動勢大于電機電源電壓12伏后電流經B相繞組的二極管續流。A相關斷后C相開始導通，隨后為B相和D相，其原理與A相類似。圖中AB兩相共用一個檢測電阻，CD兩相共用一個檢測電阻，檢測電阻值約10毫歐。

4 EHPS 發展前景

1989年，歐洲公司首先在液壓動力汽車中使用電子單元作為第一代EHPS系統。由于人們對EHPS系統節能的要求日益強烈，到了90年代，該系統發展到第二代，一個獨立的電子控制單元（ECU）首次產生，該系統對電機的速度進行控制，當沒有轉動方向盤時，減少液壓油流量，從而降低能耗。隨著電子控制技術的發展，有KOYO、TRW推出了第三代EHPS系統，該系統集成了ECU與無刷電機，提高了電機的效率，并根據轉向角速度傳感器和車速傳感器的信號，對電機速度的控制更加精確，進一步降低了能耗，同時在轉向輕便性和路感方面能夠很好的調和。通用的"MAGNASTEER磁力輔助轉向系統"通過智能電磁控制來調節輔助力大小的技術，為傳統的機械液壓助力轉向系統帶來革命性的突破。磁力輔助轉向可以通過對車速和方向盤操控速度的監測，自動調節助力的大小，轉向助力效果有了60%以上的提升。電動助力轉向系統（EPS）雖然和磁力輔助一樣，能在不同車速下提供不同的助力特性，但磁力輔助系統沒有拋棄齒輪齒條式的機械轉向機構，所以其呈現的彎道循跡性，以及清晰的路感卻是完全數字虛擬的電動助力轉向系統（EPS）所無法比擬的。并且磁力輔助轉向可變范圍相比電動助力轉向系統（EPS）電子阻力要更寬廣一些，使得中低速以及高速狀態下，阻力變化平穩有序。正因為有這套助力轉向系統，使得新君威隨速可變轉向特性（就是方向盤隨著速度的變化，轉向力道也發生變化）在中級車中表現的最明顯，方向盤在低速時輕盈靈敏，高速時異常穩健厚重、給人很強的安全感。

5 結束語

綜上所述，電液助力轉向系統具有優良的操縱輕便性和穩定性，助力特性隨汽車行駛速度的變化而變化，是EHSP的最大優點。隨著EHPS關鍵技術的發展，EHPS的性能將更加完善。同時，EHPS與電磁系統結合，可以提高整車的操縱穩定性，是汽車底盤電子技術的發展趨勢。

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作者簡介：陳陣，性別男，民族漢，籍貫，學歷本科，職稱：申請中級工程師，現工作單位：廣州汽車集團股份有限公司汽車工程研究院 ，研究方向：底盤。