淺談汽車電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)

蔣玲　蘇婷　朱虹

摘要：汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是汽車上的主要結(jié)構(gòu)之一，本文包括了目前熱門的電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的簡介，與傳統(tǒng)的液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)相比的優(yōu)點，分類和工作原理并對其發(fā)展?fàn)顩r、未來發(fā)展趨勢做了簡要概述分析。

關(guān)鍵詞：電動助力轉(zhuǎn)向；原理；發(fā)展

汽車上的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是一個專門用于改變或保持汽車行駛方向的機(jī)構(gòu)，它能夠根據(jù)駕駛員的意圖改變和保持汽車的行駛方向。隨著當(dāng)今電子技術(shù)的不斷發(fā)展和汽車工業(yè)水平的提高，為了更好的解決汽車在泊車和低速行駛時駕駛員的轉(zhuǎn)向操縱負(fù)擔(dān)過于沉重的問題以及兼顧車輛低速時的轉(zhuǎn)向輕便性和高速時的轉(zhuǎn)向穩(wěn)定性，汽車電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)便逐漸誕生。

1.何為電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)

汽車電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（簡稱EPS）是利用電動機(jī)作為動力源，根據(jù)汽車的車速和轉(zhuǎn)向參數(shù)等相關(guān)數(shù)據(jù)，由電子控制單元（ECU）完成控制的一種轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。它直接依靠電機(jī)為其提供輔助扭矩并以之作為動力。電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的主要部件包括有扭矩傳感器、車速傳感器、電動機(jī)、減速機(jī)構(gòu)和電子控制單元（ECU）、轉(zhuǎn)向軸、轉(zhuǎn)向器等。

2.電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的優(yōu)點

電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)與液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（簡稱HPS）相比，具有很多優(yōu)點。EPS系統(tǒng)的優(yōu)勢主要在以下幾個方面中體現(xiàn)：

助力性能好。它能夠在汽車處于任何工況下為其提供最佳助力，改善汽車的轉(zhuǎn)向特性，并通過減輕汽車低速行駛的轉(zhuǎn)向操縱力和高速行駛的轉(zhuǎn)向穩(wěn)定性來提高汽車的主動安全性。

布置簡單。與液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)相比省去了液壓動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)許多必需的部件，如：動力轉(zhuǎn)向油泵、液壓油、軟管、傳送帶和裝于發(fā)動機(jī)上的皮帶輪等，相比較于HPS，整個EPS系統(tǒng)零部件數(shù)目少，且EPS的主要部件均可以組合在一起，易于裝配安裝，使汽車的布置變得更加簡單。

回正特性好。EPS系統(tǒng)中的內(nèi)部阻力較小，其回正性好，因此可以使汽車擁有最佳的轉(zhuǎn)向回正特性從而來改善汽車的操縱穩(wěn)定性。④效率高且耗能少。EPS系統(tǒng)是機(jī)械和電動機(jī)直接相連的一個系統(tǒng)，整個系統(tǒng)的效率高，且EPS系統(tǒng)不是隨時隨刻都在供能，僅在需要的時候才供能，使燃油消耗率的增加量相較于HPS系統(tǒng)的更少，其耗能少。⑤能夠獨立于發(fā)動機(jī)工作。EPS系統(tǒng)的能源原件是電池，動力原件是電動機(jī)，EPS系統(tǒng)只要在電池電量充足的條件下便可以正常工作，而與發(fā)動機(jī)的工作狀況與好壞無關(guān)。⑥環(huán)保，對環(huán)境污染小。⑦能夠在不改變系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的前提下，通過改變系統(tǒng)的控制策略以及編程來改變整個系統(tǒng)的功能，從而能夠滿足更多不同型號的汽車的要求，適用范圍更廣。

3.電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的分類

電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)根據(jù)助力的施加位置和機(jī)械結(jié)構(gòu)的不同，可以分為管柱助力式（CEPS）、小齒輪助力式（PEPS）、雙小齒輪助力式（DEPS）以及滾珠絲杠助力式（APA-EPS）這四種類型。管柱助力式和小齒輪助力式的主要區(qū)別在于助力電機(jī)的安裝位置，助力電機(jī)安裝在轉(zhuǎn)向管柱上時即為管柱助力式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，而當(dāng)助力電機(jī)安裝在轉(zhuǎn)向小齒輪附近時則為小齒輪助力式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。雙小齒輪助力式以及滾珠絲杠助力式的主要區(qū)別則在于機(jī)械結(jié)構(gòu)的不同，雙小齒輪助力式即在小齒輪式的基礎(chǔ)上增加了一對齒輪齒條嚙合副，滾珠絲杠助力式采用的則是滾珠絲杠嚙合副。

4.電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的原理

雖然電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)根據(jù)安裝位置和機(jī)械結(jié)構(gòu)能分為四大類型，但是它們的工作原理大致相同，其工作原理為：汽車行駛時，方向盤在駕駛員的控制下轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)矩傳感器和轉(zhuǎn)向軸相連將所測的轉(zhuǎn)向軸上的轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)變?yōu)橐浑妷盒盘枺瑫r車速傳感器將汽車車速變?yōu)殡妷盒盘枺@兩路電信號通過電路傳輸?shù)诫娮涌刂茊卧?，即ECU之中，在ECU中含有相應(yīng)的程序和算法將輸入信號進(jìn)行處理和運算，再輸出一個合適的電流，該電流可以控制電動機(jī)和離合器，再通過轉(zhuǎn)向器將該轉(zhuǎn)矩施加到汽車的轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)上，從而對汽車的轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)實現(xiàn)控制。電流值的大小是根據(jù)實時輸入信號在ECU中通過運算處理而得到的，所以不同的時刻會輸出有不同的電流值，從而實現(xiàn)了對汽車轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的一個實時控制。5電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的發(fā)展概述

電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是由機(jī)械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)和液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)以及電動液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)逐漸發(fā)展而來的，它的出現(xiàn)引發(fā)了一場汽車電動轉(zhuǎn)向技術(shù)的革命。電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)最早是由日本鈴木汽車公司開發(fā)并裝備于微型轎車上，隨后，本田汽車是第一個將電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)作為標(biāo)準(zhǔn)裝備配置在高級運動跑車上的汽車廠家。由于電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)所具有的優(yōu)點，它已經(jīng)被整個汽車行業(yè)越來越廣泛地投入到汽車的生產(chǎn)使用中來。不管是在國內(nèi)外，EPS均有不同的發(fā)展。在國外，從車型上來說，電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)正在從微型汽車向高級汽車以及商用車方面發(fā)展；從助力范圍來說，電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)正在從低速范圍內(nèi)的助力逐漸向全范圍的助力轉(zhuǎn)向方面發(fā)展。在國內(nèi)，目前主要針對的還是微型轎車的轉(zhuǎn)向柱助力型轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，國內(nèi)的各大高校以及相關(guān)廠商均針對這方面進(jìn)行了相關(guān)的研究。在整個汽車行業(yè)之中，電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)已經(jīng)逐漸成為汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)發(fā)展的主流。隨著其在汽車行業(yè)之中越來越普遍的運用，新時代對于汽車的電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)也有了更高的要求。其未來發(fā)展大致有兩個趨勢：提高EPS的系統(tǒng)控制性能和降低EPS系統(tǒng)成本。在原有的電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，世界各國正在致力于研究更加具有優(yōu)勢的新一代電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，即線控電動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠完全的實現(xiàn)電力技術(shù)對轉(zhuǎn)向的控制，不再需要轉(zhuǎn)向車輪與轉(zhuǎn)向盤的機(jī)械連接，是當(dāng)前電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的升級版。

6.結(jié)語

綜前所述，汽車電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的發(fā)展是當(dāng)代汽車行業(yè)發(fā)展的必然趨勢，將汽車變得更加電子化，智能化。它能夠根據(jù)汽車每時每刻的狀態(tài)對其轉(zhuǎn)向進(jìn)行實時控制，使汽車的操縱穩(wěn)定性、安全舒適性、環(huán)保節(jié)能等方面得到了很大的改善并發(fā)揮出了相應(yīng)的優(yōu)勢。目前世界各國對于汽車電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的研究仍在繼續(xù)探索中，尋找更大的突破。本文對電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的研究還存在不足之處，僅供參考。