基于汽車電動助力轉向系統的原理研究

楊志財

摘 要：電動助力轉向系統具有節能環保的優點，而且能夠與整車交互實現高級駕駛輔助功能，是目前汽車研究發展的主要方向之一。本文敘述了汽車電動助力轉向（EPS）系統的組成，重點介紹了EPS系統的結構及工作原理，討論了EPS系統的控制方式，展望了EPS系統的發展趨勢。

關鍵詞：EPS系統;工作原理;未來趨勢

隨著科技的進步，各類汽車產品的更新迭代，汽車轉向系統取得了不錯的成就。生活品質的提升使得人們越來越注重汽車的安全性、舒適性、便捷性和可靠性。而汽車轉向系統作為汽車主動安全性能的一個代表性操作系統，更是行車安全中的重中之重。所以，我們對汽車轉向系統的研究是十分有必要的。汽車轉向系統性能優劣，是衡量一輛汽車的主動安全性能優劣的重要指標，怎樣提升汽車的轉向性能和操縱穩定性，是現今有關車輛轉向的重要研究課題。在汽車行駛過程中，電動助力轉向系統（EPS）能很大程度地提升汽車行駛中駕乘人員的舒適性與安全性，是目前各大汽車公司重點的研究對象之一。

1 汽車 EPS 系統的優勢

電動助力轉向系統是一種直接依靠電機提供輔助扭矩的動力轉向系統，與傳統的液壓助力轉向系統相比，EPS系統具有很多優點：

（1） 只有在車輛進行轉向的時候電動機才進行轉向助力，在很大程度上降低了車輛燃油的消耗。

EPS系統提供的助力大小可以進行實時對的調控，能夠對車輛高低速行駛的不同狀況進行分析控制，有效提高車輛轉向便捷性和穩定性。定量分析法所分析內容，主要是特定社會現象對應數量關系、數量特征以及數量變化。基于該方法對系統可靠性進行分析，研究人員應對以下內容引起重視。將故障樹獨立底事件集合設為X ={X1，X2，…，Xn}，

等采集傳輸的數據精度和數據傳輸速度。車輛行駛過程中的路面情況等各方面因素都會在一定程度上影響到汽車上的電動助力轉向系統，所以電動助力轉向系統對傳感器采集到的相關數據實時性和準確性的要求相較于傳統的機械式助力轉向，液壓助力轉向系統來說要求會更加嚴格精細[2]。

3 電動助力轉向系統需完善的問題

工作期間，電動助力轉向系統會受到多方因素影響：環境對其造成的干擾較大，路面，電磁干擾等都會使傳感器采集到的數據產生偏差，從而使助力效果與預期狀態產生出入。這些問題使得EPS控制技術需要不斷發展提高，控制技術的不斷創新發展，EPS相關控制策略的選擇也會越來越嚴格。電動助力轉向系統的相關控制技術也會愈加成熟。

4 汽車電動助力轉向系統的發展趨勢

汽車轉向系統大致經歷了無助力的純機械轉向（MS）系統、有液壓助力的液壓助力轉向（HPS）系統、隨車速改變助力大小的電控液壓助力轉向（ECHPS）系統、由電動機直接驅動轉向油泵的電動液壓助力轉向（EHPS）系統、純粹靠電動機提供助力的電動助力轉向（EPS）系統等發展歷程。隨著汽車電動助力轉向系統的發展和不斷完善，對扭矩傳感器的精度、可靠性和響應速度提出了更高的要求。

扭矩傳感器正在呈現以下發展趨勢：測試系統向微型化、數字化、智能化、虛擬化和網絡化方向發展;從單功能向多功能發展，包括自補償、自修正、自適應、自診斷、遠程設定、狀態組合、信息存儲和記憶;向著小型化、集成化方向發展。傳感器的檢測部分可以通過結構的合理設計和優化來實現小型化，IC部分可以整合盡可能多的半導體部件、電阻到一個單獨的IC 部件上，減少外部部件的數量。由靜態測試向動態在線檢測方向發展[3]。

（2） 結構布置更為緊湊，質量更小，且性能更高，易于拆裝維護保養。

（3） 更容易和不同的車型進行匹配，大為縮短產品的研發和生產周期，且提高了轉向的性能。不存在漏油問題，減少對環境的污染[1]。

2 電動助力轉向系統的原理

電動助力轉向系統的工作原理是通過傳感器采集作用在輸入軸上的轉向力矩大小，然后電子控制單元（ECU）根據轉矩傳感器與車速傳感器采集過來的有關信號去控制助力電機的助力電流大小和方向。最后電機助力通過減速機構減速增扭后，作用在轉向傳動機構上，從而達到為汽車駕駛員提供車輛轉向助力的效果，實現車輛電動助力轉向。讓汽車的轉向和行駛更加輕松省力。并且電動助力轉向系統會通過ECU進行實時分析控制， 車速變低的時候它的助力就會增加，車速變高的時候助力就會減少。并且當車輛的行駛速度超過規定范圍的數值時，電動助力轉向系統就會關閉助力甚至反向助力，從而使汽車在較高車速下行駛時轉向不至于發飄，提升轉向操縱穩定性，確保車輛行車安全。電動助力轉向系統本身是一個較為復雜的系統，很容易受到多個方面的影響。例如車速傳感器與轉矩傳感器性和路感清晰程度。對于路感問題國內外還沒有成熟的理論研究結果， 研究手段還以試驗為主。（3）電動機性能的改善。電動機的性能是影響控制系統性能的主要因素，電動機本身的性能及其與EPS系統的匹配，都將對轉向操縱力、轉向路感等重要問題產生影響。（4）系統可靠性的提高。EPS系統通過采用電動機和計算機控制系統，部分地將轉向操作獨立于駕駛員的控制，因此EPS系統比液壓系統有更多不同的故障模式[4]。

5 結束語

汽車電動助力轉向（EPS）系統是在機械式轉向系統的基礎上加裝電動機驅動單元構成的。電動助力轉向系統在不同車速狀態下通過電子控制單元計算分析并控制電動機產生對應的轉向助力，使車輛在行駛過程中能讓駕駛人員更加輕松省力的控制方向。因此可以有效提高汽車安全性，舒適性，進而得到一個更好的駕駛體驗。本文旨在研究電動助力轉向系統的原理特性，對其的分析設計具有一定參考價值。相對于傳統的液壓助力轉向（HPS）系統，EPS系統有能耗小、污染少、節油、省空間等一系列優點，應用日益廣泛。開發具有自主知識產權的汽車EPS系統，對于我國在世界汽車工業新技術領域占有一席之地，以及使我國汽車零配件生產技術水平向世界先進水平靠攏都具有重要意義。

參考文獻

[1]于海東.汽車傳感器入門到精通全圖解[M].北京：化學工業出版社，2019.5.

[2]李.汽車電動助力轉向系統匹配設計及性能分析[J].機械強度，2020，42（4）： 988-993.

[ 3] 馮櫻等. 電子控制式電動助力轉向系統的開發前景[ J]. 汽車科技，?2021（3）：4～6.