汽车电动助力转向(EPS)的研究

汽车电动助力转向(EPS)的研究

王建坡

（长城汽车股份有限公司，河北省汽车工程技术研究中心，河北保定071000）

摘要：转向系统是汽车的主要子系统之一，近年来，汽车电动助力转向系统（简称为“EPS”）已成为现代汽车中的常规配置，是一种直接依靠电机提供辅助扭矩的动力转向系统。其性能直接关系到汽车的操纵舒适性和稳定性，对安全行车、减少交通事故、保护驾驶员的人身安全以及改善驾驶员的工作条件起着重要作用。

关键词：电动助力转向系统；特点；类型；工作原理；关键技术

Vibrationmechanismoftransmissiongearandmethodofmodification,vibrationreductionandnoisereduction

Wangjianpo

GreatWallMotorCompany,AutomotiveEngineeringTechnicalCenterofHeBei,baoding

Abstract：Steeringsystemisoneofthemainsubsystemsofautomobiles.Inrecentyears,electricpowersteeringsystem(EPS)hasbecomeaconventionalconfigurationinmodernautomobiles.Itisapowersteeringsystemthatdirectlyreliesonmotortoprovideauxiliarytorque.Itsperformanceisdirectlyrelatedtothecomfortandstabilityofvehicleoperation,andplaysanimportantroleindrivingsafety,reducingtrafficaccidents,protectingdriver'spersonalsafetyandimprovingdriver'sworkingconditions.in

Keywords：ElectricPowerSteeringSystem;Characteristics;Types;WorkingPrinciple;KeyTechnologies

1电动助力转向系统的特点

1.1电动助力转向系统与传统的液压助力转向系统相比具有的优点

（1）可降低发动机能耗。液力式动力转向系统在汽车不转向时，动力转向液压泵也一直在工作，这样会消耗发动机的能量。电动助力转向系统只有转向时电动机才工作，不转向时无需消耗发动机能量。因此，电动助力转向系统能耗低。与液压式动力转向系统相比，电动助力转向系统在各种行驶工况下均可节能80%～90%。

（2）重量轻，安装方便。电动式EPS无液压泵、液压缸、液压控制阀、液压管路及液压油等液压部件，电动助力机构的零件少，结构紧凑，重量可大幅度减轻，因而动力转向系统易于布置，并且能降低噪声。

（3）系统安全，可靠性强。助力电动式EPS出现故障时，可立即切断电动机与助力齿轮机构的动力传递，迅速转入人工―机械转向状态。此外，由于电动式动力转向系统是由电动机提供助力，电动机可由蓄电池供电，因此，在发动机熄火或因故障而不能运转时，动力转向系统仍能正常工作，可确保汽车行驶的安全性。

（4）工作性能好。液压助力增减控制有一定的滞后性，反应敏感性和随动性较差。电动助力转向系统由电子控制器直接控制电动机产生相应的转向动力，反应敏感性好，容易实现转向动力最优化。此外，电动助力转向系统比液压助力转向系统具有更好的低温工作性能。

（5）生产与开发周期短。电动助力转向系统通过设置不同的程序进行控制就可与不同车型匹配，从而缩短了生产和开发周期。

1.2电动助力转向系统仍有一些尚未解决的问题

（1）直接助力式电动转向系统提供的辅助动力比较小，很难用于大型车辆。

（2）电动机、减速机构等部件会影响汽车的操纵稳定性，拥有正确的匹配整车性能至关重要。

（3）使用转矩传感器、电动机和减速机构等部件会增加系统的成本。

2EPS的工作原理及组成

2.1.EPS的工作原理

EPS主要由部分组成:电子控制单元(简称ECU)、扭矩传感器、电动机以及带有离合器的减速机构。其基本工作原理是:不转向时,电动机不工作;当转向时,扭矩传感器将检测到的作用于转向盘上的扭矩信号传送给ECU,ECU同时接收车速传感器传来的车速信号,ECU对输入信号进行处理后,向电动机发出指令,电动机据此输出相应大小及方向的扭矩以产生助力,从而实现助力转向的实时控制。

2.2.部件组成及功能

扭矩传感器用于检测作用于转向盘上的扭矩信号的大小与方向;车速传感器常采用电磁感应式传感器通过感应电流改变磁场的大小,安装在变速箱上;EPS的动力源是电动机,通常采用无刷永磁式直流电动机,其功能是根据ECU的指令产生相应的输出扭矩;离合器采用干式电磁式离合器,其功能是保证EPS在预先设定的车速范围内闭合;当车速超出设定车速范围时,离合器断开,电动机不再提供助力,转入手动转向状态。减速机构是用来增大电动机的输出扭矩,主要有两种形式:蜗轮蜗杆减速机构和双行星齿轮减速机构;EPS的电子控制单元通常是一个8位单片机系统,是由一个8位单片机,另加一个256字节的RAM,4KROM及一个D/A转换器组成;ECU还具有安全保护和故障诊断功能。

3国内外发展现状趋势

国外趋势。由于电动助力转向系统具有以上诸多优点,国外许多汽车及零部件生产商纷纷致力于该技术的研究。在此之后,电动助力转向技术如雨后春笋般得到迅速发展。转向的趋势电动转向系统作为一种新型的转向系统。相比之下,国内的EPS的研究起步较晚。

4技术现状研究

4.1传统转向系统传统的汽车转向系统是机械系统,汽车的转向运动是由驾驶员操纵方向盘,通过转向器和一系列的杆件传递到转向车轮而实现的。

4.2电液动力转向系统可以分为两大类:(1)电动液压助力转向系统EHPS。(2)电控液压助力转向ECHPS。

4.3.电动助力转向系统。电动转向系统EPS把一个机械的系统和一个电控的电动马达结合在一起形成的一个动力转向系统。根据助力位置不同分为三种形式:(1)转向柱助力式。(2)轮助力式。(3)齿条助力式。

5电动助力转向系统关键技术

5.1电动机与传感器技术

电动助力转向技术的发展及运用主要归功于电动机技术、控制理论和电子技术的发展，EPS对电动机有很高的要求，包括尺寸、功率、性能等。

电动助力转向技术的发展还受制于它的价格和性能，电动机和传感器的选择也因此受到限制。目前的转矩传感器通常在机械精度、校准难度和装配、极限温度和价格之间进行折中选择。多数情况下，总是有些参数受到限制。比如，为了降低价格而限制最高温度，但是温度又与系统的可靠性紧密相连。因此，转矩传感器应能提供一个质量高、稳定可靠、响应速度快的信号。

5.2控制技术

EPS是否能够获得令人满意的性能，除了应有好的硬件保证，还必须有良好的控制软件来支撑。我们知道，汽车有多种多样的行驶工况，EPS工作时不但受到来自不平地面的干扰和不稳定因素的影响，同时还由于其安装在发动机附近，发动机发出的电磁干扰与热辐射对整个系统会产生很大的影响，这些因素会对EPS的控制策略的选择提出很高要求。PID控制技术、自适应控制技术、动态补偿技术、鲁棒控制技术等控制理论的发展，为该系统的成功开发提供了有力支持。随着智能控制技术的进一步发展，EPS控制技术也将得到不断完善。

6结语

对于EPS的控制方式，通过比较分析比例控制、比例加微分控制、最优二次型控制、鲁棒性控制、模糊控制和人工神经网络控制的优缺点，每种方法优劣，其中PID控制方式使用性更强。要想更好的应用EPS控制技术，必须对上述控制方式和控制策略进行合理应用。

参考文献

[1]苑林.汽车电动转向系统的研究[D].长春：吉林大学，2007.

[2]晋兵营，宁广庆，施国标.汽车电动助力转向系统发展综述[J].拖拉机与农用运输车，2010，37（1）：1-5.