電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)(EPS)

由于科技的進(jìn)步，大部分新車都放棄了液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，轉(zhuǎn)而采用電動助力轉(zhuǎn)向(EPS)系統(tǒng)。因為電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)不需要助力轉(zhuǎn)向泵，所以重量減輕，燃油經(jīng)濟性提高。而且EPS可以提供更好的操控感和轉(zhuǎn)向感，根據(jù)車速調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)向扭矩，在關(guān)鍵駕駛情況下提供主動扭矩，提高車輛安全性。我們再來仔細(xì)看看電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的EPS。

什么是電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的EPS？

電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)(EPS)是一種直接依靠電機提供輔助扭矩的動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。與傳統(tǒng)的HPS液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)相比，EPS系統(tǒng)有很多優(yōu)點。

電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)通過電動助力器直接提供轉(zhuǎn)向動力，省去了液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)必需的動力轉(zhuǎn)向油泵、軟管、液壓油、安裝在發(fā)動機上的傳送帶和皮帶輪，節(jié)能環(huán)保。此外，它還具有調(diào)節(jié)簡單、裝配靈活、可在各種條件下輔助轉(zhuǎn)向的特點。電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)將是未來汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的發(fā)展方向。

電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的EPS結(jié)構(gòu)

EPS主要由扭矩傳感器、轉(zhuǎn)速傳感器、電機、減速機構(gòu)和電子控制單元(ECU)組成。

同等成分。傳感器檢測駕駛員轉(zhuǎn)彎時方向盤產(chǎn)生的扭矩或旋轉(zhuǎn)角度的大小和方向，將所需信息轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，輸入控制單元。然后控制單元對這些信號進(jìn)行計算，得出適合行駛條件的扭矩，最后給出指令驅(qū)動電機工作。馬達(dá)的輸出扭矩由傳動裝置的動作輔助。

電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)工作。

當(dāng)駕駛員轉(zhuǎn)動方向盤時，扭矩傳感器檢測方向盤的轉(zhuǎn)向和扭矩，并向電子控制單元發(fā)送電壓信號。電子控制單元根據(jù)扭矩傳感器檢測到的扭矩電壓信號、旋轉(zhuǎn)方向和車速信號，向電機控制器發(fā)出指令，使電機輸出相應(yīng)大小和方向的轉(zhuǎn)向扭矩，從而產(chǎn)生輔助動力。汽車不轉(zhuǎn)時，電控單元不給電機控制器指令，電機不工作。

電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的分類

根據(jù)電機驅(qū)動位置的不同

根據(jù)電機驅(qū)動部件的不同，電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)可分為轉(zhuǎn)向軸、轉(zhuǎn)向小齒輪和齒條三大類。

電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是在傳統(tǒng)機械轉(zhuǎn)向機構(gòu)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。所以不同車輛的電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)雖然結(jié)構(gòu)組成不同，但基本原理是一樣的。該系統(tǒng)通常由轉(zhuǎn)向(扭矩)傳感器、電子控制單元、電機、電磁離合器和減速機構(gòu)組成。

1.轉(zhuǎn)向軸動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)

它的扭矩傳感器、電機、離合器和轉(zhuǎn)向助力機構(gòu)集成在一起，安裝在轉(zhuǎn)向管柱上。其特點是結(jié)構(gòu)緊湊，測得的轉(zhuǎn)矩信號對DC電機的控制有很好的響應(yīng)。這種類型一般用于汽車。

2.轉(zhuǎn)向器小齒輪動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)

轉(zhuǎn)向小齒輪助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的扭矩傳感器、電機、離合器、轉(zhuǎn)向助力機構(gòu)仍為一體式，但都安裝在轉(zhuǎn)向小齒輪處，直接輔助小齒輪，這樣可以獲得更大的轉(zhuǎn)向力。這種形式可以使各部分的布局更加方便，但當(dāng)萬向傳動裝置安裝在方向盤和轉(zhuǎn)向器之間時，扭矩信號采集和助力輪部分不在一條直線上，其助力控制特性難以保證精度。

3.齒條動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。(圖1)

扭矩傳感器單獨安裝在小齒輪上，電機和轉(zhuǎn)向助力機構(gòu)安裝在小齒輪另一端的齒條上輔助齒條。這根據(jù)減速傳動機構(gòu)的不同可以分為兩種。一個是電機是空心的。齒條從中穿過，電機的動力通過一對斜齒輪傳遞給齒條，a。

這種結(jié)構(gòu)是第一代電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。由于電機位于齒條殼體內(nèi)，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，價格高，維修困難。另一個是電機的外殼和機架是相互獨立的。電機的動力通過另一個小齒輪傳遞給齒條，由于制造維修方便，成本低，已經(jīng)取代了第一代產(chǎn)品。由于齒條由獨立的齒輪驅(qū)動，可以給系統(tǒng)更多的動力，主要用于重型車輛。

根據(jù)位置的不同

根據(jù)電機的位置，電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)可分為轉(zhuǎn)向柱助力、齒輪助力、齒條助力和直接驅(qū)動四種類型。

轉(zhuǎn)向柱輔助電動轉(zhuǎn)向器(C-EPS)

轉(zhuǎn)向柱助力電動助力轉(zhuǎn)向器(C-EPS)的助力電機固定在轉(zhuǎn)向柱的一側(cè)，通過減速增矩機構(gòu)與轉(zhuǎn)向軸連接，直接驅(qū)動轉(zhuǎn)向軸進(jìn)行動力轉(zhuǎn)向(圖2)。該電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單緊湊，安裝方便?，F(xiàn)在大部分EPS都采用這種形式。此外，C-EPS的供電裝置可以設(shè)計成適用于各種轉(zhuǎn)向柱，如固定轉(zhuǎn)向柱、傾斜可調(diào)轉(zhuǎn)向柱和其他轉(zhuǎn)向柱。但由于助力電機安裝在駕駛艙內(nèi)，受空間布局和噪音的影響，所以電機體積小，輸出扭矩小，一般只在小型緊湊的車輛上使用。

齒輪助力電動轉(zhuǎn)向器

助力電動助力轉(zhuǎn)向器(P-EPS)有一個助力電機和一個與小齒輪相連的減速增矩機構(gòu)，直接驅(qū)動齒輪實現(xiàn)助力轉(zhuǎn)向(圖3)。由于助力電機沒有安裝在乘客艙中，因此可以使用更大的電機來獲得更高的助力扭矩，而不用擔(dān)心電機轉(zhuǎn)動慣量過大而產(chǎn)生噪音。這種類型的轉(zhuǎn)向器可用于中型車輛，以提供更大的動力輔助。

齒條助力電動轉(zhuǎn)向器(R-EPS)

齒條助力電動助力轉(zhuǎn)向器(R-EPS)直接驅(qū)動齒條提供動力(圖4)。因為助力電機安裝在車架上的位置比較自由，所以布置汽車底盤非常方便。同時與C-EPS和P-EPS相比，可以提供更大的動力，所以一般用在大型車輛上。

直接助力式電動助力轉(zhuǎn)向器(D-EPS)的助力電機、減速增扭機構(gòu)和轉(zhuǎn)向器組成一個獨立的單元(圖5)。和R-EPS類似，兩者的主要區(qū)別在于扭矩傳感器的安裝位置不同。通過優(yōu)化電子控制單元(ECU)中的算法，電機可以直接為齒條提供轉(zhuǎn)向助力，以獲得良好的轉(zhuǎn)向感。

電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)(EPS)工作原理

電子助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)以電機為動力源，計算機根據(jù)轉(zhuǎn)向參數(shù)和車速完成助力工作。

不旋轉(zhuǎn)時，電機不工作，EP系統(tǒng)處于待機狀態(tài)；方向盤操作時，安裝在方向盤軸上的扭矩傳感器不斷檢測方向盤軸上的扭矩，從而產(chǎn)生電壓信號，與車速信號同時輸入到電子控制器，控制器中的微型計算機根據(jù)這些輸入信號進(jìn)行計算和處理，確定輔助扭矩的大小和方向，即選擇電機的電流和轉(zhuǎn)向，調(diào)整轉(zhuǎn)向的輔助動力。電機的扭矩通過減速機構(gòu)被電磁離合器減速和增大，然后加到汽車的轉(zhuǎn)向機構(gòu)上，從而獲得適合工況的轉(zhuǎn)向力。

電子助力轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)的核心是一個8位微機，具有4kBROM和256kBRAM。轉(zhuǎn)向扭矩信號和車速信號通過輸入接口發(fā)送到微型計算機。隨著車速的提高，通過微電腦控制相應(yīng)降低助力電機的電流，從而降低助力扭矩。發(fā)動機轉(zhuǎn)速信號也發(fā)送到微型計算機。當(dāng)發(fā)動機怠速運轉(zhuǎn)時，助力電機和離合器不工作。

點火開關(guān)的on/off信號通過A/D轉(zhuǎn)換接口發(fā)送到微機。當(dāng)點火開關(guān)關(guān)閉時，電機和離合器不能工作。

電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)(EPS)的工作原理簡單來說就是扭矩傳感器測量駕駛員施加在方向盤上的轉(zhuǎn)向扭矩，車速傳感器測量車輛當(dāng)前的行駛速度，然后將這兩個信號傳輸給ECU。根據(jù)ECU內(nèi)置的控制策略，計算出理想的目標(biāo)輔助扭矩，并轉(zhuǎn)換成電流指令給電機；然后，電機產(chǎn)生的輔助扭矩經(jīng)減速機構(gòu)放大后作用于機械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，與駕駛員的轉(zhuǎn)向扭矩一起克服轉(zhuǎn)向阻力扭矩，實現(xiàn)車輛的轉(zhuǎn)向。

電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的最終發(fā)展趨勢

1.提高控制系統(tǒng)的性能，減小控制單元和驅(qū)動單元的體積，降低控制系統(tǒng)的制造成本，使其能更好地適應(yīng)不同檔次的汽車。

比如改進(jìn)電機控制技術(shù)，消除電機慣性大、摩擦大導(dǎo)致的轉(zhuǎn)向路感不足等缺點，讓電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)也能應(yīng)用到重型卡車上。

2.實現(xiàn)電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)控制單元與車輛上其他控制單元的通信，從而實現(xiàn)整車電控系統(tǒng)的集成。

3.根據(jù)各種信號如車速、扭矩、轉(zhuǎn)向角、轉(zhuǎn)向速度、側(cè)向加速度、前橋重力等。將實施符合車輛特性的綜合控制，以獲得更好的轉(zhuǎn)向路感。

4.提高系統(tǒng)的可靠性。

這應(yīng)該從提高系統(tǒng)所有部件的可靠性開始，比如使用非接觸式扭矩傳感器。

5.提高系統(tǒng)的安全性。

方向盤EPS系統(tǒng)取消后，駕駛室有更多空間布置被動安全部件，減少危險發(fā)生時對乘客的傷害。

電動助力轉(zhuǎn)向技術(shù)因其技術(shù)先進(jìn)、性能優(yōu)越，將取代其他助力轉(zhuǎn)向技術(shù)，成為未來助力轉(zhuǎn)向技術(shù)的主流。線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)將是動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的發(fā)展方向，也是未來汽車對安全性、操縱穩(wěn)定性和舒適性的更高要求。具有良好的發(fā)展前景。隨著DC汽車性能的提高和42V電源在汽車零部件上的應(yīng)用，其應(yīng)用范圍將進(jìn)一步拓寬，并逐步擴展到微型車、輕型車和中型車。