浅谈汽车电动助力转向系统特点及发展趋势探讨

胡仲衡

摘 要：电动助力转向系统，是继液压助力转向系统后出现的一种新型动力转向系统，具有液压助力转向系统无法比拟的优势，它不仅能节约能源，提高安全性，还有利于环境保护，是一项紧扣现代汽车发展主题的高新技术，是汽车转向系统发展的必然趋势。本文主要从汽车电动助力转向系统的原理入手，具体分析其系统的特点和优势，最后对系统未来发展趋势做一简要说明。

关键词：汽车制造；电动助力转向；系统特点；优势介绍；发展趋势

一、汽车电动助力转向系统理论概述

电动助力转向系统EPS是在传统的机械式转向系统的基础上，利用直流电动机作为动力源，电子控制单元根据转向参数和车速等信号控制电动机转矩的大小和转动方向。与传统的液压转向系统相比，电动助力转向系统直接通过电动机的输出给驾驶员提供助力，电动机只有在转向时才工作，在不进行转向时几乎没有动力消耗，使汽车具有更好的燃油经济性；同时具有轻型小巧，装配迅速，易于调整 ，噪声及废油、废气污染小等优点。

二、 电动助力转向系统的特点及优势

1.降低了燃油消耗。该系统真正实现了“按需供能”，是真正的“按需供能型”系统。汽车在较冷的冬季起动时，传统的液压系统反应缓慢，直至液压油预热后才能正常工作。由于电动助力转向系统设计时不依赖于发动机而且没有液压油管，对冷天气不敏感，系统即使在-40℃时也能工作，所以提供了快速的冷起动。由于该系统没有起动时的预热，节省了能量。不使用液压泵，避免了发动机的寄生能量损失，提高了燃油经济性，装有电动助力转向系统的车辆和装有液压助力转向系统的车辆对比实验表明，在不转向情况下，装有电动助力转向系统的国辆燃油消耗降低2.5%，在使用转向情况下，燃油消耗降低了5.5%。

2.增强了转向跟随性。在电动助力转向系统中，电动助力机与助力机构直接相连可以使其能量直接用于车轮的转向。该系统利用惯性减振器的作用，使车轮的反转和转向前轮摆振大大减水。因此转向系统的抗扰动能力大大增强和液压助力转向系统相比，旋转力矩产生于电机，没有液压助力系统的转向迟滞效应，增强了转向车轮对转向盘的跟随性能。

3.改善了转向回正特性。直到今天，动力转向系统性能的发展已经到了极限，电动助力转向系统的回正特性改变了这一切。当驾驶员使转向盘转动一角度后松开时，该系统能够自动调整使车轮回到正中。该系统还可以让工程师们利用软件在最大限度内调整设计参数以获得最佳的回正特性。从最低车速到最高车速，可得到一簇回正特性曲线。通过灵活的软件编程，容易得到电机在不同车速及不同车况下的转矩特性，这种转矩特性使得该系统能显著地提高转向能力，提供了与车辆动态性能相机匹配的转向回正特性。而在传统的液压控制系统中，要改善这种特性必须改造底盘的机械结构，实现起来有一定困难。

4.提高了操纵稳定性。通过对汽车在高速行驶时过度转向的方法测试汽车的稳定特性。采用该方法，给正在高速行驶（100km/h）的汽车一个过度的转角迫使它侧倾，在短时间的自回正过程中，由于采用了微电脑控制，使得汽车具有更高的穩定性，驾驶员有更舒适的感觉。

5.提供可变的转向助力。电动助力转向系统的转向力来自于电机。通过软件编程和硬件控制，可得到覆盖整个车速的可变转向力。可变转向力的大小取决于转向力矩和车速。无论是停车，低速或高速行驶时，它都能提供可靠的，可控性好的感觉，而且更易于车场操作。对于传统的液压系统，可变转向力矩获得非常困难而且费用很高，要想获得可变转向力矩，必须增加额外的控制器和其它硬件。但在电动助力转向系统中，可变转向力矩通常写入控制模块中，通过对软件的重新编写就可获得，并且所需费用很小。

6.系统结构简单。由于该系统具有良好的模块化设计，所以不需要对不同的系统重新进行设计、试验、加工等，不但节省了费用，也为设计不同的系统提供了极大的灵活性，而且更易于生产线装配。由于没有油泵、油管和发动机上的皮带轮，使得工程师们设计该系统时有更大的余地，而且该系统的控制模块可以和齿轮齿条设计在一起或单独设计，发动机部件的空间利用率极高。该系统省去了装于发动机上皮带轮和油泵，留出的空间可以用于安装其它部件。许多消费者在买车时非常关心车辆的维护与保养问题。装有电动助力转向系统的汽车没有油泵，没有软管连接，可以减少许多忧虑。实际上，传统的液压转向系统中，液压油泵和软管的事故率占整个系统故障的53%，如软管漏油和油泵漏油等。

三、汽车电动助力转向系统的发展趋势

1.传感器目前正向着小型化、集成化方向发展。传感器是EPS的重要部件，EPS的传感器包括转矩传感器、车速传感器、角度传感器等，主要有接触式电阻转向传感器、非接触式光电转向传感器以及新型磁阻式转向传感器之分。早期的EPS转矩传感器多为接触式传感器，这种传感器工作时容易因产生摩擦而造成磨损。非接触式转矩传感器则使用了磁、光和感应技术，有效地避免了这一不足，是未来应用的趋势。随着人们对车辆的行驶安全性、乘坐舒适性和操纵稳定性要求的进一步提高，单一功能的传感器己不能满足多种性能的需求，而采用多个传感器又势必造成成本的增加，同时还有安全的隐患，所以未来传感器将向着多功能集成的方向发展。另外，目前所使用的转矩传感器印刷电路IC使用的温度范围相对较窄，约为一300C-800C未来可通过设计小体积的抗热封装结构来拓展使用温度至一400C -1250C，从而扩大其应用范围。此外，传感器的小型化也是未来的发展趋势之一，这将更加减少占用空间，同时降低能耗，达到环保的目的。

2.助力电机向着高功率而体积小的方向发展。早期的EPS主要为微型或者小型车辆设计，但随着EPS在中型、大型车上的广泛应用，对转向助力的需求日益加大。如此一来就必须加大助力电机的功率，也就必须增大电机的直径。然而这对于尺寸和安装位置都有较高要求的EPS尤其是C-EPS而言是很困难的。为此，对于电动机来说，如何在提高功率的同时尽量减小电动机的外形尺寸成为未来发展的主要方向。解决的方法可以采用DD型EPS，将电动机与齿轮齿条型转向器组合在一起，但其外形仍然较大，有可能会与变速器以及发动机的油底壳相干涉，因此在整车设计时需要考虑如何布置。另外，在电动机的选择上，目前EPS的电动机多为直流永磁电动机或永磁无刷电动机，而无刷电动机将是今后电动机发展的方向。

3.车载电源系统向着42V电源系统发展。随着下一代汽车设计中日益增加的电子设备比例，如车载计算机系统、车载导航系统、网络化汽车电子设备、多媒体电子元器件等的要求日益增高，传统的12V电源系统已逐渐难以满足。而采用42V电源系统能够在不加大电动机直径也不增加体积的情况下，增大电动机的输出功率。尤其对于C-EPS而言，是非常有利的。因此无论从成本或是电机体积考虑，采用42V电源系统都将是未来EPS的发展方向，目前欧洲国家已经制订了42V电源系统的相应标准，也表明了这一趋势。电动汽车由于本身采用高压直流供电，因而不存在12V供电电压的限制，很容易获得12-42V之间的一系列直流供电电压。因而在未来的应用中可以更方便实现到42V系统的转换。

参考文献：

[1]李伟光、李慧祺、王元聪.汽车电动助力转向系统的现状与发展[D].华南理工大学.2005年.

[2]王迅.电动助力转向系统（EPS）技术现状与发展[J].湖南汽车工业学院学报.2008年.

[3]金钊.基于模糊控制的汽车电动助力转向系统控制器设计[D].武汉理工大学机电学院.2008年.