电动液压助力转向系统（EHPS）应用及发展

摘 要：对转向系统的发展做了简要回顾，在对汽车电液助力转向原理的分析基础上，阐述了汽车电动液压助力转向系统的技术应用现状和发展前景。

关键词：电动；液压助力转向；系统

1 转向系统概述

随着工业技术的发展，汽车技术也与时俱进。转向系统作为汽车重要的零部件，从纯机械手动驱动到动力液压驱动和电子控制液压驱动，再到电动助力机械驱动。助力转向性能日益提高，满足了消费者追求安全、舒适、轻便的驾驶需求。但现阶段由于EHPS技术成熟，成本比EPS低，较HPS有更优越的转向感和节能环保，现阶段EHPS具备较大的市场潜力。

1.1 机械式转向（MS）

机械式转向系统采用纯粹的机械解决方案。为了产生足够大的转向扭矩，方向盘转动的圈数较多，方向盘直径也较大，占用驾驶空间，驾驶员负担较重。无需消耗发动机动力，路感最好，但是路面冲击较大，驾驶员的负担较重。目前，只在A0级轿车及微型商用车上应用。

1.2 液压助力转向（HPS）

为了减轻驾驶者的劳动强度，在机械转向系统基础上增加液压加力装置而形成了液压助力转向系统（Hydraulic Power System，简称HPS）。可以通过调整扭杆刚度和转向阀的曲线获得不同的助力特性。目前乘用车中大部分车型都在用。

液压转向加力装置由转向油泵、转向油管、转向储液罐以及位于转向器内部的转向控制阀及转向动力油缸等组成。转向器输入轴带动转向器内部的转向控制阀转动，使转向动力缸产生液压作用力，帮助驾驶员操纵转向。

液压助力转向系统减小了方向盘转动的圈数，降低了转向操纵力，提高了响应灵敏性。但是，助力不随车速而变化，高速稳定感和低速轻便性之间作折衷；发动机怠速时需输出额定流量；"常流式"系统，不转向时，油泵仍在工作；附加燃油消耗增大；扭杆使转向系统扭转刚度降低，中间位置路感不明显；油泵/油罐占用部分发动机仓空间。

1.3 电控液压助力转向（EHPS）

HPS只具有单一的助力特性曲线，且能量消耗大，为了克服这些缺点，在液压助力转向系统中增加了电子控制和执行元件，将车速信号引入到系统中，实现了车速感应型助力特性。这类系统称为电动液压助力转向系统（Electric Hydraulic Power System，简称EHPS）。EHPS采用电动机驱动转向泵，由于电机的转速可以调整，从而可以降低部分能量消耗。图1是典型EHPS的助力特性曲线。

图2是电动液压助力转向的基本结构形式。转向加力装置由电动转向油泵、转向油管、转向储液罐以及位于转向器内部的转向控制阀及转向动力油缸等组成。转向器输入轴带动转向器内部的转向控制阀转动，使转向动力缸产生液压作用力，根据不同的车速提供不同的助力，帮助驾驶员操纵转向。

1、转向管柱；2、动力转向机；3、转向油罐；4、转向管路；5、电液转向泵

EHPS系统通过ECU控制电机转速来带动电液泵工作，可以根据转向需求提供多条助力特性曲线，实现了随速助力功能，改变传统液压助力转向系统单一助力特性，改善驾驶操纵性能，使助力平滑，手感好，解决传统转向系统中存在的方向盘摆振问题；通过将转向泵与发动机的分离，解决转向泵一直处于运转状态，能量损失严重的问题，降低能量消耗、保护环境；可以利用现有液压动力转向系统的基础上改进，借助控制技术兼顾液压助力和电动助力两者的优点，有利于底盘电子控制方面的集成。

1.4 电动助力转向

在机械转向系统的基础上，增加电动机、控制器和减速机构等相关零件，依靠电动机提供辅助转向扭矩的动力转向系统，成为电动助力转向系统（Electric Power System，简称EPS）。

2 EHPS系统的应用现状

EHPS从控制方式可以分为以下几种类型：

其中，第（1）种和第（2）种类型是EHPS发展初期的控制方式，主要的控制目标都是将系统中的动力泄荷掉一部分以实现高速时减小助力，但这样做的弊病就是浪费了动力，不利于车辆省油，而且，还有急转弯反应迟钝的缺点，需要安装特别装置才能解决，现在已很少采用。第（3）种油压反馈控制式现在使用的比较普遍，其根据车速傳感器，控制反力室油压，改变压力油的输入、输出的增益幅度以控制操舵力。操舵力的变化量，按照控制的反馈压力，在油压反馈机构的容量范围内可任意给出，急转弯也没问题。代表车型：马自达2、马自达3、凯旋、世嘉、307、C5、蒙迪欧致胜、福克斯。第（4）种阀特性控制式是根据车速控制电磁阀，直接改变动力转向控制阀的油压增益（阀灵敏度）以控制油压的新方法。这种控制方式使来自油泵的供给流量没有浪费，结构简单，部件少、价格便宜，有较大的选择操舵力的自由度，可获得自然的操舵感和最佳的操舵特性。阀结构简单，在传统的液力转向系统上不须做太多的改动就可实现。代表车型：新君威、新君越、凯迪拉克、宝马、奔驰、保时捷、法拉利、阿斯顿·马丁、布加迪威龙。

3 EHPS电机结构及工作原理

电机由含7块永磁体的外置转子和12股绕组的定子构成，其基本结构如图3所示。

该电机含两块霍尔开关型位置传感器，为ECU提供正确的位置信号以便换向。两路传感器的输出信号间隔90°电角度，由于电机含7块永磁体分布在一周，故根据计算，电机每转过90°/7的机械角度，两路霍尔信号改变一次状态字。四相绕组对应四种霍尔状态，每一相在正确的霍尔状态下导通，电机就能够正常运转。

电机四相绕组按霍尔位置传感器状态逐次导通，其导通顺序为：A-C-B-D。如图4所示：当A相导通时，通过与A相绕组并绕的B相绕组续流，A相绕组的反电动势经同名端于B相绕组产生相应反电动势，当该反电动势大于电机电源电压12伏后电流经B相绕组的二极管续流。A相关断后C相开始导通，随后为B相和D相，其原理与A相类似。图中AB两相共用一个检测电阻，CD两相共用一个检测电阻，检测电阻值约10毫欧。

4 EHPS 发展前景

1989年，欧洲公司首先在液压动力汽车中使用电子单元作为第一代EHPS系统。由于人们对EHPS系统节能的要求日益强烈，到了90年代，该系统发展到第二代，一个独立的电子控制单元（ECU）首次产生，该系统对电机的速度进行控制，当没有转动方向盘时，减少液压油流量，从而降低能耗。随着电子控制技术的发展，有KOYO、TRW推出了第三代EHPS系统，该系统集成了ECU与无刷电机，提高了电机的效率，并根据转向角速度传感器和车速传感器的信号，对电机速度的控制更加精确，进一步降低了能耗，同时在转向轻便性和路感方面能够很好的调和。通用的"MAGNASTEER磁力辅助转向系统"通过智能电磁控制来调节辅助力大小的技术，为传统的机械液压助力转向系统带来革命性的突破。磁力辅助转向可以通过对车速和方向盘操控速度的监测，自动调节助力的大小，转向助力效果有了60%以上的提升。电动助力转向系统（EPS）虽然和磁力辅助一样，能在不同车速下提供不同的助力特性，但磁力輔助系统没有抛弃齿轮齿条式的机械转向机构，所以其呈现的弯道循迹性，以及清晰的路感却是完全数字虚拟的电动助力转向系统（EPS）所无法比拟的。并且磁力辅助转向可变范围相比电动助力转向系统（EPS）电子阻力要更宽广一些，使得中低速以及高速状态下，阻力变化平稳有序。正因为有这套助力转向系统，使得新君威随速可变转向特性（就是方向盘随着速度的变化，转向力道也发生变化）在中级车中表现的最明显，方向盘在低速时轻盈灵敏，高速时异常稳健厚重、给人很强的安全感。

5 结束语

综上所述，电液助力转向系统具有优良的操纵轻便性和稳定性，助力特性随汽车行驶速度的变化而变化，是EHSP的最大优点。随着EHPS关键技术的发展，EHPS的性能将更加完善。同时，EHPS与电磁系统结合，可以提高整车的操纵稳定性，是汽车底盘电子技术的发展趋势。

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作者简介：陈阵，性别男，民族汉，籍贯，学历本科，职称：申请中级工程师，现工作单位：广州汽车集团股份有限公司汽车工程研究院 ，研究方向：底盘。