基于汽车电动助力转向系统的原理研究

杨志财

摘 要：电动助力转向系统具有节能环保的优点，而且能够与整车交互实现高级驾驶辅助功能，是目前汽车研究发展的主要方向之一。本文敘述了汽车电动助力转向（EPS）系统的组成，重点介绍了EPS系统的结构及工作原理，讨论了EPS系统的控制方式，展望了EPS系统的发展趋势。

关键词：EPS系统;工作原理;未来趋势

随着科技的进步，各类汽车产品的更新迭代，汽车转向系统取得了不错的成就。生活品质的提升使得人们越来越注重汽车的安全性、舒适性、便捷性和可靠性。而汽车转向系统作为汽车主动安全性能的一个代表性操作系统，更是行车安全中的重中之重。所以，我们对汽车转向系统的研究是十分有必要的。汽车转向系统性能优劣，是衡量一辆汽车的主动安全性能优劣的重要指标，怎样提升汽车的转向性能和操纵稳定性，是现今有关车辆转向的重要研究课题。在汽车行驶过程中，电动助力转向系统（EPS）能很大程度地提升汽车行驶中驾乘人员的舒适性与安全性，是目前各大汽车公司重点的研究对象之一。

1 汽车 EPS 系统的优势

电动助力转向系统是一种直接依靠电机提供辅助扭矩的动力转向系统，与传统的液压助力转向系统相比，EPS系统具有很多优点：

（1） 只有在车辆进行转向的时候电动机才进行转向助力，在很大程度上降低了车辆燃油的消耗。

EPS系统提供的助力大小可以进行实时对的调控，能够对车辆高低速行驶的不同状况进行分析控制，有效提高车辆转向便捷性和稳定性。定量分析法所分析内容，主要是特定社会现象对应数量关系、数量特征以及数量变化。基于该方法对系统可靠性进行分析，研究人员应对以下内容引起重视。将故障树独立底事件集合设为X ={X1，X2，…，Xn}，

等采集传输的数据精度和数据传输速度。车辆行驶过程中的路面情况等各方面因素都会在一定程度上影响到汽车上的电动助力转向系统，所以电动助力转向系统对传感器采集到的相关数据实时性和准确性的要求相较于传统的机械式助力转向，液压助力转向系统来说要求会更加严格精细[2]。

3 电动助力转向系统需完善的问题

工作期间，电动助力转向系统会受到多方因素影响：环境对其造成的干扰较大，路面，电磁干扰等都会使传感器采集到的数据产生偏差，从而使助力效果与预期状态产生出入。这些问题使得EPS控制技术需要不断发展提高，控制技术的不断创新发展，EPS相关控制策略的选择也会越来越严格。电动助力转向系统的相关控制技术也会愈加成熟。

4 汽车电动助力转向系统的发展趋势

汽车转向系统大致经历了无助力的纯机械转向（MS）系统、有液压助力的液压助力转向（HPS）系统、随车速改变助力大小的电控液压助力转向（ECHPS）系统、由电动机直接驱动转向油泵的电动液压助力转向（EHPS）系统、纯粹靠电动机提供助力的电动助力转向（EPS）系统等发展历程。随着汽车电动助力转向系统的发展和不断完善，对扭矩传感器的精度、可靠性和响应速度提出了更高的要求。

扭矩传感器正在呈现以下发展趋势：测试系统向微型化、数字化、智能化、虚拟化和网络化方向发展;从单功能向多功能发展，包括自补偿、自修正、自适应、自诊断、远程设定、状态组合、信息存储和记忆;向着小型化、集成化方向发展。传感器的检测部分可以通过结构的合理设计和优化来实现小型化，IC部分可以整合尽可能多的半导体部件、电阻到一个单独的IC 部件上，减少外部部件的数量。由静态测试向动态在线检测方向发展[3]。

（2） 结构布置更为紧凑，质量更小，且性能更高，易于拆装维护保养。

（3） 更容易和不同的车型进行匹配，大为缩短产品的研发和生产周期，且提高了转向的性能。不存在漏油问题，减少对环境的污染[1]。

2 电动助力转向系统的原理

电动助力转向系统的工作原理是通过传感器采集作用在输入轴上的转向力矩大小，然后电子控制单元（ECU）根据转矩传感器与车速传感器采集过来的有关信号去控制助力电机的助力电流大小和方向。最后电机助力通过减速机构减速增扭后，作用在转向传动机构上，从而达到为汽车驾驶员提供车辆转向助力的效果，实现车辆电动助力转向。让汽车的转向和行驶更加轻松省力。并且电动助力转向系统会通过ECU进行实时分析控制， 车速变低的时候它的助力就会增加，车速变高的时候助力就会减少。并且当车辆的行驶速度超过规定范围的数值时，电动助力转向系统就会关闭助力甚至反向助力，从而使汽车在较高车速下行驶时转向不至于发飘，提升转向操纵稳定性，确保车辆行车安全。电动助力转向系统本身是一个较为复杂的系统，很容易受到多个方面的影响。例如车速传感器与转矩传感器性和路感清晰程度。对于路感问题国内外还没有成熟的理论研究结果， 研究手段还以试验为主。（3）电动机性能的改善。电动机的性能是影响控制系统性能的主要因素，电动机本身的性能及其与EPS系统的匹配，都将对转向操纵力、转向路感等重要问题产生影响。（4）系统可靠性的提高。EPS系统通过采用电动机和计算机控制系统，部分地将转向操作独立于驾驶员的控制，因此EPS系统比液压系统有更多不同的故障模式[4]。

5 结束语

汽车电动助力转向（EPS）系统是在机械式转向系统的基础上加装电动机驱动单元构成的。电动助力转向系统在不同车速状态下通过电子控制单元计算分析并控制电动机产生对应的转向助力，使车辆在行驶过程中能让驾驶人员更加轻松省力的控制方向。因此可以有效提高汽车安全性，舒适性，进而得到一个更好的驾驶体验。本文旨在研究电动助力转向系统的原理特性，对其的分析设计具有一定参考价值。相对于传统的液压助力转向（HPS）系统，EPS系统有能耗小、污染少、节油、省空间等一系列优点，应用日益广泛。开发具有自主知识产权的汽车EPS系统，对于我国在世界汽车工业新技术领域占有一席之地，以及使我国汽车零配件生产技术水平向世界先进水平靠拢都具有重要意义。

参考文献

[1]于海东.汽车传感器入门到精通全图解[M].北京：化学工业出版社，2019.5.

[2]李.汽车电动助力转向系统匹配设计及性能分析[J].机械强度，2020，42（4）： 988-993.

[ 3] 冯樱等. 电子控制式电动助力转向系统的开发前景[ J]. 汽车科技， 2021（3）：4～6.