基于汽車電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的原理研究

楊志財

摘 要：電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)具有節(jié)能環(huán)保的優(yōu)點(diǎn)，而且能夠與整車交互實(shí)現(xiàn)高級駕駛輔助功能，是目前汽車研究發(fā)展的主要方向之一。本文敘述了汽車電動助力轉(zhuǎn)向（EPS）系統(tǒng)的組成，重點(diǎn)介紹了EPS系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及工作原理，討論了EPS系統(tǒng)的控制方式，展望了EPS系統(tǒng)的發(fā)展趨勢。

關(guān)鍵詞：EPS系統(tǒng);工作原理;未來趨勢

隨著科技的進(jìn)步，各類汽車產(chǎn)品的更新迭代，汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)取得了不錯的成就。生活品質(zhì)的提升使得人們越來越注重汽車的安全性、舒適性、便捷性和可靠性。而汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)作為汽車主動安全性能的一個代表性操作系統(tǒng)，更是行車安全中的重中之重。所以，我們對汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的研究是十分有必要的。汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)性能優(yōu)劣，是衡量一輛汽車的主動安全性能優(yōu)劣的重要指標(biāo)，怎樣提升汽車的轉(zhuǎn)向性能和操縱穩(wěn)定性，是現(xiàn)今有關(guān)車輛轉(zhuǎn)向的重要研究課題。在汽車行駛過程中，電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（EPS）能很大程度地提升汽車行駛中駕乘人員的舒適性與安全性，是目前各大汽車公司重點(diǎn)的研究對象之一。

1 汽車 EPS 系統(tǒng)的優(yōu)勢

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

（1） 只有在車輛進(jìn)行轉(zhuǎn)向的時候電動機(jī)才進(jìn)行轉(zhuǎn)向助力，在很大程度上降低了車輛燃油的消耗。

EPS系統(tǒng)提供的助力大小可以進(jìn)行實(shí)時對的調(diào)控，能夠?qū)囕v高低速行駛的不同狀況進(jìn)行分析控制，有效提高車輛轉(zhuǎn)向便捷性和穩(wěn)定性。定量分析法所分析內(nèi)容，主要是特定社會現(xiàn)象對應(yīng)數(shù)量關(guān)系、數(shù)量特征以及數(shù)量變化?；谠摲椒▽ο到y(tǒng)可靠性進(jìn)行分析，研究人員應(yīng)對以下內(nèi)容引起重視。將故障樹獨(dú)立底事件集合設(shè)為X ={X1，X2，…，Xn}，

等采集傳輸?shù)臄?shù)據(jù)精度和數(shù)據(jù)傳輸速度。車輛行駛過程中的路面情況等各方面因素都會在一定程度上影響到汽車上的電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，所以電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)對傳感器采集到的相關(guān)數(shù)據(jù)實(shí)時性和準(zhǔn)確性的要求相較于傳統(tǒng)的機(jī)械式助力轉(zhuǎn)向，液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)來說要求會更加嚴(yán)格精細(xì)[2]。

3 電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)需完善的問題

工作期間，電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)會受到多方因素影響：環(huán)境對其造成的干擾較大，路面，電磁干擾等都會使傳感器采集到的數(shù)據(jù)產(chǎn)生偏差，從而使助力效果與預(yù)期狀態(tài)產(chǎn)生出入。這些問題使得EPS控制技術(shù)需要不斷發(fā)展提高，控制技術(shù)的不斷創(chuàng)新發(fā)展，EPS相關(guān)控制策略的選擇也會越來越嚴(yán)格。電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的相關(guān)控制技術(shù)也會愈加成熟。

4 汽車電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的發(fā)展趨勢

汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)大致經(jīng)歷了無助力的純機(jī)械轉(zhuǎn)向（MS）系統(tǒng)、有液壓助力的液壓助力轉(zhuǎn)向（HPS）系統(tǒng)、隨車速改變助力大小的電控液壓助力轉(zhuǎn)向（ECHPS）系統(tǒng)、由電動機(jī)直接驅(qū)動轉(zhuǎn)向油泵的電動液壓助力轉(zhuǎn)向（EHPS）系統(tǒng)、純粹靠電動機(jī)提供助力的電動助力轉(zhuǎn)向（EPS）系統(tǒng)等發(fā)展歷程。隨著汽車電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的發(fā)展和不斷完善，對扭矩傳感器的精度、可靠性和響應(yīng)速度提出了更高的要求。

扭矩傳感器正在呈現(xiàn)以下發(fā)展趨勢：測試系統(tǒng)向微型化、數(shù)字化、智能化、虛擬化和網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展;從單功能向多功能發(fā)展，包括自補(bǔ)償、自修正、自適應(yīng)、自診斷、遠(yuǎn)程設(shè)定、狀態(tài)組合、信息存儲和記憶;向著小型化、集成化方向發(fā)展。傳感器的檢測部分可以通過結(jié)構(gòu)的合理設(shè)計和優(yōu)化來實(shí)現(xiàn)小型化，IC部分可以整合盡可能多的半導(dǎo)體部件、電阻到一個單獨(dú)的IC 部件上，減少外部部件的數(shù)量。由靜態(tài)測試向動態(tài)在線檢測方向發(fā)展[3]。

（2） 結(jié)構(gòu)布置更為緊湊，質(zhì)量更小，且性能更高，易于拆裝維護(hù)保養(yǎng)。

（3） 更容易和不同的車型進(jìn)行匹配，大為縮短產(chǎn)品的研發(fā)和生產(chǎn)周期，且提高了轉(zhuǎn)向的性能。不存在漏油問題，減少對環(huán)境的污染[1]。

2 電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的原理

電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的工作原理是通過傳感器采集作用在輸入軸上的轉(zhuǎn)向力矩大小，然后電子控制單元（ECU）根據(jù)轉(zhuǎn)矩傳感器與車速傳感器采集過來的有關(guān)信號去控制助力電機(jī)的助力電流大小和方向。最后電機(jī)助力通過減速機(jī)構(gòu)減速增扭后，作用在轉(zhuǎn)向傳動機(jī)構(gòu)上，從而達(dá)到為汽車駕駛員提供車輛轉(zhuǎn)向助力的效果，實(shí)現(xiàn)車輛電動助力轉(zhuǎn)向。讓汽車的轉(zhuǎn)向和行駛更加輕松省力。并且電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)會通過ECU進(jìn)行實(shí)時分析控制， 車速變低的時候它的助力就會增加，車速變高的時候助力就會減少。并且當(dāng)車輛的行駛速度超過規(guī)定范圍的數(shù)值時，電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)就會關(guān)閉助力甚至反向助力，從而使汽車在較高車速下行駛時轉(zhuǎn)向不至于發(fā)飄，提升轉(zhuǎn)向操縱穩(wěn)定性，確保車輛行車安全。電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)本身是一個較為復(fù)雜的系統(tǒng)，很容易受到多個方面的影響。例如車速傳感器與轉(zhuǎn)矩傳感器性和路感清晰程度。對于路感問題國內(nèi)外還沒有成熟的理論研究結(jié)果， 研究手段還以試驗(yàn)為主。（3）電動機(jī)性能的改善。電動機(jī)的性能是影響控制系統(tǒng)性能的主要因素，電動機(jī)本身的性能及其與EPS系統(tǒng)的匹配，都將對轉(zhuǎn)向操縱力、轉(zhuǎn)向路感等重要問題產(chǎn)生影響。（4）系統(tǒng)可靠性的提高。EPS系統(tǒng)通過采用電動機(jī)和計算機(jī)控制系統(tǒng)，部分地將轉(zhuǎn)向操作獨(dú)立于駕駛員的控制，因此EPS系統(tǒng)比液壓系統(tǒng)有更多不同的故障模式[4]。

5 結(jié)束語

汽車電動助力轉(zhuǎn)向（EPS）系統(tǒng)是在機(jī)械式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的基礎(chǔ)上加裝電動機(jī)驅(qū)動單元構(gòu)成的。電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)在不同車速狀態(tài)下通過電子控制單元計算分析并控制電動機(jī)產(chǎn)生對應(yīng)的轉(zhuǎn)向助力，使車輛在行駛過程中能讓駕駛?cè)藛T更加輕松省力的控制方向。因此可以有效提高汽車安全性，舒適性，進(jìn)而得到一個更好的駕駛體驗(yàn)。本文旨在研究電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的原理特性，對其的分析設(shè)計具有一定參考價值。相對于傳統(tǒng)的液壓助力轉(zhuǎn)向（HPS）系統(tǒng)，EPS系統(tǒng)有能耗小、污染少、節(jié)油、省空間等一系列優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用日益廣泛。開發(fā)具有自主知識產(chǎn)權(quán)的汽車EPS系統(tǒng)，對于我國在世界汽車工業(yè)新技術(shù)領(lǐng)域占有一席之地，以及使我國汽車零配件生產(chǎn)技術(shù)水平向世界先進(jìn)水平靠攏都具有重要意義。

參考文獻(xiàn)

[1]于海東.汽車傳感器入門到精通全圖解[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2019.5.

[2]李.汽車電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)匹配設(shè)計及性能分析[J].機(jī)械強(qiáng)度，2020，42（4）： 988-993.

[ 3] 馮櫻等. 電子控制式電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的開發(fā)前景[ J]. 汽車科技，?2021（3）：4～6.