电动助力转向系统

电动助力转向系统现代汽车新技术目录电动助力转向1

概况汽车转向系统用来改变或保持汽车行驶或倒退方向的一系列装置称为汽车转向系统(steering

system)。功用保证汽车能按驾驶员的意志而进行转向行驶。汽车转向系统对汽车的行驶安全至关重要，因此汽车转向系统的零件都称为保安件。汽车转向系统和制动系统都是汽车安全必须要重视的两个系统。汽车转向系统分为两大类：机械转向系统和动力转向系统。1

概况机械转向系统（Manual

Steering）机械转向系统以驾驶员的体力作为转向能源，所有传递力的构件都是机械的，主要由转向操纵机构、转向器和转向传动机构三大部分组成。传统机械转向系统的优点是结构简单、工作可靠、生产成本低。其缺点也非常明显：随着汽车速度的提高和汽车质量的增大，转向操纵难度增大，转向越来越费力。是其传动比是固定的，导致汽车的转向响应特性无法控制，传动比无法随汽车转向过程中的车速、侧向加速度等参数的变化而进行补偿，驾驶员必须在转向之前就对汽车的转向响应特性进行一定的操作补偿，这样无形中增加了驾驶员的精神和体力负担。1

概况动力转向系统（power

steering

system）动力转向系统是兼用驾驶员体力和发动机（或电动机）的动力作为转向能源的转向系统。动力转向系统是在机械转向系统的基础上加设一套转向加力装置而形成的。而动力转向系统有液压助力转向系统、电控液压助力转向系统、电动助力转向系统三种。2动力转向系统发展史HPS早期DP-EPS纯机械转向系统EHPSC-EPS1953年通用汽车公司首次使用了液压助力转向系统。1983年日本Koyo公司推出了具备车速感应功能的电控液压助力转向系统。1990年本田公司在运动型轿车

NSX上采用了自主研发的齿条助力式电动助力转向系统。1988年，光洋精工成功研发出转向柱式电动助力转向系统，并由铃木公司首先在小型轿车Cervo上配备。RD-EPS2003年，大众公司首先在第五代高尔夫上配备ZF的双小齿轮式电动助力转向系统。EPS相关标准产品功能安全标准：ISO

26262测试标准：

ECE

79

(Europe)

GB

171675

（China）3类型特性3.1液压助力转向系统（HPS）液压助力转向系统（HPS）是在传统机械转向系统基础上额外加装了一套液压助力系统，一般由油泵、V形带轮、油管、供油装置、助力装置和控制阀等组成。它以液压油为动力，通过液压泵产生的动力来推动机械转向器工作。这类动力转向系统是靠方向盘转动时带动扭杆直接改变液压系统油路的通道面积来提供可变的助力。即助力大小与车速的高低没有关系，只与转向角度有关。转向盘转过的角度越大，液压系统提供的助力也越大（即转向助力特性不可调）。3.2电控液压助力转向系统（EHPS）电控液压助力转向系统（ECHPS）是在液压助力转向系统基础上增加了控制液体流量的电磁阀、转矩传感器、车速传感器以及转向控制单元等元件。在转向过程中，由于油泵的持续工作所造成的多余能量消耗。整个液压系统占用空间大、容易泄漏、噪声大等缺点，而且增加了车速检测控制装置。而且控制阀的结构较HPS复杂且成本较高，目前主要应用于高级轿车及运动型乘用车上。3类型特性3类型特性3.3电动助力转向系统（EPS）电动助力转向系统是在传统机械转向系统的基础上，增加了传感器装置、电子控制装置和转向助力机构等。其特点是使用电动执行机构在不同的驾驶条件下为驾驶员提供合适的助力。系统主要由电子控制单元ECU、扭矩传感器、车速传感器、电动机、减速机构和转向柱总成等组成。结构示意图如下图所示。3类型特性3类型特性EPS工作原理当操纵方向盘时，装在转向柱上的扭矩传感器不断地测量转矩、转角信号，该信号与车速信号同时输入到电子控制单元ECU，经过ECU计算处理后控制电动机输出相应大小和方向

的转矩信号，电动机的助力转矩通过减速器减速增矩后加到转向系统中，以实现汽车助力转向的作用。3类型特性EPS系统框图EPS动态示意图3类型特性控制/机械信号流如下图所示。EPS电动机转向齿条扭矩传感器3.3.2

EPS关键零部件及技术电动助力转向系统的关键是EPS

ECU根据各种传感器信息决定助力电机的输出电流的大小和方向，即控制算法。同时保护程序和故障诊断程序同样处于关键地位，必要时发出警报或者采取必要的措施。硬件部分的关键技术是：传感器、电机。传感器是整个系统的信号源，其精确性十分重要。电机是整个系统的执行器，电机性能的好坏决定了整个系统的性能表现。EPSECU非接触传感器故障诊断减速器转向柱鲁棒算法路感无刷电机转向齿条横拉杆输出轴电动机齿轮EPS

ECU输入轴减速器可靠性3类型特性转向柱助力式齿条助力式齿轮助力式结构布置助力电动机、控制器以及

转矩传感器配置在转向柱。助力电动机配置在齿条轴上。助力电动机设置在转向器的齿轮轴上。安装优势系统结构紧凑，安装到车辆上时极为简便。助力电动机可安装在齿条轴上的任意位置处，增加了配置设计的自由度。助力电动机位于车箱外，

可在保持静噪性的前提下，获得更大的辅助力。特点除用于固定式转向柱外，还适用于可倾斜式等所有类型的转向柱。采用减速比很大的助力电动机，抑制了惯性力，具有优异的操纵感。与变比率式转向器组合使用，可实现助力电机的小型化，提供操纵特性优异的转向系统。示意图特点类型电动机转向轴转向齿轮转向齿条电动机转向轴转向齿轮转向齿条电动机转向轴转向齿轮转向齿条3类型特性3类型特性HPS转向系统零件较多，系统串联叠加后的质量问题可能性较高。但EPS只需一个转向机，系统构成简单，出现质量问题的可能性比EPS低很多。EPS的动力特性通过ECU的软件编程来实现，修改非常方便，因此可以轻易的实现客户对于不同车型转向助力特性的要求。而HPS则需要通过更改机械零部件的加工尺寸来实现这样的更改。3类型特性4发展趋势市场分析由于全球能源紧张趋势长期维持；世界对环境日益关注，对CO2减排达成了相关的协议，各国纷纷出台相关政策。由于EPS较其他转向系统节省能源，从全球EPS市场来看，这些因素都将利好EPS维持长期稳定的增长。全球EPS市场预测（万套）4发展趋势4.2发展趋势结构：现有的EPS中，驱动转向轮进行转向的力由人和电动机助力两部分组成,随着技术的不断进步，未来的EPS将是全助力的电动转向系统，即驱动转向轮转