新能源汽車電動助力轉向系統的認知

車轉向系統（SteeringSystem）是汽車的一個重要構成部件，是保障汽車安全駕駛十分重要的安全裝置，其功能就是要求能夠按照駕駛員的意圖來控制汽車的行駛方向，它直接影響到汽車的整體操縱性和行駛穩定性。隨著汽車各方面的技術不斷發展、完善、突破、創新，人們對汽車的需求已經不僅僅局限于安全性和功能性，還比較關注它的舒適性和經濟性等。轉向系統是用來控制車輛前進方向的一套機構，最初的轉向機構是純機械結構，操作費力、駕駛舒適性差。助力轉向系統的出現很好的解決了這個難題，并逐漸發展成為現代汽車結構中必不可少的一部分。一、汽車轉向系統概述

1.機械式轉向系統

純機械式轉向系統大致分為三部分：轉向操控機構、轉向器和轉向傳動部分。轉向操控機構是指駕駛員直接接觸的部分，負責把駕駛員的動作和力傳遞到轉向系統當中；轉向器是轉向系統的核心部件，一方面將駕駛員輸入的力進行放大，另一方面變換這個力的方向；轉向傳動部分包括轉向器與轉向輪之間的傳動零部件，負責把轉向器輸出的力傳遞到轉向輪上，從而完成轉向輪的動作。二、汽車轉向系統的發展歷程

2.傳統液壓助力轉向系統

液壓助力是目前車輛使用最多的一種轉向助力方式，其系統結構如圖所示，它通過在純機械式轉向系統中添加一套液壓系統（包括動力缸、閥、液壓油罐、油泵和油管等）用以提供轉向系統的助力，液壓系統根據液流的形式不同，又能夠分為常流式和常壓式。常壓式液壓助力轉向系統在車輛行駛過程中，不管轉向盤有沒有轉向力輸入，它的液壓系統始終保持高油壓；而常流式液壓助力轉向系統在車輛行駛過程中，轉向盤不動的情況下，流量控制閥處于中間處，油路常通。二、汽車轉向系統的發展歷程

3.電控液壓助力轉向系統

由于傳統液壓助力轉向系統會消耗相當多的發動機動力，所以人們在它的基礎上進行改進，得到了能耗相對較低的電控液壓助力轉向系統，它的結構如圖，主要包括動力轉向電子控制系統（ECU）、電動液壓油泵、液壓油罐、限壓閥、單向閥、轉向器、車速傳感器以及其他信號傳感器等。二、汽車轉向系統的發展歷程

4.電動助力轉向系統

現如今汽車微電子技術越來越成熟，因此，對車輛節能與環保方面的要求也越來越高，液壓助力轉向系統所存在的能耗高、油液泄漏和污染等問題變得更加明顯，不能完全滿足時代發展的要求。電動助力轉向（EPS）系統綜合了最前沿的電子控制技術和最新的電動機控制技術，它不僅能有效改善車輛的動靜態性能，還可以顯著提高車輛的駕駛舒適性和安全性，降低對環境所造成的污染。所以，EPS系統剛剛提出，就得到了很多大型汽車企業的青睞，并在第一時間投入大量的人力、財力進行相關研究，由此可見，電動助力轉向必將成為助力轉向系統中的佼佼者。圖所示為速騰汽車EPS系統的組成。二、汽車轉向系統的發展歷程

5.線控轉向系統線控轉向系統是EPS系統的一個發展方向，英文名稱SteeringByWire，故簡稱SBW，其結構如圖所示，主要包括電子控制單元（ECU）、轉向盤、扭矩傳感器、轉向盤回正電機、助力電機、轉向器以及助力傳動機構等，它省去了轉向盤和轉向器之間的傳動機構。二、汽車轉向系統的發展歷程

根據助力電機在轉向系統中的安裝位置可分為三類：轉向柱助力型（ColumnEPS，C-EPS）；小齒輪助力型（PinionEPS，P-EPS）；齒條助力型（RackEPS，R-EPS）。其中，C-EPS與P-EPS、R-EPS相比，由于駕駛員和電機助力的轉矩同時通過轉向器的小齒輪齒條傳遞，考慮到齒的剛度和強度，助力轉矩值不能太大，多用于小型汽車；而P-EPS和R-EPS成本相對較高，多用于中高級車輛。

按照助力電機的安裝部位不同，EPS系統一般分為轉向軸助力式、齒輪助力式和齒條助力式3種類型三、電動助力轉向系統分類

1.EPS系統具有以下優點：

與其他轉向系統相比，該系統突出的優點表現在：1）更加節省能源和環保。因為EPS沒有液壓器件，所以可算得上是標準的“按需供能型”系統，即在轉向的情況下系統才工作，而汽車停止時或者直線運行時完全不消耗任何能量，這樣一來耗能就會相對較少。因此與液壓動力系統進行比較，可以節約能源80%到90%。而在不轉向時，EPS燃油消耗會降低2.5%；在使用轉向系統時，則會減少5.5%。另外又因為在-40℃的低溫的狀況下，EPS也可以較好地工作，而傳統的液壓系統只有液壓油預熱后才可以工作，由于EPS沒有起動時的預熱過程，所以節省了許多能量。EPS也不存在液態油的泄漏問題，從而也不會對環境造成嚴重的污染，符合了環保的設計理念。

2）助力效果相對更好。EPS可根據汽車運行的不同工況，通過優化設計助力特性曲線，獲得準確的助力，助力效果十分理想。同時還可以通過控制阻尼系數減小因為路面的干擾對轉向系統產生的影響，保障車輛低速行駛時的輕便性，提高汽車高速行駛時的穩定性，進而提高汽車的轉向性能。四、EPS系統的優缺點

3）質量大大減輕。與液壓轉向比較，電動助力轉向系統的結構更加簡單，零件數目顯著減少，因而帶來質量的輕便，于此同時使布置更加簡單，而且降低了工作時產生的噪聲污染。

4）安全性能更好。與HPS比較，EPS發生故障后，系統通過電磁離合器切斷電機與減速傳動機構的動力連接，進入機械轉向模式。另一方面由于EPS的助力由電機提供，所以與車輛的驅動系統相互獨立，只要新能源汽車的DC/DC不出現問題，即使在汽車不啟動或發生故障也能夠準確的提供助力。5）開發和生產的周期短。雖然EPS的設計時間會比較長，但是設計完成以后，可以通過編輯相應的設計程序，實現與各種不同車型之間的匹配，從而能夠減少針對各個車型的設計時間。

6）提高了轉向系統的回正性能。在某一車速下，當駕駛員轉動轉向盤一個角度放手后，汽車具有使其自身回到直線方向行駛的特性，這是汽車固有屬性所決定的。但是EPS系統能夠對回正過程進行人工控制，在最大限度內通過軟件修改設計參數達到使車輛獲得最優回正性的目的。在傳統的HPS中，汽車一旦設計完成，回正特性就無法改變，否則必須徹底改動底盤的結構，實現起來非常困難。

7）EPS效率一般比HPS高，使用車輛范圍也相對較廣，特別適用于新能源汽車。四、EPS系統的優缺點

2.EPS系統的缺點：

1）由于車載電源的電壓一般比較低，故電動助力轉向（EPS）系統所能提供的助力轉矩也不會太大，所以不適合用于大型車輛。

2）助力電機、減速機構等零部件的摩擦和轉動慣量會對EPS系統的轉向特性產生一定的影響，因此動力匹配比較困難。四、EPS系統的優缺點

汽車電動助力轉向器（EPS）是一種機電一體化的新一代車輛動力轉向系統。它由扭矩傳感器、電機總成、轉向器和控制器（VCU）組成。汽車電動助力轉向器是根據轉向盤的轉向力（即扭矩傳感器）、車速傳感器、發動機轉速等控制信號，確定轉向助力的大小和方向，并驅動電機輔助轉向操作。五、電動助力轉向系統（EPS）結構

轉向器選擇齒輪齒條式，轉向盤轉矩通過扭矩傳感器來測得。當沒有轉向動作時，助力電機不工作；當駕駛員有轉向操作時，扭矩傳感器發出一個電壓信號，電子控制單元（ECU）根據電壓信號值推算得到轉向盤轉矩的大小及方向，同時，車速傳感器將檢測到的當前車速傳遞到電子控制單元（ECU），電子控制單元（ECU）先根據車速選擇與之對應的助力特性曲線，再根據轉向盤轉矩進行運算處理，得到目標助力轉矩的大小以及方向，再經過一系列計算確定助力電機的旋轉方向和驅動電流的大小，助力電機根據得到的驅動電流提供相應的助力轉矩，減速增扭后作用到轉向軸上，為轉向系統提供與工況相適應的助力。六、電動助力轉向系統（EPS）工作原理

EPS是一個非線性、多輸入多輸出的控制系統，因此，控制策略的設計是EPS的核心技術之一。EPS控制策略的基本功能是在不同行駛工況下的轉向過程中提供最佳轉向助力，從而減輕駕駛員的操作疲勞。根據不同的控制目標，控制策略可分為：基本助力控制，設計合理助力曲線，兼顧低速的轉向輕便性和高速的穩定性；回正控制，使轉向盤具有較好的回正特性，避免回正不足或回正超調；補償控制，EPS轉向系統中除了機械部件的摩擦和阻尼因素，還有電機和減速機構的慣量因素，因此，需要采用合適的補償控制，減小慣量、摩擦、阻尼因素的影響，提高車輛的穩態性能和動態性能；抑振控制，當在不平路面行駛時，由輪胎傳遞過來的擾動會造成轉向盤的振動，使駕駛員感到不適，喪失路感；魯棒控制，抑制系統內部的各種擾動；其他控制，隨著汽車安全性和舒適性要求的提高，EPS的控制策略正朝著智能化的方向發展，包括：個性化助力特性、自動泊車功能、車道保持功能等等。七、電動助力轉向系統（EPS）的助力策略

該車采用REPS轉向器總成內部集成控制器、助力電機、轉角扭矩傳感器與機械轉向器；采集轉角扭矩信號、車速信號控制助力大小。系統具有：助力控制功能、主動回正功能、阻尼控制功能。八、比亞迪E5電動轉向系統

汽車轉向時，扭矩及轉角傳感器把檢測到的扭矩及角度信號的大小、方向經處理后傳給REPS電子控制單元，REPS電子控制單元同時接收車速信號，根據車速信號、轉角和扭矩信號決定電機的旋轉方向和助力扭矩的大小。電流傳感器檢測電路的電流，對驅動電路實施監控，在同一轉向盤力矩輸入下，電機的目標電流隨車速的變化而變化最后由驅動電路驅動電機工作，實施助力轉向。九、比亞迪E5電動轉向系統的工作原理

EPS的應用和發展，一方面要考慮到主要零部件如各種各樣的助力電機、傳感器、MCU、車載電源系統等的未來發展趨勢；另外一方面要綜合考慮包括車速、側向加速度和橫擺角速度等諸多因素在內的實際應用系統的發展趨勢。十、電動助力轉向系統的發展趨勢謝謝觀看新能源汽車電動助力轉向系統的檢修新能源汽車在不同車速下轉向時，EPS的控制部件能夠通過對助力電機電流的控制，提供合適的轉向助力，這樣既減輕了駕駛員的操縱負擔，又能保持一定的路感，同時還可以兼顧車輛低速時的操縱輕便性和高速時的操縱穩定性，也即是在轉向輕便性和路感之間找到1個合適的平衡點。EPS系統的控制策略和控制算法是EPS系統控制性能的關鍵，根據汽車不同轉向行駛的狀態，助力轉向的控制方法一般主要包括助力控制、阻尼控制和回正控制。在車輛原地轉向和低速行駛時，以助力控制為主；車輛中低速行駛時以助力和回正控制為主；在車輛高速行駛時，以阻尼控制為主，防止車輛轉向過快導致側滑和翻車現象的發生。按不同的控制方式，中央處理單元ECU作為EPS系統的核心部件，將所有的控制策略和算法以軟件與數據的形式存儲在微處理器的存儲器中。一、EPS控制策略及算法

EPS的助力特性是指助力電機提供的助力隨汽車車速和轉向盤轉矩以及車輛運動狀態變化而變化的規律。由于助力力矩大小與電機電流成比例，所以一般用轉向盤力矩為橫坐標，電機電流或輸出扭矩為縱坐標，同時考慮車速的變化，用它們之間的關系曲線來表示EPS的助力特性。

在助力控制模式下，助力特性曲線的設計是控制策略主要的設計目標，這與傳統的HPS是完全不同的，HPS當制造完成后，其特性曲線是固定且不能調整的，不再隨外部條件的變化而變化，除非調整底盤的結構。而EPS是首先通過理論的分析，得到一組特定的理想特性曲線，然后，ECU根據車速、扭矩等傳感器信號通過一定的算法確定助力電機的電流，以獲得合適的助力轉矩，跟蹤某條理想的助力特性曲線，因此EPS的特性曲線是可以通過軟件來調整的。二、助力特性1.轉向盤位置

轉向盤位置由滑動電位器、霍爾傳感器或旋轉變壓器來確定。如果車輛有泊車輔助功能，則EPS系統通常會裝旋轉變壓器，因為相比電位計或霍爾效應傳感器，旋轉變壓器能更準確地報告轉向盤的位置。

由于車輛的前輪不轉動時不需要輔助系統工作，大多數電動助力轉向系統必須進行校準，以識別轉向盤的“零點位置”或標準值。如果電動助力轉向裝置在車輪轉向的同時進行校準，則車輛可能發生偏轉。

2.轉向盤轉向力

轉向盤轉向力是由力矩傳感器通過測量轉向軸組件中扭桿的力矩計算得出的。力矩傳感器產生與扭桿力矩成比的電信號。該信號被動力轉向ECU采用，與其他相關參數一起參與運算。

3.車速