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电动助力转向系统（EPS）
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KXKXZU
2022-11-18 13:56
由于科技的进步现在大多数新型汽车都放弃了液压助力转向系统，转而采用电动助力转向(EPS)系统。因为电动助力转向系统无需使用助力转向泵，降低了重量并提高了燃油经济性。而且电动助力转向系统EPS还能提供更好的操控感与转向感，可根据车辆速度调节转向扭矩，并在危急驾驶情况下提供主动扭矩，从而提高车辆的安全性。下面我们来详细了解一下电动助力转向系统EPS。
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什么是电动助力转向系统EPS
电动助力转向系统(ElectricPowerSteering，缩写EPS)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HPS(HydraulicPowerSteering)相比，电动助力转向系统EPS系统具有很多优点。
电动助力转向系统系统由电动助力机直接提供转向助力，省去了液压动力转向系统所必需的动力转向油泵、软管、液压油、传送带和装于发动机上的皮带轮，既节省能量，又保护了环境。另外，还具有调整简单、装配灵活以及在多种状况下都能提供转向助力的特点。以后电动助力转向系统将是汽车转向系统的发展方向。
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电动助力转向系统EPS结构
EPS主要由扭矩传感器、车速传感器、电动机、减速机构和电子控制单元(ECU)
等组成。通过传感器探测司机在转向操作时方向盘产生的扭矩或转角的大小和方向，并将所需信息转化成数字信号输入控制单元，再由控制单元对这些信号进行运算后得到一个与行驶工况相适应的力矩，最后发出指令驱动电动机工作，电动机的输出转矩通过传动装置的作用而助力。
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电动助力转向系统工作
驾驶员在操纵方向盘进行转向时，转矩传感器检测到转向盘的转向以及转矩的大小，将电压信号输送到电子控制单元，电子控制单元根据转矩传感器检测到的转距电压信号、转动方向和车速信号等，向电动机控制器发出指令，使电动机输出相应大小和方向的转向助力转矩，从而产生辅助动力。汽车不转向时，电子控制单元不向电动机控制器发出指令，电动机不工作。
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电动助力转向系统(EPS)的分类
根据电动机驱动部位不同
根据电动机驱动部位的不同，将电动助力转向系统分为3类：转向轴助力式、转向器小齿轮助力式和齿条助力式。
电动助力转向系统是在传统机械转向机构的基础上发展起来的。所以电动助力转向系统在不同车上的结构部件尽管不尽一样，但其基本原理是一致的。系统通常由转向(转矩)传感器、电子控制单元、电动机、电磁离合器和减速机构等组成。
1.转向轴助力式转向系统
其转矩传感器、电动机、离合器和转向助力机构组成一体，安装在转向柱上。其特点是结构紧凑，所测取的转矩信号与控制直流电动机助力的响应性较好。这种类型一般在汽车上使用。
2.转向器小齿轮助力式转向系统
转向器小齿轮助力式转向系统的转矩传感器、电动机、离合器和转向助力机构仍为一体，只是整体安装在转向小齿轮处，直接给小齿轮助力，可获得较大的转向力。该形式可使各部件布置更方便，但当转向盘与转向器之间装有万向传动装置时，转矩信号的取得与助力车轮部分不在同一直线上，其助力控制特性难以保证准确。
3.齿条助力式转向系统。(图1)
其转矩传感器单独地安装在小齿轮处，电动机与转向助力机构一起安装在小齿轮另一端的齿条处，用以给齿条助力。该类型又根据减速传动机构的不同可分为两种:一种是电动机做成中空的。齿条从中穿过，电动机的动力经一对斜齿轮和螺杆螺母传动副以及与螺母制成一体的铰接块传给齿条。
这种结构是第一代电动助力转向系统，由于电动机位于齿条壳体内，结构复杂，价格高，维修也困难。另一种是电动机与齿条的壳体相互独立。电动机动力经另一小齿轮传给齿条，由于易于制造和维修，成本低，已取代了第一代产品。因为齿条由一个独立的齿轮驱动，可给系统较大的助力，主要用于重型汽车。
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按照位置不同
电动助力转向系统按照电动机布置位置的不同，可以分为：转向柱助力式(Column-assisttypeEPS)、齿轮助力式(Pinion-assisttypeEPS)、齿条助力式(Rack-assisttypeEPS)、直接助力式(Direct-drivetypeEPS)四种。
转向柱助力式电动助力转向器(C-EPS)
转向柱助力式电动助力转向器(C-EPS)的助力电机固定在转向柱的一侧，通过减速增扭机构与转向轴相连，直接驱动转向轴助力转向(图2)。这种形式的电动助力转向系统结构简单紧凑、易于安装。现在多数EPS就是采用这种形式。此外，C-EPS的助力提供装置可以设计成适用于各种转向柱，如固定式转向柱、斜度可调式转向柱以及其它形式的转向柱。但由于助力电机安装在驾驶舱内，受到空间布置和噪声的影响，电机的体积较小，输出扭矩不大，一般只用在小型及紧凑型车辆上。
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齿轮助力式电动助力转向器(P-EPS)
齿轮助力式电动助力转向器(P-EPS)的助力电机和减速增扭机构与小齿轮相连，直接驱动齿轮实现助力转向(图3)。由于助力电机不是安装在乘客舱内，因此可以使用较大的电机以获得较高的助力扭矩，而不必担心电机转动惯量太大产生的噪声。该类型转向器可用于中型车辆，以提供较大的助力。
齿条助力式电动助力转向器(R-EPS)
齿条助力式电动助力转向器(R-EPS)的助力电机和减速增扭机构则直接驱动齿条提供助力(图4)。由于助力电机安装于齿条上的位置比较自由，因此在汽车的底盘布置时非常方便。同时，同C-EPS和P-EPS相比，可以提供更大的助力值，所以一般用于大型车辆上。
直接助力式电动助力转向器(D-EPS)的助力电机和减速增扭机构同转向齿轮形成了一个独立的单元(图5)。它与R-EPS比较相似，两者的主要区别是扭矩传感器的安装位置有所不同。通过优化电控单元(ECU)内部的算法，让电机向齿条直接提供转向助力可以获得良好的转向路感。
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电动助力转向系统(EPS)的工作原理
电子控制动力转向系统是利用电动机作为助力源，根据转向参数和车速等，由微机完成助力工作的。
不转向时，电动机不工作，EP系统处于STANDY状态；当操纵转向盘时，装在转向盘轴上的转矩传感器不断检测转向轴上的转矩，并由此产生一个电压信号，该信号与车速信号同时输入电子控制器，由控制器中的微机根据这些输入信号进行运算处理，确定助力转矩的大小和方向，即选定电动机的电流和转向，调整转向的辅助动力。电动机的转矩由电磁离合器通过减速机构减速增矩后，加在汽车的转向机构上，使之得到一个与工况相适应的转向作用力。
电子控制电动助力转向控制系统的核心是一个4kBROM和256kBRAM的8位微机。转向盘转矩信号和车速信号经过输入接口送入微机，随着车速的提高，通过微机控制相应地降低助力电动机电流，以减少助力转矩。发动机转速信号也被送入微机，当发动机处于怠速时，由于供电不足，助力电动机和离合器不工作。
点火开关的通断(on/off)信号经A/D转换接口送入微机，当点火开关断开时，电动机和离合器不能工作。微机控制指令经D/A转换后送入电动机和离合器的驱动放大电路中，控制电动机的旋转方向和离合器的结合。电动机的电流经驱动放大回路、电流表A、A/D转换接口反馈给微机，将电动机的实际电流与按微机指令应给的电流相比较，调节电动机的实际电流，使两者接近一致。
电动助力转向系统(EPS)的工作原理简单来讲就是转矩传感器测出驾驶员施加在转向盘上的操纵力矩，车速传感器测出车辆当前的行驶速度，然后将这两个信号传递给ECU；ECU根据内置的控制策略，计算出理想的目标助力力矩，转化为电流指令给电机；然后，电机产生的助力力矩经减速机构放大作用在机械式转向系统上，和驾驶员的操纵力矩一起克服转向阻力矩，实现车辆的转向。
电动助力转向系统的最终发展趋势
1.改善控制系统性能、减小控制单元和驱动单元的体积及降低控制系统的制造成本，使之更好地与不同档次汽车相适应。
如改进电动机控制技术，消除由于电动机惯性大、摩擦力所带来的转向路感不足等缺点，使电动助力转向系统也能应用于重型载货汽车上。
2.实现电动助力转向系统控制单元与汽车上其他控制单元的通讯联系，以实现整车电子控制系统一体化。
3.将根据车速、转矩、转向角、转向速度、横向加速度、前轴重力等多种信号进行与汽车特性相吻合的综合控制，以获得更好的转向路感。
4.提高系统的可靠性。
5.提高系统的安全性。
电动转向技术由于其技术先进，性能优越，未来必将取代其他动力转向技术，成为动力转向技术的主流。线控动力转向系统将是动力转向系统的发展方向，是未来汽车对安全性、操纵稳定性和舒适性的更高要求，有着很好的发展前景。随着直流电机性能的提高和42V电源在汽车组件上的应用，其应用范围将进一步拓宽，并逐渐向微型车、轻型车和中型车扩展。
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电动助力转向系统的工作原理如下:
微型计算机控制单元根据来自转向传感器和车速传感器的信号确定转向辅助的大小和方向，并驱动电机以辅助转向操作。
根据车速调整转向助力，即车速低时助力大，车速高时助力小，以提高行驶稳定性。目前，电动助力转向系统在汽车上应用广泛。
EPS系统使用的机械部件与普通动力转向系统使用的机械部件基本相同，只是电磁阀安装在转向器上，EPS控制单元安装在收音机下部。
根据车速传感器信号，当不供电时，电磁阀打开旁通阀，动力油泵输出的高压油不进入动力油缸，而是通过旁通宽度流回储油罐；当电磁阀以最大电流通电时，动力油泵输出的高压油全部进入动力缸。
当方向盘转向时，扭矩传感器根据输入力的大小产生相应的电压信号，从而检测转向力的大小；同时可以根据车速传感器产生的脉冲信号测量车速，进而控制电机电流形成合适的转向助力。扭矩传感器测量方向盘和转向机之间的相对扭矩，作为电动辅助的基础之一。
电磁阀的功能是控制动力转向油量。电磁阀由弹簧、活塞和柱塞组成。
EPS控制单元根据输入的车速信号进行流量控制。当点火开关转到on位置时，电磁阀工作，向上推动柱塞与活塞接触；当向上的推力大于弹簧力时，活塞向上运动；当车速增加时，通过电磁阀的电流减少，活塞在弹簧的作用下向下移动。当活塞向上运动时，回油孔关闭，所有压力油进入转向器的回转阀。当活塞向下运动时，回油孔打开，部分压力油通过旋转旁通孔流回储油罐。
动力转向油泵产生的压力油进入回转阀，扭杆在方向盘转动时产生的阻力作用下转动。汽车高速行驶时，压力油通过电磁阀上的油道和回油孔回油。此时，由于弹簧力，活塞向下推动柱塞。压力从回转阀流向电磁阀，然后通过回油孔流回回转阀，再通过回转阀和扭杆形成的放油孔流回油箱。因此，动力泵产生的油压不会影响驾驶员的转向操作力。
车速下降时，电磁阀的电流增大，柱塞和活塞顶着弹簧力向上运动，回油孔向下转动，使动力油泵产生的压力油作用在转向控制阀上，减小驾驶员的操作力。
电动助力转向系统的特点:电动助力转向系统的优点:1)降低转向力；
2)根据车速和行驶条件的变化，提供适当的转向辅助，提高汽车行驶的安全性、操纵性和稳定性；
3)遇到巨大的单侧撞击或爆胎时，方向盘会突然偏向一侧，防止车轮偏转，从而提高汽车的行驶安全性。
电控动力转向系统的缺点：
结构复杂，功耗高，易泄漏，转向力难以有效控制。
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