摘要：目前，EPS是Electric Power Steering的缩写，即电动助力转向系统，随着汽车工业的发展，EPS已经越来越受到人们的重视，当前在2.0L排量以下的各类乘用车上，取代了传统液压动力转向系统（Hydraulic powersteering，简称HPS）的主导作用，近年来随着旅游市场的持续走高，电动观光车助力的需求也越来越明显。
关键词：汽车电动；技术分析；助力；转向系统
引言：当今汽车转向系统已经从单纯的机械结构发展到液压动力转向，再到现在汽车电子控制动力转向系统，在减少驾驶员劳动强度，提高操作便携性和稳定性方面取得了飞跃，虽然增加了成本，同时使得转向系统结构复杂，但这并没有掩饰其优点，先进的车辆助力转向系统仍然被广泛使用。从发展趋势上看，电动助力转向系统是汽车转向系统的发展方向，主要分为R-EPS齿条助力、P-EPS齿轮助力与C-EPS管柱式助力系统，R-EPS齿条助力系统用于转向轴负荷较大的汽车，P-EPS齿轮助力与C-EPS管柱式助力用于转向轴负荷不大的汽车，其中C-EPS管柱式助力具有安装方便工作条件好等优势，是当前助力转向的主要结构，本文中主要对C-EPS作讨论下文中的EPS均指C-EPS系统。
一、EPS系统结构及其工作原理
虽然电动助力转向系统在各种车型上各不相同，但基本原理是相同的，其基本结构型式如（图1）所示。它通常包含以下部件：扭矩（转角）传感器，电子控制单元ECU，助力电机，电磁离合器和减速器组成。
工作原理是：当转向轴产生转角时扭矩传感器会检测到转向信号并转换为电信号传送给ECU单元，ECU根据转矩信号再结合车速信号计算出助力电动的驱动电流并输出给助力电机，完成转向助控制。
图1 电动助力转向系统结构图
二、EPS系统关重零部件
2.1扭矩传感器；准确、可靠和低成本的扭矩传感器是EPS能否够占领市场的关键因素。扭矩传感器主要有接触式和非接触式。常用的接触式（主要是电位器型）传感器有：摆臂式，齿轮式和扭杆式。非接触式传感器（图2）主要有光电型和磁电型。前者成本低，但受温度变化和机械磨损影响，精度变化较大，使用寿命低，对制造精度要求较高，并且难以测量绝对角和角速度。非接触式的成本稍高，同时可靠性和控制精度也很高。
2.2电动机；电动机根据ECU的指令输出适宜的转矩，一般采用直流永磁电机，直流永磁电机具有无激磁损耗、效率较高、体积较小等特点。电机是EPS的关键部件之一，对EPS的性能有很大的影响。
2.3电磁离合器；助力系统仅在预设条件下工作，当车速，电流超过规定的最大值或助力系统失效时，电磁离合器自动切断电机与转向系统的连接，保证转向系统的可控性。
2.4减速机构；减速机构用于增加电机传递到转向器的扭矩。它有两种主要形式：双行星齿轮减速机构和蜗轮减速机构。由于减速机构对系统性能影响很大，因此对降低噪声，提高左右转向操作的效率和对称性提出了更高的要求。
三、EPS的控制过程
EPS的ECU电子控制单元用于确定助力电机的目标电流。根据EPS的特点，ECU控制策略分为助力控制，阻尼控制和回正控制。
EPS的电流控制过程为：ECU根据扭矩传感器的输出Th和车速传感器的输出V，根据辅助特性确定电机的目标电流Imo，由ECU中的变频器输出电流Im给电机使电机输出目标扭矩。因此，EPS的控制必须解决两个问题：（1）确定辅助特性；（2）跟踪辅助特性。整个控制器可分为上层控制和底层监测。上层控制用于根据基本辅助特性及其补偿调整来确定电机目标电流，底层监测用于跟踪助力电机目标电流并反馈给上层控制器。
图2 磁电式扭矩传感器结构图
1.助力控制
助力控制是在转向过程（转向角增大）中为减轻转向盘的操纵力，通过减速机构把电机转矩作用到机械转向系（转向轴、齿轮、齿条）上的一种基本控制模式。
控制流程：（1）同时输入方向盘扭矩信号（转矩值和转矩方向）、车速传感器反馈的车速信号；（2）根据车速和方向盘转矩从辅助特性中获得电机目标电流；（3）ECU输出目标电流给电机；（4）由底层监控反馈电机转角和电流给ECU完成转向控制。
2.回正控制
当汽车以正常速度行驶时，由于前轮定位参数的存在，使得转向轮具有自动回正的趋势。在方向盘转矩减小和撤销时助力系统需要辅助增加前轮回正力使方向盘回正使汽车达到直线行驶。在转向盘回正时需要考虑：（1）回正力矩过大，引起转向盘位置超调；（2）正回程扭矩过小，方向盘不能准确回正。在前一种情况下，可利用电机阻尼控制来防止。后一种情况需要对助力系统进行回正补偿以提高回正精度。
ECU根据转向盘转角和转矩方向，判断车辆是否处于回正状态。回正控制的内容有：在低速回正过程中，EPS系统开路控制，保持机械系统的自动回正特性；高速行驶正时，为防止摆振超调，采用阻尼控制。
3.阻尼控制
阻尼控制属于回正控制的一部分，用于保证高速直线行驶稳定性平衡过快转向动作。当车辆高速直线行驶过程中转向过于灵敏、“轻便”，易产生风险，驾驶员会感觉车辆难以控制，这就是“发飘”的感觉，危险系数较高。为了增加高速行驶的稳定性，在死区内进行阻尼控制以增加方向盘的阻力，体现出高速行驶稳定性。
图3 观光车电动助力系统
四、电动助力转向在观光车上的应用
电动助力转向系统称为EPS，以机械转向零部件为基础加入传感装置，动力控制装置和动力转向装置。在提高驾驶舒适性的同时为了更好地发挥其功能，有必须要根据汽车的实际情况进行设计和使用，目前在电动观光车上使用的电动助力系统如（图3）所示。
电动观光车通常使用于旅游景区，大型游乐场所等，其设计车速≤30km/小时，由传统燃油车逐渐过渡到纯电动能源为主，载客人数较多运行时间长，运行路线弯多弯急等特点。普通齿轮齿条式转向系统对观光车驾驶员的体力消耗非常大，长时间驾驶后易疲劳；而传统液压助力转向系统由于需要：液压泵、油管、压力流体控制阀、V型传动皮带、储油罐等繁杂的机械液压结构，同时液压泵功率较大在电动观光车上使用受限制，于是各电动车厂家在观光车上引入电动助力转向系统就显得必要而迫切。
在电动观光车上的应用主要考虑以下几点：1）在传统电动助力转向系统的基础上选用更高效率的电机及控制系统达到节能的目的；2）改变助力系统驱动电机的电源使之与观光车的驱动电源匹配；3）与整车ECU通讯直接读取车速信号使控制更可靠。EPS已成为电动观光车的核心安全系统，我们考虑将其与观光车更多的电控单元相联系，达到更优的控制。
结束语：
EPS不仅是传统内燃机汽车、电动汽车的功能性部件，在电动观光车上也逐渐成为标准配置，积极采用这一先进技术，随着电子技术的发展和进步，电动助力转向系统已经能够完全满足汽车行驶的安全要求。电动转向系统的广泛应用代表了汽车工业的发展。汽车转向更稳定，驾驶员更安全。通过研究和应用电动助力转向系统的关键技术,EPS辅助电机能效机制和齿轮传动技术应用,提取精华,发挥优势,弥补不足,形成最先进的电动助力转向系统技术,实现转向更稳定的效果。对驾驶员劳动强度的降低和行车安全起到了积极的保障作用，成为目前最先进的动力转向系统，对促进电动观光车行业发展具有重要意义。
参考文献
[1]胡爱军,吕宝占.汽车转向系统发展趋势 2017
[2]池保忠.微型车电动助力转向控制策略的研究与设计 2016
[3]刘齐.汽车线控转向技术发展综述 2017
论文作者:张勤辉
论文发表刊物:《电力设备》2018年第28期
论文发表时间:2019/4/1
标签：助力论文; 转向系统论文; 电机论文; 扭矩论文; 转矩论文; 系统论文; 传感器论文; 《电力设备》2018年第28期论文;