电动助力转向系统的创新成果

电动助力转向系统(Electric Power Steering，EPS)相较于传统的液压助力转向系统具有节省空间、容易集成以及成本低等特点，因此现代汽车正逐步以EPS取代传统液压助力转向系统。

1.电动助力转向系统组成

EPS系统主要包括机械转向装置、转矩传感器、减速机构、离合器、电机、电控单元(ECU)和速度传感器。EPS系统结构简图如图6－10所示。

图6－10　EPS系统结构简图

1—转矩传感器；2—减速机构；3—离合器；4—电机；5—齿轮齿条式转向器。

1)转矩传感器

转矩传感器的作用是测量驾驶员作用在转向盘上力矩的大小与方向，有的转矩传感器还能够测量转向盘转角的大小和方向。

转矩传感器有接触式与非接触式两种。接触式转矩传感器在转向轴与转向小齿轮之间安装了一个扭杆，当转向系统工作时，利用滑环和电位计测量扭杆的变形量并转换为电压信号，通过信号输出端将信号输出并转换得到所产生的转矩。

非接触式转矩传感器中有两对磁极环，当输入轴与输出轴之间发生相对转动时，由于磁极环之间的空气间隙发生变化，导致电磁感应系数的变化，并在线圈中产生感应电压，最后将电压信号转换为转矩信号。

2)电机

电机的作用是为EPS系统提供动力，并根据电控单元发出的信号输出适当的辅助力矩。目前使用较多的是永磁直流电动机，分为电刷和无刷两种。

3)减速机构

其作用是减速增矩，并确保EPS系统仅在设定的驱动速度内起作用。当转速达到极限值时，离合器分离使电机停止工作，电动转向系统变为手动转向系统。此时，系统不再受电机部件惯性力的影响。此外，当电机故障时，离合器会自动分离。常用的减速机构有蜗轮蜗杆机构、滚珠丝杠螺母机构和行星齿轮机构。

4)电子控制单元

电子控制单元(ECU)的功能是基于转矩传感器和转速传感器的信号，经逻辑分析和计算发出指令，从而控制电机和离合器的动作。此外，ECU通过采集电机电流、发电机电压、发动机工况等信号，判断系统是否正常工作。如果系统出现异常，则自动取消升压功能，同时进行故障诊断分析。

2.电动助力转向系统工作原理(www.xing528.com)

EPS采用直流电机作为动力源，转矩传感器通过扭杆连接到转向轴的中部。当转向时，转向轴旋转带动扭杆转动并产生变形，随后转矩传感器将转向轴与扭杆的相对角度转化为电信号并送到ECU，ECU根据速度传感器和转矩传感器信号控制电机转矩的大小和方向。在电磁离合器的作用下，电机的转矩通过减速机构增加转矩后，再输出到汽车的转向机构中，从而得到适合工况的转向力。

3.电动助力转向系统的类型

根据电机布置位置不同，EPS系统可以分为以下3种类型:转向轴助力式、齿轮助力式和齿条助力式。

1)转向轴助力式

转向轴助力式EPS系统的电机固定在转向轴一侧，并装有一个电磁控制的离合器，通过减速机构与转向轴相连，直接驱动转向轴助力转向。转向轴助力式EPS系统的组成如图6－11所示。

图6－11　转向轴助力式EPS系统的组成

(a)实物图；(b)转向图

2)齿轮助力式

齿轮助力式EPS系统的电机和减速机构与小齿轮相连，直接驱动齿轮助力转向。齿轮助力式EPS系统的转速传感器、电机和减速机构及离合器集成在一起，电机直接通过减速机构驱动齿轮轴进行助力。齿轮助力式EPS结构如图6－12所示。

3)齿条助力式

齿条助力式EPS系统的助力电机安装在齿轮齿条转向器上，助力力矩则是直接加在齿条上。齿条助力式EPS系统的转矩传感器单独安装在转向小齿轮附近，而电机和减速机构集成在一起安装在小齿轮另一面的齿条上，电机的动力直接作用到齿条上。齿条助力式EPS结构如图6－13所示。

图6－12　齿轮助力式EPS结构

图6－13　齿条助力式EPS结构

根据提供辅助转向力的车速范围不同，EPS系统还可以分为全速助力型和低速助力型，齿条助力式在所有的车速范围内都提供转向助力，而转向轴助力式和齿轮助力式则只在低速范围内提供助力。