電動轉向助力的原理、分類及發展綜述
摘要：轉向系統作為汽車的乙個重要組成部分，其效能的好壞將直接影響到汽車的轉向特性、穩定性和行駛安全性。在國外，各大汽車公司對汽車電動助力轉向系統（electric power steering-eps,或稱elec-tric assisted steering-eas）的研究有20多年的歷史。
為了解決轉向系統「輕」與「靈」的矛盾[1]，採用現代控制技術和電子技術的電動助力轉向系統(eps)應運而生。隨著近年來電子控制技術的成熟和成本的降低，eps越來越受到人們的重視，並以其具有傳統動力轉向系統不可比擬的優點，迅速邁向了應用領域，部分取代了傳統液壓動力轉向系統（hydraulic powersteering,簡稱hps）。
關鍵詞：工作原理、分類、發展
的工作原理及特點
電動助力轉向系統是在傳統機械轉向系統的基礎上發展起來的。它利用電動機產生的動力來幫助駕駛員進行轉向操作，系統主要由三大部分構成，訊號感測裝置(包括扭矩感測器、轉角感測器和車速感測器)，轉向助力機構(電機、離合器、減速傳動機構)及電子控制裝置[2]。電動機僅在需要助力時工作，駕駛員在操縱轉向盤時，扭矩轉角感測器根據輸入扭矩和轉向角的大小產生相應的電壓訊號，車速感測器檢測到車速訊號，控制單元根據電壓和車速的訊號，給出指令控制電動機運轉，從而產生所需要的轉向助力。
其結構示意圖如圖1所示。
圖1 帶雙小齒輪的電動機機械轉向助力器總體檢視
1.1eps的優點
1.1.1節約了能源消耗。沒有轉向油幫浦，且電動機只是在需要轉向時才接通電源，所以動力消耗和燃油消耗均可降到最低。
1.1.2對環境無汙染。
該系統應用電力作為能源，消除了由於轉向油幫浦帶來的雜訊汙染。也不存在液壓助力轉向系統中液壓油的洩漏與更換而造成的汙染。同時該系統由於沒有使用不可**的聚合物組成的油管、油幫浦和密封件等配件，從而避免了汙染。
1.1.3增強了轉向跟隨性。
在電動助力轉向系統中，電動機與助力機構直接相連，可以使其能量直接用於車輪的轉向。該系統利用慣性減振器的作用，使車輪的反轉和轉向前輪擺振大大減小。因此轉向系統的抗擾動能力大大增強。
1.1.4改善了回正特性。
由於採用了微電子技術，利用軟體控制電動機動作，在最大限度內調整設計引數以獲得雖佳的回正特性。從最低車速到最高車速，可得到一簇回正特性曲線，通過程式設計實現電機在不同車速及不同車況下的轉矩特性，這些轉矩特性使得該系統能顯著提高轉向能力，提供了與車輛動態效能相匹配的轉向回正特性。
1.1.5提高了操縱穩定性。當駕駛員轉動轉向盤一角度，然後鬆開時，eps系統能夠自動調整使車輪回正。同時還可利用軟體在最大限度內調整設計引數以獲得最佳的回正特性。
1.1.6系統結構簡單，占用空間小，布置方便。
由於該系統具有良好的模組化設計，所以不需要對不同的系統重新進行設計、試驗、加工等，不僅節省了費用，也為設計不同的系統提供了極大的靈活性，而且更易於生產線裝配。
的分類eps按照電動機布置位置的不同，可以分為：轉向柱助力式(column-assisttype eps)、齒輪助力式(pinion-assisttype eps)、齒條助力式(rack—assisttype eps)、直接助力式(direct-drivetype eps)四種[3]。
轉向柱助力式電動助力轉向器(c-eps)的助力電機固定在轉向柱的一側，通過減速增扭機構與轉向軸相連，直接驅動轉向軸助力轉向。這種形式的電動助力轉向系統結構簡單緊湊、易於安裝。現在多數eps就是採用這種形式。
此外，c-eps的助力提供裝置可以設計成適用於各種轉向柱，如固定式轉向柱、斜度可調式轉向柱以及其它形式的轉向柱。但由於助力電機安裝在駕駛艙內，受到空間布置和雜訊的影響，電機的體積較小，輸出扭矩不大，一般只用在小型及緊湊型車輛上。
齒輪助力式電動助力轉向器(p-eps)的助力電機和減速增扭機構與小齒輪相連，直接驅動齒輪實現助力轉向。由於助力電機不是安裝在乘客艙內，因此可以使用較大的電機以獲得較高的助力扭矩，而不必擔心電機轉動慣量太大產生的雜訊。該型別轉向器可用於中型車輛，以提供較大的助力。
齒條助力式電動助力轉向器(r-eps)的助力電機和減速增扭機構則直接驅動齒條提供助力。由於助力電機安裝於齒條上的位置比較自由，因此在汽車的底盤布置時非常方便。同時，同c-eps和p-eps相比，可以提供更大的助力值，所以一般用於大型車輛上。
直接助力式電動助力轉向器(d-eps)的助力電機和減速增扭機構同轉向齒輪形成了乙個獨立的單元。它與c-eps比較相似，兩者的主要區別是扭矩感測器的安裝位置有所不同。通過優化電控單元(ecu)內部的演算法，讓電機向齒條直接提供轉向助力可以獲得良好的轉向路感。
系統研究現狀
3.1ep$系統的發展概況
eps系統最早是由日本的鈴木汽車公司於2023年2月開發的，裝備於cervo的微型轎車，隨後還安裝在alto上。2023年，本田汽車公司是世界上第乙個把eps作為標準裝備配置在高階運動跑車acura nsx的汽車生產商。此後，電動助力轉向技術得到了迅速發展，日本的nsk、美國的delphi，trw，英國的lucas以及德國的zf等，都相繼研製出了各自的eps系統。
ford和gm公司選擇了trw公司提供的一種過渡技術，即電動液壓轉向技術。大眾汽車公司則在其pq35 golf平台上採用了zf公司提供的複雜的雙小齒輪助力型eps。
在國外，eps系統的應用範圍正從最初的微型車向高階轎車、商務車、商用車上發展，助力形式從低速範圍助力型向全速範圍助力型方向發展。
目前國內對eps系統的研究，主要是針對微型轎車用「轉向柱助力型」eps展開的。開展eps系統研究的高校主要有：清華大學、北京理工大學、華中科技大學、北京科技大學、天津大學、江蘇大學、合肥工大、武漢理工大學、********等。
廣州本田飛度、思迪，昌河北斗星是國內最早裝備eps系統的車型，eps使這些轎車成為參與市場競爭的亮點。
3.2ep$系統建模和控制技術回顧
3.2.1國外研究現狀
在現代控制理論的應用方面，主要的研究成果有：manu parmar和john y hung對雙小齒輪型電動助力轉向系統進行了研究，建立了eps系統的狀態空間模型，應用lqr和kalman濾波器設計了eps系統的最優控制器[4]。2023年，zaremba a t等應用h2控制理論以獲得良好的路感為目標，設計了h∞控制器，但沒有考慮控制系統的魯棒性。
2023年，toshio kohno等應用h 控制理論對齒條助力型eps系統進行了研究，以提高eps系統的魯棒性為控制目標，建立了eps系統的數學模型，設計了h∞控制器，在試驗台上驗證了系統隨著輪胎彈性係數變化時的魯棒性問題。
3.2.2國內研究現狀
清華大學對eps控制系統的基本助力控制、回正控制和阻尼控制進行了研究，設計了基於pid演算法的控制策略[5]。吉林大學、北京理工大學就eps系統的匹配設計，轉向效能的客觀評價進行了研究[6~7]。江蘇大學對eps系統穩定性分析，回正控制演算法等進行了研究[8~9]。
華中科技大學在轉向力矩、路感等方面進行了研究。天津大學對eps系統的助力特性及系統穩定性條件等方面進行了研究。
系統的發展趨勢
eps未來的發展有兩個方向：一是提高eps的系統控制效能，以便於在中、高階轎車上使用，這就需要引入諸如轉向盤轉角、橫擺角速度等量而不僅僅侷限於以車速和轉向盤轉矩作為控制量，同時採用助力控制、回正控制、阻尼控制等控制策略以便提高eps系統的效能；另乙個是降低eps系統的成本，提高系統各部件可靠性和耐用性。據trw公司**，到2023年全世界生產的每3輛轎車中就有一輛裝備eps，特別是低排放汽車(lev)、混合動力汽車(hev)、燃料電池汽車(fcev)、電動汽車(ev)4大ev汽車將構成未來汽車發展的主體，這給eps帶來了更加廣闊的應用前景。
5.結束語
eps系統涉及感測器技術、微電子控制、現代控制理論和傳統的機械設計，eps代表未來汽車動力轉向技術的發展方向之一，將作為標配件裝備到汽車上，並將在動力轉向領域佔據主導地位。所以eps具有非常廣闊的應用前景，我國有必要加大投入進行研究開發。
參考文獻：
[1]王望予．汽車設計[m]第4版．北京：機械工業出版社，2004, 240.
[2]王望予．汽車設計[m]第4版．北京：機械工業出版社，2004，244.
[3]王望予．汽車設計[m]第4版．北京：機械工業出版社，2004，246.
[4]manu parmar，john y hung．a sensorless optimal control system for an automotive electric power assist steering system[j]．ieee trans．on electronics．2004，51(2).
[5]陳奎元，馬小平，季學武．電動助力轉向系統控制技術的研究[j]江蘇大學學報(自然科學版)，2004，25(1)．
[6]林逸，施國標，鄒常豐．電動助力轉向系統轉向效能的客觀評價[j]．農業機械學報，2003，34(4)．
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[9]徐建平，何仁，苗立東，等．電動助力轉向系統回正控制演算法研究[j]．汽車工程，2004，26(5)．
電動助力轉向 EPS 系統實習專題報告
畢業實習專題報告 題目 電動助力轉向 eps 系統 作者學號 指導教師 班級系別 專業2010年6月 摘要關鍵詞 電動助力轉向 eps 系統 目錄電子控制動力轉向系統是利用電動機作為助力源，根據轉向引數和車速等，由微機完成助力工作的，其原理可概述如下 1 不轉向時，電動機不工作，當操縱轉向盤時，裝在...
EPS電子助力轉向系統結構與維修
一 產品簡介 製作要求 1 體現產品的自主研發，技術在國內處於領先 2 拍攝時要聲音 畫面 字幕同步 3 在整車上的安裝位置 eps電動助力轉向系統是機電一體化的產品，它由轉向管柱 扭矩感測器 伺服電機 控制模組等組成。目前在國內擁有完全的智財權，並且產業化，它的面世和技術上的突破填補了國內汽車業的...
漢薩汽車談電動助力轉向的系統組成結構
電動助力轉向系統一般由扭矩感測器 電控單元 微處理器 電動機與電磁離合器 減速器等組成。具體有 1 電動機 2 蝸桿 3 蝸輪 4 力矩感測器機構 5 器 6 電動機接插線 7 力矩感測器接插線 8 吸能套管 9 轉向盤鎖裝置 10 開關支架 11 下支架 12 減振墊片。測量轉向盤轉矩大小和方向。...