方向盘下的玄机（二）详解可变转向系统
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● 可变转向比（齿比）转向系统-主动转向系统代表车型：（E60、F10）、460L、、（C7）、　　新E级、　　前面提到的几种“可变”转向，能够改变的仅仅是助力力度，说白了只是能够改变方向盘转动时的阻力而已，但是转向比（可简单理解为方向盘转动的角度与对应的车轮转动角度的比值）是不可变化的，我们接下来要说到的可变齿比（速比）的转向系统则要先进的多，不仅能够改变转向的助力力度，在不同情况下，方向盘转角对应的车轮转动角度也是可以变化的。　　不同厂家对这类系统的叫法可谓五花八门，比如称之为AFS系统（Active Front Steering，这个缩写与我们熟悉的随动转向大灯缩写是相同的），将其称之为（Audi Dynamic Steering），/使用的则是可变齿比转向系统VGRS(Variable Gear Ratio Steering)，的这类系统名称为VGR，与命名类似；而的系统则以“”（Direct-Steer）命名。虽然功能类似，但是他们使用的技术却是截然不同的。不同的技术（Direct-Steer）AFS主动前轮转向系统（Active Front Steering）（Audi Dynamic Steering）/VGRS（Variable Gear Ratio Steering）VGR（Variable Gear Ratio）　　简单地说，可变齿比转向系统在技术层面上并不是一个水平的，目前主要有两种方式实现这种功能，一种方式是依靠特殊的齿条实现，原理简单，成本也相对较低，没有过高的技术含量，而另一种就比较复杂，是通过行星齿轮结构和电子系统实现的。由于目前并没有明确的分类，所以我们姑且将它们分为机械式和电控式吧。--机械式系统：奥秘在于齿条，原理简单 『的E级、S级都搭载了“”』　　的就是第一种方式的典型代表，名字叫“直接转向”，解决方案也确实“直接”。它主要是在“齿轮齿条机构”的“齿条”上做文章，通过特殊工艺加工出齿距间隙不相等的齿条，这样方向盘转向时，齿轮与齿距不相等的齿条啮合，转向比就会发生变化，中间位置的左右两边齿距较密，转动方向盘，齿条在这一范围内的位移相对较小，在小幅度转向时（例如变线、方向轻微调整时），车辆会显得沉稳，而齿条两侧远端的齿距较疏，在这个范围内，转动方向盘，齿条的相对位移会变大，所以在大幅度转向时（如泊车、掉头等），车轮会变得更加灵活。这种技术除了对齿条的加工工艺要求比较严格之外，并没有多少“高科技”在其中，缺点在于齿比变化范围有限，并且不能灵活变化，而它优势也很明显--完全的机械结构，可靠性较高，耐用性好，结构也非常简单。　　的VGR技术与的“直接转向技术”如出一辙，同样是在齿条的齿距变化上面做文章，依靠齿条上齿距的疏密设计来实现所谓的“”。--电控式：科技含量高，可主动改变齿比　　与上面的方式相比，、、等品牌所使用的可变齿比转向系统明显要先进许多，它们使用了更复杂的机械结构并且需要与电子系统结合使用。这些系统能够更好的实现“低速时轻盈灵敏，高速稳健厚重”的需求，其为车辆行驶带来的便利性和稳定性都是普通的可变系统和单纯的“机械式”可变齿比转向无法比拟的。　　AFS系统 『新老5系都搭载了系统，在这一领域算得上是先行者』　　和ZF（采埃孚）联合开发AFS主动前轮转向系统正是要找到一种灵活性和高速稳定性兼得的解决方案，事实证明他们做到了。下面我们就来深入了解一下“”实现的过程。　　首先需要明确的一点是，的系统和系统完全是两个独立的系统，千万不要因为它有个“主动”的名字，就以为“车道保持”“自动泊车”之类的功能全是它的杰作，那其实是转向系统的功劳，和“系统”一点关系都没有。当然，也有一些出于集成化和模块化的考虑，将转向与可变齿比机构整合在了一起。　　下面是一辆老款（E60）转向系统的组成图，其中的系统是一套我们前面提到过的servotronic伺服式机构，其助力力度的变化是依靠图中与液压泵紧连的ECO阀（电控阀）实现，而改变转向比的机构，则是位于在转向柱底部的系统执行单元。　　我们来看系统执行单元的剖视图，这里就是AFS的秘密所在。转向柱被从当中打断，我们将连接方向盘的转向柱一端称为输入轴，将直接连接转向齿轮的一端称为输出轴，二者间通过行星齿轮连接，行星齿轮组的壳体是一个可旋转的蜗轮，能够由电机驱动旋转。这套系统有独立的电子控制单元，根据转向角传感器、左右车轮转速传感器、横向加速度传感器的信号控制电动机的开关及运转方向。　　当系统未通电或者系统发生故障时，电磁锁会在的作用下卡在蜗杆的锁槽内，锁止蜗杆，壳体不可旋转，此时输入轴与输出轴的转速是相同的，传动比不会发生任何变化。而当系统通入电流，电磁锁打开，电动机开始旋转时，变化就发生了。当车辆低速行驶时，电动机驱动蜗轮与输入轴同向运转，蜗轮壳体与输入轴的旋转角度相叠加，输出轴的旋转角度便大于输入轴，车轮便能转动更大的角度，我们的转向动作被“放大”，使车辆变得非常灵活，而当车速较高时，我们需要更大的转向比来提供精准沉稳的指向，辅助电机会驱动蜗轮反向旋转，与输入轴的部分旋转角度相抵，最终输出轴的旋转角度会低于输入轴，我们的转向动作被“缩小”。这套AFS系统的转向比可在10:1到18:1之间连续调节。　　在的诸多车型所使用的VGRS系统也是依靠行星齿轮结构对方向盘的转向动作进行放大或缩小，原理与的AFS系统一致，只是在电机的布置位置和结构的设计上有所差异。我们在这里就不做详尽的介绍了。
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&&&&我觉得换装动力这件事是把双刃剑，性能方面它的加速响应啊什么的都比2.0T车型更好了，但是与之前的CVT相比，双离合变速箱确实牺牲了一些低速的平顺性，所以这个问题实在很难两全其美。
评测编辑-曹昊F：
&&&&改款后的奥迪A6L TFSI车型由原来的2.0T+CVT组合变为了1.8T+7速双离合的组合，直观加速感受更强，初段比原先的动力总成更猛，但平顺性有所下降。全新造型的三辐方向盘比老款手感和视觉效果好很多，这点值得表扬，高配车型的全新LED大灯造型更加精致，整体来看改款后的A6L TFSI竞争力有所提升。
评测编辑-刘昱昕：
&&&&从这次中期改款可以看出，奥迪A6L的定位策略已经有所变化，从原先单纯的主攻商务行政用途开始逐渐向个人家用消费者转变，不过它这么多年来的印象早已深入人心，想要成功转型恐怕并不是一件很容易的事。究竟是继续维持商务市场上的热销还是能让更多家庭所接受呢？我觉得这个事不好说。
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评测编辑-梁巍：
&&&&现在A6L 50TFSI摆在面前，奥迪用很聪明的命名方式让我有了一种压迫感，虽然只是个数字游戏，不过3.0T发动机的实力绝对在你想象之外，它能让加长之后的A6L百公里加速到6秒以内，相信当你上路的时候其他车不敢轻易向你挑战。当然，A6L 50TFIS的意义只是个精神领袖，不为走量，摆在那里震慑一下对手而已。
评测编辑-胡正
&&&&5系有535Li，A6L不能没有50TFSI，他们都是厂家用来隔空喊话的宣传品，真正打仗还得靠523Li和30FSI这类利器 去肉搏。
评测编辑-罗浩：
&&&&这款车提供给那些对动力有执着追求的消费者，作为A6全系顶配车型，它的配置也极为丰富，但超过70万的售价对于一款中大型车来说有些过高了，使得它毕竟成为一款“高端”车型。
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评测编辑-梁巍：
&&&&新一代A6L有意摆脱曾经“官车”的帽子，设计更加年轻化，并且更希望是面对个人用户，众多的高科技电子设备让驾驶变得轻松而不枯燥。全新的动力以及命名方式都让大家感觉很新奇，测试的这款2.5+CVT组合表现极其平衡，如果喜欢新A6的朋友就可以选择这款，当然你也可以考虑买A8。
评测编辑-胡正
&&&&A6L是国内同级别中资格最老的选手，又保持着相当高的产品活力。它胜在对消费心理的把控，不再盲目追求加长 ，而把人们的注意力吸引到对车本身的关注上来。30FSI搭载的2.5升发动机最新，也很均衡，与CVT匹配之后成为 该产品线中的最佳选择。
评测编辑-罗浩：
&&&&新A6L在外观内饰和配置方面有翻天覆地的变化，驾驶感受方面却没有任何新鲜感，依然是一副中庸的性格，实在找不出什么值得一提的特点，不过中国消费者就是喜欢这种车，没什么原因，反正就是喜欢！
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评测编辑-韩路：
&&&&小众车型，一线城市估计很难有客户去选择一款柴油中高级车，二线城市是2.7TDI适合的战场。产品端信息上看，隔音和静噪没比汽油车差太多，属于完全让用户感受不到柴油汽油区别的柴油车。
评测编辑-王苦公：
&&&&推出柴油版A6L车型，更多的是想告诉大家，奥迪并没有放弃并且一直致力于开发国内的柴油市场，象征意义要比实际意义大得多。A6L 2.7 TDI应该是目前国内能见到的最高档的柴油车了，和汽油相车型比，动力不差，舒适感不差，动力还更强。
评测编辑-孟庆嘉：
&&&&在大家都玩混合动力的时候，奥迪也在用另一种方式做环保，那就是柴油车。2.7TDI的出现不单单是为了丰富A6的产品线，综合动力与环保需求才是这次试水目的，应该说它做到了。
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评测编辑-韩路：
&&&&摆脱了官车形象、摆脱了消费税困扰，新A6L 3.0T可以说是个低调商务人士更加不错的选择。3.0T的动力说的过去，前后车灯也透着一丝时尚的味道，很好很强大的商务车。
评测编辑-王苦公：
&&&&样子变年轻了，终究是好事。这次A6L改款最主要的变化也就是这台新的3.0 TFSI发动机，性能真的是够猛啊，而且不增大排量提高动力输出也是当下的趋势，有了这台发动机A6L甚至可以跻身性能行列了。不过作为公务用车，性能并不是最重要的，所以还是推荐小排量车型，比较环保。
评测编辑-孟庆嘉：
&&&&我很喜欢09款奥迪A6L的前/后LED大灯，符合现代审美潮流的同时还不失威严、冷酷感；3.0机械增压发动机的性能没的说，作为顶级A6L，它的售价相比之前也有所下调，竞争力势必会更强！
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评测编辑-韩路：
&&&&奥迪的车型一直属于公务风格，属于没什么太多奢华玩意的车型，不好不坏，没什么特点。按照奥运的精神，奥迪全系都配置了FSI发动机这点值得表扬一下。
评测编辑-梁巍：
&&&&这次A6L的升级让整个A6L系列在动力系统上与欧洲接轨，这也许是大众动力总成战略的一部分，FSI发动机大面积应用也让A6L系列在环保方面更进一步。在性能方面，这台2.8发动机结合了2.0TFSI和2.4升发动机的特点，有不错的动力表现，但这些对A6L的用户来说似乎意义不大。
评测编辑-孟庆嘉：
&&&&全新排量的奥迪A6L 2.8 FSI保持了该车型应有的高级配置，用于商务非常合适，最重要的是它的推出可以降低中高档次车型的门槛，在与宝马523的对抗中也占据了一定的价格优势；2.8FSI发动机仍旧给予驾驶者极大的信心，动力方面的表现还是比较令人满意的。
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评测编辑-韩路：
&&&&奥迪A6L 3.2 FSI的发动机给我印象深刻，这个自然吸气的“涡轮增压”发动机很有激情！同时坚韧的悬挂也是一个不小的亮点。同时A6L 3.2 FSI也在简约的公务风格上走的更加彻底，但是对于宝马530Li的奢华，它是不是有简约过头了？
评测编辑-孟庆嘉：
&&&&奥迪新推出的A6L 3.2 FSI是一款非常平衡的车。发动机的技术先进，在动力性和经济性上做到了很好的平衡；内饰和外观做工出色、风格也做到了很好的平衡。悬挂的韧性十足，操控表现也非常不错；整体来看A6L更符合公务人士的口味。
评测编辑-孟庆嘉：
&&&&AUDI 3.2 FSI无论外型还是内饰仍走的是“低调”路线，比较平易近人。操控上，A6 3.2 FSI继承了奥迪的优良传统，几乎无可挑剔，而最新的FSI缸内直喷技术也为该车添加了一个很大的亮点。相信有了更好的燃油实用性和的动力效果，A6 3.2 FSI将会走的很远。
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评测编辑-韩路：
&&&&奥迪A6L 2.0T是一款性价比很高的车。平顺的动力输出和极为宽敞的空间让它得到了商务人士的青睐。低调、内敛的风格也是奥迪系列的最大特点。形、神兼备也许是对A6L的最准确描述。
评测编辑-王苦公：
&&&&作为测试编辑，我更关注一款的性能。很可惜，奥迪A6L并不是我喜欢的类型。ESP系统的无法彻底关闭让A6L 2.0T性能大打折扣。转向的模糊也是一个不小的问题，总体来说我给7分。
评测编辑-孟庆嘉：
&&&&精细的内饰、超大的空间、简单易用的MMI系统。奥迪A6L 2.0T的内饰和配置还不错！再结合它的较低定价，我觉得这款商务车未来市场会比较大，是中大型车中为数不多的性价比车型。
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动力转向系的组成及工作原理
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汽车转向系统的基本组成类型及工作原理
　　汽车上用来改变或恢复其行驶方向的专设机构称为汽车转向系统。　　转向系统的基本组成　　(1)转向操纵机构 主要由转向盘、转向轴、转向管柱等组成。　　(2)转向器 将转向盘的转动变为转向摇臂的摆动或齿条轴的直线往复运动，并对转向操纵力进行放大的机构。转向器一般固定在汽车车架或车身上，转向操纵力通过转向器后一般还会改变传动方向。　　(3)转向传动机构 将转向器输出的力和运动传给车轮(转向节)，并使左右车轮按一定关系进行偏转的机构。　　转向系统的类型及工作原理　　按转向能源的不同，转向系统可分为机械转向系统和动力转向系统两大类。
09/08 08:2108/24 18:0008/03 14:1407/26 16:3707/26 14:2507/25 11:4007/25 06:59
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>> 电动动力转向系统（EPS）部件结构及工作原理
电动动力转向系统（EPS）部件结构及工作原理
转矩传感器
亦称转向传感器，其作用是通过测定转向盘与转向器之间的相对转矩，作为电动助力的依据之一。
转矩传感器的基本工作原理，如图12-69所示。
图12-69转矩传感器原理
a)结构图；b)原理图
用磁性材料制成的定子和转子可以形成闭合的磁路，线圈A、B、C、D分别绕在极靴上，形成一个桥式回路。转向盘杆扭转变形的扭转角与转矩成正比，所以只要测定杆的扭转角，就可间接地知道转向力的大小。
在线圈的U、T两端施加连续的脉冲电压信号Ui，当转向杆上的转矩为零时，定子与转子的相对转角也为零。这时转子的纵向对称面处于定子AC、BD的对称平面上，每个极靴上的磁通量是相同的。电桥平衡，V、W两端的电位差U0=0。
如果转向杆上存在转矩时，定子与转子的相对转角不为零，此时转子与定子间产生角位移θ。极靴A、D间的磁阻增加，B、C间的磁阻减小，各个极靴的磁阻产生差别，电桥失去平衡，在V、W两端产生电位差。这个电位差与杆的扭转角θ和输入电压Ui成比例，从而可知道转向盘杆的转矩。
一种实际应用的转矩传感器结构如图12-70所示，其工作原理与上基本相同，优点是便于安装。
图12-70实际应用的转矩传感器
1-检测环；2-检测线圈；3-输入轴；4-输出轴
日本富士重工电动动力转向系统用转矩传感器，是将负载力矩引起的扭杆扭转角位移测出，并转换为电位计电阻的变化。转子上产生的电信号经滑环由定子传递出来，其结构如图12-71所示。
图12-71日本富士重工电子控制电动转向系统用转矩传感器
1-轴；2-扭杆；3-输出端；4-外壳；5-计；6-转向器主动齿轮；7-滑环
提示：车速传感器的结构和工作原理参考自动变速器部分。
电动机、离合器与减速机构
电动机、离合器和减速机构组成的整体称为电机组件，其结构如图12-72所示。
图12-72 电机组件
1-电磁离合器；2-涡轮；3-斜齿轮
转向电动机就是一般的永磁电动机（原理不再叙述），电动机的输出转矩控制是通过控制其输入电流来实现，而电动机的正转和反转则是由电子控制单元（ECU）输出的正反转触发脉冲控制。图12-73是一种比较简单适用的正反转控制电路。
图12-73 电动机正反转控制电路
a1、a2为触发信号端。从电子控制器得到的直流信号输入到a1、a2端，用以触发电动机产生正反转。当a1端得到输入信号时，晶体管T3导通，T2管得到基极电流而导通，电流经T2管的发射极和集电极、电动机M、T3管的集电极和发射极搭铁，电动机有电流通过而正转。当a2端得到输入信号时，晶体管T4导通，T1管得到基极电流而导通，电流经过T1管的发射极和集电极，电动机M、T4管的集电极和发射极搭铁，电动机有反向电流通过而反转。控制触发信号端的电流大小，就可以控制电动机通过电流的大小。
一般使用干式单片电磁离合器，如图12-74所示。工作电压为DC12V，额定转速时传递的转矩为15 N·m，线圈电阻（20℃时）为19.5Ω。
图12-74 电磁离合器工作原理
1-滑环；2-线圈；3-压板；4-花键；5-从动轴；6-主动轮；7-滚珠轴承
其工作原理是：当电流通过滑环进入离合器线圈时，主动轮产生电磁吸力，带花键的压板被吸引与主动轮压紧，电动机的动力经过轴、主动轮、压板、花键、从动轴传给执行机构。
该离合器什么时候结合？什么时候分离？
提示：由于转向助力的工作范围限定在一速度区域内，所以离合器一般设定一个速度范围，如当车速超过30km/h时，离合器便分离，电动机也停止工作，这时就没有转向助力的作用。当电动机停止工作时，为了不使电动机及离合器的惯性影响转向系的工作，离合器也应及时分离，以切断辅助动力。当系统中电动机等发生故障时，离合器会自动分离，这是仍可恢复手动控制转向。
3）减速机构
目前使用的减速机构有多种组合方式，一般采用涡轮蜗杆与转向轴驱动组合式；也有的采用两级行星齿轮与传动齿轮组合式，如图12-75所示；图12-72是涡轮与斜齿轮组合方式。涡轮与固定在转向柱轴上的斜齿轮相啮合，它把电机的回转运动减速后传递到输出轴上。为了抑制噪声和提高耐久性，减速机构中的齿轮有的采用特殊齿形，有的采用树脂材料制成。
图17-75 双级行星齿轮减速机构
1-转向力矩传感器；2-转轴；3-扭力杆；4-输入轴；5-电动机与离合器；6-行星小齿轮A；7-太阳轮；8-行星小齿轮B；9-驱动小齿轮；10-齿圈B；11-齿圈A
3．控制装置与控制逻辑
电动动力转向的控制系统如图12-76所示。该系统的核心是一个有4K ROM和256RAM的8位微机。
图12-76 电动动力转向的控制系统
转向盘转矩信号和车速信号经过输入接口送入微机，随着车速的升高，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。因此，EPS工作时，EPS ECU必须控制发动机处于高怠速工作状态。
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进入工作。微机输出控制指令经D/A转换接口送入电动机和离合器的驱动放大电路中，控制电动机的旋转转向和离合器的离合。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，即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。
至此，电动动力转向系统已有了基本的认识，但似乎还不直观和现实，一种实际应用的电动动力转向系统如图12-77所示，该系统应用于三菱“米尼卡”车。其控制系统简图如图12-78所示。
图12-77 三菱“米尼卡”车电动动力转向系统的结构原理
1-车速传感器；2-速度表引出电缆的部位；3-传动轴；4-车速信号（主）；5-车速信号（副）；6-电子控制器；7-副驾驶员脚下部位；8-电动机；9-扭杆；10-齿条；11-点火电源；12-蓄电池；13-发电信号；14-指示灯电流；15-提高怠速电流；16-电动机电流；17-离合器电流；18-转矩信号（主）；19-转矩信号（副）；20-离合器；21-电动机齿轮；22-传动齿轮；23-小齿轮；24-点火开关；25-熔断丝；26-转矩传感器；27-转向器齿轮总成；28-交流发电机（L端子）；29-指示灯；30-怠速提高电磁法；31-发动机电子控制器；32-电动机与离合器
图三菱“米尼卡”微型车电动式EPS电子控制系统
由图12-77和12-78可知：交流发电机的“L”端子可视为向电子控制器输入信号的一个传感器，利用交流发电机的“L”端子电压可以判断发动机是否转动。当发动机还未发动时，该系统不能工作。
电动机和离合器接受电子控制器输出的控制电流，产生助力转矩，经传动齿轮减速后，再经过小齿轮实现动力转向，电动机的动力是通过行星齿轮机构传递的。离合器是由电磁铁和弹簧等组成的电磁离合器。
当点火开关接通时，电源加于EPS电子控制器上，电动助力转向系统才能进行工作。在发动机已被起动时，交流发电机的L端子的电压加到电子控制器上。当检测到发动机处于起动状态时，动力转向系统转为工作状态。
行车时，电子控制器按不同车速下的转向盘转矩，控制电动机的电流，并完成电子控制转向和普通转向控制之间的转换。当车速高于30km/h时，则转换成普通的转向控制，电子控制器没有离合器信号和电动机电流输出，离合器处于分离状态。当车速低于27km/h时，EPS电子控制器又输出离合器信号和电动机电流，普通转向控制又转换为动力转向的工作方式。
EPS电子控制器还具有自我修正的控制功能。当电动助力转向系统出现故障时，可自动断开电动机的输出电流，恢复到通常的转向功能；同时速度表内的EPS报警灯点亮，以通知驾驶员，动力转向系统发生故障。
电动式动力转向系统是电子控制动力转向系的一种形式，其主要由转矩传感器、车速传感器、电动机、和减速机构、电子控制器组成。
该系统在其设定车速（27km/h）以下时，变为电动助力转向工作模式，车速越低，助力电动机的电流越大；当车速高于30km/h时，则转换成普通的转向控制（不起助力作用）；
当系统出现故障时，可自动断开电动机的输出电流，恢复到通常的转向功能；同时速度表内的EPS报警灯点亮，以提醒驾驶员。
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文章编号：（5-02
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汽车电动助力转向系统的工作原理及发展趋势
（上海航天技术研究院，上海
!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!&
叙述了汽车电动助力转向（EPS）系统的组成，重点介绍了EPS系统的结构及工作原理，讨论了EPS
系统的控制方式，展望了EPS系统的发展趋势。
EPS系统，控制方式，发展趋势
采用数字信号处理器（DSP）作为ECU。控制系统与控制算法是EPS系统的关键部件之一，控制系统应具有强抗干扰能力，以适应汽车多变的行驶环境；控制算法应快速、正确，以满足实时控制的要求，并有效实现理想的助力规律与特性。
汽车电动助力转向（EPS）系统是在机械式转向系统的基础上加装电动机驱动单元构成的。其主要目的是提供助力、改善汽车转向性能、协助驾驶员完成转向操作。相对于传统的液压助力转向（HPS）系统，EPS系统有能耗小、污染少、节油、省空间等一系列优点，应用日益广泛。据美国TRW汽车集团估计，到2015年，全世界三分之二的轿车将应用EPS系统，并逐渐作为标准配置应用于各种汽车上。开发具有自主知识产权的汽车EPS系统，对于我国在世界汽车工业新技术领域占有一席之地，以及使我国汽车零配件生产技术水平向世界先进水平靠拢都具有重要意义。
EPS系统的基本工作过程是：汽车转向时，扭矩传感器
和车速传感器将检测到的扭矩、方向信号及车速信号传给
ECU，ECU根据扭矩传感器的信号和车速信号确定电动机
扭矩的大小和方向，电动机再通过离合器、减速机构等把此扭矩传递给扭杆，最终起到为驾驶员提供转向助力的效果，使汽车转向更轻便。车速越低助力越大，车速越高助力越小。当车速大于一定值时，取消助力，将直流电动机反接制动，目的是在汽车高速行驶时增加操作方向盘的手感，保证行驶安全。EPS系统本身是一个比较复杂的非线性随动系统，容易受到车速、扭矩测量装置的精度与灵敏度、路况产生的系统扰动等因素的影响，因此EPS系统对实时性要求较高。EPS系统的工作原理如图1所示。
1EPS系统的组成及工作原理
EPS系统由扭矩传感器、车速传感器、电流传感控制单
元（ECU）、助力电动机和减速机构等组成。
1.1扭矩传感器
扭矩传感器也称转向传感器，是EPS系统的关键部件。
其作用是测定转向盘与转向器之间的相对扭矩，并转化为电信号输送给ECU。按其工作方式，可分为接触式扭矩传感器和非接触式扭矩传感器，其中非接触式扭矩传感器的误差小、使用寿命长，但成本相当高。
电动机的功能是根据ECU的指令输出适宜的助力扭矩，
是EPS系统的动力源，对EPS系统的性能影响很大，是EPS系统的关键部件之一。EPS系统对电动机不仅要求低转速大扭矩、波动小、转动惯量小、尺寸小、质量轻，而且要求可靠性高、易控制，一般多采用无刷永磁式直流电动机。
1.3减速机构
电动机输出的扭矩经减速机构减速增扭后驱动转向轴、
小齿轮或齿条。目前，EPS系统多采用蜗杆蜗轮机构，也可采用差动轮系机构。为降低噪声和减小振动，减轻EPS系统的自重，减速机构多采用树脂材料制成。
2EPS系统的控制方式
汽车行驶过程中，需要频繁转动方向盘，这就意味着要在多种情况下对电动机进行控制。EPS系统在保证路感（阻尼控制）的前提下，要能够随车速的变化提供相应的助力控制，并且有良好的回正控制能力，而这一切都要通过控制电动机的电流来实现。因此，优良的电流控制器是EPS系统设
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ECU是EPS系统的控制中心，其根据扭矩传感器和车速传
感器信号进行逻辑分析与计算并发出指令，控制电动机和离合器。此外，ECU还有安全保护和自我诊断功能。EPS系统通常
计的关键。EPS系统电流控制框架如图2所示。
EPS系统中电动机的电枢电流控制过程：控制器接收由
扭矩传感器输出的方向盘扭矩信号和车速传感器输出的车速信号，根据助力特性确定电动机的目标电流，电流再经
PID（比例―积分―微分）控制器调节后到达电动机。因
此，EPS的控制系统要解决两个问题：
（1）确定目标电流；
（2）及时反馈目标电流。其中，目标电流由ECU决定，而电流反馈信号可通过控制电动机电枢两端的电压来确定。
2.1助力控制
助力控制是EPS的基本控制模式，包括汽车原地转向助
力控制和动态转向助力控制两个方面。这种控制模式是利用电动机扭矩和电动机电流成比例的特性，通过对反馈电流与电动机目标电流的闭环控制输出信号到动力回路，以驱动电动机产生合适的助力。根据助力位置不同，EPS可以分为四种助力形式：转向柱助力式、小齿轮助力式、齿条助力式和双小齿轮助力式。
2.2回正控制
回正控制的目的是使方向盘能够更快、更准地回到中
位，避免方向盘产生不必要的抖动。轮胎的侧偏特性和侧倾特性是影响回正扭矩的主要因素。当汽车以一定速度行驶时，由于转向轮主销后倾角和主销内倾角的存在，使得转向轮具有自动回正的作用。随着车速的提高，回正扭矩增大，而轮胎与地面的侧向附着系数却减小，在二者综合作用下使得回正性能提高。驾驶员松开方向盘后，方向盘将在回正扭矩的作用下回正。在方向盘回正过程中，有两种情况需要考虑：
（1）高速行驶时，转向回正扭矩过大，
引起方向盘位置超调；
（2）原地或低速行驶转向后回正扭
矩过小，方向盘不能回到中间位置，出现回正不足。对前一种情况，可以利用电动机的阻尼控制来防止出现超调，后一种情况则需要对助力进行补偿，以增加回正能力。
2.3阻尼控制
阻尼控制是为了提高汽车高速行驶时的转向稳定性的
一种控制模式。汽车高速直线行驶时，如果转向过于灵敏、轻便，驾驶员就会有通常说的“飘”的感觉，这将给驾驶带来很大的危险。为提高高速行驶时驾驶的稳定性，在方向盘扭矩处于死区范围（方向盘接近或已回到中间位置）内时进行阻尼控制，适当加重方向盘转向的阻力，可以增强驾驶员在高速转向时的操控感。同时，高速行驶时，由于路面偶然因素的干扰引起的侧向加速度较大，传到方向盘的扭矩比低速行驶时要大，必须采用主动阻尼控制。当方向
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盘转向后回到中间位置时，抑制这种横摆振动，由于电动机的惯性存在，在不加其它控制的情况下，助力系统的惯性比机械式转向系统的惯性大，转向回正时不容易收敛，此时也需采用阻尼控制。采用阻尼控制时，只需将电动机输出为制动状态，就可使电动机产生阻尼效果，即利用电动机旋转产生的反电动势形成阻碍电动机继续旋转的阻尼扭矩。
3EPS系统的发展趋势
汽车转向系统大致经历了无助力的纯机械转向（MS）系统、有液压助力的液压助力转向（HPS）系统、随车速改变助力大小的电控液压助力转向（ECHPS）系统、由电动机直接驱动转向油泵的电动液压助力转向（EHPS）系统、
纯粹靠电动机提供助力的电动助力转向（EPS）系统等发展
历程。未来，EPS系统的发展趋势为：
（1）控制性能的加强。EPS系统能否获得满意的性能，除了应有好的硬件保证外，还必须有良好的控制软件做支撑。随着智能控制技术的进一步发展，智能控制技术必将应用于EPS系统的开发。
（2）合理助力特性的确定。助力特性的好坏取决于转向的轻便性和路感。对于路感问题国内外还没有成熟的理论研究结果，研究手段还以试验为主。
（3）电动机性能的改善。电动机的性能是影响控制系统性能的主要因素，电动机本身的性能及其与EPS系统的匹配，都将对转向操纵力、转向路感等重要问题产生影响。
（4）系统可靠性的提高。EPS系统通过采用电动机和计算机控制系统，部分地将转向操作独立于驾驶员的控制，因此EPS系统比液压系统有更多不同的故障模式。
EPS系统以其特有的优越性而受到青睐，代表着未来汽
车动力转向技术的发展方向。未来，EPS系统将作为标准件装备到汽车上，并将在动力转向领域占据主导地位，且有可能完全取代现有的转向系统。我国应加紧对EPS系统的研究与开发，以满足社会需求并跟上世界汽车技术发展进程。参考文献
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