汽车电动助力转向系统（EPS）在日本最先获得实际应用，1988年日本铃木公司首次开发出一种全新的电子控制式电动助力转向系统（EPS），并装在其生产的Cervo车上，随后又配备在Alto上。此后，电动助力转向技术得到迅速发展，其应用范围已经从微型轿车向大型轿车和客车方向发展。日本的大发汽车公司、三菱汽车公司、本田汽车公司，美国的Delphi公司，英国的Lucas公司，德国的ZF公司，都研制出了各自的汽车电动助力转向系统（EPS）。

 

   汽车电动助力转向系统的助力形式也从低速范围助力型向全速范围助力型发展，并且其控制形式与功能也进一步加强。日本早期开发的EPS仅低速和停车时提供助力，高速时EPS将停止工作。新一代的EPS则不仅在低速和停车时提供助力，而且还能在高速时提高汽车的操纵稳定性。随着电子技术的发展，EPS技术日趋完善，并且其成本大幅度降低，为此其应用范围将越来越大。

 

1、  电动助力转向系统的结构

 

   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。系统通常由转矩传感器、车速传感器、电子控制器、电动机、电磁离合器和减速机构等组成。

 

2、  电动助力转向系统的控制框架

 

   控制部分主要是通过车速和转矩传感器来采集汽车车速和转向盘转向力信号，进行必要的运算处理后发出控制指令给电动机，由电动机为转向提供辅助力。电动助力转向系统的控制框架。

 

3、  电动助力转向系统的工作原理

 

   汽车处于起动或者低速行驶状态时，操纵转向盘转向，装在转向柱上的转矩传感器不断检测作用于转向柱扭杆上的扭矩，并将此信号与车速信号同时输入电子控制器，处理器对输入信号进行运算处理，确定助力扭矩的大小和方向，从而控制电动机的电流和转向，电动机经离合器及减速机构将转矩传递给牵引前轮转向的横拉杆，最终起到为驾驶人员提供辅助转向力的功效；当车速超过一定的临界值或者出现故障时，为保持汽车高速时的操控稳定性，EPS系统退出助力工作模式，转向系统转入手动转向模式。不转向的情况下，电动机不工作。工作流程图见

 

   电动助力转向系统很容易实现在不同的车速下实时的为汽车转向提供不同的助力效果，保证汽车在低速行驶时轻便灵活，高速行驶时稳定可靠。

 

4、  电动助力转向系统的主要部件

 

   转矩传感器：用于检测作用于转向盘上的扭矩信号的大小与方向，由力矩传感器和旋转速度传感器组成。力矩传感器感知转向盘的转向力矩大小，旋转传感器感知转向盘的旋转速度，并把感知的这两个信号传递到电子控制单元。目前采用较多的转矩传感器是扭杆式电位计传感器。

 

   车速传感器：用于检测汽车的行驶速度，并进行自诊断，把检测到的信号送入电子控制单元。常采用电磁感应式传感器，安装在汽车变速器输出轴上。

 

   电动机：电动助力转向系统的动力源，通常采用无刷永磁式直流电动机，其功能是根据电子控制单元(ECU)的指令产生相应的输出扭矩。电动机是影响EPS性能的主要因素之一，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、控制性能好。

 

   电子控制单元：它是整个控制系统的核心，完成对各个传感器输入信号的处理，依据控制规则计算出所需的参数值，通过驱动电路，实现对电机的控制。

 

   电磁离合器：对于动力的工作范围限定在某一速度区域内。如果超过规定速度，电动机停转，且离合器分离，不再起传递动力的作用。在不加助力的情况下，离合器可以清除电动机惯性的影响。同时，在系统发生故障时，因离合器分离，又可以恢复手动控制转向。

 

   减速机构：用来增大电动机的输出扭矩。主要有两种形式：蜗轮蜗杆减速机构和双行星齿轮减速机构。前者主要用于转向轴助力式转向系统，后者主要用于齿轮助力式和齿条助力式转向系统。

 

5、  电动助力转向系统的优点

 

电动助力转向系统是一项采用现代控制方法的高新技术，与传统液压动力转向相比，它具有下述优点：

 

   (1)电动机和减速机构安装在转向柱或在转向系内，所占空间小，零部件结构简单、安装方便，维护费用低；

 

   (2)以电动机为动力，不需要转向油泵、油管及控制阀等液压元件，也不会耗用发动机的功率和发生液压油泄漏和损耗，电动机只在需要时才启动，耗用电能较少，提高了汽车经济性；

 

   (3)低速停车入库时转向助力器对转向力的降低非常显著；

 

   (4)更好地吸收道路上的任何颠簸并能灵敏反映路面信息，改善汽车的转向特眭，灵敏度高。

 

   助力转向系统经过几十年的发展，技术日趋完善。今后，电动助力转向系统将进一步成熟，线控转向系统将成为我们研究的努力方向。具体来说，转向系统主要从以下几个方面进一步发展：

 

   (1)传感器技术

 

   性能完善的电动助力转向系统需要采集转向盘转角信号、转向盘转矩信号、转向盘转速信号、电机电压信号、电机电流信号等。目前，传感器的成本是制约电动助力转向系统迅速市场化的主要因素，因此，设计和开发适合电动助力转向系统使用的性价比较高的传感器是未来技术发展的关键。

 

   (2)控制策略的研究

 

   控制策略是影响助力转向系统性能的关键因素之一，也是电动助力转向系统的核心技术之一。目前，国内外许多学者都在探讨将先进的控制理论应用于助力转向系统的研究，如鲁棒控制理论、模糊控制理论、神经网络控制理论和自适应控制理论等。今后，控制策略研究的重点主要集中在如何抑制电机的力矩波动、如何获得较好的路感、如何抑制路面干扰和传感器的噪声等方面，以进一步优化和改善助力转向系统的动态性能和稳定性。

 

   (3)助力电机的研究

 

   助力电机是电动助力转向系统的执行元件，助力电机的特性直接影响到控制的难易程度和驾驶员的手感。目前，电动助力转向系统普遍采用成本较低的直流有刷电机。由于直流无刷电机采用电子换向，减少了换向时的火花，不需要经常维护以及具有较高的效率和功率密度等优点而受到越来越多的关注。因此，开发适合助力转向系统使用的低成本的直流无刷电机是今后助力电机的研究方向。

 

   总而言之，汽车电动助力转向系统以其特有的优越性而得到青睐，它代表着未来动力转向技术的发展方向，汽车电动助力转向系统将作为标准配置装备到汽车上，未来一段时间在动力转向领域占据主导地位；而HBW 由于有利于提高汽车被动安全性、有利于汽车设计制造、有利于提高汽车乘坐舒适性和汽车操控稳定性等原因，将成为动力转向系统的发展方向。