汽车转向系统经历了从简单的机械式转向系统、液压助力转向系统，发展到目前正开始广泛应用的电液助力转向（Electro-hydraulic Power Steering，EHPS）系统和电动助力转向（Electric Power Steering，EPS）系统。电子化和电动化技术的应用降低了转向系统的能量消耗，改善了车辆的操纵稳定性能。

电动助力转向系统是一种直接依靠电动机提供辅助转矩的动力转向系统，其初衷是应用于前轴荷1t的车辆上，目的在于改善转向的路感、提高高速行驶安全，同时改善车辆燃油经济性。数据显示，与液压转向系统相比，电动助力转向可减少4%左右的燃油消耗。电动助力转向系统的结构如图7-1所示，主要由传感器、助力电机、减速机构、控制器等关键部件组成。

图7-1 电动助力转向系统的结构

1—转向盘 2—上端转向柱 3—力矩传感器 4—减速机构 5—转向轮 6—下端转向柱 7—电磁离合器 8—助力电机 9—控制器 10—齿轮齿条转向器

1.电动助力转向系统各关键部件的功能

（1）传感器

传感器主要有转矩传感器和转速传感器等，转矩传感器用于测量驾驶人通过转向盘输入的转矩和转向盘转角；车速传感器提供车速信号；在电动机处的电流传感器，获得电机电流并反馈到控制器。这些都是EPS系统的控制信号。转矩传感器比较复杂且成本较高，一种替代方案是在转向轴位置加一扭杆，通过测量扭杆的变形得到转矩。另外也有采用非接触式转矩传感器的。图7-2所示为非接触式转矩传感器的典型结构。输入轴和输出轴由扭杆连接起来，输入轴上有花键，输出轴上有键槽。当扭杆受转向盘的转动力矩作用发生扭转时，输入轴上的花键和输出轴上键槽之间的相对位置就会被改变。花键和键槽的相对位移改变量等于扭转杆的扭转量，使得花键上的磁感强度改变，磁感强度的变化通过线圈转化为电压信号。信号的高频部分由检测电路滤波，仅有转矩信号部分被放大。非接触转矩传感器由于采用的是非接触的工作方式，因而寿命长，可靠性高，不易受到磨损，延时更小，受轴的偏转和轴向偏移的影响更小，现在已经广泛用于轿车和轻型车中，是EPS传感器的主流产品。

图7-2 非接触式转矩传感器的典型结构

1—轴套 2—线圈 3—线轴套（磁性材料） 4—扭杆 5—输入轴

图7-3 助力转向电流与转向盘转动力矩关系

（2）控制单元

EPS控制单元主要指控制器，功能主要是接收来自车速传感器的速度信号和转矩传感器的转向盘转矩信号，控制器的中央处理单元根据相应的控制策略对信号进行复杂的运算和处理后，生成控制指令，控制电动机输入电流的大小和方向，从而得到所需的助力。图7-3所示为某EPS系统在不同车速下，助力转向电流与转向盘转动力矩之间的关系曲线，控制单元的控制策略就是基于这条曲线得到的。

（3）电动机

电动机的功能是根据电子控制单元的指令输出合适的辅助转矩，是EPS系统的动力源。电动机性能对EPS系统的性能有很大影响，是EPS系统的关键部件之一，所以EPS系统对电动机有很高的要求，不仅要求低速大转矩、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。为此，设计时常针对EPS系统的特点，对电动机的结构做一些特殊处理，如沿转子的表面开出斜槽或螺旋槽，定子磁铁设计成不等厚等。

近年来，具有高效率、高功率和高转矩惯性比的永磁同步电动机作为EPS助力电动的应用研究被提上了日程。永磁同步电动机与普通直流电动机相比，具有无机械换向器和电刷、结构简单、体积小、运行可靠、环境适应能力强等优点，更重要的一点是永磁同步电动机的功率密度远远超过了一般直流电动机，这样可以在不增加系统体积、不增加质量的情况下方便地将EPS系统应用于需要较大转向力的汽车上。随着永磁材料和电力电子器件性价比的不断提高和现代控制理论、微机控制技术和制造工艺的迅猛发展，永磁同步电动机必将给EPS系统的发展创造新的机遇。

（4）减速机构

EPS减速机构与电动机相连，起到降速增矩的作用。常采用蜗轮蜗杆机构，有的也采用行星轮机构。有的EPS系统还配用离合器，装在减速机构一侧，是为了保证EPS系统只在预先设定的车速行驶范围内起作用。当车速达到某一值时，离合器分离，电动机停止工作，转向系统转换为手动转向。另外，当电动机发生故障时，离合器将自动分离。

2.电动助力转向系统的特点

与传统动力转向系统相比，EPS系统具有以下特点：(www.daowen.com)

1）EPS系统能够在不同车速下给车辆提供最佳的转向助力，其助力特性的设计依据车速高低而不同，可以兼顾车辆低速行驶时的转向轻便性及车辆高速行驶时的转向稳定性，从而改善车辆的操纵稳定性。

2）EPS系统具有较好的燃油经济性。常见的液压助力转向（Hydraulic Power Steering，HPS）系统即使在车辆不转向时，油泵也一直运转，而EPS系统只有在车辆转向时助力电动机才动作从而提供转向助力，因而减少了燃料消耗。

3）EPS系统助力与发动机的工作状况无关，因为其助力电动机由蓄电池供电，即使在发动机熄火或出现故障时，EPS系统也能提供转向助力。

4）EPS系统取消了油泵、传动带、带轮、液压软管、液压油及密封件等零件，零件数比HPS系统大大减少，易于模块化设计与安装。

5）EPS系统没有液压装置，因此不存在渗油问题，可大大降低保修成本并减少对环境的污染。

6）EPS系统更易调整和检测，可以通过设置不同的程序与不同车型快速匹配，因而能缩短开发和生产周期。

3.电动助力转向系统的分类

如图7-4所示，根据助力电动机布置位置的不同，可以大致将电动助力转向系统分为转向柱助力式、齿轮助力式和齿条助力式三种，三种型式的特点如下所述。

图7-4 EPS系统的三种不同型式

（1）转向柱助力式

助力单元、控制器和传感器都集中于转向柱处。系统比较紧凑，易于在车辆上的安装，可安装在固定式转向柱、倾斜式转向柱和其他形式的转向柱上。

（2）齿轮助力式

助力单元固定在转向齿轮的小齿轮轴上端。由于助力单元在驾驶室之外，在提高转向助力的同时驾驶室内可感觉到噪声很小，如果配合变传动比转向齿轮和足够动力的电动机，可提供优异的操纵特性。

（3）齿条助力式

助力单元固定于转向齿轮的齿条处。助力单元可灵活固定于齿条各处，因而方便整车布置，同时降低了齿数比即降低了转动惯量，可以提供优良转向特性。

EPS系统最早应用于20世纪80年代，1988年日本铃木公司首次在其Cervo车上装备EPS系统。此后，各大汽车和零部件厂商均先后开发出自己的产品，如梅赛德斯-奔驰公司、铃木公司、TRW、德尔福公司、Visteon、ZF、KOYO和NSK等公司，发展至今均已开发出适用于轿车和微型车的技术成熟的产品，其性能已得到人们的普遍认可。图7-5所示为国内几种装备了EPS系统的车型。

2008年日本上市的乘用车中约70%装配了EPS系统，欧洲市场约为50%，北美市场约为25%，而我国则不足10%。EPS系统代表未来助力转向技术的发展方向，将作为标准件装备到汽车上，并将在助力转向领域占据主导地位，特别是电动汽车将构成未来汽车发展的主体，这给EPS系统带来了更加广阔的应用前景。

EPS系统的进一步发展，一方面需要开发可靠性高、成本低的传感器，另一方面需要开发满足助力要求、驾驶人舒适性要求且低成本的助力电动机。此外，如何设计合理的控制策略以保证EPS系统的动态性能、稳定性以及可靠性，保证驾驶人获得良好的路感，使系统能与整车上其他控制子系统相互通信协调工作以实现整车综合控制，是今后研究的重点，而更多的先进控制策略，如人工智能控制方法等，将应用于电动助力转向系统的控制中。

图7-5 EPS系统在汽车上的应用（应用车型）