汽车工业正在面临着转向技术的革命。多年来，动力转向技术主要集中在液压系统上，但是由于具有燃油消耗和物流方面的优势，如今市场需求偏向于电子动力转向系统。根据德尔福公司的预期，到2003年全世界售出的车辆中有10%装配电子动力转向系统，日本精工株式会社（Koyo Seiko）也期望电子动力转向系统能成指数倍的增长。TRW为改善EHPS固有缺陷，用电动机取代液压动力源，并延续电子控制单元智能助力优点，产生了EPS。

8.2.2.1 电动助力转向系统结构及原理

电动转向系统符合现代汽车机电一体化的设计思想，EPS利用电动机产生的动力协助驾车者进行动力转向，该系统一般是由转向传感装置、车速传感器、电子控制装置、电动机、离合器、减速器、上下转向轴及手动齿轮齿条式转向器等组成，其结构如图8-1所示。其中电动机、离合器与减速器往往结合成一个整体与转向轴承垂直布置。目前，EPS有两种形式：转向轴助力式——减速器被直接安装在方向盘下方；小齿轮（齿条）助力式——减速器安装于齿轮齿条机构的小齿轮上。

该系统的工作原理是：当方向盘转动时，与转向轴相连的扭矩传感器不断地测出作用于转向轴上的扭矩，并由此产生一个电压信号；同时，由车速传感器测出的汽车车速，也产生一个电压信号。这两路信号均被传输到电子控制装置，经过其运算处理后，由电子控制装置向电动机和离合器发出控制指令，即向其输出一个适合的电流，在离合器结合的同时使电动机转动产生一个扭矩，该扭矩经与电动机连在一起的离合器、减速器降速增矩后，施加在下转向轴上，下转向轴的下端与齿轮齿条转向器总成中的小齿轮相连，于是由电动机发出的扭矩最后通过小齿轮施加到转向器上，使之得到一个与工况相适应的转向助力。

图8-1 电动助力转向系统工作原理示意图

8.2.2.2 电动助力转向系统分类

根据助力电动机的位置及助力传递方式，电动助力转向可分为：转向柱助力式、齿条助力式和小齿轮助力式，其结构稍有不同，但在原理及控制策略上是一致的，如图8-2所示。

齿条助力式EPS系统的电动机和减速机构安装在齿条处，直接驱动齿条提供助力，其中扭矩传感器单独地安装在小齿轮处，电动机与转向助力机构一起安装在小齿轮另一端的齿条处，用以给齿条助力。该类型又根据减速传动机构的不同可分为两种类型：一种是电动机做成中空的，齿条从中穿过，电动机提供的辅助力经一对斜齿轮和螺杆螺母传动副以及与螺母制成一体的铰接块传给齿条。这种结构是第一代电动助力转向系统，由于电动机位于齿条壳体内，结构复杂、价格比较高、维修也相当困难。另一种是电动机与齿条的壳体相互独立。电动机动力经另一小齿轮传给齿条，由于易于制造和维修，成本较低，已经取代了第一代产品。因此，齿条由一个独立的齿轮驱动，可给系统较大的助力，主要用于重型汽车。

小齿轮助力式EPS系统的电动机和减速机构与小齿轮相连，直接驱动齿轮转向。小齿轮助力式转向系统的转矩传感器、电动机、离合器和转向助力机构仍为一体，只要整体安装在转向齿轮处，直接给齿轮助力，可获得较大的转向力。该类型可使各部件布置更方便，但当转向盘与转向器之间装有方向传动装置时，转矩信号的取得与助力车轮部分不在同一直线上，其助力控制特性难以保证准确。

转向助力式EPS的电动机固定在转向柱一侧，通过减速机构与转向轴相连，直接驱动转向轴转向。其转矩传感器、电动机、离合器和转向助力机构组成一体，安装在转向柱上。其特点是结构紧凑、所测取的转矩信号与控制直流电动机助力的响应性较好。这种类型一般在轿车上使用。目前合作的项目的最终应用车型是轻型车，所以系统也是采用转向柱助力式转向系统。

图8-2 电动助力转向系统类型结构图

a）齿条助力式 b）齿轮助力式 c）转向柱助力式

8.2.2.3 电动助力转向系统特点

电动助力转向给汽车动力转向带来了一次深刻的改革，它综合运用MCU软硬件设计、现代传感器应用及其信号处理、嵌入式系统及控制算法设计等技术，将汽车动力转向助力特性提高到一个前所未有的高度，保证在各种路况和车速下，给驾驶员提供一个安全、稳定、轻便、舒适的驾驶环境，与其他转向系统相比，EPS具有以下优点：

（1）结构紧凑，易于装配

EPS将电动机、离合器、减速装置、转向杆等各部件装配成一个整体，其结构紧凑、质量轻、具有良好的模块化设计、占用空间小、布置方便，易于生产线装配。一般EPS的质量比EHPS质量轻25%左右。Delphi公司EPS开发调试时间从以前的八个月减少至一周，其生产线装配时间更少至4分钟。

（2）助力特性(www.daowen.com)

EPS通过编程软件参数调节和硬件控制，可实现全速范围内的最佳助力控制，彻底改变传统动力转向助力传动比不便或变化小的缺陷。EPS还能提高停车泊位时的助力跟随特性，电动机在起动时力矩最大，然后逐渐降低，这一特性非常符合汽车从静止到起动过程的转向力变化。

（3）回正特性

EPS利用软件参数调整可得到全速范围的一簇回正曲线，并且可通过参数调整实现在不同车型上的匹配，显著改善汽车回正能力。

（4）抑制路面冲击

由于电动机具有弹簧阻尼的效果，EPS能减少由路面不平对转向盘的冲击力和车轮质量不平衡引起的振动，从而更好地抑制路面的冲击。此外，数字信号处理器TMS320LF2407（A）DSP的引入可减少助力电动机输出扭矩的波纹，减少或消除助力电动机的振动，增强助力控制系统的跟踪性能。

（5）操纵灵活性与稳定性

全速型的EPS，它在任何车速和车况下都兼顾了低速时的操纵灵活性和高速时的操纵稳定性；另外，由于EPS内部采用刚性连接，系统的滞后特性可以通过软件加以控制，且可以根据驾驶员的操作习惯进行调整。

（6）高效节能与环保

由于EPS没有转向油泵，电动机只在转向助力时才工作，其燃油消耗可降到最低；EPS消除了由于转向油泵带来的噪声污染，去除了液压油的预热，提高了汽车在较冷环境下的冷起动性能。在不转向情况下，装有EPS的汽车燃油消耗降低了2.5%，在使用转向情况下，降低了5.5%；Delphi公司的EPS比手动转向燃油消耗降低4%。另外，EPS的重复利用率高，组件的95%可以再回收利用，而传统的液压助力转向系统的回收利用率只有85%。

（7）安全性

EPS系统控制核心ECU具有故障自诊断功能，当ECU检测到某一组件工作异常，能立即控制电磁离合器分离，停止助力，显示输出故障代码，采用汽车机械转向，以确保驾驶安全可靠。

（8）可以独立于发动机工作

EPS以电池为能源，以电动机为动力元件，只要电池电量充足，不论发动机处于何种工作状态，都可以产生助力作用。

8.2.2.4 EPS的发展趋势

电动助力转向系统仍有一些技术瓶颈，目前大部分系统使用的都是12V（或24V）的电动机，所能提供的辅助动力仍然有限，因此仅能使用在轮胎直径较小、转向所需的辅助动力较小的较小型车种。目前需要攻克的是将12V电动机加大到42V电动机，以便成功应用在大型车种甚至是卡车上，其前题是必须将现有的汽车电力系统作大幅度的改变。

再者，EPS系统中的转向盘转矩传感器要求结构简单、工作可靠、价格便宜、精度适中。考虑到可靠性的问题，目前国外多采用非接触式，而接触式（如滑动电阻式）传感器应用较少。因而非接触式传感器技术将是动力转向技术的发展方向。

由于EPS系统在原有的机械式转向系统中增加了电动机和减速器，使得转向操纵机构的惯性增大，为此需引入惯性控制和阻力控制，避免电动机开始助力和终止助力时对转向操纵产生影响。同时，为了获得更好的“路感”，必须根据汽车的行驶速度和转向状态确定助力的大小和方向。

最后是EPS系统与整车性能的匹配：汽车本身是由各个子系统组成的既相互联系又相互制约的有机整体，当汽车某个子系统改变时，整车性能也产生相应的变化。因此，必须对EPS系统与汽车上的其他系统进行匹配，以利整车性能达到最优。