汽车电动助力式转向系统的现状与发展

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1、汽车电动助力式转向系统的现状与发展姓名：王逸川班级：生物3091学号：30921121161、引言  汽车助力转向依次经历了机械式转向系统、液压式转向系统、电控液压式转向系统等阶段，国际上已有一些大的汽车公司在探讨开发的下一代线控电动转向系统。在国外，各大汽车公司对汽车电动助力转向系统(ElectricPowerSteering-EPS，或称ElectricAssistedSteering-EAS)的研究有20多年的历史。随着近年来电子控制技术的成熟和成本的降低，EPS越来越受到人们的重视，并以其具有传统动力转向系

2、统不可比拟的优点，迅速迈向了应用领域，部分取代了传统液压动力转向系统(HydraulicPowerSteering，简称HPS)[1]。2、汽车电动助力式转向系统的国内外发展概况  自1953年美国通用汽车公司在别克轿车上使用液压动力转向系统以来，HPS给汽车带来了巨大的变化，几十年来的技术革新使液压动力转向技术发展异常迅速，出现了电控式液压助力转向系统(ElectricHydraulicPowerSteering，简称EHPS)。1988年2月日本铃木公司首先在其Cervo车上装备EPSTM，随后又应用在Alto

3、汽车上；1993年本田汽车公司在爱克NSX跑车上装备EPS并取得了良好的市场效果[4]；1999年奔驰和西门子公司开始投巨资开发EPS。上世纪九十年代初期，日本铃本、本田，三菱、美国Delphi汽车公司、德国ZF等公司相继推出了自己的EPS，TRW公司继推出EHPS后也迅速推出了技术上比较成熟的带传动EPS和转向柱助力式EPSTM，并装配在FordFiesta和Mazda323F等车上，此后EPS技术得到了飞速的发展。在国外，EPS已进入批量生产阶段，并成为汽车零部件高新技术产品，而我国动力转向系统目前绝大部分采用

4、机械转向或液压助力转向，EPS的研究开发处于起步阶段。3、EPS系统结构及其工作原理  电动助力式转向系统在不同车上的结构部件尽管不尽一样，但其基本原理是一致的。它一般是由转矩(转向)传感器、电子控制单元ECU、电动机、电磁离合器以及减速机构构成，其机构示意图如图1所示。当转向轴转动时，扭矩传感器检将测到的转矩信号转化为电信号送至电子控制单元ECU，ECU再根据扭矩信号、车速信号、轴重信号等进行计算，得出助力电动机的转向和助力电流的大小，完成转向助力控制，EPS系统控制框图如图2所示。EPS的主要部件包括扭矩传感器

5、、电动机、电子控制单元、减速机构和电磁离合器，其工作原理如下：(1)扭矩传感器  EPS控制系统的传感器信号包括转向盘转矩信号、汽车车速信号、汽车轴重信号、电机电流信号，前三者用于确定助力电机的助力转矩大小和方向，后者用于电机的闭环控制。这些信号用来作为EPS的输入信号，共同决定助力信号的输出。因此，传感器信息融合是EPS系统中的关键技术之一。EPS中扭矩传感器主要有：电阻式转向传感器、非接触式电感扭矩传感器和其他类型传感器，也有通过在转向轴位置加一扭杆，通过测量扭杆的变形得到扭矩的大小和方向。电阻式转向传感器实际

6、上是个滑动可变电阻器，当操作方向盘时，其电阻的变化最终经电路处理以电流的形式将转矩信号送至ECUTM。这种传感器价格低，但体积大，易于磨损，在早期EPS中应用较多。随着非接触式扭矩传感器成本的降低，越来越多的厂商转而采用这种精度高、体积小且寿命长的新型传感器。图3所示为KOYO公司研制的非接触式EPS扭矩传感器原理图，该装置由安装在输入轴上的探测环1和探测环2，安装在输出轴上的另一个探测环1，探测线圈和补偿线圈组成。当方向盘转动时，扭杆受转动力矩作用发生扭转，由于线圈生扭转，由于线圈固定不动，探测线圈与探测环之间的

7、位置发生变化导致线圈磁阻改变，并最终反映扭矩的变化。(2)电动机  助力电动机是EPS系统的动力源，它根据ECU输出的控制指令，在不同的工况下输出不同助力转矩，对整个EPS性能影响很大，因此需要具有良好的动态特性、调速特性和随动特性并易于控制，还要求输出波动小、低转速大转矩、转动惯量小、尺寸小质量轻等，因此，常采用无刷式永磁直流电动机。为改善操纵感、降低噪音和减少振动，在电动机转子外表面开出斜槽或螺旋槽，改变定子磁铁中心处或端部厚度，将定子磁铁设计成不等厚等[8]。随着现代汽车技术的发展，汽车各部件越来越多的采用4

8、2V直流电源，因而，面向42V直流电的EPS也逐渐成为汽车技术研究热点之一。采用42V直流电的EPS能在较低的输出电流同时保证有足够的输出功率，既降低系统的能耗和发热，又能改善系统的控制。(3)电磁离合器  电动式EPS转向助力一般都是工作在一个设定的范围。当车速低于某一设定值时，系统提供转向助力，保证转向的轻便性；当车速高于某一设定值时，系统提供阻尼控制，