汽车电动助力转向系统的技术分析

4.1 助力控制

助力控制是在转向过程（转向角增大）中为减轻转向盘的操纵力，通过减速机构把电机转矩作用到机械转向系（转向轴、齿轮、齿条）上的一种基本控制模式。

步骤如下：

(1)输入由车速传感器测得的车速信号；

(2)输人由转向盘转矩传感器测得的转向盘力矩大小和方向；

(3)根据车速和转向盘力矩，由助力特性得到电动机目标电流；

(4)通过电动机电流控制器控制电动机输出力矩。在这一基本控制过程中，助力特性曲线确定系统的控制目标，决定着EPS系统的性能。EPS的助力特性曲线属于车速感应型，在同一转向盘力矩输人下，电动机的目标电流随车速的增加而降低，能较好地兼顾轻便性与路感的要求。

4.2 回正控制

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，回正转矩增大，而轮胎与地面的侧向附着系数却减小，二者综合作用使得回正性能提高。驾驶员松开转向盘后，随着作用在转向盘上的力的减小，转向盘将在回正力矩的作用下回正。在转向盘回正过程中，有两种情况需要考虑：（1）回正力矩过大，引起转向盘位置超调；（2）回正力矩过小，转向盘不能回到中间位置。对前一种情况，可以利用电动机的阻尼来防止出现超调。后一种情况需要对助力进行补偿，以增加回正能力。

根据转向盘转矩和转动的方向可以判断转向盘是否处于回正状态。回正控制的内容有：低速行驶转向回正过程中，EPS系统H桥实行断路控制，保持机械系统原有的回正特性；高速行驶转向回正时，为防止回正超调，采用阻尼控制。

4.3 阻尼控制

阻尼控制是针对汽车高速直线行驶稳定性和快速转向收敛性提出的。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，这给驾驶带来很大的危险。为提高高速行驶时驾驶的稳定性，提出在死区范围内进行阻尼控制，适当加重转向盘的阻力，最终体现在高速行驶时手感的‘稳重"。汽车高速行驶时，由于路面偶然因素的干扰引起的侧向加速度较大，传到方向盘的力矩比低速行驶时要大，为了抑制这种横摆振动，必须采用阻尼控制；此外，转向盘转向后回到中间位置时，由于电动机的惯性存在，在不加其他控制情况下，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。

5 EPS的特点

与传统液压动力转向(HPS)相比EPS具有以下特点：

（1）EPS能在各种行驶工况下提供最佳力，减小路面不平度所引起的对转向系的扰动，改善了汽车的转向特性。

（2）EPS只在转向时电动机才提供助力，相比液压动力转向系统可节约燃油3％~5％，因而燃油经济性有了很大的提高。

（3）EPS取消了油泵、皮带、密封件、液压软管、液压油及密封件等，其零件比传统液压动力转向系大大减少，因而质量更轻，结构更紧凑，在安装位置选择方面也更为方便，并且可以降低噪声。

（4）HPS的参数一经确定，转向系统的性能也随之确定，很难改正，而EPS可以通过改变和设置不同的程序，改变转向特性，装配自动化程度更高，能与不同的车型匹配，缩短生产和开发时间，提高了效率。

（5）由于EPS不存在渗漏问题，因而减少了对环境的污染。

（6）HPS在低温下启动发动机之后，由于低温下油的粘度较大，使转向作用力较高，而EPS在低温下不会增加转向作用力和发动机的负荷，因而其低温运行状况好于HPS。

6 EPS的关键技术及发展趋势

EPS系统在操作轻便、节能等方面显示了优越性，性能己经得到人们的普遍认可，但是仍有一些问题需要解决：

（1)电动机的性能及其与EPS系统的匹配是影响控制系统性能、转向操纵力、转向路感等问题的主要因素，因此改善电动机的性能及其与整个EPS系统的匹配是关键问题；

（2）助力特性的好坏取决于转向的轻便性和路感。但‘是目前国内对于路感问题还没有成熟的理论研究结果，研究手段还主要以试验为主，因此需要确定合理的助力特性；

（3）EPS除了应有良好的硬件保证外，还需要良好的软件控制做支撑，EPS的安装一般在发动机附近，不可避免地会有热辐射与电磁干扰的影响，因此对EPS的控制策略提出了很高的要求。

EPS当前已经较多应用在排量在1.3-1.6L的各类轻型轿车上，其性能已经得到广泛的认可。随着直流电机性能的提高和42V电源在汽车组件上的应用，其应用范围将进一步扩宽，并逐渐向微型车、轻型车和中型车扩展。目前，在全世界汽车行业中，EPS系统每年正以9％-10％的增长速度发展，年增长量达130万-150万套。据TRW公司预测，到2010年全世界生产的轿车中每3辆就有1辆装备EPS，到2010年，全球EPS产量将达到2500万套。因此，EPS将具有十分广阔的发展和应用前景。