最全电动助力转向EPS介绍

一、基本原理及结构

EPS为英文Electric Power Steering的缩写，即电动助力转向系统。该系统由电动助力机直接提供转向助力，省去了液压动力转向系统所必需的动力转向油泵、软管、液压油、传送带和装于发动机上的皮带轮，既节省能量，又保护了环境。另外，还具有调整简单、装配灵活以及在多种状况下都能提供转向助力的特点。我们都知道，现代车辆除了极少数(比如比亚迪低配的F0)的车型没有转向助力以外，大多数的车型都有助力。

而转向助力系统从过去的液压助力转向逐渐转为电动助力转向，液压助力系统基本被淘汰。

图1 EPS系统的基本结构(以DP-EPS为例)

按照图1中的编号，我们以DP-EPS为例介绍EPS的工作过程如下：

驾驶员转动转向盘

扭矩传感器检测扭矩信号(注意：有的EPS监控转角信号)，并将信号发送给ECU控制单元，控制单元根据得到的扭矩信号和车速信号，再根据事先标定好的助力曲线决定电机提供多少助力(如图2)

电机提供的扭矩由减速齿轮放大，并传递给小齿轮(Pinion)

驾驶员提供的扭矩和电机提供的扭矩都通过小齿轮传递给齿条(Rack),齿条横向移动实现转向。(如图3)

图2 助力曲线

图3

二、EPS的分类

根据助力方式，电子转向机可以分成四种类型，即转向管柱助力式C-EPS，齿轮助力式P-EPS，双小齿轮式DP-EPS和齿条平行式RP-EPS。从紧凑型车、中级车到豪华车和箱式货车，不同级别的车可以根据车辆的安装空间，车辆的能源和所需要的齿条助力来选择其中的一种。

下面我们一一介绍下~

管柱式电动助力转向器(C-EPS)

C-EPS的电机和减速齿轮布置在转向管柱(Column)上，电机提供的转矩和驾驶员提供的转矩共同转动转向管柱，并通过中间轴、小齿轮传递给齿条，实现助力(图4)。这种助力系统特别适合于不需要太大助力的紧凑型车型。由于这种电机布置离方向盘较近，所以电机的振动会传递到方向盘上。

特点：

1、适应性强：可根据不同车型选用和定制汽车电动助力转向管柱和控制器，同时进行助力匹配，可广泛应用在0.6-1.8L排量的经济型轿车和微型轿车。

2、结构紧凑，安装方便，所需安装空间小;

3、低速时转向轻便，高速时操纵稳定，回正性能优良;

4、可靠性高，免维护;

5、具有自诊断和安全控制功能。

图4C-EPS结构图

动画1 C-EPS原理

小齿轮式电动助力转向器(P-EPS)

P指的是Pinion(小齿轮)，顾名思义助力是加在小齿轮上的。如图5、动画2所示，电机布置在小齿轮与齿条啮合处，这种系统更加紧凑，能够节省很大的布置空间。由于其提供的助力不大，所以只适合于小型车。

图5P-EPS结构图

动画2P-EPS工作过程

双小齿轮式电动助力转向器(DP-EPS)

本文的第一部分介绍原理的时候，就是以DP-EPS为例的，DP指的是Dual-Pinion(双小齿轮)。即这种转向机有2个小齿轮与齿条啮合，一个是电机驱动，一个是人的受力驱动。如图6、7和前文的图3。

图6 DP-EPS结构图

图7 DP-EPS(双小齿轮)

齿条平行式电动助力转向器(RP-EPS)

RP指的是Rack parallel(齿条平行式)，这种助力形式的转向系统，将电机直接布置在齿条上，电机直接给齿条助力(图8)。可想而知这种系统的助力较大，适合于中大型的车辆。这种形式的转向系统一般通过滚珠丝杠和皮带将电机的助力传递到齿条上(动画3)。

图8R-EPS结构

动画3 RP-EPS工作过程动画

电动泵式液压助力转向器(H-EPS)

这种系统称之为液压-电子助力转向，结合了电子助力转向精确可调和液压助力转向路感强的特点，当然也是比较贵的一种转向系统。前段时间刚上市的2018款JEEP牧马人用的就是这种转向系统。

图9H-EPS转向系统

三、适用范围

这几种转向系统各有各自的优缺点，再此不详细说明。主机厂选择哪种形式的转向系统主要还是根据车辆需求助力的大小来选择。下图给出了这几种系统所能提供的助力大小和适用的车型。

图10 各EPS系统的适用车型

四、EPS的优点

五、EPS的助力策略

EPS是一个非线性、多输入多输出的控制系统，因此，控制策略的设计是EPS的核心技术之一。

EPS控制策略的基本功能是在不同行驶工况下的转向过程中提供最佳转向助力，从而减轻驾驶员的操作疲劳。根据不同的控制目标，控制策略可分为：

基本助力控制，设计合理助力曲线，兼顾低速的转向轻便性和高速的稳定性;回正控制，使方向盘具有较好的回正特性，避免回正不足或回正超调;补偿控制，EPS转向系统中除了机械部件的摩擦和阻尼因素，还有电机和减速机构的惯量因素，因此，需要采用合适的补偿控制，减小惯量、摩擦、阻尼因素的影响，提高车辆的稳态性能和动态性能;抑振控制，当在不平路面行驶时，由轮胎传递过来的扰动会造成方向盘的振动，使驾驶员感到不适，丧失路感;鲁棒控制，抑制系统内部的各种扰动;其他控制，随着汽车安全性和舒适性要求的提高，EPS的控制策略正朝着智能化的方向发展，包括：个性化助力特性、自动泊车功能、车道保持功能等等。