助力转向系统的发展探析

王 波

（天津职业技术师范大学，天津 300222）

1 机械式转向系统

机械式转向系统完全依靠驾驶员的体力作为转向动力源。驾驶员作用在转向盘上的转矩，经过转向传动轴传给机械式转向器，经由转向器放大力矩及动力传递方向，再经由转向纵拉杆和横拉杆带动装有转向轮的转向节来改变方向。此转向过程完全依靠消耗驾驶员的体力，车速越低，转向阻力越大，转向越费力；反之，则转向阻力较小，转向越轻松。

2 传统液压助力转向系统

由于液压助力系统需要消耗一定的发动机动力，且液压式助力转向无法根据行驶速度的变化，适时适量的向驾驶员提供所需助力。因此，在低速行驶时提供的转向助力使车辆的转向变得较轻松，而在中高速行驶时会使车辆的转向变得“轻飘”，从而失去较强的“路感”。所以人们在机械液压助力的基础上进行改进，开发出了能够更加节省能耗并能够根据驾驶的需要提供所需的转向助力的电子液压助力转向系统。

3 电控助力转向系统

电控助力转向系统英文简称为EPS，即Electronic Control Power Steering。但电控助力转向系统根据动力源的不同又分为液压式电控助力转向系统（以下简称为液压式EPS）和电动式电控助力转向系统（以下简称为电控式EPS）。

（1）液压式EPS。液压式EPS是在传统的液压助力转向系统的基础上，增设可以控制液体流量的电磁阀、车速传感器和电子控制单元等。电子控制单元根据检测到的车速信号，控制电磁阀，使转向动力放大倍率实现联系可调，从而满足高、低速时的转向动力要求。目前，根据控制方式的不同，液压式EPS又可分为流量控制式、反力控制式和阀灵敏度控制式三种形式。①流量控制式EPS是一种根据车速传感器信号调节动力转向装置供应的压力油液，改变油液的输入输出流量，以控制转向助力的方法。优点是在原来动力转向功能上再增加压力油液流量控制功能即可，可以降低价格，简化结构。但当流向动力转向机构的压力油液降低到极限值时，将转变转向控制部分的刚度，使其下降到接近转向刚性。这样，在低供给油量区域内，对于快速转向会产生压力供油量不足，降低了相应性；于反力控制式EPS是一种根据车速高低，控制反力室的油压，从而改变输入、输出增益幅度以控制转向力。此种转向助力系统具有较大的选择转向力的自由度，转向刚度大，驾驶员能感受到路面情况，可以获得稳定的操作手感。但是由于结构复杂，价格较高；③阀灵敏度控制式EPS是根据车速控制电磁阀，直接改变动力转向控制阀的油压增益（即阀灵敏度）来控制油压的。这种转向结构简单、部件少价格便宜，而且具有较大选择转向力的自由度，与反力控制式转向相比，但可以最大限度提高原来的弹性刚度来加以克服，从而获得自然的转向手感和良好的转向特性。

（2）电动式EPS。电动助力转向系统是汽车转向系统的发展方向。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。

电动式助力转向系统（Electric Power Steering，缩写EPS）是一种直接依靠电动机提供辅助扭矩的动力转向系统，与传统的液压助力转向系统HPS（Hydraulic Power Steering）相比具有很多优点：①电动机、减速机、转向柱和转向齿轮箱可以只成一个整体、管道、液压泵等不需单独占据空间，易于装车；于基本上只增加电动机和减速机，没有了液压管道等部件，使整个系统趋于小型轻量化；③液压泵仅在必要时用来使电动机运转，故可以节能；④因为零件数目的减少，不再需要考虑助力油和抽空气的问题，因此生产装配性好。

驾驶员在操纵方向盘进行转向时，转矩传感器检测到转向盘的转向以及转矩的大小产生相应的电压信号，将电压信号输送到电子控制单元，电子控制单元根据转矩传感器检测到的转矩电压信号、转动方向和车速信号等，向电动机控制器发出指令，使电动机输出适当大小和方向的转向助力转矩，从而产生辅助转向动力，辅助驾驶员进行转向。但在汽车不转向时，电子控制单元不向电动机控制器发出指令，电动机不工作。

根据助力电机的安装位置不同，EPS系统又可以分为转向轴助力式、齿轮助力式、齿条助力式3种。转向轴助力式EPS的电动机固定在转向轴一侧，通过减速机构与转向轴相连，直接驱动转向轴助力转向。齿轮助力式EPS的电动机和减速机构与小齿轮相连，直接驱动齿轮助力转向。齿条助力式EPS的电动机和减速机构则直接驱动齿条提供助力。

电动助力转向系统的应用已经成为了助力转向系统的转折点也是大趋势。以电力作为驱动辅助力的能量来源，完全避免了传统形式助力系统及电控液压助力系统的缺点，顺应了“绿色、环保、技能”的时代趋势，必将在未来的助力系统发展中的中流砥柱。

［1］ 李春明.汽车底盘电控技术［M］.北京：机械工业出版社，2014.