一、EPS的定義

EPS（Electric Power Steering）稱為電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的發(fā)展方向。該系統(tǒng)由電動(dòng)助力機(jī)直接提供轉(zhuǎn)向助力，省去了液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)所必需的動(dòng)力轉(zhuǎn)向油泵、軟管、液壓油、傳送帶和裝于發(fā)動(dòng)機(jī)上的皮帶輪，既節(jié)省能量，又保護(hù)環(huán)境。



二、EPS的作用

電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向器的作用是在行車過(guò)程中，輔助駕駛員完成轉(zhuǎn)向動(dòng)作。通過(guò)單片機(jī)（ECU）微機(jī)系統(tǒng)綜合處理來(lái)自轉(zhuǎn)角傳感器、扭矩傳感器的信息，并結(jié)合車速以及駕駛員輸入扭矩的信號(hào)，根據(jù)PDI模糊控制原理通過(guò)一定的算法來(lái)提供助力輔助轉(zhuǎn)向，實(shí)現(xiàn)了助力智能化。



三、EPS的種類

EPS主要有三種類型，即C型、P型和R型。

1C型
一種機(jī)電一體化的新一代汽車智能助力轉(zhuǎn)向裝置。在不同車況下汽車轉(zhuǎn)向時(shí)，它通過(guò)電子控制裝置，使轉(zhuǎn)向助力電機(jī)產(chǎn)生所需的輔助助力，達(dá)到操縱穩(wěn)定、轉(zhuǎn)向輕巧、行駛安全，使駕駛員行車有良好的舒適感。

其特點(diǎn)如下：
1）適應(yīng)性強(qiáng)，可根據(jù)不同車型選用和定制汽車電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向管柱和控制器，同時(shí)進(jìn)行助力匹配，可廣泛應(yīng)用在0.6-1.8L排量的經(jīng)濟(jì)型轎車和微型轎車；
2）結(jié)構(gòu)緊湊，安裝方便，所需安裝空間??；
3）低速時(shí)轉(zhuǎn)向輕便，高速時(shí)操縱穩(wěn)定，回正性能優(yōu)良；
4）可靠性高，免維護(hù)；
5）具有自診斷和安全控制功能。



2P型
由EPS控制器、扭矩傳感器、電機(jī)總成和減速裝置組成，是新一代汽車電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向裝置。通過(guò)將電力輔助單元配置到轉(zhuǎn)向裝置的齒輪軸，實(shí)現(xiàn)了小型輕量化，可直接安裝在駕駛艙內(nèi)，機(jī)械結(jié)構(gòu)更易于整體安裝，與液壓助力轉(zhuǎn)向器的尺寸大小相當(dāng)；扭矩傳感器安裝在助力轉(zhuǎn)向器內(nèi)部。

3R型
通過(guò)EPS輔助單元與齒條軸的一體化，提高了輕量化及裝配緊密性。直接輔助齒條軸，實(shí)現(xiàn)了低慣性、低摩擦、高效率，提高了駕駛舒適感，達(dá)到了高輸出化。



四、EPS的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

EPS由電動(dòng)機(jī)提供助力，助力大小由電控單元（ECU）實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)與控制。所以EPS能在各種行駛工況下提供最佳助力，減小由路面不平引起的對(duì)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的擾動(dòng)，改善汽車的轉(zhuǎn)向特性，減輕汽車低速行駛時(shí)的轉(zhuǎn)向操縱力，提高汽車高速行駛時(shí)的轉(zhuǎn)向操縱穩(wěn)定性，進(jìn)而提高汽車的主動(dòng)安全性。



其基本原理是，扭矩傳感器與轉(zhuǎn)向軸（小齒輪軸）連接一起，當(dāng)轉(zhuǎn)向軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，扭矩傳感器把輸入軸和輸出軸在扭桿作用下產(chǎn)生的相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)位移變成電信號(hào)傳給ECU，ECU根據(jù)車速傳感器和扭矩傳感器的信號(hào)決定電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向和電流的大小，從而完成實(shí)時(shí)控制助力轉(zhuǎn)向。因此它可以很容易的實(shí)現(xiàn)在車速不同時(shí)提供電動(dòng)機(jī)不同的助力效果，保證汽車在低速行駛時(shí)輕便靈活，高速行駛時(shí)穩(wěn)定可靠。



汽車EPS的服役條件包括：載荷、溫度、腐蝕介質(zhì)。

1載荷

載荷是指利用伺服電機(jī)模擬方向盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生的扭矩。
載荷分為動(dòng)載荷與靜載荷，方向盤(pán)在空載情況下的轉(zhuǎn)動(dòng)為靜載荷，動(dòng)載荷包括交變載荷與沖擊載荷，正常路況下，方向盤(pán)平滑的左右轉(zhuǎn)動(dòng)以交變載荷的形式體現(xiàn)出來(lái)，是行車過(guò)程中主要形式，針對(duì)這種形式進(jìn)行疲勞試驗(yàn)檢測(cè)；在路況較差的情況下，方向盤(pán)的快速轉(zhuǎn)動(dòng)對(duì)轉(zhuǎn)向器的性能要求偏高，即以沖擊載荷的形式體現(xiàn)，主要針對(duì)沖擊試驗(yàn)檢測(cè)其可靠程度。



2溫度
溫度是指汽車EPS除正常工作溫度下的高溫與低溫情況。
溫度對(duì)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)有很大影響，北方溫度較低，南方溫度較高，特別是夏季路面溫度更高，這對(duì)于轉(zhuǎn)向器溫度適應(yīng)性有較高要求。

3腐蝕介質(zhì)
腐蝕介質(zhì)是指EPS在雨霧天氣等不良環(huán)境中運(yùn)行的情況下，空氣中的水汽、灰塵、泥漿等腐蝕物質(zhì)對(duì)EPS的性能的影響。



五、EPS的性能要求



1平滑性
在按不同車速手動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)方向盤(pán)的過(guò)程中，感覺(jué)轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中應(yīng)平滑、無(wú)卡滯，方向盤(pán)無(wú)明顯振動(dòng)，轉(zhuǎn)動(dòng)方向盤(pán)至任意角度停下時(shí)轉(zhuǎn)向器輸出端不應(yīng)有慣性延時(shí)現(xiàn)象。

2耐久性
經(jīng)過(guò)疲勞與沖擊試驗(yàn)后，在電動(dòng)助力控制器電源斷開(kāi)情況下，汽車EPS靜扭強(qiáng)度和剛度應(yīng)符合QC/T649或QC/T29097標(biāo)準(zhǔn)的要求。

3抗干擾性
為了確保電子電氣組件能夠正常工作，應(yīng)進(jìn)行電磁輻射抗擾性測(cè)定、無(wú)線電干擾特性測(cè)定、靜電放電產(chǎn)生的電干擾測(cè)定。試驗(yàn)過(guò)程中和試驗(yàn)過(guò)程之后能執(zhí)行預(yù)先設(shè)計(jì)的所有功能，不得出現(xiàn)任何異常狀況。



六、EPS的試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)
影響EPS性能的因素主要有載荷、溫度、腐蝕介質(zhì)。根據(jù)試驗(yàn)要求考慮載荷與溫度兩個(gè)因素。

1載荷模擬
載荷模擬是指利用交流伺服系統(tǒng)模擬實(shí)際過(guò)程中，方向盤(pán)的轉(zhuǎn)動(dòng)對(duì)轉(zhuǎn)向器的影響。

試驗(yàn)主要包括兩個(gè)部分：
1）方向盤(pán)平滑轉(zhuǎn)動(dòng)即疲勞耐久性試驗(yàn)
2）方向盤(pán)快速轉(zhuǎn)動(dòng)即沖擊載荷試驗(yàn)
根據(jù)《汽車電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向裝置技術(shù)條件與臺(tái)架試驗(yàn)方法》要求，經(jīng)過(guò)載荷模擬試驗(yàn)，裝置仍能正常轉(zhuǎn)向，不得出現(xiàn)異常和損壞。



2溫度模擬
考慮到地域、季節(jié)的不同，針對(duì)轉(zhuǎn)向裝置在不同溫度條件下的工作狀態(tài)，進(jìn)行性能評(píng)價(jià)，利用溫控箱實(shí)現(xiàn)。根據(jù)《汽車電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向裝置技術(shù)條件與臺(tái)架試驗(yàn)方法》要求，經(jīng)過(guò)溫度模擬試驗(yàn)，各元件仍能正常工作。

3試驗(yàn)項(xiàng)目
為了使汽車EPS在不同服役條件下滿足不同性能，要求進(jìn)行如下試驗(yàn)：



七、EPS的試驗(yàn)項(xiàng)目
全面掌握EPS外在特性的表現(xiàn)是確定其試驗(yàn)項(xiàng)目應(yīng)該明確一個(gè)根本原則。在下圖給出的轉(zhuǎn)向柱助力型式EPS總成結(jié)構(gòu)示意圖上，從方向盤(pán)側(cè)力矩輸入、電機(jī)輸出助力矩，到機(jī)械機(jī)構(gòu)力矩變換、總成輸出旋轉(zhuǎn)力矩(或齒條推拉力)至車輪,是一個(gè)力矩平衡系統(tǒng),總成工作中關(guān)鍵部件的幾何位置，以及造成力矩平衡系統(tǒng)動(dòng)態(tài)變化的控制策略與助力手段等都將成為影響EPS性能的要素。



參照國(guó)外相關(guān)企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和國(guó)內(nèi)行業(yè)草擬的EPS總成技術(shù)條件，EPS的試驗(yàn)項(xiàng)目基本明確在性能試驗(yàn)和可靠性試驗(yàn)兩個(gè)方面，下表中給出的基本性能試驗(yàn)項(xiàng)目要求與試驗(yàn)的目的是一致的。



由于行業(yè)EPS標(biāo)準(zhǔn)草案中對(duì)應(yīng)的傳感器、助力電機(jī)、控制器(ECU)三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)分別獨(dú)立于總成標(biāo)準(zhǔn)，故表中的試驗(yàn)項(xiàng)目不涉及三者的內(nèi)在特性。

八、EPS的試驗(yàn)內(nèi)容與評(píng)價(jià)

在EPS工作的力矩平衡系統(tǒng)中，涉及輸入輸出扭矩、輸入輸出轉(zhuǎn)角、電機(jī)工作電流和配置車速等物理量。
EPS系統(tǒng)工作的力矩動(dòng)力學(xué)方程可表示為：
JeqΗ+B1ΗP+Msw=Tfz-Td
上式中：
Jeq——折算到小齒輪上的系統(tǒng)總慣性矩
B1——系統(tǒng)當(dāng)量摩擦系數(shù)
Msw——方向盤(pán)把持扭矩ΖMsw=Ks(Ηp-Ηh)，其中Ks為扭桿的扭變剛度，Ηp為轉(zhuǎn)向小齒輪轉(zhuǎn)角，Ηh為方向盤(pán)轉(zhuǎn)角
Td——電機(jī)當(dāng)量助力轉(zhuǎn)矩
Tfz——路面作用于轉(zhuǎn)向小齒輪的轉(zhuǎn)矩
試驗(yàn)系統(tǒng)的加載方式必然有別于實(shí)際運(yùn)行，理論上全載荷、部分載荷情況都可以由磁粉制動(dòng)器設(shè)定。彈性載荷確定應(yīng)結(jié)合前軸載荷和輪胎與路面的摩擦等因素適當(dāng)選擇，輸出端沖擊加載可利用重錘落體等方式實(shí)現(xiàn)。輸出端沖擊加載可利用重錘落體等方式實(shí)現(xiàn)。



1功能試驗(yàn)
將被試裝置安裝在試驗(yàn)臺(tái)架上，在輸出端施加相當(dāng)于汽車最大轉(zhuǎn)向阻力的1/4載荷，在0~到最高車速范圍內(nèi)、按5~20Km/h車速間隔試驗(yàn)。在向兩個(gè)方向手動(dòng)勻速轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)向盤(pán)的同時(shí)，在全行程內(nèi)感覺(jué)工作是否平滑、連續(xù)及轉(zhuǎn)向盤(pán)有無(wú)振動(dòng)；轉(zhuǎn)向盤(pán)轉(zhuǎn)至任意角度停下時(shí),輸入端不應(yīng)有慣性延時(shí)現(xiàn)象。

2輸入、輸出特性試驗(yàn)
將被試裝置安裝在試驗(yàn)臺(tái)架上，系統(tǒng)正常工作，把輸出端剛性固定或加彈性載荷，設(shè)定不同車速(從0Km/h至最高速，間隔5~20km/h)分別向兩個(gè)方向勻速轉(zhuǎn)動(dòng)輸入軸，轉(zhuǎn)到輸入力矩/力至設(shè)定值為止，同時(shí)紀(jì)錄各個(gè)車速下輸入力矩與輸出力矩/力關(guān)系曲線，見(jiàn)下圖。

1） 做出不同車速下的轉(zhuǎn)向手力特性
2） 分別測(cè)出不同車速下左右最大轉(zhuǎn)動(dòng)力矩/力
3）分別計(jì)算出各車速下曲線的對(duì)稱度



3助力電流特性試驗(yàn)

將被試裝置安裝在試驗(yàn)臺(tái)架上，系統(tǒng)正常工作，勻速轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)向盤(pán)，使輸出端載荷達(dá)到額定載荷，設(shè)定不同車速（從0km/h至最高車速，間隔5~20km/h），記錄輸入載荷與電流變化關(guān)系，見(jiàn)下圖：
1）做出不同車速下的電流特性
2）分別測(cè)出各車速下最大行程時(shí)的左右最大電流



4反向沖擊特性試驗(yàn)
將被試裝置安裝在試驗(yàn)臺(tái)架上，系統(tǒng)正常工作，當(dāng)轉(zhuǎn)向盤(pán)處于直線行駛位置時(shí)，在轉(zhuǎn)向器輸出端施加額定輸出力的40%沖擊載荷，時(shí)間不超過(guò)10毫秒，記錄沖擊時(shí)的電流響應(yīng)時(shí)間和方向，測(cè)出轉(zhuǎn)向盤(pán)所轉(zhuǎn)動(dòng)的角度。見(jiàn)下圖：



5轉(zhuǎn)動(dòng)力矩特性試驗(yàn)
將被試裝置安裝于試驗(yàn)臺(tái)架上，輸出軸應(yīng)處于無(wú)負(fù)載狀態(tài)。
1）在汽車點(diǎn)火開(kāi)關(guān)關(guān)閉狀態(tài)下，輸入軸以6±1r/min的轉(zhuǎn)速?gòu)钠鹗嘉恢?0°位置)，順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)到90%最大轉(zhuǎn)角，然后再反向轉(zhuǎn)動(dòng)到90%最大轉(zhuǎn)角，再順時(shí)針轉(zhuǎn)回到起始位置。記錄并繪制轉(zhuǎn)動(dòng)力矩曲線(如下圖)
2）在汽車點(diǎn)火開(kāi)關(guān)開(kāi)啟狀態(tài)下，重復(fù)上述試驗(yàn)并繪制轉(zhuǎn)動(dòng)力矩曲線(如下圖)
3）模擬車速點(diǎn)火開(kāi)關(guān)開(kāi)啟狀態(tài)下，保持5s，測(cè)試輸入、出軸力矩/力



6回正試驗(yàn)
將被試裝置安裝在試驗(yàn)臺(tái)架上，系統(tǒng)正常工作，車速分別在20Km/h和80km/h時(shí)，轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)向盤(pán)轉(zhuǎn)至最大角度時(shí)松開(kāi)，在彈性力作用下使其自由回正，然后反方向再作一遍。做Mθ曲線,檢查回正曲線情況。見(jiàn)下圖：




九、結(jié)語(yǔ)
EPS系統(tǒng)是汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的發(fā)展方向，由于電動(dòng)助力機(jī)直接提供轉(zhuǎn)向助力，省去了液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)所必需的動(dòng)力轉(zhuǎn)向油泵、軟管、液壓油、傳送帶和裝于發(fā)動(dòng)機(jī)上的皮帶輪，既節(jié)省能量，又保護(hù)了環(huán)境。



另外，EPS還具有調(diào)整簡(jiǎn)單、裝配靈活以及在多種狀況下都能提供轉(zhuǎn)向助力的特點(diǎn)?，F(xiàn)在新能源汽車是發(fā)展方向，尤其續(xù)航里程作為企業(yè)重點(diǎn)關(guān)注的指標(biāo)，對(duì)于能夠有節(jié)能方向的產(chǎn)品開(kāi)發(fā)也顯得越來(lái)越重要；同時(shí)，人們也更加關(guān)注主動(dòng)安全這塊的功能，所以，EPS系統(tǒng)在汽車的功能開(kāi)發(fā)中顯得也尤其重要。