文献综述
一、汽车转向系统概述
汽车转向系统(Steering System)是汽车的一个重要构成部件，是保障汽车安全驾驶十分重要的安全装置，其功能就是要求能够按照驾驶员的意图来控制汽车的行驶方向，它直接影响到汽车的整体操纵性和行驶稳定性。因此在设计汽车的转向系统时，一方面要求其工作要安全可靠、操作轻便、高效节能、机动性良好等，另一方面更要求它能够在各种工况(其中常见的包括直线行驶、正常转向、原地转向和快速转向等)下，根据不同的路面状况和行驶速度，为驾驶员提供较好的路感。一直以来，各汽车生产厂家、高等院校和科研机构都将如何更好地设计汽车的转向特性，从而使汽车具有良好的操纵性能视为重要的研究课题。尤其在今天，车辆越来越高速、车流越来越密集、驾驶人员越来越非职业化，如何针对众多不同层次和水平的驾驶人员进行汽车的操纵性优化设计显得尤为重要。
汽车转向系统经历了纯机械式转向系统、液压助力转向系统、电动液压助力转向系统和电动助力转向系统四个基本发展阶段。
纯机械式转向系统(Manual Steering)是以驾驶员的体力作为转向的动力来源，其所有力的传递部件都是机械的。早期的汽车转向就是采用该系统，这种机械式的转向系统，优点在于结构简单、工作可靠和造价低廉;而不足之处在于:由于采用纯粹的机械构件，为了产生足够大的转向扭矩，就需要加大方向盘，整个机构显得较为笨拙，占用驾驶室的空间也较大;另一方面对于驾驶员而言转向操纵负担比较重，特别是重型汽车由于转向阻力较大，仅仅依靠驾驶员的转向力很难实现灵活的转向，这也就大大限制了它的使用范围，因此这种纯机械式转向系统目前仅应用于一部分转向操纵力不大、对车辆操控性能要求不高的微型轿车或农用车上。
1953年通用汽车公司首次在车辆上使用了液压助力转向系统，此后该技术得到了迅速发展。液压助力转向(Hydraulic Power Steering，简称HPS)系统一般由液压泵、油管、压力流量控制阀体、传动皮带以及储油罐等部件构成。它是以液压油作为动力传递介质，通过液压泵产生动力来推动机械式转向器，从而实现转向的。这种液压助力转向系统的特点是:其助力特性为曲线，适合驾驶人员的驾驶习惯;缺点是无论车辆是否转向，HPS都一直在工作，而且在原地或低速大角度转向时，液压泵需要输出更大的功率以获得较大的助力，因此在一定程度上造成资源浪费。另外其液压泵是通过汽车发动机的动力来驱动控制阀的开
度，该开度与转向助力的大小成比例关系，因此不能很好地兼顾汽车低速时的转向轻便性和高速时的操纵稳定性。当发动机停止工作如故障或车辆熄火时，HPS微型显示器将不再提供助力。
20世纪80年代后期，汽车转向系统出现了变减速比的HPS。随后的数年内，动力转向系统的技术革新基本上都是基于该系统的，比较有代表性的是变流量泵液压动力转向系统(Variable Displacement Power Steering Pump)和电动液压助力转向(Electric Hydraulic Power Steering，简称EHPS)系统。其中，电控液压助力转向系统所采用的液压泵是电动泵，而非汽车发动机皮带直接驱动，它克服了传统的液压助力转向系统的缺点。它由电子控制单元根据车辆的行驶速度、转向角度等信号计算出其工作的最理想状态。如在低速大转向时，电子控制单元驱动电子液压泵以高速运转输出较大功率，使驾驶员转向更为省力;而在高速行驶时，电子控制单元则驱动电子液压泵以较低的速度运转，在不影响高速转向的同时，节省了发动机功率。然而系统尽管解决了上述矛盾，但却无法改变液压助力转向系统无论是否转向都需要消耗能量的这一固有缺陷。
电动助力转向系统(Electric Power Steering System简称EPS)作为一种新型的动力转向系统，自被开发开始，就一直被作为高新技术应用在汽车上，表现出良好的发展前景。该
系统的基本工作原理是:csilv转矩传感器和车速传感器分别测出驾驶者施加在转向盘上的操纵力矩和车辆当前的行驶速度(回正时还要用到角度传感器)，然后将这两个信号传递给电子控制单元J电子控制单元的微处理器根据内置的控制策略和算法，计算出此时需要的理想助力力矩，再换算为相应的电流，驱动助力电机按该电流运行;该电机产生的助力力矩再经过蜗轮蜗杆减速机构减速增扭后传送到机械式转向系统上，和驾驶者的操纵力矩叠加在一起去克服转向阻力矩，实现车辆的最终转向。EPS弥补了HPS和EHPS的缺点，具有节能、环保、高效、安全等诸多优点，是未来动力转向系统的发展方向，目前多装置在前轴荷在900 KG以下的中小型汽车上。
静止轮毂二、 电动助力转向系统的特点
随着汽车电子技术的日益发展，对汽车设计的要求以及对汽车的控制水平的要求也越来越高，尤其对汽车的节能和环保特性的要求越来越高。传统的液压助力转向系统(HPS)存在的消耗能源和环境污染等不足己变得越来越明显，不能完全满足时代发展的需求。
而电动助力转向系统(EPS)将最新的电力电子技术和高性能的电机控制技术应用于汽车转向系统，能明显改善车辆的静态性能和动态性能、有效提高行驶中驾驶员的轻便性和安全性、同时也更加节能和环保。
对于纯电动汽车而言，采用EPS是必然选择，因为它本身不用内燃机，助力转向系统动力的来源只有来自电机，所以纯电动汽车动力转向系统的选择只能是EPS或者EHPS，一般来讲，设计者都是趋向于选择EPS。
因此，未来的转向系统中，电动助力转向将成为汽车动力转向系统的主流，对该系统进行开发和研究成为越来越多的汽车企业和科研机构的工作重点。与其它助力转向系统相比，该系统突出的优点体现在:
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(1)更加节能与环保。EPS由于没有液压装置，属于典型的“按需供能型”( on-demand )系统，即只有转向时系统才工作，而车辆没运行或者直线行驶时不消耗能量，这样将消耗相对较少的能量。因而与液压动力系统相比，在各种行驶状况下均可节能80%到90%。而在不转向情况下，装有EPS的车辆燃油消耗将降低2.5%;在使用转向情况下，则降低5.5%。同时又由于在40℃的低温下，EPS也能够很好地工作，而传统的液压系统要等到液压油预
热后才能正常工作，因为EPS没有起动时的这样一个预热过程，所以也节省了能量。EPS同时不存在传统液压助力转向系统中液态油的泄漏问题，从而也避免了环境污染，顺应了环保的时代要求。
(2)助力效果更好。EPS可以针对车辆行驶的各种工况，通过优化助力特
性曲线，使得助力更加精确，助力效果更加理想。另外还可以采用阻尼控制减
小由路面不平产生的对转向系统的干扰，保障汽车低速行驶时的转向轻便性，提高汽车高速行驶时的转向稳定性，进而提高汽车的主动安全性。
(3)重量大大减少。与HPS相比，EPS的结构更加简单，零件数目也大大减少，因而带来重量的大大减轻，同时还使布置更加方便，并且降低了工作时的噪声。
(4)安全性更好。与HPS比较，当EPS出现故障时，系统可通过电磁离合器立即切断电机与减速传动机构的动力传送，迅速转入纯机械转向状态。另外由于直接由电机提供助力，因此EPS独立于车辆的驱动系统的工作，只要电动汽车的DC-DC不发生故障，即使在车辆未启动或出现其它故障时也能提供助力。
(5)生产和开发周期更短。EPS的前期研发时间较长，但是一旦设计完成，就可以通过修改相应的程序，快速实现与特定车型的匹配，因而能大大减少针对不同车型的研发时间。
(6)改善了转向系统的回正特性。在一定的车速下，当驾驶员转动转向盘一个角度后松开，车辆本身具有使车辆回到直线行驶方向的能力，这是车辆固有结构所决定的。EPS系统可以对该回正过程进行控制，利用软件在最大限度内调整设计参数以使车辆获得最佳的回正特性。而在传统的液压控制系统中，汽车设计一旦完成，其回正特性就不能再改变，否则必须改造底盘的机械结构，实现起来有较大困难。
(7) EPS效率一般较HPS高，使用车辆范围广，尤其适用于电动汽车。
电动助力转向系统自20世纪80年代中期提出以来，作为今后汽车动力转向系统的发展方向，同时也作为节能环保的高科技产品，必将取代现有的机械转向系统、液压助力转向系统和电控液压助力转向系统，而成为汽车动力转向系统的主流。
三、 电动助力转向系统的分类及工作原理
根据助力电机装配位置不同，EPS系统分为转向轴式EPS (Column-EPS，助力电机安装于
转向柱上，简称C-EPS)，多应用于小型汽车密度天平:齿轮式EPS (Pinion-EPS，助力电机安装于齿轮齿条上，通过小齿轮处提供助力，简称P-EPS)，多用于中小型汽车;齿条式EPS (Rack-EPS，助力电机安装于小齿轮齿条上，通过齿条处提供助力，简称R-EPS)，多应用在中型车辆及高档轿车中。齿条式微冻技术EPS还可以分为电机轴和齿条轴轴向交叉布置，电机轴和齿条轴轴向平行布置以及电机轴和齿条轴同轴布置(DD-EPS )，如图1.1所示。
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