基于英飛凌產品的汽車EPS方案

隨著汽車保有量的不斷增長，汽車排放對環境的污染被加以越來越多的重視，而日益嚴格的排放標準的不斷推出更使環保成為汽車必須要達成的一個指標。此外，隨著汽車消費的不斷成熟，消費者也越來越關注汽車的各種功能性的內在指標。作為傳統液壓助力轉向系統(Hydraulic Power Steering，HPS)和電動液壓助力轉向系統(Electro-Hydraulic Power Steering，EHPS)技術的替代者，電動助力轉向系統(Electric Power Steering，EPS)正由于其具有的優點而被應用在越來越多的車輛中。表1是咨詢公司Strategy Analytics對中國EPS市場的預測，從中我們可以明顯地看出這種不斷增長的趨勢，預計在2010-2017年期間中國的EPS市場的年復合增長率將達到16.9%。

這種不斷增長的市場趨勢是由于EPS系統本身具有的諸多優點所決定的，這主要表現在：

- EPS能在各種行駛工況下提供最佳助力，減小擾動，改善汽車的轉向特性，提高汽車高速行駛時的轉向穩定性，進而提高汽車的主動安全性。

- EPS只在轉向時電機才提供助力，因而能減少燃料消耗。統計數字表明，與HPS相比，EPS每百公里可節油約0.3至0.5升。

- EPS電機由蓄電池供電，因此即使在發動機熄火或出現故障時也能提供助力。

- EPS取消了液壓結構，其零件比HPS大為減少，因而質量更輕、結構更緊湊，易于設計和安裝，并能降低噪聲。

- EPS易于調整和檢測，可以通過設置不同的程序，快速與不同車型匹配，因而能縮短生產和開發周期。

- EPS不存在滲油問題，可大大降低保修成本，減小對環境的污染，改善了環保性。

- EPS比HPS具有更好的低溫工作性能。

- 可實現自動泊車系統等輔助功能。

對于EPS需求的增加也促使眾多的企業和科研單位加大了研發和生產的投入，從而催生了許多新的EPS系統生產企業進入市場。這種現象在中國和印度等新興市場表現得尤為明顯。但這些企業生產EPS產品的歷史都不長，所以一個成熟而可靠的方案對他們來說尤為重要。下面將簡單介紹一下EPS系統的類型、一般結構和特性。

EPS簡介

EPS是通過電機的動力直接給轉向系統提供輔助扭矩的系統。它依靠檢測發動機，方向盤，車速等信息來判斷并提供合適的轉向助力，使得轉向過程能夠精確、輕松、安全地完成。

通常來說，根根據電機安裝位置和機械結構的不同，EPS系統可以分為：管柱助力式、小齒輪助力式、雙小齒輪助力式和齒條助力式。圖1給出了各類EPS系統的機械機構，輸出力矩和適用車型的簡單介紹。

圖1 EPS系統的分類

管柱助力式EPS系統將電機安裝在轉向管柱上，通過減速機構與轉向軸相連，其特點是結構緊湊，所測得的轉矩信號與方向盤轉矩在同一直線，因此控制電機助力的響應性較好，但對電機的噪聲和震動要求較高。另外由于電機、ECU和減速機構都布置在駕駛艙內，電機和ECU的工作環境較好，且方便發動機艙布置。小齒輪助力式EPS系統將助力電機安裝在轉向小齒輪處，直接給小齒輪助力，因此可以提供較大的助力扭矩而適用于稍大的車型，但由于萬向節的存在，會影響助力控制特性的精確度。雙小齒輪助力式EPS系統由于增加了一對齒輪齒條而能提供比小齒輪助力式更大的助力，但是成本上也略高。而齒條助力式EPS系統能提供更大的助力，但整套系統結構復雜，成本較高，所以適用于豪華車和商務車上。

各類型的EPS系統工作原理基本相同。如圖2所示，通常一個EPS系統主要由轉向部件、傳感器、電機、減速機構和電子控制單元(ECU)等組成。當司機轉向時，傳感器檢測到方向盤上的扭矩和轉角的大小，將其轉化為數字信號并傳給電子控制單元，電子控制單元根據這些信號與預先設定的算法計算出最適合當時行駛工況的輸出力矩，并發出信號驅動電機工作，電機輸出的力矩由傳動系統輸給轉向機構而進行助力。

為了使這個轉向的過程順利實現，EPS系統需要實現以下功能：

助力控制：在汽車停車及低速行駛時提供較大輔助力矩，使轉向過程快捷輕便地進行，而在汽車高速行駛時提供較小的輔助力矩以保持轉向過程的可靠與沉穩。