汽车转向技术与发展趋势分析

文章来源：未来智库发布时间：2020-06-24

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转向器俗称方向机，是汽车用于转向功能的最重要的零件，也是汽车行驶安全的重要保证。

转向器俗称方向机，是汽车用于转向功能的最重要的零件，也是汽车行驶安全的重要保证。汽车上配置的转向系统大致可分为四类：①机械式转向器 ②机械式液压动力转向系统 ③电子液压助力转向系统 ④电动助力转向系统

下面将对（C-EPS）和机械式液压动力转向系统两种转向系统展开描述。

液压动力转向系统/Hydraulic power steering system-HPS

液压动力转向系统一般由储油罐、油泵、油管、转向控制阀、助力油缸及机械转向系统组件等完成，如上图所示。

转向控制阀根据转向盘转动方向和力矩大小控制通向助力油缸的油压大小，从而控制助力大小。液压助力转向系统可提供转向助力，降低了转向操纵力，也使转向系统更为灵敏，由于该类转向系统成熟，能提供大的转向操纵助力，目前在部分乘用车，大部分商用车特别是重型车辆上广泛

但却存在很多缺点：油泵由发动机驱动，持续工作，能量消耗多；液压油泄露、橡胶管污染环境；助力特性与控制阀结构有关，系统一旦定型，助力特性便不能改变；助力和车速无关，不能协调转向轻便性和路感的矛盾；系统元件较多，所占空间大；低温助力性能不好。

电动助力转向系统/Electric Power Steering System-EPS

电动助力转向系统是一种新型的、很有发展前途的动力转向系统。典型的轿车用电动助力转向系统如上图所示。电动助力转向系统完全取消了液压组件，整个系统由转向盘转矩传感器、车速传感器、控制器、助力电机及其减速机构等完成。其基本工作原理是：驾驶员转动转向盘时，转矩传感器检测转向盘上的转矩大小和方向，控制器根据转向盘转矩的大小进行助力控制。转向盘转矩越大，助力电机提供的助力转矩也越大，从而解决了转向轻便性的问题。同时，控制器根据车速的高低来控制路感。车速变高时，控制助力适当减少，从而保证了高速转向时驾驶员有合适的路感，提高了驾驶的安全性和稳定性。

电动助力转向系统的优点：

（1）可获得优 化的助力特性，转向轻便，路感好，提高了操纵稳定性

（2）EPS助力特性提供软件设置和修改，可以快速与车型匹配

（3）EPS只在转向时电机才提供助力，可节能3-5%

（4）结构紧凑，便于模块化安装

（5）对环境无污染

（6）低温工作性能好

汽车转向技术的发展趋势

助力转向系统经过几十年的发展，技术日趋完善。今后，电动助力转向系统将进一步成熟。具体来说，转向系统主要从以下几个方面进一步发展：

（1）传感器技术

性能完善的电动助力转向系统需要采集转向盘转角信号、转向盘转矩信号、转向盘转速信号、电机电压信号、电机电流信号等。目前，传感器的成本是制约电动助力转向系统迅速市场化的主要因素，因此，设计和开发适合电动助力转向系统使用的性价比比较高的传感器是未来技术发展的关键。

（2）控制策略的研究

控制策略是影响助力转向系统性能的关键因素之一，也是电动助力转向系统的核心技术之一。目前，国内外许多学者都在探讨将先进的控制理论应用于助力转向系统的研究，如鲁棒控制理论、模糊控制理论、神经网络控制理论和自适应控制理论等。今后，控制策略的重点主要集中在如何抑制电机的力矩波动、如何获得较好的路感、如何抑制路面干扰和传感器的噪音等方面，以进一步优化和改善助力转向系统的动态性能和稳定性。

（3）助力电机的研究

助力电机是电动助力转向系统的执行元件，助力电机的特性直接影响到控制的难易程度和驾驶员的手感。目前，电动助力转向系统普遍采用成本较低的直流有刷电机。由于直流无刷电机采用电子转向，减少了换向时的火花，不需要经常维护以及具有较高的效率和功率密度等优点而受到越来越多的关注。因此，开发适合助力转向系统使用的低成本的直流无刷电机是今后助力电机的研究方向。