电动转向线控转向系统的关键技术

EPAS的关键技术在线控转向系统中也同样需要解决，但开发线控转向系统需要解决更复杂的技术。要实现线控转向系统的功能并不困难，最重要最困难的是实现系统的安全性和可靠性，这就需要采用容错技术 。

EPAS给转向系统带来了一场革命，但时代的发展对转向系提出更高的要求。国际上又出现开发下一代电动转向系统的热潮，这就是线控转向系统(Steering2By2Wire)，它取消了转向盘与转向轮之间的机械连接，完全由电能实现转向。

开发线控转向系统有以下几个方面的考虑:

(1) 提高汽车操纵稳定性能的需要。研究表明，变传动比(是指转向系传动比随着车速以及转向盘转角的变化而变化，而不是传统意义上仅仅随着转向盘转角的变化而变化) 的转向系能够提高汽车的操纵性能，但普通的电动转向由于存在机械连接而很难满足这一要求。当车辆高速行驶时，它使传动比变大，虽然这样在一定程度上提高了操纵性能，但却潜伏这样一个问题:传动比的增大往往使得驾驶员获得的“路感”信息减少，而适度的“路感”信息对高速行驶的车辆是重要的。

(2) 在发生撞车事故时，转向盘是造成驾驶员伤亡的重要因素，而转向盘的后移往往也是由于存在机械连接造成的。

(3) 动力转向存在机械连接的主要目的之一就是出于安全的考虑，即在助力作用部分或全部失效后，转向系统必须有控制汽车行驶的能力，这也是许多法规的要求。但这样存在另一方面问题，若助力作用突然失效，虽然驾驶员可以靠机械连接进行转向，但若驾驶员一时无法适应这种突然的变化，也会给驾驶汽车带来潜在危险。

(4) 交通事故的大部分是由于驾驶员失误造成的；研究表明，采用智能的驾驶员辅助系统能够在很大程度上提高主动和被动安全性；采用前轮转角的自动稳定控制比DYC更有效。

通过总线把这个消息发送出去并从转向控制装置获得反馈命令；转向控制单元也从操纵装置获得驾驶员的指令，并从转向装置获得车轮情况，并指挥整个转向系统的运动。转向装置控制车轮转到需要的角度，并将车轮的转角和转动转矩反馈到系统的其余部分，比如操纵装置，以使驾驶员获得“路感”，这种“路感”的大小可以根据不同的情况由转向控制单元控制。又因为转向装置完全在转向控制单元的控制下运动，所以几乎可以在任意位置实现任意转向传动比。这3个部分通过两通道TTP/C总线进行数据传输，而且转向控制单元还可以通过总线与其他装置(比如ABS)进行通信，获得车辆运行状态从而进行优化控制，帮助驾驶员应付各种情况。

传统的液压助力转向系统一般是由发动机驱动转向油泵提供液压油，由转向控制阀来控制液压油的作用以实现助力。但这种转向系统的助力特性与汽车的实际要求不一致，因为汽车不同速度行驶时对助力特性的要求不同，而传统的液压助力转向系统无法做到这一点。后来，把电子技术引进了转向系统，由控制单元根据情况来控制电动机，驱动转向油泵运转，就形成了电子控制的液压助力转向系统(Electro2Hydraulic Power Steering ，简称为EHPS) ，它符合当代节能与环保的要求，因为传统的液压助力转向系统中转向油泵不停地运转，但真正转向的时间却不多，这样存在很大的寄生损失；在EHPS 中，正常转向时，驾驶员转向动作不快，其电动机可以低速运转；当需要快速转向时，电动机加速，以提供足够的液压油；不需要转向动作的时候，可以让电机停转或低速运转，从而大大节约能量。进一步的发展就是电动助力转向系统( ElectricPower2Assisted Steering ，简称为EPAS) 。

转矩传感器检测驾驶员作用在转向盘上的转矩，控制单元根据转矩的大小以及其他信号(包括车速等)控制电动机通过减速机构驱动转向系统实现助力。在1988年2月，这种转向系统首先装在Suzuki Corvo上。EPAS的开发已经在国内外形成一大热点，与传统的液压助力转向相比，它具有一系列的优点：

(1)节能。试验表明，装有EPAS和机械转向系统的汽车油耗基本上没有差别。与传统的液压系统相比，在不转向情况下，装有EPAS的车辆燃油消耗降低了2.5 %，在使用转向情况下， 降低了5.5 % 。

(2)耐严寒。即使在- 40℃的低温下， EPAS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，这也节省了能量。

(3)增强了随动性。在EPAS中，电动机产生助力转矩，通过适当的控制方法，可以消除液压助力系统的转向迟滞效应，增强了转向车轮对转向盘的随动性能。

(4)改善了回正特性。由于采用了微电子技术，利用软件控制电动机的动作，在最大限度内调整设计参数以获得最佳的回正特性。从最低车速到最高车速，可得到一簇回正特性曲线，而传统的液压助力转向系统无法做到这一点。

(5)提高了操纵稳定性。采用该方法，给正在高速行驶(100km/h) 的汽车一个过度的转角迫使它侧倾，在短时间的自回正过程中，由于采用了微电脑控制，使得汽车具有更高稳定性，驾驶员有更舒适的感觉。同时利用电机质量的惯性阻尼效应，可以使转向轴的颤动和反冲降到最小。

(6)有利于环保。首先，节能的本身就是环保；其次不使用液压油，避免了污染，采用电能作为能源，适应当前开发电动汽车的发展潮流；再次，重复利用率高，EPAS中的95%可以再回收利用，而传统的液压助力转向系统的回收利用率只有85%；EPAS还降低噪声，因为它没有转向油泵，而转向油泵是一个噪声源。

(7) 易于包装和装配。由于没有油泵、油管和发动机上的皮带轮，整个助力部分可以与转向柱或转向器做成一体，便于包装和装配； Fiat公司生产的Punto采用了Delphi公司开发的EPAS，装车时间减少了80%左右；由于省去了装于发动机上皮带轮和油泵，留出的空间可以用于安装其他部件。

(8)易于维护与保养问题。EPAS不象传统的液压助力转向系统存在软管漏油和油泵漏油等，实际上，液压油泵和软管的事故率占整个系统故障的53%；EPAS具有自我诊断的功能，有助于维修。

(9)易于调整。这包括两个方面:一是当车型变化时，对助力特性有不同的要求，EPAS助力特性的调整在很大程度上可以通过软件实现，比如Delphi的EPAS性能的调节可以现场进行，把笔记本电脑与EPAS的ECU相连，只需要1 h 左右就可以完成调整工作；供应商的调整时间仅需要7d，因为转向控制阀的调整相当不容易。另一方面，EPAS可以根据车辆的车速等运行状态，提供合理的效能指标。上述Punto的EPAS，提供了一个按钮，驾驶员可以根据情况进行选择，而传统的液压助力转向系统调整却相当不容易，需要数月。

EPAS的关键技术既有硬件方面也有软件方面，硬件是其骨架，软件是其灵魂。在硬件方面，高度可靠、价格便宜且精度又满足要求的转矩传感器是一项关键技术，因为在阶段，转矩传感器在各种EPAS中都是必须的，它不仅要在EPAS正常工作时能够准确测量驾驶员施加的转矩，而且在EPAS失效时也不因为驾驶员施加的转矩增大而损坏；另一项关键技术就是提供助力的电动机，因为在不同的情况下转向盘的转动速度相差很大，电动机要能够实现助力，其转速范围也要很大，响应快，而且在堵转时也要能够提供助力作用，对于大型的车辆，甚至要求电动机能够提供与转动方向相反的助力转矩。所以电动机也是限制EPAS在大型车辆上应用的主要原因之一。在软件方面，要实现对助力电动机的助力控制、回正控制、阻尼控制，并实时监测转向系统的情况，当出现异常情况时采取相应的控制措施。好的控制方法还可以实现硬件的功能，比如能够估计驾驶员输入的转矩，用一个低价格的角位移传感器代替高价格的转矩传感器 。

汽车转向性能是汽车的主要性能之一，转向系统的性能直接影响到汽车的操纵稳定性，它对于确保车辆的安全行驶、减少交通事故以及保护驾驶员的人身安全、改善驾驶员的工作条件起着重要的作用。为了提高转向性能，普遍采用了动力转向系统。液压助力转向系统是最早采用的动力转向系统形式，电子技术和电气技术的应用使得转向系统发生了革命性的变化，出现了电动液压助力转向系统、电动助力转向系统和线控电动转向系统。

电动助力转向系统能够满足当前节能与环保的要求，并给汽车的设计与制造带来了新的空间； 又出现了研究线控电动转向系统的趋势，它是在转向盘和转向轮之间不再采用机械连接，彻底摆脱传统转向系统所固有的限制，在给驾驶员带来方便的同时也提高了汽车的安全性 。

1.满足汽车智能化发展的需要

汽车智能化一直是人们追求的目标，线控转向系统的转向控制单元可以接受汽车上其他传感器的信号，这样它就可以知道整个汽车的运动状态；当出现紧急或意外情况的时候，线控转向系统就能够在驾驶员做出反应之前开始采取相应的动作以避免意外事故的发生。当汽车以巡航速度在公路上行驶时，配合其他导航系统和识别系统，可以自动驾驶。

2.是实现汽车全电动化的一个分支

为了实现汽车智能化以及保护环境，实现汽车各个系统的全电动化(即所谓的X2By2Wire ，其中X代表转向、制动等) 是必要的，这个过程被称为“第五次浪潮”。然后再把所有系统的信息通过总线连接到一个中央控制器，这个中央控制器根据接收的信息判断汽车的运行状态，统一协调，控制汽车的运动而最终实现汽车的智能化。最终有可能把道路上行驶的汽车都连接到一个交通控制中心，由这个交通控制中心统一指挥每辆汽车的运行，从而实现交通的智能化。

3.有利于汽车的设计与制造

由于线控转向系统取消了转向盘与转向轮之间的机械连接，可以腾出空间以安装其他零部件，可以根据不同国家的法规需要，灵活地把转向盘由左置改为右置，反过来也一样。

汽车电动助力转向技术的发展趋势已经明朗，国外主要汽车零部件公司，例如Koyo、Delphi 、Hypercar、TRW都在研制线控电动转向系统，它被普遍认为是下一代的转向系统。据预测，在2010年左右，线控电动转向系统将会达到实用。中国离发达国家的差距很大，还没有自主知识产权的EPAS，更没有涉及线控转向系统。作为第一步，应该首先开发自己的EPAS，尽快使EPAS产业化，为进一步开发线控电动转向系统打下基础 。

将电动机及其传动机构固定在齿轮齿条转向器小齿轮相对的另一侧，单独驱动转向齿条来改变手力的电动转向系统。