电动助力转向系统(EPS)的组成结构和工作原理

MINI 参考价：19.98万起

查看参配 获取底价

购置税优惠 经销商报价 车主点评(441条)

又称转向传感器，其作用是测量方向盘与转向器之间的相对扭矩，是电动助力的基础之一。

扭矩传感器的基本工作原理如图12-69所示。

图12-69扭矩传感器原理

a)结构图；b)示意图

由磁性材料制成的定子和转子可以形成闭合磁路，线圈A、B、C、D分别绕在极靴上形成桥式电路。转向杆的扭转角度与扭矩成正比，所以我们可以通过测量转向杆的扭转角度来间接知道转向力。

连续脉冲电压信号Ui被施加到线圈的U端子和T端子。当转向杆上的扭矩为零时，定子和转子之间的相对角度也为零。此时，转子的纵向对称面位于定子AC和BD的对称面上，每个极片上的磁通相同。电桥是平衡的，V和W的电位差U0=0。

如果转向杆上有力矩，定子和转子之间的相对角度不为零，那么转子和定子之间就会产生角位移。极靴A和D之间的磁阻增加，而极靴B和C之间的磁阻减少。每个极靴的磁阻不同，电桥失去平衡，在V和w之间产生电位差，这个电位差与杠杆的扭转角度和输入电压Ui成正比，这样就可以知道方向盘杠杆的扭矩。

图12-70显示了一种实用的扭矩传感器结构。其工作原理与上述基本相同，其优点是安装方便。

图12-70实际应用中的扭矩传感器

1-检测环；2-检测线圈；3-输入轴；4-输出轴

日本富士重工电动助力转向系统使用的扭矩传感器，测量负载扭矩引起的扭杆扭转角位移，并转换为电位器的电阻变化。转子上产生的电信号由定子通过滑环传输，其结构如图12-71所示。

图12-71日本富士重工电控电动转向系统扭矩传感器

1轴；2-扭杆；3-输出端；4-外壳；5-电位计；6-舵机；7-滑环

注意：关于车速传感器的结构和工作原理，请参考自动变速器部分。

电机、离合器和减速机构

由电机、离合器和减速机构组成的整体称为电机总成，其结构如图12-72所示。

图12-72电机组件

1-电磁离合器；2-涡轮；三斜齿轮

1)电机

转向电机是一般的永磁电机(原理不赘述)。通过控制其输入电流来控制电机的输出扭矩，通过电子控制单元(ECU)输出的正反转触发脉冲来控制电机的正反转。图12-73是一个简单适用的正反向控制电路。

图12-73电机正反转控制电路

A1和a2是触发信号端子。从电子控制器获得的DC信号被输入到端子a1和a2，以触发电机向前和向后旋转。当端子a1接收到输入信号时，晶体管T3导通，基极电流导通晶体管T2。电流通过T2管的发射极和集电极，电机M和T3管的集电极和发射极接地，电机随着电流通过正转。当端子a2接收到输入信号时，晶体管T4导通，并且晶体管T1通过基极电流导通。电流通过T1管的发射极和集电极，电机的M管和T4管的集电极和发射极接地，使电机由反向电流换向。通过控制触发信号端子处的电流，可以控制通过电机的电流。

2)离合器

一般采用干式单片电磁离合器，如图12-74所示。工作电压为DC12V，额定转速下传递的扭矩为15nm，线圈电阻(20小时时)为19.5。

图12-74电磁离合器的工作原理

1-滑环；双线圈；3-压力板；4-样条；5-从动轴；6-驱动轮；7滚珠轴承

其工作原理是：当电流进入时

注意：由于转向助力的工作范围被限制在一个速度范围内，离合器一般被设置在一个速度范围内。比如车速超过30km/h，离合器会脱开，电机会停止工作，没有转向助力。当电机停止工作时，为了不使电机和离合器的惯性影响转向系统，应及时分离离合器，切断辅助动力。当系统中的电机出现故障时，离合器会自动分离，这意味着仍然可以恢复手动转向。

3)减速机构

目前减速机构的组合有很多种，一般是涡轮蜗杆和转向轴驱动的组合；有的还采用两级行星齿轮和传动齿轮的组合，如图12-75所示；图12-72显示了涡轮和斜齿轮的组合。涡轮与固定在转向柱输出轴上的斜齿轮相啮合，使电机的旋转减速，并传递给输出轴。为了抑制噪音和提高耐用性，减速机构中的齿轮有的采用特殊齿形，有的采用树脂材料。

图17-75两级行星齿轮减速机构

1-转向扭矩传感器；2-旋转轴；3-扭杆；4-输入轴；5-电机和离合器；6-行星小齿轮a；7-太阳齿轮；8-行星小齿轮b；9-驱动小齿轮；10-齿圈b；1-齿圈a

3.控制设备和控制逻辑

电动助力转向控制系统如图12-76所示。该系统的核心是一台带有4K只读存储器和256RAM的8位微型计算机。

图12-76电动助力转向控制系统

转向扭矩信号和车速信号通过输入接口发送到微型计算机。随着车速的增加，微型计算机控制辅助马达的电流以减小辅助扭矩。发动机转速信号也发送到微型计算机。发动机怠速时，助力电机和离合器因供电不足而不工作。因此，当EPS工作时，EPS ECU必须控制发动机在高怠速下工作。

点火开关的ON/OFF信号通过A/D转换接口发送到微机。当点火开关关闭时，电机和离合器不能工作。微电脑输出控制指令通过D/A转换接口送到电机和离合器的驱动放大电路，控制电机和离合器的转动。电机的电流通过驱动放大电路、电流表A和A/D转换接口反馈给微机，即把电机的实际电流与根据微机的指令应该给定的电流进行比较，调整电机的实际电流使之接近。

至此，我们对电动助力转向系统有了基本的了解，但似乎并不直观和现实。一个实用的电动助力转向系统如图12-77所示，并应用于三菱MINI（查成交价|参配|优惠政策）ka。控制系统图如图12-78所示。

图12-77三菱微型车电动助力转向系统结构原理。

1速传感器；2-速度计输出电缆的位置；3-传动轴；4-车速信号(主)；5-车速信号(副)；6-电子控制器；7-在副驾驶的脚边；8-电机；9-扭杆；10个机架；11-点火电源；12-电池；13-发电信号；14-指示灯电流；15-增加空载电流；16-电机电流；17-离合器电流；18-扭矩信号(主)；19-扭矩信号(次级)；20-离合器；21-电机齿轮；22-传动齿轮；23-小齿轮；24-点火开关；25-保险丝；26-扭矩传感器；27-转向器总成；28-交流发电机(L端子)；29-指示灯；30-怠速升降电磁法；31-发动机电子控制器；32-电机和离合器

图三菱微型车电动EPS电子控制系统

从图12-77和图12-78可以看出，交流发电机的“L”端可以看作是向电子控制器输入信号的传感器，通过交流发电机“L”端的电压可以判断发动机是否在转动。当发动机未启动时，系统无法工作。

电机离合器接收电子控制器输出的控制电流，产生助力扭矩，通过传动齿轮减速，再通过小齿轮实现动力转向，电机的动力通过行星齿轮机构传递。离合器是由电磁铁和弹簧组成的电磁离合器。

当点火开关接通时，EPS电子控制器通电，因此

行驶时，电子控制器根据不同车速下的方向盘扭矩控制电机的电流，完成电子转向和普通转向控制之间的转换。当车速高于30km/h时，会转为普通转向控制。电子控制器没有离合器信号和电机电流输出，离合器处于分离状态。当车速低于27km/h时，EPS电子控制器输出离合器信号和电机电流，普通转向控制转为助力转向。

EPS控制器还具有自校正控制功能。当电动助力转向系统出现故障时，能自动切断电机输出电流，恢复正常转向功能；同时，车速表中的EPS警示灯亮起，通知驾驶员动力转向系统出现故障。

总结：

电动助力转向系统是电动助力转向系统的一种形式，主要由扭矩传感器、转速传感器、电机、电磁离合器、减速机构和电子控制器组成。

当系统设定速度低于27km/h时，系统将切换到电动助力转向模式。速度越低，助力电机的电流越大。当车速高于30km/h时，将转为普通转向控制(无辅助)；

当系统出现故障时，能自动切断电机输出电流，恢复正常转向功能；同时，车速表中的EPS警示灯亮起，提醒驾驶员。