机械转向系统工作原理(汽车电动助力转向系统（EPS）和耐磨静音齿轮传动)

Posted 2023-05-29

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机械转向系统工作原理(汽车电动助力转向系统（EPS）和耐磨静音齿轮传动)

电动助力转向系统（Electric Power Steering，EPS），是一种依靠电机提供辅助转矩的动力转向系统，主要由传感器（转矩和转角传感器）、助力电机、电机减速机构、控制器等部分组成。电动助力转向电机也称为EPS电机，主要传动结构由驱动电机、齿轮箱组装而成，驱动电机可采用直流电机、步进电机、空心杯电机作为驱动源，齿轮箱按照需求定制的非标齿轮箱作为减速器。

根据助力电机在转向系统中的安装位置可分为三类：

1.转向柱助力型（Column EPS，C-EPS）；

2.小齿轮助力型（Pinion EPS，P-EPS）；

3.齿条助力型（Rack EPS，R-EPS）。

其中，C-EPS与P-EPS、R-EPS相比，由于驾驶员和电机助力的转矩同时通过转向器的小齿轮齿条传递，考虑到齿的刚度和强度，助力转矩值不能太大，多用于小型汽车；而P-EPS和R-EPS成本相对较高，多用于中高级车辆。

电动助力转向系统EPS助力原理

不同类型的EPS助力原理是相同的：当驾驶员操纵方向盘时，装在转向轴上的传感器检测转向轴上的转矩大小和方向、转向角度等信号，与车速、发动机点火等信号一并发送给控制器，通过一定的助力策略，控制电机产生相应的助力转矩，并通过涡轮蜗杆减速增扭之后加在转向轴上，从而帮助驾驶员完成转向操作。

电助力转向系统EPS的优点与传统的液压助力转向系统相比，EPS具有以下优点：

1.EPS能够在不同车速下提供最佳的转向助力，兼顾低速的转向轻便性和高速的转向稳定性；

2.EPS没有油泵、皮带、液压油管及密封件等零件，不存在漏油问题，同时零件数较少，便于模块化设计和安装；

3.EPS更容易调整适配，可通过设置不同程序快速与不同车型匹配，缩短开发和生产周期。

电动助力转向系统EPS是一个非线性、多输入多输出的控制系统，因此，控制策略的设计是EPS的核心技术之一。EPS控制的基本功能是在不同行驶工况下的转向过程中提供最佳转向助力，从而减轻驾驶员的操作疲劳。根据不同的控制目标，控制策略可分为：

基本助力控制，设计合理助力曲线，兼顾低速的转向轻便性和高速的稳定性；

回正控制，使方向盘具有较好的回正特性，避免回正不足或回正超调；

补偿控制，EPS转向系统中除了机械部件的摩擦和阻尼因素，还有电机和减速机构的惯量因素，因此，需要采用合适的补偿控制，减小惯量、摩擦、阻尼因素的影响，提高车辆的稳态性能和动态性能；

抑振控制，当在不平路面行驶时，由轮胎传递过来的扰动会造成方向盘的振动，使驾驶员感到不适，丧失路感；

鲁棒控制，抑制系统内部的各种扰动；

其他控制，随着汽车安全性和舒适性要求的提高，EPS的控制策略正朝着智能化的方向发展，包括：个性化助力特性、自动泊车功能、车道保持功能等等。

汽车上常见的转向系统除电动助力转向系统以外，还有一种是机械液压助力转向，简称HPS。

机械液压助力系统的主要组成部分有液压泵、油管、压力流体控制阀、V型传动皮带、储油罐等等。这种助力方式是将一部分发动机动力输出转化成液压泵压力，对转向系统施加辅助作用力，从而使轮胎转向。

机械式液压助力转向优点：

技术成熟稳定、可靠性高（即使车辆液压系统出现故障失去助力，还能依靠传统的齿轮齿条机构进行转向），转向助力大，大小车型都可以使用，制造成本相对较低，路感清晰，手感柔滑；特别是一些转向负荷较大的大型轿车和大型SUV以及卡车，电子助力不能满足转向力的需求，所以必须使用液压助力。

机械式液压助力转向缺点：

由于依靠发动机动力来驱动油泵，能耗比较高；液压系统的管路结构非常复杂，各种控制油液的阀门数量繁多，占用空间大，后期的保养维护需要成本；

机械液压助力转向系统结构复杂

机械液压助力转向系统最主要的缺点是助力特性无法兼顾全车速。正常的助力转向特性要求是车速越低，助力越大；车速越快，助力越小。但是液压助力转向正好与此相反，车速越快，发动机转速越高，助力越大，方向盘越轻；而在停车挪车时，此时司机需要最大助力，发动机却工作在怠速，转向泵的输出功率也最小，助力最小，方向盘沉重。这是一个无法克服的结构性缺陷。

苏州维本工程塑料Wintone Z33材料作为一款强韧耐磨型工程塑料，在齿轮应用上最显著的特点是：耐磨、静音、耐腐蚀、强韧且不受水份影响。

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在微小型减速齿轮箱耐磨静音齿轮的应用上，Z33在耐磨耐疲劳性优于传统的PA12和TPEE（海翠料）的同时，还能帮助解决PA12和TPEE有时候扭力不够的问题，而且Z33具有更好的成本优势。

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