長期以來,汽車的動力轉向系統(右圖) 普遍採用的是液壓助力轉向系統,可以說,經過了十幾年的發展,液壓轉向技術相對要成熟許多,但是,從整個轉向系統的發展趨勢看,隨著人們對汽車環保、節能和安全性要求的進一步提高,EPAS電子助力轉向以其諸多絕對的技術優勢取代液壓助力轉向是早晚的事情。基於目前的技術發展水準,有關專家樂觀估計,EPAS要完全取代液壓助力轉向系統大約需要3~5年。
EPAS是英文Electric Power Assistant Steering的縮寫, 也就是“電子助力轉向系統”的意思,也可以叫EPS,其最大優點是可以隨速控制助力,在低速是提供較大助力,保證輕便轉向;在高速時減少助力,提供駕駛員足夠的路感。
EPAS系統一般由機械轉向系統加上轉向角度/扭力感測器、車速感測器、減速器、電子控制單元、電機等組成,它在傳統機械轉向系統的基礎上,根據方向盤上的轉矩信號和汽車的行駛車速信號,利用電子控制裝置使電動機產生相應大小和方向的輔助動力,協助駕駛員進行轉向操作。
駕駛員在操縱方向盤進行轉向時,轉矩感測器檢測到轉向盤的轉向以及轉矩的大小,將電壓信號輸送到電子控制單元,電子控制單元根據轉矩感測器檢測到的轉距電壓信號、轉動方向和車速信號等,向電動機控制器發出指令,使電動機輸出相應大小和方向的轉向助力轉矩,從而產生輔助動力。汽車不轉向時,電子控制單元不向電動機控制器發出指令,電動機不工作。
包括轉向角度/扭力感測器,測量駕駛員施加在方向盤上的扭矩;方向盤轉角感測器,測量方向盤的角度位置,為自動彙整功能提供支援,另外EPAS穩定控制,主動巡航,自動泊車燈系統也需要更精確的方向轉角信號,因此有時由這些系統提供CAN信號給EPAS.
EPAS顧名思義,採用電機(馬達)作執行器,目前主要考慮的有直流有刷和直流無刷電機。
電機輸出的扭矩經過減速機構載入到轉向系統上。形成有蝸輪蝸杆式,迴圈球式,差動輪系和要比機構等等,前者比較常見,也跟EPAS的形式有關,根據EPAS分類。
EPAS的電子控制單元可以跟車上的其他部件通信,處理感測器信號,通過程式計算出需要的主力大小,並轉換成控制信號處處給驅動電器,驅動電動機輸出扭矩。
跟常規轉向機構類似;
主要分3大類,根據電機在轉向機構中耦合位置和方式的不同。
直接在轉向柱上安裝,可以從常規轉向改進 ,簡單,成本低:缺點是噪音大,振動不好控制,會直接傳到方向盤上,傳遞扭矩也較小。
結構較緊湊,且提高了系統的剛度;但電子部分工作環境差(安裝位置距離前橋近),要求耐溫,防水,抗干擾等性能高,提高了成本。
助力效果好,提供力矩較大,同時雜訊和力矩波動不易傳遞到方向盤上;但結構複雜,維修困難,要求技術水準和成本都較高。
C-EPAS經常安裝在小型轎車和微型車上(考慮成本,要求力矩不大),而後兩者則用在要求較高的場合,如中高檔轎車,商用車等。
液壓轉向助力系統由於在車輛點火後液壓泵始終處於持續運作方式,液壓轉向系統使用發動機動力驅動,使整個發動機燃油消耗量增加了3%~5%,而EPAS以蓄電池為能源,以電機為動力元件,可獨立于發動機工作,EPAS幾乎不直接消耗發動機燃油,使用轉向時才進行運作,所以在能源上使用上平均可節約使用燃料4-5%的整車燃油消耗,車輛尾氣排放也可以減少,基本達到節能環保作用;
EPAS不存在液壓動力轉向系統的燃油洩漏問題,EPAS通過電子控制,對環境幾乎沒有污染。
EPAS(約4kg)的主要部件可以配集成在一起,易於佈置,與液壓動力轉向系統(約6kg)相比減少了許多元件,沒有液壓系統所需要的油泵、油管、壓力流量控制閥、儲油罐等,元件數目少,裝配方便,節約時間。
液壓動力轉向系統效率一般在60%~70%,而EPAS的效率較高,可高達90%以上。
傳統純液壓動力轉向系大多採用固定放大倍數,工作驅動力大,但卻不能實現汽車在各種車速下駕駛時的輕便性和路感。而EPAS系統的滯後特性可以通過EPAS控制器的軟體加以補償,使汽車在各種速度下都能得到滿意的轉向助力。
EPAS系統結構簡單,不僅操作簡便,還可以通過調整EPAS控制器的軟體,得到最佳的回正性,從而改善汽車操縱的穩定性和舒適性。