EPS具体功能与控制方式详解

EPS作为现代汽车主流转向系统，通过电气助力模块和机械传动机构实现驾驶辅助。其功能包括基础助力、回正控制等12项，通过传感器检测驾驶意图和车速，控制器软件算法计算并控制助力电机输出适当转向助力。EPS设计注重散热、轻量化和电磁干扰屏蔽，软件核心在于精确计算转向助力需求以满足驾驶风格。此外，EPS还传递路面状况和车辆状态信息，依赖Tier1供应商的研发成果。

电动助力转向系统(EPS)是当前汽车转向系统的主流解决方案。

汽车转向系统的发展经历了机械转向、液压助力转向、电控液压转向、电动助力转向等几个发展阶段，目前正朝着线控转向(SBW)的方向发展。2022年丰田推出的纯电动车型bZ4X是全球第一辆采用完全线控转向(SBW)的量产车型，即方向盘和转向机没有任何备份机械连接，符合未来高等级自动驾驶的发展要求[1]。

EPS主要由电气助力模块和机械传动机构组成。电气助力模块负责采集外界输入信号，通过电子控制单元计算，再输出合适的转向助力，机械传动机构负责将转向力矩传递到转向中间轴或通过齿条直接作用在转向节上，从而使车辆按驾驶人意图进行转向。

EPS的工作原理是：在操纵方向盘时，转矩传感器根据输人转向力矩的大小，产生出相应的电压信号，由此电动式动力系统就可以检测出操纵力的大小，同时，根据车速传感器产生的脉冲信号又可测出车速，再控制电动机的电流，形成适当的转向助力[2]。

按照Q/SQJ-C-0066《汽车电动助力转向装置技术条件》等规范的要求，EPS主要实现功能如图3，包括基础助力功能、回正控制功能等12项，未来高等级自动驾驶还会进一步增加EPS的使用场景[3]。

随着GB17675-2021《汽车转向系基本要求》最新版修订发布，标准中已经删除了不得装用全动力转向机构的要求(1999年的3.3)，法规层面已允许转向系统方向盘与转向器之间的物理解耦。同时，中汽研已宣布由集度、蔚来、吉利等单位牵头制定线控转向相关国家标准，线控转向产品(SBW)的规范定义及性能标准未来将有法可依。

EPS传感器包括转矩传感器和转角传感器，分别向控制器输出转矩信号和转角信号。目前各主机厂主要应用的是转矩传感器(TorqueAngelSensor，TAS)，该传感器既集成了转矩传感器功能，又集成了绝对转角传感器功能，可覆盖EPS所需信号功能。

EPS控制器是将转向柱输入的转矩、转角、车速信号，通过控制单元的软件算法转换处理，控制助力电机输出符合控制要求的转矩和方向信号，从而实现转向助力控制。行业主流结构设计是将EPS控制器与驱动电机集成在一起，有利于助力系统散热，同时体积小、重量轻、线束短屏蔽电磁干扰等优点。控制器主要控制逻辑如图5：

EPS软件设计的核心在于求解转向助力需求，通常最终选择的EPS转向系统助力需大于计算需求助力值，从而使整个系统具备一定的助力余量，以满足用户各种驾驶风格需求。转向助力Ma选型计算经验公式为[4]：

式中，G1是整车前轴满载轴荷(kg)；f是轮胎与地面摩擦系数；P是轮胎气压(kPa)；i是转向器线角传动比(mm/rev)；LE是有效转向节臂长(m)；Mh是驾驶人作用到转向盘上手力矩(N·m)；S是安全系数；K是齿条力负载系数；T是助力转化系数。

在该经验模型下，遵循汽车转向原理和操纵稳定性要求，随转向盘力矩增大，电机电流(转矩)按一定规律增大；随转向盘转动速度增大，电机转速增加；随转向盘转动方向不同，电机转动方向不同，换向时不得出现滞后现象。转向力特性和速度特性相结合应该是立体曲线图(如图7)。

EPS辅助驾驶人为转向轮提供车辆方向控制，同时降低驾驶人进行车辆转向所需的操作力。EPS测量转向盘处的驾驶人意图，与车辆其他输入同时处理，以提供转向转矩辅助，在每一个车速上都有一个转向特性，该模型就是不同车速下无数转向力矩特性组合而成的[4]。

转向系统除了转向功能外，在车辆行驶时转向机构基于不同路面、车轮滚动阻力及侧向力的变化，还具有通过操纵反力，向驾驶人传递路面状况(路感)和车辆状态的功能，以上这些功能也需要相应参数标定，需要大量的模拟仿真和数据积累，整车厂非常依赖Tier1供应商的研发成果，目前国内EPS系统主要供应商为博世、NSK、采埃孚、捷太格特、豫北光洋等。

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