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电子转向机的优点以及四种典型的齿轮齿条式电子转向机
本文分析了电子转向机的主要优点，介绍了四种电子转向机的类型和它们的特点，指出电子助力转向机即将在今后数年内在乘用车上得到广泛使用。
关键词：电子转向机 特点 类型
较之于目前广泛使用的液压助力转向机，电子转向机具有4个显著的优点：顶级的驾驶舒适性，无以超越的精确性，又非常易于安装，且消耗极小的能量。电子助力转向
机即将在今后的数年内替代液压助力转向机，在乘用车上得到广泛使用。本文就对电子转向机的特点以及目前主要的几种电子转向机类型进行详细的介绍。
1 电子转向机的优点
较之传统的液压助力转向机，电子转向机在多个方面具有明显的优势。用电控马达代替传统的液压助力系统。不论是控制系统还是助力系统都是通过一个简单的，易于控制的动力源——电流来实现，这大大降低了技术的复杂程度。一般说来电子转向机还具有以下显著的优点。
1.1 高效率，低能消
传统的液压转向机，即使在不转向的时候也需要不停地提供高压油，因为转向泵在不停地转动，最高可以消耗5％的发动机的功率。与之相比，电子转向机可以节省最高达85％的能量（每百公里可以减少汽油的消耗量为0.2～0.3L）。因为电子转向机只在汽车转向的时候，电动马达才开始工作，并消耗能量。而且它省略了液压系统的一些附件，如：转向泵，储油灌，高压油管和回油管，减轻了整车的重量，也降低了整车的能耗。
1.2 通用性好
电子转向机可以通过设置不同的程序，能快速与不同车型匹配，因而能缩短生产和开发周期。
1.3 安装方便，使用可靠
较之液压助力转向机，EPS取消了油泵、皮带、皮带轮、液压软管、控制阀、油罐、液压油及密封件等，只增加了电动机、减速机构、传感器及电子控制单元等，零件比液压助力转向少，质量更轻、结构更紧凑，在安装位置选择方面也更容易。并且能降低系统噪声。没有液压助力转向机的漏油问题。
1.4 转向舒适，精确
EPS能在各种行驶工况下根据路面速度，转向角，转向扭矩和转向速度的状况提供合理的助力。减轻汽车低速行驶时的转向操纵力，提高汽车高速行驶时的转向稳定性，进而提高汽车的安全性。同时它的阻尼特性又具有可编程性，保证了路面冲击能够被极好地吸收，减小了由路面不平所引起的对转向系统的扰动，改善汽车的转向特性。
2 电子转向机的工作方式
图1所示为常见的齿轮/齿条式电动助力转向系统的模型，其基本组成包括扭矩传感器、车速传感器、电控单元(ECU)、 电动机和减速机构等。扭矩传感器的一端和方向盘相连；另一端和电动机的减速机构相连；减速机构的下端连接着转向小齿轮。小齿轮和齿条通过齿轮/齿条传动副连接。齿条两端分别通过拉杆和车轮的转向节连接。
当系统工作时，电控单元根据各扭矩传感器和车辆速度传感器的输入信号确定助力扭矩的幅值和方向；并且直接控制驱动器去驱动电机。电机的输出扭矩由减速齿轮放大，然后把输出扭矩送到转向系统，使之向转向系统提供助力矩；驱使转向小齿轮的旋转。 转向小齿轮的旋转运动通过转向齿条、转向横拉杆传给转向节，最后使车轮偏转一个角度，从而控制汽车的转向运动。电控单元(ECU)根据力矩传感器及车速传感器的输出信号，计算出电动机的所需驱动电流，并确定电动机的转动方向。电子转向机的控制原理见图2。
3 四种典型电子转向机类型及其特性
根据助力方式，电子转向机可以分成四种类型，即转向管柱助力式，齿轮助力式，双小齿轮式和齿条助力式。从紧凑型车、中级车到豪华车和箱式货车，不同级别的车可以根据车辆的安装空间，车辆的能源和所需要的齿条助力来选择其中的一种。表1中列出了四种电子转向机在不同等级车辆中的使用情况。
3.1 转向管柱助力电子转向机
转向管柱助力电子转向机（见图3）的扭矩传感器和助力机构装在转向管柱上，在转向管柱下面连接的是一个机械的转向机。机械转向机的齿轮齿条传递结构有固定传动比的，也有不固定传动比的。转向管柱助力电子转向机的出现，使得紧凑型汽车驾驶员在城市中行驶或驻车时也能得到舒适的转向性能。
它的优点是整个转向系统的重量很轻，占用的空间也很小。缺点是转向机的功率也很小，只能运用在轻型车上。助力要通过输入轴传递到转向机上，输入轴需要承受助力，降低了安全性。
3.2 齿轮助力电子转向机
齿轮助力电子转向机（见图4）的扭矩传感器和助力机构装在小齿轮上，电动马达的输出力矩通过蜗轮蜗杆减速机构作用在小齿轮上。在齿轮助力电子转向机的出现之前，中型乘用车上通常把液压助力转向机作为标准配置。和液压助力转向机相比，它提供了更高的转向机精确性，更高的安全性，和更高的行驶舒适性。
与管柱助力式电子转向机相比，齿轮助力式电子转向机可以提供更高的助力，可以满足中型乘用车所需的转向机齿条助力比。齿轮助力式电子转向机的助力机构直接助力在转向小齿轮上。转向管柱、输入轴和万向节上只承受驾驶员施在方向盘上的转向力矩。提高了转向机安全性。
3.3 双小齿轮式电子助力转向机
对于中型乘用车或者中型以上级的乘用车而言，双小齿轮式电子助力转向机是一种比齿轮助力式电子转向机更为优越的设计。双小齿轮式电子助力转向机共有2个小齿轮，一个是和转向管柱连接的驱动小齿轮，另外一个是和电动马达连接助力小齿轮。扭矩传感器装在驱动小齿轮上；而电动马达的输出力矩则通过蜗轮蜗杆减速机构作用在额外的一个助力小齿轮传递至齿条上。它使得传感器和助力机构从物理上分开。驱动小齿轮不受转向机的传动比的约束，可以采用更合理的传动比，提供了优化转向性能的一种可能性。对安装空间的使用更加合理，减轻了外部对驾驶员的冲击，保证了安全性。
3.4 齿条助力电子转向机
对于更重的车辆，例如越野车和箱式货车而言，它需要更高的转向助力。齿条助力电子转向机的出现使这个问题迎刃而解。齿条助力电子转向机和双小齿轮式转向机的结构和工作原理相似。扭矩传感器装在驱动小齿轮上；电动马达的输出力矩通过在齿条上的循环球减速传动机构传递到转向机的齿条上。助力机构的位置可以在齿条的周向和轴向上任意选择。所以它保证了空间转向机布置的弹性。
有的齿条式助力转向机的电动马达使用12V电压，也有的使用42V电压。
4 结束语
电子转向在未来的5年内就会在国内的乘用车上得到广泛地应用，现在对电子转向机进行细致地了解，有助于我们紧跟国际汽车行业先进技术的步伐。
表1 四种电子助力转向机在不同等级车辆中的使用情况
车辆类型
转向齿条力（N）
转向管柱式
齿轮式
双小齿轮式
齿条助力式
越野车/箱式货车
15000

14000

13000

豪华车
12000

11000

中高级车
10500

10000

9500

9000

中级车
8500

8000

中低级车
7500

紧凑级车
7000

迷你车
6500

表2 四种电子助力转向机的特性值
助力类型
单位
转向管柱式
齿轮式
双小齿轮式
齿条助力式
转向轴载荷
Kg
650
850
950
1100
转向齿条力
N
8000
8500
9000
12000（12v）
15000（42v）
转向传动比(恒定)
mm/转
50
50
55
60
转向传动比(变化)
mm/转
40-50-40
40-52-40
45-55-45
50-60-50
静态转向速度
°/s
≥360
≥360
≥360
≥360
驻车时最大电流
A
48
75
80
85（12V）
40（42V）