汽車電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的研究與方案

　　摘要：

　　現(xiàn)代汽車技術(shù)追求高效節(jié)能，高舒適性和高安全性三大目標(biāo)。作為汽車最重要的子系統(tǒng)之一，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的發(fā)展也一直努力追求達(dá)到這些目標(biāo)。與傳統(tǒng)液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（HPS）相比，電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（EPS）能節(jié)省油耗約3%~5%,具有結(jié)構(gòu)精巧、節(jié)能環(huán)保、安全舒適等優(yōu)點(diǎn)，是汽車助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的發(fā)展方向。

　　英飛凌作為世界第二大車用半導(dǎo)體供應(yīng)商，一直致力于開發(fā)新的產(chǎn)品以適應(yīng)于電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的發(fā)展。本文首先介紹轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的市場(chǎng)分析以及EPS的分類及其基本功能，然后在此基礎(chǔ)上介紹英飛凌對(duì)于基于兩種不同電機(jī)的EPS系統(tǒng)的解決方案及其產(chǎn)品，最后本文分析了EPS的兩個(gè)新方向以及英飛凌將采用的解決方案和新的產(chǎn)品技術(shù)。

　　1.轉(zhuǎn)向系統(tǒng)市場(chǎng)分析

　　在汽車的發(fā)展歷程中，轉(zhuǎn)向體經(jīng)歷了四個(gè)階段：從簡(jiǎn)單的純機(jī)械式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（Mechanical Steering,MS）發(fā)展到液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（Hydraulic Power Steering,HPS），然后又出現(xiàn)了電液助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（Electrically Powered Hydraulic Steering,EHPS），而目前正開始廣泛應(yīng)用的是電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（Electric Power Steering,EPS）。

　　與傳統(tǒng)的液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)相比，電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)主要有以下幾個(gè)方面的優(yōu)勢(shì)：

　　1.能耗少：EPS沒有轉(zhuǎn)向油泵，且只在轉(zhuǎn)向時(shí)電動(dòng)機(jī)才提供助力，所以動(dòng)力消耗和燃油消耗均可降到最低。比液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)可節(jié)約燃油3%~5%,因而燃油經(jīng)濟(jì)性有了很大的提高。

　　2.路感好：EPS能在各種行駛工況下提供最佳力，減小路面不平度所引起的對(duì)轉(zhuǎn)向系的擾動(dòng)。且由于EPS 系統(tǒng)內(nèi)部采用剛性連接，系統(tǒng)的滯后特性可以通過軟件加以控制，因此有較好的路感。

　　3.安裝方便：EPS取消了油泵、皮帶、密封件、液壓軟管、液壓油及密封件等零件，并且其電機(jī)和減速機(jī)構(gòu)安裝在轉(zhuǎn)向柱或裝在轉(zhuǎn)向器內(nèi)，從而使整個(gè)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的重量減輕、結(jié)構(gòu)緊湊且安裝方便。

　　4.回正性能好：EPS結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單精確、內(nèi)部阻力小、回正性能好，而且可以通過軟件進(jìn)行補(bǔ)償，從而可以得到最佳的轉(zhuǎn)向回正特性，且可改善汽車的操縱穩(wěn)定性。

　　5.應(yīng)用范圍廣：EPS可適應(yīng)各種汽車，目前主要用于轎車和輕型載貨汽車。而對(duì)于新能源車，尤其是純電動(dòng)汽車，EPS系統(tǒng)為其最佳選擇。

　　6.整車網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建：EPS由于有CAN/LIN的網(wǎng)絡(luò)接口，可以與汽車其它電子控制系統(tǒng)結(jié)合，例如主動(dòng)懸架、制動(dòng)防抱死（ABS）及駕駛員輔助系統(tǒng)等，共享其電子裝置的功能，實(shí)現(xiàn)更加復(fù)雜的功能，比如汽車智能化的終極目標(biāo)：無人駕駛。

　　下表一是世界著名的咨詢公司Strategy Analytics對(duì)全球轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的預(yù)測(cè)，可以看到EPS將占據(jù)50%以上的市場(chǎng)份額。

　　表一：2007-2018全球轉(zhuǎn)向系統(tǒng)市場(chǎng)預(yù)測(cè) （百萬套）

　　若分區(qū)域來看，過去主要在歐美和日本采用EPS.但是從2015開始，中國將超過歐美和日本，成為全球最大的EPS市場(chǎng)。見下表二。

　　表二：2007-2017 全球轉(zhuǎn)向系統(tǒng)市場(chǎng)分區(qū)域預(yù)測(cè) （百萬套）

　　若分車型來看，所有的廣義乘用車都能應(yīng)用EPS,從2007年至2017年的平均年增長(zhǎng)率為15%.不過由于大型轎車和輕卡對(duì)于EPS的需求增長(zhǎng)迅猛，表三顯示從C級(jí)以下的小型轎車的份額從2007年的86%下降為2018年的66%.

　　表三：2007-2018 全球轉(zhuǎn)向系統(tǒng)市場(chǎng)分車型預(yù)測(cè) （百萬套）