按照转向动力源来分,目前的汽车转向系统分为纯人力转向和动力辅助转向,后者又经历了机械机构助力转向、液压助力转向和电动助力转向三个阶段。
液压助力转向系统(HPS)工作噪声低,灵敏度高,体积小,能够吸收来自不平路面的冲击力,在现代轿车上得到十分广泛的应用。液压助力系统由发动机驱动油泵,为保证汽车原地转向或者低速转向时的轻便性,油泵的排量是以发动机怠速时的流量来确定的。而汽车行驶中大部分时间处于高于怠速的速度和直线行驶状态,只能将油泵输出的高压油大部分经控制阀回流到储油罐,产生很大的寄生损失。同时高压油在泵内循环,造成泵发热量大,浪费能源,不符合汽车节能的要求。
为了减少此类损失,同时加入控制功能,后来发展出了电动液压助力系统(EHPS),由电机带动油泵供油,实质上还是液压助力系统。这种系统的特点是单独由一个电机带动液压泵工作,由于和发动机脱开,转向泵不会在高速下工作,因此不需要流量控制阀,简化了结构,同时大大节约了能量。
因此,汽车人们想到了用电机来完全取代液压系统,在这个背景下EPS应运而生,走在最前面的是日本的工程师们。1988年2月日本铃木公司首次在其Cervo车上装备EPS,随后还用在了其Alto车上。在此之后,电动助力转向技术如雨后春笋般得到迅速发展、日本丰田三菱本田,美国德尔福(注:08年金融危机中转向业务先被通用汽车收购,成立Nexteer转向系统公司,之后被中航收购)、TRW(注:2015年被德国ZF收购),德国ZF(注:因ZF收购TRW,为通过反垄断调查,原ZF与BOSCH 50:50的转向部门被BOSCH收购),都相继研制出各自的EPS。
在这里,特别值得一提的是将EPS引入中国汽车市场的先驱——昌河北斗星。大概在2000年前后,昌河发布了搭载原装日本NSK的第一代电动助力转向系统(直流有刷电机、接触式电位器形式扭矩传感器、带电磁离合器)的车型北斗星。以该车为原型车,国内的零部件企业才有了进行自主研发的平台。如果没有记错的话,率先在该车型上实现国产化替代的Tier1是株洲易力达,电机供应商则是常州东宇(后改名常州凯宇,现已与日本电产合资,更名日电产-凯宇)。如果没有北斗星这个平台,相信EPS的国产化自主开发进程会走得慢一些。
从上图可知,在车辆行驶过程中,发动机带动液压泵所消耗的能量,80%以上是被浪费掉的,而EPS就没有这个问题,其按需助力的形式决定了具有更好的燃油消耗性。
EPS的主要构型如上图,目前常见的有五种构型,大部分以C、DP和BD为主,P和R比较少。
因安装位置在寸土寸金的驾驶舱,需要预留腿部空间并考虑转向系统的溃缩空间,这种构型的EPS电机一般做不大,电机出力在4Nm以内
C-EPS的中间轴要承受所有的齿条力,对其强度的要求特别高,也是限制这种构型的EPS很少应用于B级以上车型的原因之一。做钢铁出身的那家德国巨头(TKP)在中间轴上就有其不传之密,很多国际知名Tier1的不得不低头找TKP采购中间轴,这是闲线)P-EPS:
本文泛泛而谈,简述了EPS系统相对于传统液压助力系统的优点、及目前五种主要EPS构型的优缺点。