一般来说，车速越低转向操纵越重，若采用固定的助力倍数，当低速下转向的操纵力减小到比较理想的程度时，则可能导致高速下操纵力过小、手感操纵力不明显，转向不稳定；反之，如果加大高速转向时的操纵力，则低速转向时的操纵力又过大。为了实现在各种转速下转向的都是最佳值，电子控制助力转向系统是最好的选择。它不但可以随行驶条件及时调整转向助力倍数，而且在结构上也远比单纯液力和气力式助力转向系统轻巧简便，特别适合于小轿车。

通过电子控制动力转向系统，可使驾驶员在汽车低速行驶时转向轻便、灵活；在中、高速行驶时增加转向操纵力，使驾驶员的手感增强，从而可获得良好的转向路感和提高转向操纵的稳定性。

电控动力转向系统简称EPS（Electronic Control Power Steering）。根据动力源不同，电控动力转向系统分为液压式和电动式两种。

液压式EPS是在传统的液压动力转向系统的基础上，增设了控制液体流量的电磁阀、车速传感器和ECU等。ECU根据检测到的车速信号控制电磁阀，使转向动力放大倍率实现连续可调，从而满足高、低速时的转向要求。

电动式EPS是利用直流电动机作为动力源，ECU根据转向参数和车速等信号，控制电动机扭矩的大小和方向。电动机的扭矩由电磁离合器通过减速机构减速增扭后，加在汽车的转向机构上，使之得到一个与工况相适应的转向作用力。

3.4.1　电控液压动力转向系统

1.反力控制式EPS

1）组成

反力控制式电控液压动力转向系统简称PPS（Progressive Power Steering）。它由转向控制阀、电磁阀、分流阀、动力缸、转向油泵、转向器、车速传感器及ECU等组成，如图3-145所示。

图3-145　反动控制液压电控动力转向系统

1-车速传感器；2-电磁阀；3-动力转向油泵；4-储液罐；5-分流阀；6-扭力杆；7-通道；8-转向盘；9、12-销子；10-控制阀轴；11-回转阀；13-小齿轮轴；14-左油室；15-右油室；16-动力缸活塞；17-动力缸；18-齿条；19-小齿轮；20-动力转向器总成；21-柱塞；22-油压反力室

PPS可按照车速的变化，由电子控制油压反力，调整动力转向器，从而使汽车在各种行驶条件下转向盘上所需的转向操纵力达到最佳状态。故称反力式电子控制动力转向系统。

（1）动力转向器总成。扭杆上端与控制阀轴10、下端与小齿轮轴以销钉联结，小齿轮轴上端用销钉与回转阀联结，转向盘通过转向轴与控制阀轴联结。因此，转向盘回转力，可通过扭杆与控制阀传递到小齿轮上。

当扭杆受到转矩作用时，控制阀与回转阀相应发生回转运动。并使各种油孔连通状态发生变化，可控制动力缸的油压流量，变化动力缸左、右室油路通道。在油压反力室受到高压作用时，柱塞将推动控制阀轴。此时，扭杆即使受到转矩作用，由于柱塞推力的影响，也会抑制控制阀轴与回转阀相对回转。

（2）分流阀。分流阀的结构如图3-146所示，主要由阀门、弹簧和进、出油口组成。分流阀的主要功用是将来自转向油泵的液流分送到转阀、油压反力室和电磁阀。送到电磁阀和油压反力室中的液流量是由转阀中的油压来调整的，当转动转向盘时，转阀中的油压增大，此时，分配到电磁阀和油压反力室中的液流量随转阀中的油压增大而增加；当转阀中的油压达到一定值后，转阀中的油压便不再升高，而分配给电磁阀和油压反力室的液流量则保持不变。

图3-146　分流阀结构示意

1-到电磁阀；2-来自转向油泵；3-至转向阀；4-至油压反力室

（3）电磁阀。电磁阀油路的阻尼面积，可随电磁线圈通电电流占空比（通断比）变化。车速较低时，通电电流大，电磁阀的节流面积（开度）变大，流回储油罐的液流量增加，分到油压反力室的液流量减少，而油压减少，使转向轻便。随着车速升高，电流减小，油液回流量也减少，而使分流阀分到油压反力室的流量增加，油压增大，使转向“沉重”。当车速超过120km/h时，ECU则保持恒流控制。

（4）车速传感器。车速传感器的主要功用是检测汽车行驶速度，通常安装在变速器输出轴上。

（5）ECU。PPS ECU输入信号为车速传感器提供的车速信号，执行器为比例电磁阀，ECU通过控制通入比例电磁阀的电流，实现相应的控制功能。车速提高时，为了增大转向操纵力，需要加大电磁阀的电流；而当车速超过120km/h时，为了防止电流过大而造成过载，ECU则使通往电磁阀的电流保持恒定。

2）工作原理

ECU根据车速传感器的信号判断出车辆停止、低速状态与中高速状态，控制电磁阀通电电流，使动力转向液压系统根据车速的变化，在低速时操纵力减轻，在中速以上操纵力随车速而变化。

（1）停车与低速时转向。如图3-147所示，汽车在低速范围内运行时，ECU输出一个大的电流，使电磁阀的开度增加，由分流阀分出的液流流过电磁阀回到储油罐中的液流增加。因此，油压反力室压力减小，作用于柱塞的背压减小，于是柱塞推动控制阀杆的力减小。利用转向盘的转向力来增大扭杆扭力。转阀按照扭杆的扭转角做相对的旋转，使油泵油压作用于转向动力缸的右室，活塞向左方运动，从而增强了转向力，此时，驾驶员仅需提供一个较小的操纵力，就可以产生一个较大的助力，使转向轻便、灵活。

（2）中高速直行时转向。如图3-148所示，汽车转向盘在中、高速直行微量转动时，控制阀杆根据扭杆的扭转角度而转动，转阀的开度减小，转阀里面的压力增加，流向电磁阀和油压反力室中的液流量增加。当车速增加时，ECU输出电流减小，电磁阀开度减小，流入油压反力室中的液流量增加，反力增大，使得柱塞推动控制阀杆的力变大。液流还从量孔流进油压反力室中，这也增大了油压反力室中的液体压力，故转向盘的转动角度增加时，将要求一个更大的转向操纵力，从而获得了稳定且直接的手感。

图3-147　PPS在停车或低速行驶时转向作用

1-车速传感器；2-ECU；3-电磁阀；4-叶片泵；5-油罐；6-电磁阀开度（大）；7-压力增加；8-量孔；9-扭杆；10-转阀；11-油压反力室；12-动力缸；13-活塞；14-阀杆；15-柱塞；16-压力减小；17-至反力室；18-分流阀

图3-148　PPS在中高速行驶时转向作用

1-车速传感器；2-ECU；3-电磁阀；4-叶片泵；5-油罐；6-电磁阀开度（小）7、9-量孔；8-压力增加；10-扭杆；11-转阀；12-油压反力室；13-控制阀杆；14-柱塞；15-压力增加；16-流量增加；17-分流阀

2.流量控制式EPS

（1）丰田凌志轿车EPS。如图3-149和图3-150所示，凌志轿车EPS系统主要由车速传感器、电磁阀、整体式动力转向控制阀、动力转向液压泵和ECU等组成。

图3-149　凌志LS400轿车流量控制式EPS

图3-150　凌志LS400轿车EPS电路

电磁阀安装在通向转向动力缸活塞两侧油室的油道之间，当电磁阀的阀针完全开启时，两油道就被电磁阀旁通。

流量控制式动力转向系统就是根据车速传感器的信号，控制电磁阀阀针的开启程度，从而控制转向动力缸活塞两侧油室的旁路液压油流量，来改变转向盘上的转向力。车速越高，流过电磁阀电磁线圈的平均电流值越大，电磁阀阀针的开启程度越大，旁路液压油流量越大，而液压助力作用越小，使转动转向盘的力也随之增加。转向助力随车速提高而减小，同时根据运行道路条件，设计了不同控制模式。可根据20s内的平均车速与平均转向盘转角判定车辆当前运行道路条件。变换控制模式最多需要1.1s，可避免助力的急剧变化。

（2）蓝鸟轿车电控液压动力转向系统，如图3-151和图3-152所示。在一般液压动力转向系统上再增加旁通流量控制阀、车速传感器、转向角速度传感器、ECU和控制开关等。在转向液压泵与转向器体之间设有旁通管路，在旁通管路中又设有旁通油量控制阀。根据车速传感器、转向角速度传感器和控制开关等信号，ECU向旁通流量控制阀按照汽车的行驶状态发出控制信号，控制旁通流量，从而调整转向器供油的流量，如图3-153所示。当向转向器供油流量减少时，动力转向控制阀灵敏度下降，转向助力作用降低，转向力增加。驾驶员可变换仪表板上的转换开关，满足不同的行驶条件选择不同的转向力特性，如图3-154所示。同时，ECU也可根据转向角速度传感器输出信号的大小，在汽车急转弯时，对转向力特性实施最优控制，如图3-155所示。

ECU接收车速传感器、转向角速度传感器及变换开关的信号，以控制旁通流量控制阀的电流，并具有故障自诊断功能。

图3-151　蓝鸟轿车EPS的组成

1-转向油罐；2-转向管柱；3-转向角速度传感器；4-ECU；5-转向角速度传感器增幅器；6-旁通流量控制阀；7-电磁线圈；8-转向齿轮联动机构；9-油泵

图3-152　蓝鸟轿车流量控制式EPS的电路

图3-153　蓝鸟轿车EPS液流控制

图3-154　蓝鸟轿车EPS转向特性曲线

图3-155　蓝鸟轿车急转弯时转向特性

图3-156　旁通流量控制阀的结构

1-流量主孔；2-主滑阀；3-电磁线圈柱塞；4-调节螺钉；5-电磁线圈；6-节流孔；7-稳压滑阀

旁通流量控制阀的结构如图3-156所示。在阀体内装有主滑阀2和稳压滑阀7，在主滑阀的右端与电磁线圈柱塞3连接，主滑阀与电磁线圈的推力成正比移动，从而改变主滑阀左端流量主孔1的开口面积。调整调节螺钉4可以调节旁通流量的大小。稳压滑阀的作用是保持流量主孔前后压差的稳定，以使旁通流量与流量主孔的开口面积成正比。当因转向负荷变化而使流量主孔前后压差偏离设定值时，稳压滑阀阀芯将在其左侧弹簧张力和右侧高压油压力的作用下滑移。如果压差大于设定值，则阀芯左移，使节流孔开口面积没有污点，流入到阀内的液压油量减少，前后压差减小；如果压差小于设定值，则阀芯右移，使节流孔开口面积增大，流入到阀内的液压油量增多，前后压差增大。流量主孔前后压差的稳定，保证了旁通流量的大小只与主滑阀控制的流量主孔的开口面积有关。(www.daowen.com)

总之，流量控制式EPS是一种通过车速传感器信号调节动力转向装置供应压力油，改变压力油的输入、输出流量，以控制转向力的大小。它在原来液压动力转向功能上再增加压力油流量控制功能，所以结构简单、成本较低。但是，当流向动力转向机构的压力油降低到极限值时，对于快速转向会产生压力不足、响应较慢。

3.阀灵敏度控制式EPS

灵敏度控制式EPS根据车速控制电磁阀，直接改变动力转向控制阀的油压增益（阀灵敏度）来控制油压的。这种转向系统结构简单、部件少、价格便宜，而且具有较大的选择转向力的自由度，与反力控制式转向相比，转向刚性差，但可以最大限度提高原来的弹性刚度来加以克服，从而获得自然的转向手感和良好的转向特性。

灵敏度控制式EPS的结构如图3-157所示。主要由转子阀、电磁阀及ECU等组成。

图3-157　阀灵敏度控制式EPS

（a）系统示意　（b）转子阀

图3-158　转子阀及电磁阀

1-动力缸；2-电磁阀；3-油箱；4-油泵

（1）转子阀。转子阀的结构如图3-158所示，圆周上有6或8条沟槽，各沟槽利用阀外体，与泵、动力缸、电磁阀及油箱连接。

如图3-159所示，转子阀的可变小孔分为低速专用小孔（1R、1L、2R、2L）和高速专用小孔（3L、3R）两种，在高速专用可变孔的下边设有旁通电磁阀回路，其工作过程是：当车辆停止时，电磁阀完全关闭，如果此时向右转动转向盘，则高灵敏度低速专用小孔1R和2R在较小的转向扭矩作用下即可关闭，转向液压泵的高压油液经1L流向转向动力缸右腔室，其左腔室的油液经3L、2L流回储油箱。所以，此时具有轻便的转向特性。而且施加在转向盘上的转向力矩越大，可变小孔1L、2L的开口面积越大，节流作用就越小，转向助力作用越明显。

图3-159　阀灵敏控制EPS阀部的等效液压回路

随着车辆行驶速度的提高，在ECU的作用下，电磁阀的开度也线性增加，如果向右转动转向盘，则转向液压泵的高压油液经1L、3R旁通电磁阀流回储油箱。此时，转向动力缸右腔室的转向助力油压就取决于旁通电磁阀和灵敏度低的高速专用孔3R的开度。车速越高，在ECU的控制下，电磁阀的开度越大，旁路流量越大，转向助力作用越小；在车速不变的情况下，施加在转向盘上的转向力越小，调整专用小孔3R的开度越大，转向助力作用也越小，当转向增大时，3R的开度逐渐减小，转向用力作用也随之增大。由此可见，阀灵敏度控制式EPS可使驾驶员获得非常自然的转向手感和良好的速度转向特性。

（2）电磁阀。如图3-158所示，电磁阀上设有控制上下流量的旁通油道，是可变的节流阀。在低速时向电磁线圈通以最大的电流，使可变孔关闭，随着车速升高，依次减小通电电流，可变开启；在高速时，开启面积达到最大值。该阀在左右转向时，油液流动的方向可以逆转，所以在上下流动方向中，可变小孔必须具有相同的特性。为了确保高压时液体有效作用于阀，必须提供稳定的油压控制。

（3）ECU。接受来自车速传感器的信号，控制向电磁阀和电磁线圈输出电流，控制系统的回路如图3-160所示。

3.4.2电动动力转向系统

1.电动动力转向系统的特点

液压式EPS利用液压缸对转向传动机构加力，其动力由发动机驱动的液压泵供给，用分配阀来控制油液的流动方向；电动EPS则利用电动机代替了液压缸，电动机由汽车电源供电。当驾驶员转动转向盘时，传感器检测出其运动情况，使电动机产生足够的动力带动转向轮偏转。

电动式EPS能根据不同的情况产生适合各种车速的动力转向，不受发动机停止运转的影响，在停车时，驾驶员也可获得最大的转向动力；汽车在行驶过程中，电子控制装置可调整电动机的助力以改善路感；电动式EPS的重量可比液压式转向系统轻25%（零部件少，重量轻）；由于该动力转向装置不是发动机直接驱动的，电动机只是在转向时才接通，故可节省燃油。

图3-160　阀灵敏度控制式EPS电路

总之，电动式EPS有许多优点，它比液压式动力转向系统更轻便、紧凑、可靠。对控制计算机编程，可提供不同程度的动力转向，而且它能与汽车上其他电气设备相连接，有助于四轮转向的实现，并能促进悬架系统的发展。

2.电动动力转向系统的基本组成

电控式EPS的基本组成如图3-161所示，主要由车速传感器、转矩传感器、转向角传感器、电子控制器ECU、电动机及减速机构等组成。该系统广泛应用于日本日产、三菱、大发、富士重工、铃木等汽车公司的许多车型上。

图3-161　电控式动力转向系统的基本组成

1-转向车轮；2-横拉杆；3-小齿轮；4-齿条；5-输出轴；6-扭杆；7-转矩传感器；8-转向输入轴；9-转向盘；10-电磁离合器；11-ECU；12-电动机；13-转向角传感器

（1）电动机。电控电动式EPS所用的电动机与起动发动机用直流电动机原理基本相同，但通常采用永磁磁场。最大电流一般为30A左右，电压为12V，额定转矩为10N·m左右。

图3-162为控制直流电动机要正反转的控制电路。a1、a2为触发信号端。当a1端得到输入信号时，晶体管VT3导通，VT2得到基极电流而导通，电流经VT2、电动机M、VT3、搭铁而构成回路，于是电动机正转；当a2端得到输入信号时，电流经VT1、M、VT4、搭铁而构成回路，电动机则因电流方向相反而反转。只要控制触发信号端电流的大小，就可以控制通过电动机电流的大小，即可以控制电动机输出转矩的大小。

（2）电磁离合器。电磁离合器的结构如图3-163所示，主要由电磁线圈、主动轮、从动轴、压板等组成。

图3-162　电动机正反转控制

图3-163　电磁离合器

1-滑环；2-电磁线圈；3-压板；4-花键；5-从动轴；6-主动轮；7-球轴承

工作时，电流通过滑环进入电磁线圈，主动轮便产生电磁吸力，带花键的压板就被吸引，并与主动轮压紧，于是电动机的输出转矩便经过输出轴→主动轮→压板→花键→从动轴，传递给执行机构（蜗轮蜗杆减速机构）。

电磁离合器可保证电动助力只有在预定的车速范围内起作用。当汽车行驶速度超过系统限定的最大值时，电磁离合器便切断电动机的电源，使电动机停转，离合器分离，不起传递转向助力的作用。另外，在不传递助力的情况下，离合器还能消除电动机的惯性对转向的影响；当该动力转向系统发生故障时，离合器还会自动分离，此时又可恢复手动控制转向。

（3）减速机构。减速机构主要由蜗轮9和蜗杆10构成，如图3-164所示。蜗杆的动力来自于电磁离合器和电动机，经蜗轮减速增扭后，传送给转向轴，然后再通过其他部件传送给转向轮，以实现转向助力。

（4）转矩及转向传感器。它由电位计、集成电路IC部分、电流信号输出部分组成。电位计实质上是一个可变电阻器，其滑动触点在输出轴上，电阻线固定在输入轴上。当操纵转向盘时，滑动触点在电阻线上边滑动边移动，电位计的电阻值随之发生变化。这种电阻值的变化可转换成电压值的变化，经过集成电路IC处理，最终以电流变化的形式，从滑环与电刷构成的电流信号输出部分，把转向盘操纵信号送到电脑中。

图3-164　减速机构

1-转矩传感器；2-控制臂；3-输入轴；4-扭杆；5-滑块；6-球槽；7-滑环；8-钢珠；9-蜗轮；10-蜗杆；11-电磁离合；12-电动机

从该电流输出信号可判断出转向盘回转方向，即设定值以上为向右旋转，在设定值以下为向左旋转，并以此来决定电机的回转方向。转向电机的电流是流向电机的驱动电流，它可作为监视电机反转或异常状态的信号。

信号控制器从各个传感器处接收输入信号，并且可判断转向助动力的大小与方向，向电机发出驱动指令。

（5）ECU。如图3-165所示，工作时，转向转矩和转向角信号经过A/D转换器被输入到中央处理器（CPU），中央处理器根据这些信号和车速计算出最优化的助力转矩。ECU把已计算出来的参数值作为电流命令值送到D/A转换器并转换为模拟量，再将其输入到电流控制电路；电流控制电路把来自微处理器的电流命令值同电动机电流的实际值进行比较，产生一个差值信号。该差值信号被送到驱动电路，该电路可驱动动力装置并向电动机提供控制电流。也即当转矩传感器和转向角传感器的信号经A/D转换器处理后，微处理器就在其内存中寻找与该信号相匹配的电动机电流值，然后将此值输送给D/A转换器进行数字模拟转换，处理后的模拟信号再送给限流器，由限流器来决定电动机驱动电路电流值的大小。微处理器同时给电动机驱动电路输出另一个信号，即决定电动机（左转或右转）的转动方向。

3.电动动力转向系统的工作原理

电动式EPS利用电动机作为助力源，根据车速和转向参数等，由ECU完成助力控制。当操纵转向盘时，装在转向盘轴上的转矩传感器不断地测出轴上的转矩信号，该信号与车速信号同时输入到ECU。ECU根据这些输入信号，确定助力转矩的大小和方向，即选定电动机的电流和转向，调整转向辅助动力的大小。电动机的转矩由电磁离合器通过减速机构增扭后，加在汽车的转向机构上，使之得到一个与汽车工况相适应的转向作用力。

图3-165　电动动力转向ECU及其控制系统

当车速为0～45km/h时，根据车速决定转向助力的大小。当车速高于43～52km/h时，停止对电动机供电的同时，使电动机内的电磁离合器分离，按普通转向按普通转向控制方式工作，以确保行车安全；在转向器偏转至最大时，由于此时电动机不能转动，所以注入电动机的电流达到最大值，为了避免持续的大电流使电动机及控制组件发热损坏，所以每当较大电流连续通过30s后，系统就会控制电流使之逐渐减小。当临界控制状态解除后，控制系统就会再逐渐增大电流，一直达到正常的工作电流值为止。

该系统的ECU具有故障自诊断功能，当ECU检测出系统存在故障时，可显示出相应的故障代码，以便采取相应的措施。当ECU检测到系统的基本部件（如转矩传感器、电动机、车速传感器等）出现故障而导致系统处于严重故障的情况下，系统就会使电磁离合器断开，停止转向助力控制，确保系统安全、可靠。