「科普」电子转向系统的结构与原理 一点就通

电动机械式助力转向系统（EPS）没有了液压助力系统的液压泵、液压管路、转向管柱阀体等结构，结构非常简单，通过减速器以纯机械方式将电机产生的助力传递到转向系统上。

EPS 电动助力转向系统是机电一体化的产品，它由转向管柱、扭矩传感器、伺服电机、控制模块等组成。

原理通解 ▼

车辆启动后系统开始工作，当车速小于一定速度（如80km/h），这些信号输送到控制模块，控制模块依据转向盘的扭矩、转动方向和车速等数据向伺服电机发出控制指令，使伺服电机输出相应大小及方向的扭矩以产生助动力，当不转向时，电控单元不向伺服电机发送扭矩信号，伺服电机的电流趋向于零。

因此，在直行驾驶而无需操作转向盘时，将不会消耗任何发动机的动力，降低了燃油消耗。

本系统提供的转向助力与车速成反比，当车速在一定速度（如80km/h）或以上时，伺服电机的电流也趋向于零，所以车速越高助力越小。因此，无论在高速、低速行驶操作过程中汽车具有更高的稳定性，驾驶员自身保持均衡不变的转向力度。

结构通解 ▼

◎ 双小齿轮

双小齿轮电控机械助力转向系统中，由转向小齿轮和传动小齿轮将必需的转向力传递给齿条。驾驶员施加的扭矩通过转向小齿轮来传递，而传动小齿轮则通过蜗杆传动装置传递电控机械助力转向系统电机的支持扭矩。

◎ 转向器

转向器由转向扭矩传感器、扭转杆、转向小齿轮、传动小齿轮、蜗杆传动装置以及带控制单元的电机构成。

◎ 电机及控制单元

用于转向支持的电机带有控制单元和传感单元，它安装在第二个小齿轮上。这样就建立了转向盘和齿条之间的机械连接。因此，当伺服电机失灵时，车辆仍可以通过机械传动进行转向。

◎ 转向角度传感器

转向角度传感器位于复位环后侧，复位环上带有一个安全气囊滑环。转向角度传感器通过CAN 数据总线将信号传递到转向管柱电子控制单元J527，由此控制单元获悉了转向角度

的大小。转向管柱电子控制单元中的电子装置分析这个信号。

◎ 转向扭矩传感器

转向扭矩传感器将转向盘扭矩直接传递给转向小齿轮。传感器根据磁阻原理进行工作。为了确保最高的安全性，它采用了双重结构（冗余结构）。

转向管柱连接在扭矩传感器上，转向器通过扭转杆连接在扭矩传感器上。连接转向管柱的元件上有一个磁极转子，在这个转子中不同磁极的24 个区域轮流交替。每次使用两个磁极来进行扭矩分析。

◎ 转子转速传感器

转子转速传感器是电控机械助力转向系统电机的组成部分。无法从外部接触到转子转速传感器。

一般情况下的转向过程如下图所示：

1—驾驶员转动转向盘时，转向支持开始；

2—由于转向盘上扭矩的作用，转向器中的扭矩杆转动。转向扭矩传感器J269 探测扭矩杆的转动，并将探测到的转向扭矩传递给控制单元；

3—转向角度传感器通知当前转向角度，而转子转速传感器通知当前转向速度；

4—控制单元根据转向扭矩、车速、发动机转速、转向角度、转向速度和控制单元中的特性曲线计算出必需的支持扭矩，并启动电机；

5—由第二个平行作用于齿条的小齿轮来进行转向支持，小齿轮的传动由电机来进行，电机通过一个蜗杆传动装置和一个传动小齿轮将转向支持力传递到齿条上；

6—转向盘上的扭矩和支持扭矩的总和就是转向器上的有效扭矩，由该扭矩来传动齿条。

高速公路行驶时的转向过程如下图所示：

1—换车道时，驾驶员轻打转向盘；

2—扭转杆因此转动，转向扭矩传感器获悉扭转杆转动并通知控制单元，转向盘上有一个小的扭矩；

3—转向角度传感器通知小转向角度，而转子转速传感器通知当前转向速度；

4—根据一个小的转向扭矩、100km/h 的车速、发动机转速、小的转向角度、转向速度及控制单元中的特性曲线（100km/h 车速的特性曲线），控制单元获悉必须有一个小的支持扭矩或无需支持扭矩，继而启动电机；

5—高速公路行驶时，由第二个平行作用于齿条的小齿轮来进行一个小的转向支持，或者不进行转向支持；

6—转向盘上扭矩加上最小支持扭矩就是换车道时的有效扭矩，由该扭矩来传动齿条。

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作者：撸车师兄

本期问题：

液压助力转向和电子助力转向的区别是什么？

从操作体验上来说，电子助力转向比液压助力转向更好一些。

原因很简单，电子助力转向的助力电机是根据车速传感器和它本身的转矩传感器，检测方向盘的转动角度和转速大小，来动态调节助力力度的。

说通俗点就是当车速比较低的时候，助力电机会提供更大的助力力度来帮助驾驶员在低速下的大角度转弯和调头，驾驶员会感觉到方向盘很轻盈。

但高速行驶时，助力电机会减小助力力度，甚至直接不助力，让方向盘更加的沉稳，路感更加清晰，保证高速行驶的稳定性。

而传统液压助力则恰恰相反，它的助力来源是转向助力泵，而助力泵的工作效率完全取决于发动机的转速大小。

所以在低速时，由于发动机转速低，助力泵输出的力道就相对小一点，助力泵能够提供的方向助力就比较小，驾驶员就会觉得倒车入库或者低速掉头时转方向盘非常费力。

但是高速行驶时，发动机转速高，助力泵输出的力道大，转向助力机的助力力度也就会变大，就会给人一种方向盘特别敏感的感觉，开起来反而费神费力，手臂肌肉会长时间处于紧绷的状态，这一点我之前开老Jeep上高速时就深有体会，很难受。

所以从操作体感上来说，电子助力显然要比液压助力好很多。

从后期维修保养上看，电子助力转向机比液压助力转向机更省钱。

比如我的老索拉塔、老Jeep 和之前送给粉丝的那辆马自达6，这几辆车都是液压助力转向。它们都有同一个问题，那就是在车龄达到15年左右后，这个液压助力转向泵就需要更换了，而且更换的原因都是因为漏油。

因为液压助力转向的核心零部件就是高压油泵，它所产生的压力是非常高的，有些车高达130Bar、150Bar，所以它内部油封承受的压力也是非常大的，而且油封这个东西是橡胶的，老化是不可避免的一件事儿，基本上10～15年左右就会开始渗油，15年以上就必须要更换了。

同样整个液压系统里的高压橡胶油管也会出现同样的问题，也是需要更换的，所以基本上家用车换完这一套零部件，也需要500～1000块钱之间。

而且液压助力转向系统每隔3年或者5万公里都要更换一次转向助力油，每次花费大概在200块钱左右，如果你忘记的话，就会影响到方向盘的操作手感和转向助力系统的整整体寿命。

当然，其实只花几十块钱也可以搞定，在往期《撸车师兄》节目第3季第36集（自己动手更换转向助力油）里，有自己动手更换的详细流程，非常简单。

以上说的这些问题电子助力转向都没有，它不需要额外的保养，也不存在漏油的情况。

唯一要注意的就是有些电子助力转向机是集成在转向机总成上的，所以如果它出了问题，一般修理厂和4s店会告诉你要更换整个转向机的总成，这个费用就要好几千了，但其实是可以单独更换的～

其实只要不是暴力驾驶，开得很温柔，电动助力转向器出现损坏的情况是很少的，例如03年就已经全系改用电子助力转向的飞度，就很少听说这个零件出问题。

那么液压助力转向真的完全不如电子助力转向吗？

其实液压助力转向也有优点。

首先就是液压助力转向，因为采用的是液压油传动，所以液压系统天然的阻尼感，对于方向盘的路感清晰度上来说会更好一些，能够给驾驶员更多的路面信息反馈。

这也是为什么顶级的越野车的方向助力依然采用的是液压助力，只是把高压油泵换成了电动油泵的原因，因为它们在越野行驶的时候，驾驶员需要通过方向盘的回弹反馈来对路面的情况进行一个判断。

而电子助力转向相对来说就会比较生硬，因为它的助力力度是通过车辆的行驶速度和驾驶员传递给方向盘的转距来决定的，所以它会机械地把车轮传递到方向盘上的路面信息给过滤掉，这样方向盘的路感就会比较模糊。

当然这可以通过优化电动助力的算法，来达到和液压助力相同的效果，但是那样就需要额外添加很多传感器，甚至是优化电机，本身成本会比较大，所以非常不划算。

其次液压助力转向相对于电子助力转向来说，更加安全，也就是液压助力转向不会和驾驶员抢方向盘。现在很多带自动泊车功能的车，电动助力转向机已经发展到可以直接接管方向盘的程度了。

那么各位想象一下，万一有一天电子助力转向突然坏了，导致方向盘完全不听驾驶员的，只会自己乱转，这就等于是剥夺驾驶员的方向盘掌控权了，之前就有新闻报道过类似事件。

而液压助力转向，即便是坏了，它最差的情况也不过是方向盘没有助力，转起来比较费劲，但是方向盘的掌控权依然是在驾驶员手中的，相对来说就比较安全了。

所以这两种转向助力系统的选择，其实还是要看个人的需求，毕竟它最终都是为你自己服务。

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