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【正文】 無法隨汽車轉(zhuǎn)向過程中的車速、側(cè)向加速度等參數(shù)的變化而進行補償，駕駛員必須在轉(zhuǎn)向之前就對汽車的轉(zhuǎn)向響應(yīng)特性進行一定的操作補償，這樣無形中增加了駕駛員的精神和體力負擔(dān)。 液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（ HPS）是在傳統(tǒng) 機械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)基礎(chǔ)上額外加裝了一套液壓助力系統(tǒng)，一般由油泵、 V 形帶輪、油管、供油裝置、助力裝置和控制閥等組成。它以液壓油為動力，通過液壓泵產(chǎn)生的動力來推動機械轉(zhuǎn)向器工作。 由于該系統(tǒng)通過液壓力作用來推動傳統(tǒng)機械轉(zhuǎn)向機構(gòu)的轉(zhuǎn)向運動，從而減輕了駕駛員的勞動強度，在一定程度上解決了傳統(tǒng)機械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)由于傳動比固定而造成的轉(zhuǎn)向“輕便”與“靈敏”之間的矛盾。但是，這類動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是靠方向盤轉(zhuǎn)動時帶動扭桿直接改變液壓系統(tǒng)油路的通道面積來提供可變的助力。即助力大小與車速的高低沒有關(guān)系，只與轉(zhuǎn)向角度有關(guān)。轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)過的角度 越大，液壓系統(tǒng)提供的助力也越大。同時，該系統(tǒng)存在著以下缺點：①不管汽車轉(zhuǎn)不轉(zhuǎn)向，只要發(fā)動機工作，液壓助力泵就會在發(fā)動機帶動下工作，額外消耗發(fā)動機的能量。②轉(zhuǎn)向助力特性不可調(diào)，高速和低速時助力特性相同。在低速轉(zhuǎn)向需要較大助力時，往往因發(fā)動機轉(zhuǎn)速低而助力效果差，而在高速轉(zhuǎn)向需要較小助力時，會因發(fā)動機轉(zhuǎn)速高而助力作用大，導(dǎo)致轉(zhuǎn)向過于靈敏，使汽車的操縱穩(wěn)定性變差。③液壓系統(tǒng)本身所固有的液壓油泄漏問題和轉(zhuǎn)向噪聲使得轉(zhuǎn)向舒適性大大下降，同時 7 對環(huán)境造成污染。 由于液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)工作可靠、技術(shù)成熟，能提供大的轉(zhuǎn)向助 力，目前被廣泛應(yīng)用。 電液助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的轉(zhuǎn)向助力特性在工作時可以改變。它主要有 2 種類型：電控液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng) (ECHPS)和電動液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng) (EHPS)。目前汽車上應(yīng)用最多的是電動液壓助力轉(zhuǎn)自系統(tǒng)。 電子控制式液壓動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng) 電控液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（ ECHPS）是在液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)基礎(chǔ)上增加了控制液體流量的電磁閥、轉(zhuǎn)矩傳感器、車速傳感器以及轉(zhuǎn)向控制單元等元件。理想情況下，汽車在原地轉(zhuǎn)向時要求轉(zhuǎn)向盡量輕便，在汽車以不同的速度運行時，能實時提供相應(yīng)的轉(zhuǎn)向助力 以克服該運行速度下的轉(zhuǎn)向阻力，使駕駛員既能輕便地操縱方向盤，又有足夠的路感。 在轉(zhuǎn)向過程中，通過轉(zhuǎn)矩傳感器、車速傳感器等感應(yīng)器件將轉(zhuǎn)向速率、車速等參數(shù)傳遞給轉(zhuǎn)向控制單元。經(jīng)解算后，控制電磁閥使液體流量隨車速的變化而改變，進而改變助力矩的大小，使駕駛員的轉(zhuǎn)向手力根據(jù)車速和行駛條件變化而改變，使操縱輕便性和穩(wěn)定性達到和諧統(tǒng)一。但同時， ECHPS 也存在著由于油泵的持續(xù)工作所造成的多余能量消耗，整個液壓系統(tǒng)占用空間大、容易泄漏、噪聲大等缺點，而且增加了車速檢測控制裝置。而且控制閥的結(jié)構(gòu)較 HPS 復(fù)雜且成本較高， 目前主要應(yīng)用于高級轎車及運動型乘用車上。 電動液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng) 電動液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（ EHPS）也是在液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。其特點是將原來由發(fā)動機驅(qū)動的液壓助力泵改由電動機驅(qū)動，并且增加了車速傳感器、轉(zhuǎn)向角速度傳感器以及轉(zhuǎn)向控制單元等電控裝置。該系統(tǒng)的液壓儲油罐、油泵、電動機和轉(zhuǎn)向控制單元都集成在電動機油泵組內(nèi)。工作時轉(zhuǎn)向控制單元根據(jù)汽車的行駛速度和方向盤轉(zhuǎn)向角度等輸入信號計算出理想的輸出信號，控制電動機輸出適當?shù)墓β剩?qū)動液壓助力泵工作。通過液壓油為轉(zhuǎn)向器提供助力。 電液助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)盡管在液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)基礎(chǔ)上有了較大的技術(shù)改進，但液壓裝置的存在使得該系統(tǒng)仍有難以克服的缺點，如存在滲油、不便于安裝維修等。雖然實現(xiàn)了變助力特性，但該系統(tǒng)在液壓助力系統(tǒng)基礎(chǔ)上又增加了電子控制裝置，使得系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本增加。由于電液助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)技術(shù)較為成熟，可以實現(xiàn)整車電控系統(tǒng)的一體化，作為傳統(tǒng)液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)向電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)過渡的中間技術(shù)，在一定時間內(nèi)還將繼續(xù)得到應(yīng)用和發(fā)展。 (EPAS 或 EPS) 電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是在傳統(tǒng)機械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，增加了傳感器裝置、電子控制裝置和轉(zhuǎn)向助力機構(gòu)等。其特點是使用電動執(zhí)行機構(gòu)在不同的駕駛條件下為駕駛員提供合適的助力。系統(tǒng)主要由電子控制單元 ECU、扭矩傳感器、車速傳感器、電動機、離合器和轉(zhuǎn)向柱總成等組成。 電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)工作原理是：駕駛員操縱方向盤轉(zhuǎn)向時，傳感器將駕駛員 8 作用于方向盤上的扭矩信號、車速信號、發(fā)動機轉(zhuǎn)速信號輸入 ECU， ECU 對輸入信號進行運算，查詢助力表格，確定目標電流的大小和方向，從而控制電動機的電流和方向，電動機經(jīng)減速機構(gòu)及離合器將扭矩傳遞給轉(zhuǎn)向機構(gòu)，從而為駕駛員提供合適的助力；當轉(zhuǎn)向系統(tǒng)出現(xiàn)故障時， EPS 系 統(tǒng)不助力。不轉(zhuǎn)向的情況下，電動機不工作。電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)可以實時地在不同的車速下為汽車轉(zhuǎn)向提供不同的助力，保證汽車在低速行駛時輕便靈活，高速行駛時穩(wěn)定可靠。電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)總體上包括機械部分和控制部分。機械部分主要包括傳動單元 (離合器、轉(zhuǎn)向柱總成 )和執(zhí)行單元 (電機 )等。控制部分主要是根據(jù)傳感器測得的車速和扭矩信號進行運算處理發(fā)出控制指令，驅(qū)動電機從而為轉(zhuǎn)向提供助力。 EPS 與 HPS 相比，除節(jié)省能源外，由于取消了液壓系統(tǒng)而提高了環(huán)保性能，很好地解決了液壓傳動帶來的種種弊端。整套系統(tǒng)由生產(chǎn)廠家一起提供給整車生 產(chǎn)廠，可以直接安裝。對不同車型、不同工況以及不同駕駛員所需的不同轉(zhuǎn)向助力特性，可通過軟件修改，方便快捷。完整的 EPS 系統(tǒng)還包括故障診斷與安全保護系統(tǒng)。當發(fā)生故障時，能停止助力，自動恢復(fù)到手動控制方式并發(fā)出警報信號，同時顯示所記憶的異常內(nèi)容如扭矩傳感器本身異常、車速傳感器異常以及電動機工作異常、蓄電池異常等等。 電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)已成為目前汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)技術(shù)發(fā)展的主流，但是該系統(tǒng)也有其局限性，由于電動機的發(fā)電功率和提供的轉(zhuǎn)向助力也很有限，如果車身較重，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)需要有較大的驅(qū)動力量，電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)就顯得力不 從心了。所以該系統(tǒng)多用于小型汽車上，目前已大量裝備到中高級轎車上，并逐漸向普通型轎車和小型商用汽車發(fā)展。 隨著動力轉(zhuǎn)向技術(shù)的發(fā)展，線控動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng) (Steering By Wire，簡稱 SBW)是隨著汽車電子技術(shù)發(fā)展的最新成果而成長起來的一種全新轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。它通過電線傳遞信號，控制執(zhí)行機構(gòu)動作來取代傳統(tǒng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的機械傳動和機械連接，助力矩由主控制器在相應(yīng)參數(shù)進行解算之后，向轉(zhuǎn)向執(zhí)行電動機下達指令，由轉(zhuǎn)向助力電動機提供。 SBW 取消了轉(zhuǎn)向盤和轉(zhuǎn)向輪之間的機械連接裝置，改由方向 盤模塊、轉(zhuǎn)向執(zhí)行模塊和主控制器 ECU,3 個主要部分以及自動防故障系統(tǒng)、電源等輔助模塊組成。它是由一個實時總線結(jié)構(gòu)（例如 CAN， TTP 或 FlexRay）連接到設(shè)備?？梢院芊奖愕暮推渌到y(tǒng)集成、統(tǒng)一協(xié)調(diào)控制。系統(tǒng)工作時，傳感器檢測駕駛員的轉(zhuǎn)向數(shù)據(jù)，然后通過數(shù)據(jù)總線將信號傳遞給車上的 ECU，并從轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)獲得反饋命令。轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)也從轉(zhuǎn)向操縱機構(gòu)獲得駕駛員的轉(zhuǎn)向指令，并從轉(zhuǎn)向系統(tǒng)獲得車輪情況，從而指揮整個轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的運動。轉(zhuǎn)向系統(tǒng)控制車輪轉(zhuǎn)到需要的角度，并將車輪的轉(zhuǎn)角和轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)矩反饋到系統(tǒng)的其余部分，比如轉(zhuǎn)向操縱機 構(gòu)，以使駕駛員獲得路感，這種路感的大小可以根據(jù)不同的情況由轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)控制。該轉(zhuǎn)向系統(tǒng)具有許多優(yōu)點：①消除轉(zhuǎn)向干涉問題；②去掉了原來轉(zhuǎn)向系統(tǒng)各個模塊之間的剛性機械連接，大大方便了系統(tǒng)的總布置；③舒適性提高；④可以個性化地適合特定的駕駛者和駕駛環(huán)境，與轉(zhuǎn)向有關(guān)的駕駛行為都可以通過軟件來實現(xiàn)；⑤消除了撞車事故中轉(zhuǎn)向柱傷害駕駛員的可能性，不必設(shè)置轉(zhuǎn)向防傷機構(gòu)；⑥駕駛員腿部活動空間增加，出入更方便。 由于轉(zhuǎn)向盤和轉(zhuǎn)向柱之間無機械連接，生成讓駕駛員能夠感知汽車實際行駛 9 狀態(tài)和路面狀況的“路感”比較困難，所以目前線 控動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)僅用于一些概念車。還沒有進行批量生產(chǎn)和安裝，其可靠性和成本是阻撓其發(fā)展的主要原因。主要表現(xiàn)在如果微控制器出現(xiàn)問題，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)將完全失靈，它不像電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、電液助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)和液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，在電動機或者液壓系統(tǒng)出現(xiàn)問題時，還可以以人力來控制汽車。該系統(tǒng)的微控制器如果出現(xiàn)故障，因為沒有機械系統(tǒng)連接方向盤和轉(zhuǎn)向器，所以根本不可能控制汽車的轉(zhuǎn)向。 盡管線控動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)現(xiàn)在不盡如人意，但 SBW 仍然清楚的是汽車發(fā)展方向。 SBW 系統(tǒng)消除了機械之間的聯(lián)系，方向盤，輪 胎的設(shè)計就會大大簡化了。不僅提高了設(shè)計的效率 ,而且提高了汽車的經(jīng)濟性 ,并從整體上提高安全性。 SBW 系統(tǒng)的工作主要由電子元器件承擔(dān)。電子元件的應(yīng)用標志著相當數(shù)量的機械零件的減少 ,以及轉(zhuǎn)向系統(tǒng)整個尺寸和重量的減輕。轉(zhuǎn)向的整個過程由電子器件來實現(xiàn)，這大大提高了車輛的燃料利用率。因為只有在需要轉(zhuǎn)向的時候，才有能量消耗?；谒矔r驅(qū)動的條件，控制單元接收其他系統(tǒng)傳來的數(shù)據(jù)，執(zhí)行機構(gòu)只供給輪胎所需的力。轉(zhuǎn)向性能的提高是依賴于傳感器所接收到的速度、牽引力控制系統(tǒng)及其他有關(guān)的變量。當事故發(fā)生時，對司機最危險的是方向盤的碰撞。 在裝有 SBW系統(tǒng)的汽車上，許多由于方向盤的傷害和死亡都可以消除。 由于取消了機械連接，所以轉(zhuǎn)向的高可靠性是絕對必要的。在歐洲，已經(jīng)有相關(guān)的標準，如 IEC 61508 和 EN 61511。單純的電子系統(tǒng)不能保證的失效的條件概率小于 10 次故障 /小時。由于此而設(shè)計出的容錯的體系結(jié)構(gòu)，以及準確的處理策略方法都是必要的。在控制策略方面的故障避免、丟棄錯誤數(shù)據(jù)、主動檢測、自我診斷和保護將用于實現(xiàn)安全和可靠性。可以預(yù)見對于 SWB 系統(tǒng)的容錯的分析和設(shè)計，將會成為 SWB 普及前的一個重要課題。