电动汽车转向系统及其工作原理
电动汽车的转向系统作为电动汽车的一个关键系统，与燃油车的转向系统有着较大差异。电动汽车的转向系统主要分为 电动助力转向（EPS, Electric Power Steering） 、电动液压助力转向系统（EHPS, Electro-Hydraulic Power Steering）和 线控转向（SBW, Steer-By-Wire）三大类。不同类型的转向系统有着不同的工作原理优缺点和适用范围，本文介绍这三种电动汽车转向系统的组成及其工作原理。
目录
一. 电动助力转向系统（EPS）
1、EPS 的组成
2. EPS工作原理
3、EPS 的分类及适用范围
4、EPS 的优缺点
二、 电动液压助力转向系统（EHPS）
1. EHPS 的组成
2. EHPS 的工作原理
3. EHPS 的优缺点
三. 线控转向系统（SBW）
1、SBW 的组成
2、SBW 的工作原理
3、SBW 的优缺点
四、总结
一. 电动助力转向系统（EPS）
EPS 是目前电动汽车最常用的转向系统，它通过电机提供助力，取代了传统的液压助力转向（HPS）。
1、EPS 的组成
EPS主要由以下部件构成：
（1）扭矩传感器：检测方向盘转动的力矩和方向（驾驶者意图）。
（2）转向角传感器：监测方向盘转角（部分系统集成在扭矩传感器中）。
（3）车速传感器：提供车速信号（用于动态调整助力大小）。
（4）电子控制单元（ECU）：实时处理传感器数据，计算所需助力大小。
（5）助力电机：通常为无刷直流电机（BLDC），通过减速机构（如蜗轮蜗杆）将扭矩传递到转向柱或齿条。
（6） 减速机构：放大电机扭矩，驱动转向系统。
2. EPS工作原理
（1）检测驾驶者意图
当驾驶员转动方向盘时，扭矩传感器测量转向轴的扭转力矩，转向角传感器记录转角，并将信号发送至ECU。
车速信号同步输入（例如：低速时需更大助力，高速时减少助力以增强稳定性）。
（2）ECU计算助力需求
ECU根据扭矩、车速、甚至车身状态（如倾斜角度，部分高端车型）计算目标助力大小，并输出PWM信号控制电机。
算法示例：
低速泊车：助力电机输出高扭矩（转向轻便）。
高速行驶：助力减弱（提升路感，避免过度灵敏）。
（3）电机执行助力
电机通过减速机构（如蜗轮蜗杆、皮带等）将动力传递至转向柱或直接驱动齿条（不同EPS类型结构差异，见下文）。
电机助力方向与驾驶员转向方向一致（通过扭矩传感器极性判断）。
（4）反馈与修正
系统持续监测方向盘扭矩和实际转向角度，动态调整电机输出，实现闭环控制，避免过度助力或滞后。
3、EPS 的分类及适用范围
根据电机安装位置的不同，EPS 可分为以下几种类型：
| 类型 | 电机位置 | 适用车型 | 特点 |
|---|---|---|---|
| C-EPS（转向柱式） | 安装在转向柱上 | 小型车、微型车 | 结构简单，成本低，但助力较小 |
| P-EPS（小齿轮式） | 安装在转向小齿轮上 | 紧凑型/中型车 | 助力适中，平衡性好 |
| R-EPS（齿条式） | 直接驱动齿条 | 中大型车、SUV | 助力大，响应快，适合重型车辆 |
| DP-EPS**（双小齿轮式） | 两个电机分别驱动小齿轮和齿条 | 高性能车、豪华车 | 转向更精准，动态响应更好 |
4、EPS 的优缺点
优点
（1）高能效，续航友好：EPS直接由电机驱动，无需液压泵，能量损耗极低（传统HPS会持续消耗发动机功率）。对电动汽车而言，节省的能量可间接提升续航里程（约3%-5%的能效优化）。
（2）灵活可调的转向助力：通过软件可动态调整助力大小，适应不同场景（如低速轻盈、高速沉稳），甚至支持个性化驾驶模式（运动/舒适）。
（3）结构简单，维护成本低：省去液压油、泵、管路等部件，减少漏油风险，降低后期维护需求。
（4）环境适应性强：不受极端温度影响（液压系统在低温下油液粘稠，导致转向迟滞）。
（5）支持高级驾驶辅助（ADAS）：支持车道保持、自动泊车等高级驾驶辅助功能。
缺点
（1）路感反馈较弱：电动助力的模拟路感不如液压系统自然。
（2）依赖电控系统可靠性：若电机、传感器或控制软件故障，可能导致助力突然失效（虽有余设计，但风险仍存在）。
（3）高负载场景助力不足：大功率电机成本高，部分廉价车型在极端工况（如原地打轮）可能助力不足。
二、 电动液压助力转向系统（EHPS）
电动卡车由于负载大、转向系统需要更强的助力，因此部分车型会采用电动液压助力转向系统（EHPS, Electro-Hydraulic Power Steering），即在传统液压助力转向（HPS）的基础上引入电控技术，以提高能效和可控性。
1. EHPS 的组成
EHPS 系统主要由以下部件组成：
（1）电动液压泵（取代传统发动机驱动的液压泵）
由电机驱动，独立于发动机运行，适合电动汽车。
通常采用无刷直流电机（BLDC） 或永磁同步电机（PMSM），以提高能效。
（2）液压助力机构（齿轮齿条或循环球式转向机）
与HPS类似，但油压由电控系统精准调节。
（3）电子控制单元（ECU）
根据车速、转向扭矩等信号调节液压泵的转速和压力。
（4） 储油罐、液压管路、转向阀
与传统HPS相同，负责液压油的存储和流动控制。
2. EHPS 的工作原理
（1）信号采集
驾驶员转动方向盘时方向盘扭矩传感器检测驾驶员的转向意图（转向力大小和方向）。车速传感器提供当前车速信息（低速时助力大，高速时助力小）。
（2）ECU 计算所需助力
ECU 根据 扭矩、车速、转向角度等数据，计算出合适的 液压压力需求，并控制 电动液压泵的转速。
低速时（如泊车）：电机高速运转，提供大流量液压油，转向更轻便。
高速时：电机降速，减少助力，增强方向盘“沉稳感”，提高行驶稳定性。
（3）电动液压泵提供压力
电机驱动液压泵，将液压油加压后输送到转向控制阀。
控制阀根据方向盘扭矩方向，将液压油导入液压缸的相应腔室，推动齿条或转向连杆，实现助力。
低速/重载：提高油压，增强助力，使转向更轻便。
高速/空载：降低油压，减少助力，提升行驶稳定性。
（4）液压油循环
助力完成后，液压油流回储液罐，形成闭环循环。
3. EHPS 的优缺点
优点
（1）大扭矩助力：适合重型电动卡车、商用车，比EPS能提供更强的转向力。
（2）可靠性高：液压系统成熟，在极端工况（如低温、高负荷）下表现稳定。
（3） 成本适中：比EPS（大功率电机+减速机构）更经济，比传统HPS更节能。
缺点
（1）能耗较高：电动液压泵持续工作，比EPS耗电（但比传统HPS节能）。
（2）结构复杂：需要液压管路、储油罐等，维护较EPS稍麻烦。
（3）响应稍慢：相比EPS，液压系统的动态调节速度略低。
三. 线控转向系统（SBW）
SBW（Steer-By-Wire）是未来转向系统的发展方向，完全取消了方向盘和车轮之间的机械连接，完全依赖电信号控制转向。
1、SBW 的组成
SBW系统主要由以下部件组成：
（1）方向盘模块
负责检测驾驶员转向意图并模拟路感反馈，包括：方向盘扭矩/转角传感器、路感反馈电机和
方向盘电子控制单元
（2）转向执行模块
负责驱动车轮转向，取代传统转向柱和齿轮齿条机构，包括：转向执行电机、转向角传感器和减速机构（如滚珠丝杠或齿轮组）
（3）电子控制单元（ECU）
SBW的“大脑”，负责信号处理和系统协调，包括：主ECU和冗余ECU
（4）冗余安全系统
为确保安全性，SBW必须配备多重备份，包括：双电源供电、双通信通道和机械应急备份
2、SBW 的工作原理
（1）信号采集（方向盘模块）
扭矩/转角传感器：检测驾驶员转动方向盘的力度和角度，转换为电信号。
车速、横摆角速度等信号：通过CAN总线获取车辆状态（如ESP、ABS数据），用于计算最佳转向响应。
（2）电子控制（ECU决策）
主ECU：根据传感器信号计算目标转向角度（结合车速、驾驶模式等动态调整转向比）和路感反馈强度（模拟轮胎与路面的相互作用力）。
冗余ECU： 实时监控主系统，一旦检测到故障（如信号丢失、电机异常），立即接管或启动应急模式。
（3）转向执行（车轮驱动）
转向执行电机（通常为高扭矩无刷电机）直接驱动齿条或转向节，推动车轮转向。
位置传感器 实时反馈车轮实际转向角，形成闭环控制，确保精准执行ECU指令。
（4）路感模拟（方向盘反馈）
路感反馈电机在方向盘上施加 可编程阻力，模拟传统转向系统的机械路感（如颠簸、轮胎抓地力变化）。
3、SBW 的优缺点
优点
（1）无机械连接：提高底盘布局灵活性，增加车内空间。
（2）可变转向比：方向转动角度和车轮转向角度可自由调节（如低速时方向盘更灵敏，高速时更稳定）。
（3）完美适配自动驾驶：可完全由电脑控制转向，无需驾驶员干预。
（4）更安全的碰撞保护：无转向柱，碰撞时不会侵入驾驶舱。
缺点
（1）高成本：需要高可靠性电子元件和冗余系统。
（2）法规限制：目前部分国家要求保留部分机械备份（如丰田的SBW系统仍保留离合器应急连接）。
（3）消费者接受度：部分用户对“无机械连接”的转向方式存在疑虑。
四、总结
本文介绍了电动汽车的三种不同形式的转向系统及其工作原理。电动卡车由于转向负载大，EHPS（电动液压助力）仍然是目前的主流方案，它在助力强度、可靠性和成本之间取得了较好平衡。但随着高功率EPS技术的发展，未来部分电动卡车可能会转向EPS或混合转向系统。目前，EPS仍是性价比最高的解决方案，并大范围应用。未来电动汽车转向系统将从 EPS（电动助力） 向 SBW（线控转向）演进，SBW将凭借更高的灵活性和自动驾驶兼容性成为主流。