通常，EPS由检测驾驶员的转向扭矩的扭矩传感器、根据扭矩信号计算辅助扭矩并控制电机驱动的EPS ECU、产生辅助动力的电机、将电机的驱动力传递到转向机构的减速器等组成。 EPS的组成 1 EPS的类型 如下图所示，根据电机的类型和辅助位置，EPS可分为转向柱辅助、齿轮辅助和齿条辅助三种。 带转向柱的电动助力转向系统因其成本低廉而被广泛使用。齿轮助力EPS就是在齿轮附近布置一个电机。齿条助力EPS的最终输出端是靠近轮胎的齿条，所以功率损耗小；而且执行机构距离驾驶员较远，具有声音小、震动小的优点，多用于高档车。齿条助力式EPS的执行器和控制器都布置在发动机舱内，需要耐热和防水，所以系统成本增加。 2EPS电机 可用于EPS的电机分为有刷电机和无刷电机。 有刷电机在电刷和换向器旋转的同时开关电流，所以接通电源就能旋转，成本低。而有刷电机的绕组布置在转子侧，随着输出功率的增大，电机的惯性矩增大，需要解决转向灵敏度差的问题。 无刷电机本身不具备整流功能，需要内置转角传感器，通过电路切换转角信号对应的电流，结构复杂，成本高。而无刷电机的绕组布置在定子侧，转子侧是磁铁，所以即使输出功率增大，也能抑制惯性矩增大的问题。 3扭矩传感器 扭矩传感器是检测驾驶员转向扭矩的传感器，是检测EPS所需基本信息的重要装置。其结构如下图所示，由安装在转向轴上的扭杆和检测扭杆扭转角度的传感器组成。 扭矩传感器的结构 EPS的扭矩传感器是一个非常重要的部件，所以常用的是非接触式的，可以保证可靠性。接下来，将解释非接触式扭矩传感器的三种主要方式。 (1)磁感应磁感应是指安装在扭杆上下位置的检测线圈和补偿线圈的凹凸相对位置随着扭杆的扭转而变化的方式，通过安装在外侧的检测线圈获得相应的磁路变化，这种方式的扭矩传感器已经得到了广泛的应用。 磁感应扭矩传感器(图片来源：JETKT) (2)霍尔集成电路型霍尔集成电路型是在扭杆上布置多极磁铁，通过布置在其周围的磁束环聚集扭杆扭转产生的磁不平衡，使用霍尔集成电路的方法。霍尔集成电路具有温度特性，有些可以在集成电路中校正，符合实际情况。 霍尔集成电路扭矩传感器 (3)双旋变器式双旋变器式是在扭杆的上下位置安装转角传感器(旋转变压器)，直接检测各转角的数值，根据其差值计算出扭转量，并换算成扭矩的方法。 双解析器扭矩传感器(图片来源：JETKT) 使用直接角度传感器不仅可以检测扭矩，还可以检测转向角度。此外，如果旋转变压器用于扭矩传感器，电路应该设置在ECU侧。 4、EPS ECU EPS ECU由用于控制的微控制器、用于监控的集成电路(有时是微控制器)、电机驱动电路(驱动电路和开关电路)、用于开启和关闭电机路径和电源路径的继电器以及用于接收外部信号的接口电路组成。电机驱动电路的功能是通过PWM控制功率元件MOSFET。 EPS ECU(无刷)电路示例 如下图所示，EPSECU的印刷电路板由消除电源线干扰所需的线圈、吸收电流变化所需的电解电容、接通和断开电源所需的功率继电器组成。由于要求印刷电路板的体积不能太大，一些类型的印刷电路板配备了半导体继电器。 EPS ECU示例(带电刷) 5.控制 如下图所示，EPS功率控制可分为基本功率控制、辅助功率控制、电机电流控制和故障保护处理。各个厂家的控制方式不一样，这里介绍常见的控制方式。 EPS控制示例 (1)动力辅助的基本控制。为了补偿系统对扭矩传感器信号的响应延迟，应该实施相位补偿。根据相位补偿后的值，确定辅助力。这些控制与车辆特性密切相关，并且大多以地图的形式设置。此外，车速感测特性也可以通过车速调节辅助力来应用。之后，添加辅助控制量，并将最终辅助命令值给予当前控制部分。 (2)助力控制方向盘不仅受驾驶员转向操作的控制，路面对轮胎施加扭矩时，方向盘也会转动。因此，除了常规的动力辅助基本控制之外，还应该实施动力辅助的辅助控制。动力辅助的主要辅助控制是：排除电机的惯性矩时，进行“惯性补偿”，进行稳定的动力辅助；转向后，由于扶正力矩使方向盘回位时，进行相应的回位修正；当你放手又回头时，等等。为了完全稳定方向盘，进行“阻尼校正”；由于电机或机构部分的摩擦，导致助力延迟，进行相应的摩擦修正。修正量和动力图一样，是根据车辆特性变化的数值，要匹配后确定。 (3)电机电流控制为了使电机实时跟踪上述电机电流指令值，需要对电机电流进行控制。通常，在检测到电机电流后，校正与命令值相对应的差值，即反馈控制。此外，根据动力辅助命令值的半周期来设定电机电路控制周期。基本上，根据指令值和电流检测值的差值，可以实现PI(比例积分)控制，PI控制转换成电压指令值，电压指令转换成PWM占空比，通过PWM占空比来控制MOSFET的导通和关断，从而控制电机。 PWM控制(电刷) 此外，当使用无刷电机时，电机电流控制通常是矢量控制，以获得电机旋转角度信号。此时，矢量的D轴和Q轴也需要反馈PI控制。除反馈控制外，有些电机电流控制还采用观测器控制和模型匹配控制。 (4)故障安全型EPS为了给驾驶员提供10倍左右的转向力，需要快速检测助力的异常，并采取准确的应对措施(见下表)。 除了异常过热，EPS最应该避免的异常状态就是方向盘转不动，方向盘锁死，方向盘可以自由转动。当检测到可能的异常时，必须关闭系统。 所以大部分EPS都采用监控驾驶员转向力矩方向是否与助力方向一致的联锁方式。但是和其他系统一起工作的EPS已经投入使用，助力的方向不一定和转向力矩的方向一致。因此，在该系统中，采用了自行监测、控制和计算的方式。