输出的功率比较有限，而重型货车上要求电机提供足够的转向助力，这就对电动机的效率提出了较高的要求。因为无刷电机不使用电刷传送电力，并且更容易使用位于定子侧的线圈进行冷却，所以便于产生高功率电力。大功率电动助力转向是今后汽车电子技术的发展方向，以电子技术、数字技术为后盾的无刷电机将在这一领域更具有长远的竞争优势。JTEKT开发了一种用于中型或大型车辆的带有集成可变齿轮比（E-VGR）的大功率齿条引导电动助力转向系统（RD-EPS）。 3.3 新型EPS控制技术及策略
在EPS转向系统中，良好的控制技术及策略直接影响到电动机的助力效果。EPS控制可分为上、下两层（控制原理如图3.1所示）：上层控制是确定具体的工作模式，并确定目标电流；下层控制是采用一定的控制方法实现对目标电流的跟踪控制。下层控制是保证输出的电流是上层控制所确定某个值，一般采用PWM输出。而上层控制根据输入信号的不同决定具体的工作模式：助力控制、回正控制和阻尼控制。汽车行驶工况是复杂多变的，EPS在工作时会受到来自路面的随机干扰和许多不确定因素的影响，这些外界因素对EPS的控制策略提出了较高的要求。随着智能控制技术的不断发展，需要进一步发展下列控制技术及策略。
图3.1 EPS系统的转向控制原理图
3.3.1 助力控制
助力控制是EPS的基本控制模式，在转向过程中为减轻转向盘的操纵力，通过减速机构把电机转矩作用到机械转向系（转向轴、齿轮、齿条）上的一种基本控制模式。根据车速、转向盘力矩大小和方向等信号，由助力特性电动机目标
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电流，通过电流控制器控制电动机输出力矩。助力控制主要解决转向轻便性和路感问题。 3.3.2 回正控制
回正控制就是对目标转向盘位置(0度)和实际转向盘位置之间的偏差进行比例积分调节，使助力电机将转向盘带到中位。其作用一般为：当汽车行驶速度较低时，回正过程中使电动机电流迅速减少，从而使车轮迅速回正；当汽车高速行驶时，使电机电流逐渐减少，车速越高，减小的幅度越小，从而确保了转向回正时行驶的稳定性。国内外对EPS转向系统的回正控制进行了大量研究，取得了较多的研究成果：基于转向盘转角信号进行回正控制能达到较好的控制效果，但会增加成本；对转向系统回正的动力和阻力进行分析，通过回正势能对回正进行补偿控制；通过估计这算到转向小齿轮上的轮胎回正力矩的方法实现主动回正控制；采用助力电动机电压控制模式进行回正操作等。这些成果基本都能实现较好的回正效果，但有些在实车中实现上存在一定的难度；再加上由于EPS增加了电机及减速机构导致转向系统摩擦力矩增大，影响了汽车的回正性能，因此，还需进一步突破回正控制的核心技术点。 3.3.3 阻尼控制
EPS运行过程中，由于控制器采样、电动机感应等可能引起系统的自激振荡，另外，路面不平度的输入也可能会使车轮发生摆振，进而引起方向盘抖动。为避免这此现象，EPS根据转向力的变化率，产生一个与方向盘转速相反的力矩，并且在整个车速范围内进行优化，从而确保系统稳定运行，这就是阻尼控制。汽车高速行驶时，如果转向过于灵敏，会影响行车的稳定性，阻尼控制很好地解决了这个问题。 3.3.4 噪声控制
在加强上述三种转向活动控制策略研究的基础上，还要解决转向过程中伴随的噪声干扰问题。在人们对汽车舒适性要求不断提高的今天，对汽车的振动噪声进行研究已经受到越来越多的关注。助力转向系统是车上距离驾驶员最近的噪声源之一，其在转向时若发出异响，将严重影响驾驶员及乘客的乘坐舒适性，因此在确保合适转向助力的同时降低噪声是优化EPS转向系统性能的手段之一。
上述无刷电机取消了电刷，也就相应减少了电刷与其他零部件摩擦或撞击而
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引起的噪声。但无刷电机具有较大的功率，也就加大了发动机产生的异响，再加上机械振动、扭矩传感器测量及路面干扰而引发的噪声，是EPS转向系统噪声的主要来源。为解决柱基安装EPS的声振问题，Nexteer公司开发了轻质柔韧的塑料联轴器（Plastic Coupling）替代原先的钢制联轴器，具有显著降低噪声的效果。
3.4 故障诊断功能
电控单元接收信号并控制电动机操作，因此，转向操作在一定程度上独立于驾驶员的控制，这就导致了EPS转向装置可能出现多种故障模式。作为影响汽车安全的重要技术之一，EPS转向系统必须具备故障检测与诊断功能，确保转向工作的可靠性。
系统停止工作是EPS常见的故障，由于转向传动比设定得比较小，在没有助力的情况下转向盘会变得非常沉重，甚至完全无法转向；另一种严重故障是在驾驶员没有转向输入的情况下，电动机接收到异常控制，对转向系统施加转向助力，这样对汽车尤其是在高速行驶时的安全造成很大威胁。因此，当控制器、传感器信号或助力电机等部件出现异常时，EPS转向系统一方面要及时警示驾驶员故障状态并记录准确的故障信息；另一方面需要采取冗余容错控制方法，根据故障程度及等级，保证系统工作的可靠性及行车的安全性。 3.5 系统匹配与集成技术
现代汽车电子技术的发展使汽车的电子化程度越来越高。在EPS中引入CAN总线技术，可以减少EPS中传感器的数量，使EPS的ECU与其它车载电子控制单元完成通信，实现数据共享。通过CAN总线，EPS转向系统可以与整体电机系统连成一体，便于控制，促进整车联网技术的发展。另外，基于EPS的其他辅助驾驶功能的集成运用，如自动泊车功能、线路保持功能和侧风补偿功能等正在积极的研究开发之中。 3.6 自动转向和全电动转向技术
无人驾驶是汽车行业的热门研究话题之一，与无人驾驶匹配的自动转向系统也将成为汽车电子领域的一项高新技术，符合汽车智能转向的发展方向。随着现代通讯技术和智能交通系统的进一步完善，将不断地加快自动转向系统的研发进程。
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EPS转向产品依靠人力和电机助力两部分来驱动转向轮转向。随着技术的不断进步，驱动转向轮转向的力完全由电动机提供的全助力式电动转向系统是汽车转向的发展趋势之一。前面介绍的线控转向系统就是一种全电动转向技术。与EPS相比，SBW转向系统的控制器对驾驶员的操作指令或汽车的状态进行判断，必要时自动进行驾驶控制，提供了性能更佳的操纵稳定性。全电动转向系统有着广阔的应用前景，且为未来低排放、零污染燃料电池汽车提供了良好的技术平台。
4 国内外EPS主要制造商及产品介绍
国外EPS的研发起步较早，并且已形成了一批技术成熟的EPS转向系统的龙头生产企业。近年来，国外制造商纷纷在中国成立了EPS生产基地，同时国内也出现了少量能够实现独立生产的内资企业，汽车EPS转向系统在中国的发展处于快速进步阶段。 4.1 捷太格特（JTEKT）
捷太格特是原光洋精工和原丰田工机株式会社于2006年1月合并后成立的新的公司。捷太格特主营领域为转向系统、轴承、机床、汽车设备等。其中，转向系统行业的市场份额位居世界第一，并结合轴承行业、机床行业及传动行业成为主要的四大行业。捷太格特拥有能够综合提供世界顶级水平的系统的能力。 4.1.1 捷太格特（中国）
捷太格特于成立之处就开始在中国设立分公司，截至目前，在中国已经拥有多家转向系统、轴承及机床生产基地。捷太格特在华的7家转向系统生产企业中，厦门捷太格特是最大的转向系统生产商，且销售额最大。厦门捷太格特公司于2007年6月正式投产，是日本捷太格特在华专门生产EPS转向系统的工厂。
早期厦门捷太格特从日本进口电机、传感器、控制单元等部件，自己生产机械部分，然后在国内组装形成EPS产品。目前，传感器也实现自产，无刷电机还未实现国产。厦门捷太格特主要生产C-EPS，其余高端EPS产品多从日本原装进口或是刚启动研发的进程。 4.1.2 EPS产品概况
作为可提供各类型转向器系统的供应商，为满足“环保”、“安全”、“舒适”
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的操纵性能，捷太格特正在努力推进节能和小型轻量化、高输出和低惯性化的转向系统，为世界汽车机械和电子技术的发展作出贡献。图4.1展示了捷太格特各类型的EPS产品及特征。
图4.1 捷太格特各种EPS产品
图中分析了捷太格特的五种主要EPS转向系统的特征。产品6（E-VGR，Electronically controlled variable gear ratio）是EPS中的组成部件，即电控式可变齿轮比装置。产品1、2和4分别是齿轮式、转向柱式及齿条式EPS转向装置。产品3即为上文提到的电控液压式助力转向系统，是纯EPS系统的先导产品。产品5是齿条直接驱动式（RD-EPS，Rack direct drive type）EPS转向系统。4和5这两种齿条式助力转向产品都实现了大功率与低噪声的双重目的，符合目前大中型汽车转向系统的发展要求。 4.1.3 智能前转向技术（RD-EPS+E-VGR）
E-VGR可变齿轮比转向器和智能前转向IFS（Intelligent Front Steering）是捷
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