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又稱轉(zhuǎn)向傳感器，其作用是測量方向盤與轉(zhuǎn)向器之間的相對扭矩，是電動助力的基礎(chǔ)之一。

扭矩傳感器的基本工作原理如圖12-69所示。

圖12-69扭矩傳感器原理

a)結(jié)構(gòu)圖；b)示意圖

由磁性材料制成的定子和轉(zhuǎn)子可以形成閉合磁路，線圈A、B、C、D分別繞在極靴上形成橋式電路。轉(zhuǎn)向桿的扭轉(zhuǎn)角度與扭矩成正比，所以我們可以通過測量轉(zhuǎn)向桿的扭轉(zhuǎn)角度來間接知道轉(zhuǎn)向力。

連續(xù)脈沖電壓信號Ui被施加到線圈的U端子和T端子。當(dāng)轉(zhuǎn)向桿上的扭矩為零時，定子和轉(zhuǎn)子之間的相對角度也為零。此時，轉(zhuǎn)子的縱向?qū)ΨQ面位于定子AC和BD的對稱面上，每個極片上的磁通相同。電橋是平衡的，V和W的電位差U0=0。

如果轉(zhuǎn)向桿上有力矩，定子和轉(zhuǎn)子之間的相對角度不為零，那么轉(zhuǎn)子和定子之間就會產(chǎn)生角位移。極靴A和D之間的磁阻增加，而極靴B和C之間的磁阻減少。每個極靴的磁阻不同，電橋失去平衡，在V和w之間產(chǎn)生電位差，這個電位差與杠桿的扭轉(zhuǎn)角度和輸入電壓Ui成正比，這樣就可以知道方向盤杠桿的扭矩。

圖12-70顯示了一種實用的扭矩傳感器結(jié)構(gòu)。其工作原理與上述基本相同，其優(yōu)點是安裝方便。

圖12-70實際應(yīng)用中的扭矩傳感器

1-檢測環(huán)；2-檢測線圈；3-輸入軸；4-輸出軸

日本富士重工電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)使用的扭矩傳感器，測量負(fù)載扭矩引起的扭桿扭轉(zhuǎn)角位移，并轉(zhuǎn)換為電位器的電阻變化。轉(zhuǎn)子上產(chǎn)生的電信號由定子通過滑環(huán)傳輸，其結(jié)構(gòu)如圖12-71所示。

圖12-71日本富士重工電控電動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)扭矩傳感器

1軸；2-扭桿；3-輸出端；4-外殼；5-電位計；6-舵機；7-滑環(huán)

注意：關(guān)于車速傳感器的結(jié)構(gòu)和工作原理，請參考自動變速器部分。

電機、離合器和減速機構(gòu)

由電機、離合器和減速機構(gòu)組成的整體稱為電機總成，其結(jié)構(gòu)如圖12-72所示。

圖12-72電機組件

1-電磁離合器；2-渦輪；三斜齒輪

1)電機

轉(zhuǎn)向電機是一般的永磁電機(原理不贅述)。通過控制其輸入電流來控制電機的輸出扭矩，通過電子控制單元(ECU)輸出的正反轉(zhuǎn)觸發(fā)脈沖來控制電機的正反轉(zhuǎn)。圖12-73是一個簡單適用的正反向控制電路。

圖12-73電機正反轉(zhuǎn)控制電路

A1和a2是觸發(fā)信號端子。從電子控制器獲得的DC信號被輸入到端子a1和a2，以觸發(fā)電機向前和向后旋轉(zhuǎn)。當(dāng)端子a1接收到輸入信號時，晶體管T3導(dǎo)通，基極電流導(dǎo)通晶體管T2。電流通過T2管的發(fā)射極和集電極，電機M和T3管的集電極和發(fā)射極接地，電機隨著電流通過正轉(zhuǎn)。當(dāng)端子a2接收到輸入信號時，晶體管T4導(dǎo)通，并且晶體管T1通過基極電流導(dǎo)通。電流通過T1管的發(fā)射極和集電極，電機的M管和T4管的集電極和發(fā)射極接地，使電機由反向電流換向。通過控制觸發(fā)信號端子處的電流，可以控制通過電機的電流。

2)離合器

一般采用干式單片電磁離合器，如圖12-74所示。工作電壓為DC12V，額定轉(zhuǎn)速下傳遞的扭矩為15nm，線圈電阻(20小時時)為19.5。

圖12-74電磁離合器的工作原理

1-滑環(huán)；雙線圈；3-壓力板；4-樣條；5-從動軸；6-驅(qū)動輪；7滾珠軸承

其工作原理是：當(dāng)電流進入時

注意：由于轉(zhuǎn)向助力的工作范圍被限制在一個速度范圍內(nèi)，離合器一般被設(shè)置在一個速度范圍內(nèi)。比如車速超過30km/h，離合器會脫開，電機會停止工作，沒有轉(zhuǎn)向助力。當(dāng)電機停止工作時，為了不使電機和離合器的慣性影響轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，應(yīng)及時分離離合器，切斷輔助動力。當(dāng)系統(tǒng)中的電機出現(xiàn)故障時，離合器會自動分離，這意味著仍然可以恢復(fù)手動轉(zhuǎn)向。

3)減速機構(gòu)

目前減速機構(gòu)的組合有很多種，一般是渦輪蝸桿和轉(zhuǎn)向軸驅(qū)動的組合；有的還采用兩級行星齒輪和傳動齒輪的組合，如圖12-75所示；圖12-72顯示了渦輪和斜齒輪的組合。渦輪與固定在轉(zhuǎn)向柱輸出軸上的斜齒輪相嚙合，使電機的旋轉(zhuǎn)減速，并傳遞給輸出軸。為了抑制噪音和提高耐用性，減速機構(gòu)中的齒輪有的采用特殊齒形，有的采用樹脂材料。

圖17-75兩級行星齒輪減速機構(gòu)

1-轉(zhuǎn)向扭矩傳感器；2-旋轉(zhuǎn)軸；3-扭桿；4-輸入軸；5-電機和離合器；6-行星小齒輪a；7-太陽齒輪；8-行星小齒輪b；9-驅(qū)動小齒輪；10-齒圈b；1-齒圈a

3.控制設(shè)備和控制邏輯

電動助力轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)如圖12-76所示。該系統(tǒng)的核心是一臺帶有4K只讀存儲器和256RAM的8位微型計算機。

圖12-76電動助力轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)

轉(zhuǎn)向扭矩信號和車速信號通過輸入接口發(fā)送到微型計算機。隨著車速的增加，微型計算機控制輔助馬達的電流以減小輔助扭矩。發(fā)動機轉(zhuǎn)速信號也發(fā)送到微型計算機。發(fā)動機怠速時，助力電機和離合器因供電不足而不工作。因此，當(dāng)EPS工作時，EPS ECU必須控制發(fā)動機在高怠速下工作。

點火開關(guān)的ON/OFF信號通過A/D轉(zhuǎn)換接口發(fā)送到微機。當(dāng)點火開關(guān)關(guān)閉時，電機和離合器不能工作。微電腦輸出控制指令通過D/A轉(zhuǎn)換接口送到電機和離合器的驅(qū)動放大電路，控制電機和離合器的轉(zhuǎn)動。電機的電流通過驅(qū)動放大電路、電流表A和A/D轉(zhuǎn)換接口反饋給微機，即把電機的實際電流與根據(jù)微機的指令應(yīng)該給定的電流進行比較，調(diào)整電機的實際電流使之接近。

至此，我們對電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)有了基本的了解，但似乎并不直觀和現(xiàn)實。一個實用的電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)如圖12-77所示，并應(yīng)用于三菱MINI（查成交價|參配|優(yōu)惠政策）ka?？刂葡到y(tǒng)圖如圖12-78所示。

圖12-77三菱微型車電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理。

1速傳感器；2-速度計輸出電纜的位置；3-傳動軸；4-車速信號(主)；5-車速信號(副)；6-電子控制器；7-在副駕駛的腳邊；8-電機；9-扭桿；10個機架；11-點火電源；12-電池；13-發(fā)電信號；14-指示燈電流；15-增加空載電流；16-電機電流；17-離合器電流；18-扭矩信號(主)；19-扭矩信號(次級)；20-離合器；21-電機齒輪；22-傳動齒輪；23-小齒輪；24-點火開關(guān)；25-保險絲；26-扭矩傳感器；27-轉(zhuǎn)向器總成；28-交流發(fā)電機(L端子)；29-指示燈；30-怠速升降電磁法；31-發(fā)動機電子控制器；32-電機和離合器

圖三菱微型車電動EPS電子控制系統(tǒng)

從圖12-77和圖12-78可以看出，交流發(fā)電機的“L”端可以看作是向電子控制器輸入信號的傳感器，通過交流發(fā)電機“L”端的電壓可以判斷發(fā)動機是否在轉(zhuǎn)動。當(dāng)發(fā)動機未啟動時，系統(tǒng)無法工作。

電機離合器接收電子控制器輸出的控制電流，產(chǎn)生助力扭矩，通過傳動齒輪減速，再通過小齒輪實現(xiàn)動力轉(zhuǎn)向，電機的動力通過行星齒輪機構(gòu)傳遞。離合器是由電磁鐵和彈簧組成的電磁離合器。

當(dāng)點火開關(guān)接通時，EPS電子控制器通電，因此

行駛時，電子控制器根據(jù)不同車速下的方向盤扭矩控制電機的電流，完成電子轉(zhuǎn)向和普通轉(zhuǎn)向控制之間的轉(zhuǎn)換。當(dāng)車速高于30km/h時，會轉(zhuǎn)為普通轉(zhuǎn)向控制。電子控制器沒有離合器信號和電機電流輸出，離合器處于分離狀態(tài)。當(dāng)車速低于27km/h時，EPS電子控制器輸出離合器信號和電機電流，普通轉(zhuǎn)向控制轉(zhuǎn)為助力轉(zhuǎn)向。

EPS控制器還具有自校正控制功能。當(dāng)電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，能自動切斷電機輸出電流，恢復(fù)正常轉(zhuǎn)向功能；同時，車速表中的EPS警示燈亮起，通知駕駛員動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)出現(xiàn)故障。

總結(jié)：

電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的一種形式，主要由扭矩傳感器、轉(zhuǎn)速傳感器、電機、電磁離合器、減速機構(gòu)和電子控制器組成。

當(dāng)系統(tǒng)設(shè)定速度低于27km/h時，系統(tǒng)將切換到電動助力轉(zhuǎn)向模式。速度越低，助力電機的電流越大。當(dāng)車速高于30km/h時，將轉(zhuǎn)為普通轉(zhuǎn)向控制(無輔助)；

當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，能自動切斷電機輸出電流，恢復(fù)正常轉(zhuǎn)向功能；同時，車速表中的EPS警示燈亮起，提醒駕駛員。