电动助力转向系统对小型轿车低速转向轻便性的优化效果

引言

小型轿车在城市道路环境中频繁面临低速行驶与转向操作，如停车入位、路口转弯等场景。在此类工况下，转向轻便性成为影响驾驶体验与操作安全性的关键因素。传统的液压助力转向系统虽在一定程度上减轻了转向力，但难以灵活满足不同驾驶条件下对转向助力的多样化需求。电动助力转向系统作为一种新型转向技术，凭借其独特的助力调节方式与智能化控制特性，为提升小型轿车低速转向轻便性带来了新的解决方案，逐渐在汽车领域得到广泛应用与关注。

一、电动助力转向系统概述

（一）系统构成

电动助力转向系统主要由转矩传感器、车速传感器、电动机、减速机构以及电子控制单元（ECU）等部分构成。转矩传感器用于实时监测驾驶员转动方向盘时施加的转矩大小与方向，将机械信号转化为电信号传递给ECU；车速传感器负责检测车辆行驶速度，并将车速信息反馈至ECU；电动机作为提供助力的核心部件，在ECU 的控制下输出相应的转矩；减速机构则将电动机输出的高转速、低转矩转换为适合转向系统的低转速、高转矩，以实现有效的助力传递；ECU 作为系统的“ 大脑” ，接收并综合处理来自转矩传感器和车速传感器的信号，依据预设的控制策略向电动机发出指令，精确调控助力大小与方向。

（二）工作原理

当驾驶员转动方向盘时，转矩传感器感知到输入轴与输出轴之间由于转矩作用产生的相对扭转角度，并将其转换为电信号传送给ECU。同时，车速传感器将实时车速信号也传输至ECU。ECU 根据接收到的转矩信号和车速信号，按照特定的控制算法计算出所需的助力转矩大小与方向。随后，ECU 向电动机控制器发出指令，控制电动机运转，电动机产生的助力转矩通过减速机构放大后，叠加到驾驶员施加的转向转矩上，共同作用于转向系统，实现轻松转向操作。例如，在车辆低速行驶时，ECU 根据车速低、转矩需求大的情况，控制电动机输出较大的助力转矩，以减轻驾驶员的转向负担；而在高速行驶时，为保证车辆行驶稳定性，ECU 则减小电动机的助力输出。

（三）发展历程

转向系统历经了从机械式转向系统到液压助力转向系统，再到电控液压助力转向系统，最终发展为电动助力转向系统的演变过程。早期的机械式转向系统完全依靠驾驶员自身力量转动方向盘，转向操作费力，尤其是在低速行驶或大角度转向时，驾驶员负担沉重。液压助力转向系统的出现，利用发动机驱动液压泵产生压力，为转向提供辅助力，显著改善了转向轻便性，但存在无法兼顾高低速不同转向需求、能耗高以及液压系统复杂易出现故障等问题。电控液压助力转向系统在液压助力转向系统基础上增加了电控单元，可根据车速调节助力大小，但仍未摆脱液压系统固有缺陷。随着电子技术与电机控制技术的飞速发展，电动助力转向系统应运而生，它以其节能、灵活的助力调节特性以及良好的回正性能等优势，逐渐成为现代汽车转向系统的主流发展方向。

二、小型轿车低速转向轻便性需求分析

（一）低速行驶工况特点

小型轿车在城市拥堵路况、停车场泊车以及小区内行驶等低速工况下，频繁进行转向操作，且转向角度通常较大。车辆行驶速度一般低于 30km/h ，甚至在停车入位时接近零速。在此过程中，驾驶员需要频繁转动方向盘，对转向系统的轻便性要求极高，若转向操作过于费力，不仅会增加驾驶员疲劳感，还可能影响驾驶安全性与操作准确性。

（二）对转向轻便性的要求

在低速行驶时，理想的转向轻便性要求驾驶员能够以较小的力轻松转动方向盘，实现车辆的灵活转向。转向力应保持在一个合理范围内，既不能过重导致驾驶员操作困难，也不能过轻使驾驶员失去对转向的操控感。同时，转向系统应具备良好的跟随性，即方向盘的转动角度与车辆实际转向角度之间能够保持精准的对应关系，确保驾驶员能够准确控制车辆行驶方向。此外，转向系统在回正过程中也应顺畅自然，能够迅速、平稳地将方向盘回位至中间位置，减少驾驶员的额外操作。

（三）传统转向系统的局限性

传统液压助力转向系统所提供的助力大小主要依赖于液压泵的输出压力，而液压泵由发动机直接驱动，其输出压力难以根据车速和驾驶工况进行实时、精准调节。在低速行驶时，虽然液压助力能够在一定程度上减轻转向力，但由于助力大小相对固定，无法根据驾驶员实际需求进行灵活调整，可能导致转向力仍然较大，影响转向轻便性。并且，液压系统存在内泄漏、管路压力损失等问题，会进一步降低助力效果，增加转向操作难度。此外，传统转向系统的回正性能往往不尽人意，在低速转向后，方向盘回正速度慢、回正不彻底，需要驾驶员手动辅助回正，降低了驾驶便利性。

三、电动助力转向系统对低速转向轻便性的优化机制

（一）助力特性调节

电动助力转向系统的助力特性可通过软件编程进行灵活设定与调整。在低速工况下，系统能够根据车速、转矩传感器信号以及预设的助力特性曲线，为驾驶员提供较大的助力转矩。随着车速的升高，助力转矩逐渐减小，实现了助力大小与车速的动态匹配。这种根据驾驶工况实时调节助力特性的方式，使得小型轿车在低速行驶时转向极为轻便，有效减轻了驾驶员的操作负担，同时在高速行驶时，又能保证驾驶员获得适当的转向力，维持良好的路感与车辆稳定性。例如，通过对助力特性曲线的优化设计，可使车辆在停车入位时，转向力降低至传统转向系统的 50% 以下，大幅提升转向轻便性。

（二）回正性能改善

电动助力转向系统具备先进的回正算法，能够在车辆转向后，根据转向角度、车速以及车辆动力学参数等信息，精确控制电动机输出适当的回正力矩。在低速转向时，系统施加的回正力矩可确保方向盘迅速、平稳地回位至中间位置，避免出现回正不足或回正过度的情况。与传统转向系统相比，电动助力转向系统的回正性能得到显著改善，驾驶员无需再手动频繁调整方向盘位置，提高了驾驶的舒适性与便利性。例如，在进行90 度低速转弯后，电动助力转向系统能够在 1 秒内将方向盘回正至误差在 5 度以内的中间位置，而传统液压助力转向系统可能需要 2-3 秒，且回正精度较差。

（三）减少转向阻力

电动助力转向系统取消了传统液压助力转向系统中的液压油泵、油缸、液压管路等复杂部件，减少了系统内部的机械摩擦与液压阻力。同时，电动机及减速机构与转向柱或转向器的一体化设计，使得整个转向系统结构更加紧凑，传动效率更高。这些因素共同作用，有效降低了转向系统的整体阻力，进一步提升了小型轿车在低速行驶时的转向轻便性。实验数据表明，相比传统液压助力转向系统，电动助力转向系统可使转向阻力降低约20%-30% ，使驾驶员在转动方向盘时感受到明显的轻便感。

结束语

电动助力转向系统凭借其灵活的助力特性调节、出色的回正性能改善以及有效减少转向阻力等优势，显著提升了小型轿车在低速行驶时的转向轻便性，为驾驶员带来了更加轻松、舒适的驾驶体验。尽管目前该系统在成本控制、可靠性提升等方面仍面临一定挑战，但随着电子技术、材料技术以及制造工艺的不断进步，电动助力转向系统有望在未来实现更加广泛的应用与更深入的优化。

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