摘要：汽车电动助力转向（Electric-Power-Steering，简称EPS）系统，作为一种新型的汽车动力转向系统，是辅助驾驶员进行转向操作的转向系统，能够提高汽车安全性能，节约能源，有利于环保，是一项紧扣现代汽车发展主题“安全、节能、环保”的高新技术。电动助力转向系统一经出现就受到国内外汽车公司和设计人员的重视。本文对汽车电动助力转向系统跑偏分析与解决措施进行分析，以供参考。
关键词：电动助力转向系统;行驶跑偏;转向回正
引言
车辆行驶跑偏是指汽车在干燥平坦道路上直线行驶，在对方向盘不加任何力的情况下，车辆自动向一侧方向偏离原行驶轨迹的现象。GB7258—2017《机动车运行安全技术条件》中规定:机动车在平坦、硬实、干燥和清洁的道路上行驶不应跑偏，方向盘(或方向把)不应有摆振等异常现象。
1功能安全的商用车电动助力转向系统
近年来，随着汽车集成化、智能化程度的不断提高，汽车电子系统的复杂程度也在同步增加。为进一步提升汽车电子、电气系统的功能安全，相关国际标准《道路车辆功能安全》（ISO26262：2018）和国家标准《道路车辆功能安全》（GB/T34590—2017）相继出台。汽车转向系统作为车辆基础性功能器件，其性能直接影响到车辆的操纵稳定性和安全性。随着电子技术在汽车中的广泛运用，转向系统也较多地采用了电子器件，其中汽车电动助力转向（EPS）系统也越来越多地被应用在汽车上，EPS系统功能安全设计因此也成为了影响车辆安全行驶的重要因素。我国从2022年起开始实施国家标准《汽车转向系基本要求》（GB17675—2021），该标准明确指出，所有符合标准适用范围内的车辆均应满足功能安全开发要求；此外，该标准附录B中还规定了转向电子控制系统在功能安全方面的文档、安全策略及验证确认的具体要求。对于汽车转向系统的功能安全设计及验证方法，国内外学者也开展了大量研究。“汽车在中高速行驶时应防止线控转向系统发生非意向性转向力矩大于转向力矩边界值”和“汽车在中高速行驶时应防止线控转向系统发生无法转向”这2个功能安全目标和功能安全概念，并分别开展了相关设计及测试验证；针对汽车转向系统概念阶段的开发，提出了具体的测试场景及测试结果评价的安全度量参数；基于汽车EPS系统功能安全设计，提出了一套硬件在环测试方法，并验证了该EPS系统安全机制的设计效
果；尚世亮等对汽车电子电气系统故障注入方法、整车可控性指标进行了详细表述和系统性总结。
2电动助力转向管柱的整体布置
主要结构选型，电动助力转向管柱主要的结构包括：溃缩机构、调节机构、保持机构、驱动单元等。其主要选型依据：（1）溃缩机构，按照输入技术规范要求，满足溃缩曲线的前提下初步选用合适的扩缩型式：内溃式或外溃式。（2）调节机构：按照输入整车周边件定义手柄造型，按照技术要求选用手柄材质。（3）保持机构：按照输入安装点信息确定安装位置，再需要与溃缩、调节机构等进行几何空间配合。（4）驱动单元：按照输入技术规范要求，选用合适的传动装置及参数，如蜗轮蜗杆组合。
3汽车电动助力转向系统引发车辆跑偏的原因
3.1EPS中位标定操作不规范
方向盘安装未居中、四轮定位未调整完成就进行EPS中位标定、EPS中位标定时车轮没有摆正、四轮定位设备和中位标定设备故障都可能导致EPS标定中位与方向盘中位不一致。
3.2前悬挂预应力未释放
车辆出厂前的四轮定位调整时前悬架预应力未得到及时释放，出厂使用后应力释放导致车轮前束角度变化大、方向盘中位角度产生偏转，从而引起EPS标定中位与方向盘中位不一致。
4电动助力转向系统的开发过程
4.1助力形式
对于电动助力转向系统的开发，首先需要确定助力的形式。电动助力转向系统按电动机的布置位置不同分为转向轴助力式、齿轮助力式、齿条助力式。转向轴助力式电动助力转向机构的电动机布置在转向盘的下方，并经过蜗轮蜗杆减速机构与转向轴连接。这种布置形式使电动机输出的助力力矩相对小些，适用于前轴载荷较轻的乘用车上。齿轮助力式电动助力转向机构的电动机布置在与转向器主动齿轮相连的位置。这种布置形式与转向轴助力式相比，可以提供较大的助力力矩，适用于中型车。齿条助力式电动助力转向机构的电动机和减速机构等布置在齿条处，直接驱动齿条实现助力。这种布置形式与齿轮助力式相比，可以提供更大的助力力矩，适用于大型车。
4.2关键系统和零部件的开发
（1）转向器，转向器作为转向系统的重要部件之一，连接转向传动机构（转向管柱、转向中间轴）和转向节及转向车轮，是车辆完成转向功能的重要执行机构。（2）转向传动机构，转向传动机构是连接转向盘与转向器的传动机构。主要由两部分组成：一部分是转向管柱，另一部分是转向中间轴。它的作用是将转向盘上的手力传递给转向器，并将转向车轮受到的力和冲击反馈到转向盘使驾驶员能够感知路面情况，对车辆采取正确的操纵。转向系统的传动效率、转向系统的传动比、转向系统的刚度以及转向系统所能提供的最大齿条力等内容作为转向系统的性能要求需要在设计开发中进行重点关注。
5解决措施
5.1 EPS中位标定工艺优化
EPS中位标定工位设置在四轮定位下工位，由下工位检调员完成四轮定位调整后，在设备对中机构尚未退出状态下进行EPS中位标定，从而避免四轮定位上工位员工在定位调整没完成就进行EPS中位学习的不规范操作，同时保证EPS中位学习时车轮和方向盘处于摆正位置。
5.2检验工装和设备优化
四轮定位前安装10m以上长度的高强度颠簸带，车辆通过颠簸带的颠簸来释放悬挂预应力。一般情况下，大车型悬架刚度设计大，配置大轮胎，受力变形小;小型车悬架刚度设计较小，配置小轮胎，受力变形大。因此，四轮定位设备对中机构气压要根据车辆轮胎规格来设定，以防止对中机构过大的对中力矩导致小型车轮胎和悬挂的挤压变形，被检测车辆下检测线后形变恢复带来的定位参数变化。
5.3控制软件优化
控制软件优化包括控制策略优化、逻辑结构优化和算法优化等。针对车辆的特性，选择合适的控制策略、逻辑结构及算法，才能满足整车转向性能的使用要求。如上述EPS跑偏原因中的特定场景EPS绝对初始角度A01计算错误案例，采用另一家供应商的控制器，新控制器的P、S信号数值为216×216≈42．9亿个来表征1480°角度行程，算法精度满足需要，问题得到解决。
结束语
汽车转向系统故障转向管柱对应的技术要求繁多且复杂，本文以某电动助力转向管柱为例，列举溃缩、静态强度、调节机构强度等重要的性能要求进行仿真计算验证，通过设计优化、有限元计算辅助设计的思路，对外溃式电动助力转向管柱性能进行快速而准确地进行判断。该设计验证方法可以有效地降低设计开发周期和研发费用成本。除转向管柱外，汽车行业其他零部件的设计开发亦可以应用该思路，以便快速适应汽车行业快速迭代的趋势。
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