二、齒條電動(dòng)轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)式REPS助力系統(tǒng)
    圖3所示為齒條電動(dòng)轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)式助力系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，它由機(jī)械與電氣兩部分組成，機(jī)械部分主要有齒條軸、轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)小齒輪、循環(huán)滾珠式減速裝置、左右兩邊的橫拉桿及車輪轉(zhuǎn)向節(jié)等；電氣部分包括助力驅(qū)動(dòng)電機(jī)，轉(zhuǎn)矩傳感器及轉(zhuǎn)向傳感器、ECU電控模塊、電源變頻裝置及車速傳感器等幾種部件所組成，電機(jī)直接安裝在齒條軸上提供助力，形成齒條電機(jī)助力式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。

    1．解角式轉(zhuǎn)矩傳感器的結(jié)構(gòu)
    解角式轉(zhuǎn)矩傳感器通常安裝在方向盤轉(zhuǎn)向柱的中部或下端，串接在方向盤的轉(zhuǎn)向軸與轉(zhuǎn)向齒條之間，轉(zhuǎn)矩傳感器的輸出裝置就是轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)小齒輪，它與齒條直接嚙合使齒條作左右直線運(yùn)動(dòng)，通過左右橫拉桿來驅(qū)動(dòng)車輪的轉(zhuǎn)向節(jié)左右擺動(dòng)而轉(zhuǎn)向。顯然轉(zhuǎn)矩傳感器在電動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中，是極重要的一個(gè)部件，它檢測(cè)駕駛員操縱方向盤轉(zhuǎn)向力矩的大小，并將此力矩轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，向轉(zhuǎn)向控制器ECU傳輸。
    圖4是解角式轉(zhuǎn)矩傳感器的分解圖，圖中部為其轉(zhuǎn)子總成外形圖，右部圖是其定子結(jié)構(gòu)圖，定子分上下兩層分別嵌有上定子線圈1和下定子線圈2（用紅字標(biāo)注）。它安裝在轉(zhuǎn)向器外殼內(nèi)，是固定不動(dòng)的，其上有七根不同顏色的細(xì)線，向轉(zhuǎn)向控制單元ECU輸出轉(zhuǎn)矩信號(hào)；定子的內(nèi)部是轉(zhuǎn)矩傳感器的轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)子的上端與方向盤軸用花鍵鋼性連接，轉(zhuǎn)子軸有上下的內(nèi)外兩層。圖中用紅色線標(biāo)識(shí)轉(zhuǎn)子線圈1，用蘭色線標(biāo)識(shí)轉(zhuǎn)子線圈2。兩個(gè)定子線圈與兩個(gè)轉(zhuǎn)子線圈在位置上是分別對(duì)應(yīng)的。轉(zhuǎn)子線圈1是裝在轉(zhuǎn)子空心軸上，與方向盤同步旋轉(zhuǎn)。而轉(zhuǎn)子線圈2則與轉(zhuǎn)向小齒輪一起旋轉(zhuǎn)，小齒輪的上部有較細(xì)的扭桿，插入空心軸內(nèi)，細(xì)扭桿的上端與空心軸的上端用橫銷相連，有花鍵與方向盤的輸出轉(zhuǎn)軸連接，隨著方向盤一起轉(zhuǎn)動(dòng)。扭桿下端是驅(qū)動(dòng)小齒輪，直接與齒條相嚙合，驅(qū)動(dòng)兩前輪左右擺動(dòng)而轉(zhuǎn)向。

    2．轉(zhuǎn)矩傳感器的輸出電壓
    轉(zhuǎn)矩傳感器的輸出電壓反映了駕駛員操縱轉(zhuǎn)向力矩。當(dāng)駕駛操縱方向盤轉(zhuǎn)向時(shí)，方向盤軸帶動(dòng)轉(zhuǎn)矩傳感器的轉(zhuǎn)子軸旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)子軸的空心軸與扭桿軸隨之轉(zhuǎn)動(dòng)?？招妮S的下端只有轉(zhuǎn)子線圈1，而沒有其他的負(fù)載，所以空心軸完全與方向盤同步旋轉(zhuǎn)；而靈敏的細(xì)扭桿軸下端是驅(qū)動(dòng)小齒輪，它與齒條嚙合以驅(qū)動(dòng)左右前輪擺動(dòng)。由于輪胎與路面有較大的摩擦力，反映扭桿軸上的驅(qū)動(dòng)齒輪是有載荷阻力的。在這個(gè)阻力的作用下，會(huì)造成細(xì)扭桿產(chǎn)生一定的扭曲形變，扭曲形變量的大小直接反映轉(zhuǎn)子線圈2與轉(zhuǎn)子線圈1兩者間產(chǎn)生的 “相位差”。兩個(gè)轉(zhuǎn)子線圈的轉(zhuǎn)角相位差可通過定子的上層和下層的線圈感應(yīng)，則定子線圈輸出轉(zhuǎn)向的感應(yīng)電壓信號(hào)到轉(zhuǎn)向ECU電控模塊，反映了駕駛員操縱方向盤的力矩，故這個(gè)裝置稱為轉(zhuǎn)向的轉(zhuǎn)矩傳感器。
    3．轉(zhuǎn)向助力電機(jī)與減速機(jī)構(gòu)
    轉(zhuǎn)向齒條軸橫置在駕駛室火墻的下方，其外殼內(nèi)裝有電機(jī)，向轉(zhuǎn)向系統(tǒng)提供助力。電機(jī)有直接采取DC直流無刷電機(jī)式的，也有用三相永磁無刷電機(jī)式的，其共同特點(diǎn)是電機(jī)的體積小可直接安裝在轉(zhuǎn)向器的齒條軸上，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量較小，轉(zhuǎn)向操縱十分靈活，運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的噪聲較低，輸出功率高。電機(jī)結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)如下。
    ①為減少助力電機(jī)的體積和增大電機(jī)的輸出功率，有的電機(jī)的工作電壓提升到三相交流電30V左右，有的三相交流電壓提升得更高，遠(yuǎn)高于蓄電池的電壓，可有效地減小電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的工作電流。由于電機(jī)工作電壓提升的需要，為此必須增加一個(gè)電壓提升的電路，以及必須的電源逆變電路來產(chǎn)生三相交流電，供三相驅(qū)動(dòng)電機(jī)使用。
    ②電機(jī)的轉(zhuǎn)子采用永磁材料，為使轉(zhuǎn)向齒條軸穿過電機(jī)的轉(zhuǎn)子，所以轉(zhuǎn)子內(nèi)部是空心的，電機(jī)與齒條軸是同軸結(jié)構(gòu)。如圖3所示，電機(jī)永磁轉(zhuǎn)子上還安裝有轉(zhuǎn)角傳感器的永磁轉(zhuǎn)子，與之相對(duì)應(yīng)的還有轉(zhuǎn)角傳感器的定子及其線圈，其信號(hào)傳給轉(zhuǎn)向ECU，反映了實(shí)際轉(zhuǎn)向及角度的大小。
    ③電機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)是通過減速裝置傳給齒條軸的，為高效傳遞轉(zhuǎn)矩減輕摩擦阻力，并減少運(yùn)動(dòng)的噪聲，這里采取了循環(huán)滾珠式的減速裝置，如圖3所示。齒條軸的延伸是滾珠絲杠，外套有滾珠螺母，絲杠與螺母間有循環(huán)流動(dòng)的滾珠。轉(zhuǎn)向電機(jī)轉(zhuǎn)子的高速旋轉(zhuǎn)通過外套的滾珠螺母，形成較大的減速比，并將滑動(dòng)摩擦轉(zhuǎn)換成滾動(dòng)摩擦，摩擦阻力異常輕巧，輕便的傳送給滾珠絲杠，使得齒條軸得以助力，整個(gè)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)變得輕便靈活，響應(yīng)極迅速。

    4．齒條平行軸式REPS電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)
    齒條驅(qū)動(dòng)式電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向裝置，有同軸式和平行軸式兩種形式，同軸式REPS輔助系統(tǒng)是指電機(jī)的空心軸與轉(zhuǎn)向器絲杠軸兩者同為一根軸，電機(jī)轉(zhuǎn)子直接驅(qū)動(dòng)絲杠螺母，并將轉(zhuǎn)矩傳遞給絲杠螺母，絲杠螺母副將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變成齒條的直線運(yùn)動(dòng)。本文前面所述的電機(jī)輔助助力系統(tǒng)就是同軸式的。
    平行軸式REPS是指轉(zhuǎn)向器助力電機(jī)轉(zhuǎn)子與轉(zhuǎn)向器絲杠軸兩者不同軸，而采用平行軸結(jié)構(gòu)，利用皮帶連接電機(jī)轉(zhuǎn)軸和絲杠螺母，滾珠絲杠上的循環(huán)滾珠作為減速機(jī)構(gòu)。平行軸式REPS主要由殼體、驅(qū)動(dòng)電機(jī)、滾珠絲桿、輸入齒輪軸總成、扭矩傳感器、ECU和軸承等構(gòu)成。
    現(xiàn)代歐美電動(dòng)車型中多用平行軸式電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向，我國(guó)新投產(chǎn)的比亞迪“秦牌”混合電動(dòng)汽車，大眾車系的“邁騰”轎車均采用了這種電動(dòng)轉(zhuǎn)向結(jié)構(gòu)，如圖5所示，這種齒條平行軸式REPS系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)部分，與齒條驅(qū)動(dòng)式電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向裝置一樣，它的轉(zhuǎn)向絲桿亦是采取十分省力靈活的滾珠結(jié)構(gòu)。