EPS通过一个转向电机产生作用力并传入到转向系统，辅助驾驶员更好地完成对车辆的控制。为了完成这种要求，转向功能要按照驾驶员的意愿进行反应，并且转向系统的运动状态要适当。驾驶员的意愿在这里是由扭矩传感器测量驾驶员施加到转向器输入轴上的扭矩，并利用相关的算法来获知的。转向系统的运动状态通过一个角度传感器来获得，这个信号可以通过转向管柱上的角度传感器测量得到，或者是通过转向齿条的位置传感器计算得到。这个信号表示的是方向盘的绝对转角。
转向功能可分成以下几部分：
（1）基本的转向功能。基本的转向功能是指驾驶员必须保持或者施加一个力矩来操控方向盘。此外，方向盘脱手时的车辆性能也可以通过转向功能来影响。
（2）转向手感控制。转向手感控制的根本任务是操控稳定性，转向功能所需要的力矩不会产生不希望的振动和其他干扰。
（3）转向电机控制。车辆操控稳定性和转向敏捷性通过触觉和转向系统连接在一起，电机控制方面的不足会很大程度地降低系统性能。例如电机控制响应太慢，驾驶员的感受为转向性能迟钝，整个车辆的性能也会变得迟钝。转向盘上的轻微颤动以及转向系统异样的声音都会让人产生整车操控稳定性差的印象。
1.转向功能
转向功能决定了驾驶员在操控转向盘时所需要施加的力。包含直线行驶中的静态把持方向盘以及在转入和转出弯道的弯道行驶中的动态操控方向盘。此外，转向功能还包含方向盘脱手的自由状态下的性能，以及泊车时的转向性能。
也就是说，转向功能必须考虑许多种工况，让驾驶员感觉转向系统“善解人意”。可分成以下几个方面。
1.1基本的转向功能
基本的转向功能包括四个方面：助力转向、摩擦补偿、惯性补偿、阻尼模拟。基本的转向功能与车辆速度相关，即速度参数化。下面介绍这种功能的作用方式，并说明如何与速度相关。
（1）助力转向
最基本也是最重要的功能就是助力转向。该功能的任务是，作用在齿条上的转向力不必完全由驾驶员施加在方向盘上的力来产生，而是大部分由EPS电机来产生。这个任务实现的不同方式以及不同的参数化强烈影响着齿条上的作用力与方向盘上驾驶员施加力的比值，最终表现在驾驶员的转向感觉上。
为了更好理解，可以想象，在准静态情况下齿条力的平衡可以有下面的近似关系：
齿条力=转向传动比x扭杆力矩+电机力矩传动比x电机力矩
其中，扭杆力矩由驾驶员施加在方向盘上的力来产生，电机力矩则是属于转向电机的助力部分。也就是说，齿条上一定大小的力可以由扭杆力矩和电机力矩组合起来进行平衡。
电机力矩和扭杆力矩之间的比例分配对于驾驶员的转向感觉起着决定性作用，并且影响着驾驶员对于齿条力变化的感知。当驾驶员由于齿条力而承受扭杆力矩时，驾驶员可以获得反馈信息。在这里，较大比例系数意味着齿条力小的变化会导致扭杆力矩很大的变化，对于驾驶员而言，这样可以很好地感知路面的粗糙度和不平度。
在车辆速度较低的情况下，特别是原地静止状态下，齿条力达到最大值。在这种情况下，驾驶员不需要通过路面不同的反馈来获知路面状况，这时助力转向可以这样设计，整个转向过程从一端到另外一端都保证转向舒适性。较低速度范围的上限取决于横向加速度以及齿条力。在这个速度范围内，助力转向的特性必须明显不同。所要面临的挑战是，如何在不同的速度范围之间进行匹配，实现和谐过渡。
再来考察上面介绍的力平衡。可以确定，这个平衡只有在假设转向系统没有摩擦也没有惯性的前提下才会成立。但是转向系统中相互运动的部件的连接部位都有摩擦，每个运动部件都有惯性，特别是EPS电机的转子，而平衡方程中都没有考虑。为了能够满足假设，那么必须尽可能减小摩擦和惯性。
（2）摩擦补偿
减小摩擦的目的是减小摩擦力的影响，使前面介绍的力平衡关系成立。该策略可以通过产生一个与运动状态和助力大小相关的补偿力矩来实现。
最简单的摩擦补偿为在整个转向过程中补偿力矩为一个定值。这个补偿力矩永远施加在运动方向上，在静止状态则施加在与助力相同的方向上。
这种简单的摩擦补偿只在某些条件下符合实际。一方面这个补偿力矩本身就很不稳定，另外一方面实际的摩擦也是变化的，未加考虑。摩擦变化的首要原因是时效老化，并且温度变化会让摩擦力在很大范围内波动。由于转向系统内部摩擦的物理因素，摩擦力补偿不需要对速度进行参数化。
（3）惯性补偿
考虑EPS中方向盘到齿条的传动比，在转向系统中运动部件的质量不可忽略。前面列出的力平衡公式并没有考虑这些质量的惯性作用。产生的结果是，齿条上的动态激励没有对扭杆力矩产生影响，也就是驾驶员在起动转向时总是必须先克服惯性力。惯性补偿功能的任务就是减小惯性对转向感觉的影响。
在这里也只是考虑简单的惯性补偿。首先测量EPS电机的转子位置或者转子速度，可以通过求导得到此时的转子加速度。根据转子加速度以及总的惯量可以算出需要的补偿力矩，于是EPS电机会在助力力矩和摩擦补偿力矩的基础上，另外增加一个补偿力矩来抵消惯性影响。这种简单的惯性补偿非常敏感，难以在实际中应用。同样，考虑惯性影响的物理因素，惯性补偿也不需要进行速度参数化。
（4）阻尼模拟
考虑摩擦力和惯性补偿的转向系统对于力平衡中的干扰反应非常敏感。路面激励会立刻引起很大的系统加速度，驾驶员将会感受到路面冲击。即使驾驶员把持方向盘时稍微改变力矩就会引起系统强烈的运动，整个转向系统显得非常敏感。为了减小这种不希望出现的特性，必须给转向系统增加阻尼。在EPS系统中有相应的功能来实现阻尼的模拟。
实现阻尼功能的简单方式是，让EPS电机产生一个阻止转向运动的力矩，这个阻止力矩正比于转向速度。模拟这种阻尼和我们的设计理念是相矛盾的，我们的设计理念是电机应该帮助驾驶员进行转向运动，要实现这种恰到好处的阻尼要花费大量精力。
阻尼功能的速度参数化是有意义的。在静止状态，只需抑制方向盘的限位撞击和余振，在高速时则需要产生适当的阻尼，来阻止在弯道行驶中放开方向盘时方向盘的过大振动所造成的车辆左右摇晃。
1.2扩展的转向功能
除了已经介绍的助力转向基本功能、摩擦补偿、惯性补偿和阻尼模拟功能等，EPS还需要包括一些其他的扩展功能。
（1）主动回正
现代车辆的前桥结构决定了车辆在直线行驶时回正性能常常不令人满意，特别是车速较低时。其中一部分原因是，车桥结构导致在到达几何限位位置之前力就已经改变，转向会更快进入到限位位置，也就是转向的倒吸现象。
主动回正功能的任务是来改善这种现象。其基本思想是，EPS电机产生一个力矩，这个力矩大小与方向盘转角以及转向运动相关，方向是让车辆保持直线行驶。这种功能必须能够实现方向盘在脱手自由状态下车辆依然能够保持直线行驶，就像是手把持着方向盘保持直线行驶一样。
一种非常有用的扩展形式是，自动回正功能与方向盘角速度相关。在这种形式中，转向速度的目标值是方向盘转角和车速的函数。这种功能产生的最大力矩会根据手上施加的力矩而减小，因此能够很好地从方向盘脱手状态过渡到方向盘手持状态。
（2）直线行驶校正
当车辆在向一侧倾斜的路面上直线行驶时，方向盘上会一直产生一个力矩。驾驶员必须主动反打方向盘，避免车辆向倾斜侧行驶。也就是说车辆在直线行驶，但是方向盘转过了一个较小的角度。为了减轻驾驶员在这种工况下的负担，可以应用该直线行驶校正功能。
如果已经存在主动回正功能，则可以移动车辆的直线行驶方向，这里是通过一个偏移角度来改变车辆的直线行驶方向。因此，关键的是偏移角度必须准确。要注意的是偏移角度也是动态变化的，例如，随着路面倾斜角度的变化偏移角也必须改变。
1.3整车层级的功能
通过基本转向功能和扩展转向功能，EPS系统可以实现独特的转向感觉，为客户群量身定做汽车行驶性能。此外，EPS还可以在整车层级上成为一个智能的集成驱动器。
（1）车道保持
当今高速公路上的大量事故是由于车辆无意偏离车道引起的，原因是驾驶员疲劳或者注意力分散。当车辆无意偏离车道时，EPS可以在方向盘上产生抖动来提醒驾驶员注意力重新保持集中，这就是驾驶员警示。此时，EPS在方向盘上以一定的频率和振幅作用施加力矩。
驾驶员警示功能的进一步发展就是持续的车道保持功能。车道保持的目标是，不仅仅是提醒驾驶员，而且是主动施加转向使车辆保持在车道上。
更为重要的是如何构建附加转向力矩。必须对实际情况加以计算，要保证这种功能让驾驶员产生信任感，相信车辆会保持在车道上，但是同时又不能让驾驶员感觉受到干扰或者受到操纵。为了让车道保持能够被接受，EPS必须有一个接口，通过这个接口主动影响转向力矩。最理想的方式是，通过这个接口在方向盘上直接施加附加力矩。
因为附加力矩的介入会影响车辆的安全，因此这个力矩必须很小，这个力矩必须小到驾驶员在任何时候都能够克服车道保持所施加的附加力矩，并且受到监控。
（2）稳定性转向提醒
转向系统的稳定性转向提醒是通过施加附加力矩来激励驾驶员进行适当的转向运动。例如在对开路面上制动时，驾驶员获得一个激励，比如一个短时间的力矩脉冲，提醒驾驶员及时打方向盘，纠正行驶方向。力矩脉冲的量值当然必须限制在一定范围内，就像车道保持中的附加力矩一样。这个力矩脉冲的大小在任何时候都应该能够被驾驶员克服，不允许出现危及安全的情况出现。
2.转向手感控制
在上文中介绍了不同的转向功能，它们全部都是以一个转向感觉控制为基础，根据各种功能所要求的转向力矩来进行调节。接下来将介绍两种常用的转向控制策略。
（1）传统控制策略
EPS中的传统控制策略是一样的：根据驾驶员施加的力，转向系统会产生相应的转向助力。驾驶员施加的力与转向助力之间的关系中，最典型的联系并不是线性关系，而是一种可以通过实车确定的非线性关系。
驾驶员施加的力与扭杆力矩相对应。从控制的角度来看，这种结构可以看成是一个放大系数可变的比例环节控制回路(图0-48)。基于传统的转向助力特性曲线为非线性，在这里放大系数随着驾驶员输入扭矩而变化。
但是，这种比例环节必须围绕一个稳定的部件进一步扩展，这个稳定化如何进行、参数如何，这些都是EPS供应商的核心技术。对此有两个原则性的方面必须考虑。第一个原则的理念是，稳定化要设计得非常可靠，转向助力特性能够抵消变化的放大系数。第二个原则是利用当前放大系数是已知的这一点，通过放大系数查表得出稳定化的参数。
人们感兴趣的是转向感觉，不是控制回路中规定的目标值，而是转向助力特性曲线。转向控制以及转向稳定性在这种控制回路中与转向感觉是紧密联系的，转向感觉的匹配常常意味着转向控制的干预。可以参考在整车层级上的转向功能，它们在转向盘上施加一个附加力矩。显然在传统的控制策略范围内还没有办法实现施加这个附加力矩。传统控制策略的这两个特点导致了新的控制策略的产生，在新的控制策略中把驾驶员力矩规定为目标值。
（2）驾驶员力矩控制策略
以转向感觉作为控制目标，工程师马上就可以知道：由驾驶员感知的力矩大小也就是扭杆力矩，是需要被控制的量，EPS电机力矩为调节量。那些通过转向横拉杆/齿条传到转向的力为干扰量，如同驾驶员施加到方向盘上的力一样。
转向控制的任务在这里可以分成两个部分。第一部分任务是确定扭杆力矩的目标值，也就是匹配转向感觉。第二部分任务则是确定EPS电机力矩。为了达到扭杆力矩的目标值，必须确定电机力矩，也就是通过调节电机力矩，获得扭杆的控制力矩。在转向感觉和转向控制之间存在明显的区分，因此要让它们的相互耦合作用尽量小。
来源：智能运载装备研究所
