背景

EPS是一種通過馬達來減輕和輔助駕駛員在轉向操作時所需力量的設備。此外，通過采用EPS，可望提高燃效，降低車輛重量。我們將在本消息中就EPS的功能和系統構成進行解說，同時對構成的電子零部件進行介紹。

PART01

什么是EPS？

EPS（Electric Power Steering）是一種通過馬達來輔助駕駛員操作方向盤的電動助力轉向系統。傳統的液壓助力轉向系統使用發動機的動力來驅動液壓泵以進行輔助。而EPS則根據轉向裝置的操作信息，通過電氣控制來進行輔助。與液壓助力轉向系統相比，EPS不使用發動機的動力，因此可望提高燃效。

圖1 EPS的工作

PART02

助力轉向系統的技術變化趨勢

?電動化

利用電池的電力驅動，提高燃效，簡化機構。在自動駕駛時，完全需要由汽車來進行控制，因此電動化是必不可少的。

?By-Wire（線控）

方向盤軸和車輪軸在機械上分離，并進行電連接。由于機械上分離，因此可以實現更精細的操作控制。隨著自動駕駛水平的提高，主要將由汽車本身進行操作，駕駛員將成為輔助角色，因此人工操作的轉向裝置的必要性下降，最終將不再需要轉向裝置，而只在車軸一側進行操作。

圖2 基于By-Wire的構成變化

?冗余化

為了提高安全性和可靠性，馬達驅動的逆變器電路等由2個電路構成并進行冗余化。

圖3 冗余化引起的構成變化

PART03

關于市場和設備的趨勢

EPS的安裝率今后有望增加。目前生產的汽車的自動駕駛水平大多在Lv2以下，但隨著自動駕駛水平的提高，預計By-Wire會相應地增加。在By-Wire系統中，取代機械連接，馬達數量增加，EPS整體上為了提高安全性和可靠性，如果同時推進馬達控制電路的雙重系統化（冗余化），耗電量的增加則將令人擔憂。為了解決這些課題，對構成EPS的電子零部件提出了“低損耗”、“高耐熱”、“高精度（溫度）”、“小型化”的要求。

PART04

關于EPS的電路構成

總體構成

噪聲濾波器：抑制來自外部或者來自該電路的噪聲

電壓轉換電路：通過藉由FET等的開關來轉換電壓。此外，進行FET等的溫度測量

柵極驅動電路：控制開關元件的柵極

控制電路：控制整個電路

DC/DC轉換器：向控制電路供給電源

通信I/F：與外部的通信電路

圖4 EPS的總體構成

PART05

個別電路

及構成零件

1

噪聲濾波器（輸入/輸出）

在噪聲濾波器電路中，抑制來自外部或來自該電路的噪聲，并防止電路誤工作。濾波器上通常組合使用大型線圈和電容器。

使用部件

噪聲去除/平滑

導電性聚合物

混合鋁電解電容器

?藉由大容量、低ESR和高紋波性能，為電路的小型化/大功率化（低電壓和大電流）做出貢獻。

?藉由支持高頻容量特性，為去除電路的高頻開關化所產生的寬帶和高頻率噪聲做出貢獻。

電壓轉換

車載用功率電感器

?藉由金屬磁性材料的低損耗和大電流性能，為電路的小型化/大功率化（低電壓和大電流）做出貢獻。

?藉由損耗特性的高頻化（低ACR），為抑制電路的高頻開關化損耗做出貢獻。

2

電壓轉換電路

在電壓轉換電路中，通過多個開關元件來進行電壓的轉換。通過令開關元件On/Off來執行轉換操作，但由于元件On/Off時會產生噪聲，因此通常在元件（FET）的柵極端子上使用電阻器來抑制驅動噪聲。此外，為了防止開關元件等因在高功率下工作而產生規定以上熱量時造成的故障，通常會使用NTC熱敏電阻器來進行溫度測量。

使用部件

開關元件柵極驅動噪聲抑制

貼片電阻器

(小型高功率貼片電阻器)

?藉由獨特的電阻器圖案、電極結構等實現小型高功率化，為電路的小型化做出貢獻。

開關元件等的溫度測量

NTC熱敏電阻器（片式）

?藉由小型、高耐熱且獨特的外電形成技術實現的高可靠性，為電路溫度補償的高精度化做出貢獻。

3

DC/DC轉換器

DC/DC轉換器主要由FET、線圈、電容器構成。為了去除輸入部的噪聲和使得輸出部平滑，通常使用導電性聚合物混合鋁電解電容器，為了進行電壓轉換，通常使用車載用功率電感器。

使用部件

噪聲去除、開關和平滑

導電性聚合物混合鋁電解電容器

?

藉由大電容、低ESR和高紋波性能，為電路的小型化和高功率化（低電壓和大電流）做出貢獻。

?

藉由支持高頻容量特性，為去除電路的高頻開關化所產生的寬帶和高頻率噪聲做出貢獻。

電壓轉換

車載用功率電感器

?藉由金屬磁性材料的低損耗和大電流性能，為電路的小型化和大功率化（低電壓和大電流）做出貢獻。

?藉由損耗特性的高頻化（低ACR），為在電路的高頻開關化中抑制損耗做出貢獻。

圖5 在DC/DC轉換器上使用的零部件

4

通信I/F

在通信I/F（通信）電路中，使用兩根線與外部設備（CAN、Ethernet等）進行通信。此時，如果噪聲或靜電從通信線混入，則可能會導致收發器IC故障。因此，收發器電路中作為靜電預防措施通常由壓敏電阻器構成。

使用部件

ESD噪聲去除

片式壓敏電阻器

?

藉由具有廣泛電容特性的產品陣容，在保持電路通信品質的同時，為抑制靜電（ESD）噪聲做出貢獻。

?片式壓敏電阻器藉由其8～250pF的電容特性，支持從低速到高速的通信速率。

圖6 在通信I/F上使用的零部件

小結

EPS是一種通過馬達來輔助駕駛員的轉向操作的系統。預計今后將隨著自動駕駛水平的提高，僅通過電氣控制進行操作的By-Wire將會增加，結果將會導致EPS安裝率的增加。如果取代液壓助力轉向系統等機械連接的馬達數量增加，整輛汽車的耗電量就會增加。此外，隨著自動駕駛水平的提高，為了進一步提高安全性和可靠性，預計馬達控制電路的冗余化也將進一步發展。為了應對這些技術進化，構成EPS的電子零部件必須支持“低損耗”、“高耐熱”、“高精度（溫度）”、“小型化”。松下機電株式會社備有面向EPS的廣泛的產品陣容（表1）。

表1 商品陣容和特點一覽

審核編輯 黃宇