最全的电动助力转向EPS的结构原理及分类介绍（有图有动画~）
大家好，今天来一篇技术贴~讲一讲我们熟悉的EPS即电动助力转向的机构原理及分类。（感谢日本捷太格特转向事业部提供的素材）
基本原理及结构EPS为英文Electric Power Steering的缩写，即电动助力转向系统，它是指依靠电机提供辅助扭矩的动力转向系统。我们都知道，现代车辆除了极少数（比如比亚迪低配的F0）的车型没有转向助力以外，大多数的车型都有助力。所谓转向助力就是通过液压或者电子系统帮助驾驶员实现转向，因为如果单纯依靠驾驶员手力打转向的话会非常的吃力。
而转向助力系统从过去的液压助力转向逐渐转为电动助力转向，液压助力系统基本被淘汰。
图1 EPS系统的基本结构（以DP-EPS为例）
按照图1中的编号，我们以DP-EPS为例介绍EPS的工作过程如下：
驾驶员转动转向盘扭矩传感器检测扭矩信号（注意：有的EPS监控转角信号），并将信号发送给ECU控制单元控制单元根据得到的扭矩信号和车速信号，再根据事先标定好的助力曲线决定电机提供多少助力（如图2）电机提供的扭矩由减速齿轮放大，并传递给小齿轮（Pinion）驾驶员提供的扭矩和电机提供的扭矩都通过小齿轮传递给齿条（Rack）,齿条横向移动实现转向（图3）。图2 助力曲线
图3 扭矩合并
EPS的分类随着技术的不断进步（图4），EPS发展出很多种不同的助力形式。根据助力位置不同主要分为2大类，一种称之为Column-assist，另一种为Rack-assist。
所谓Column-assist，指的是Column（管柱），即助力是在转向管柱上实现的；而Rack-assist，指的是Rack，指的是助力是在齿条上实现的。而Rack-assist又可以分为P-EPS、DP-EPS、RP-EPS和H-EPS。
图4 捷太格特各种EPS的发展历程
下面我们一一介绍下~
C-EPSC-EPS的电机和减速齿轮布置在转向管柱（Column）上，电机提供的转矩和驾驶员提供的转矩共同转动转向管柱，并通过中间轴、小齿轮传递给齿条，实现助力（图5及动画1）。这种助力系统特别适合于不需要太大助力的紧凑型车型。由于这种电机布置离方向盘较近，所以电机的振动会传递到方向盘上。
图5 C-EPS结构图
动画1 C-EPS原理
P-EPSP指的是Pinion（小齿轮），顾名思义助力是加在小齿轮上的。如图6、动画2所示，电机布置在小齿轮与齿条啮合处，这种系统更加紧凑，能够节省很大的布置空间。由于其提供的助力不大，所以只适合于小型车。
图6 P-EPS结构图
动画2 P-EPS工作过程
DP-EPS本文的第一部分介绍原理的时候，就是以DP-EPS为例的，DP指的是Dual-Pinion（双小齿轮）。即这种转向机有2个小齿轮与齿条啮合，一个是电机驱动，一个是人的受力驱动。如图7、8和前文的图3。
图7 DP-EPS结构图
图8 DP-EPS（双小齿轮）
RP-EPSRP指的是Rack parallel（齿条平行式），这种助力形式的转向系统，将电机直接布置在齿条上，电机直接给齿条助力（图9）。可想而知这种系统的助力较大，适合于中大型的车辆。这种形式的转向系统一般通过滚珠丝杠和皮带将电机的助力传递到齿条上（动画3）。
图9 R-EPS结构
动画3 RP-EPS工作过程动画
H-EPS这种系统称之为液压-电子助力转向，结合了电子助力转向精确可调和液压助力转向路感强的特点，当然也是比较贵的一种转向系统。前段时间刚上市的2018款JEEP牧马人用的就是这种转向系统。
图10 H-EPS转向系统
适用范围这几种转向系统各有各自的优缺点，再此不详细说明。主机厂选择哪种形式的转向系统主要还是根据车辆需求助力的大小来选择。下图给出了这几种系统所能提供的助力大小和适用的车型。
图11 各EPS系统的适用车型
总结汽车技术一直都在不断的进步，各种新技术也在逐渐淘汰旧技术，希望总是强调液压系统可靠、路感强的人们用发展的眼光看待这些~
希望今天关于EPS的科普文章大家能够喜欢，如果觉得不错，请关注[小P讲车]，来自一线工程师的技术讲解，谢谢！
汽车设计中使用了哪些仿生学原理？
在人们日常生活中，仿生学的运用无处不在：锯子的发明是受到丝茅草的启发；高强度的纤维源于对蜘蛛丝的研究；防水粘合剂灵感来自海底贝类的吸附能力；防毒面具来源于对野猪鼻子的研究；鞋底纹理的设计来源于对山羊蹄的研究；潜水服是对青蛙蹼的模仿等等。
汽车作为日常生活中使用频率最高的交通工具，某种意义上来说也是仿生学设计的产物：由马车进化而来。并且在汽车设计历史上，不少汽车设计师们也以动物形态或其特殊功能作为创作灵感，通过模仿自然界生物进行汽车设计，不仅表达出对个性及速度的追求，也包含对自然的向往。
汽车设计中使用的仿生学，主要从以下几个方面体现：
1.仿生物形态
顾名思义，仿生物形态就是从外形上对生物进行模仿，形态仿生最直接的莫过于吉利熊猫、大众甲壳虫、比亚迪F0了，整个外造型都采用模仿动物外形的设计，话不多说，直接看图：
吉利熊猫完全以国宝为意向图，采用黑白双色设计，两个呆萌的带黑眼圈的眼睛加上可爱的圆形大嘴格栅，将熊猫的憨厚萌态展露无遗；甲壳虫作为大众几十年的经典，比例姿态、外形细节都和“甲壳虫”一样，可爱的外形成为年轻消费者，特别是都市女白领的心头爱；比亚迪F0则是以生海底总动员的小丑鱼Nemo为蓝本，可爱的眼睛和微笑进气格栅成为F0的标志性特征。
玛莎拉蒂的大进气格栅已经成为家族式设计，但其设计灵感竟然来自于鲶鱼的大嘴！虽然但看鱼嘴并不能看出什么花来，但是运用在玛莎拉蒂前脸上，竟然有一种别致的内敛与优雅呢。并且作为一款高性能的车，必须要用大格栅才能解决散热问题。
提到鱼类就不得不再提一下三菱欧蓝德的鲨鱼嘴，整个前脸采用十分具有攻击性的鲨鱼嘴设计，看起来强悍凶猛，从视觉上就给人一种具有很强的越野性能的感觉。
形态仿生不仅在整车外形、大部件上体现，汽车设计的细节处也有许多仿生设计学的影子。
早期汽车的天线其实是左图这个样子的，但是这样传统的天线在汽车行驶时会产生很大的风噪还不美观，受鲨鱼鳍的启发，现在的汽车天线不仅形状小巧美观，还有导出静电，降低风噪，接收GPS信号等功能，顶部流线型还能有效克服空气阻力，使汽车不被干扰，降低油耗！（但是PS的PS哦，必须是原厂配备的鲨鱼鳍才有这些功效，网上卖的只能起到装饰作用，如果安装不当还有掉落的风险，容易砸到后车，这样得不偿失哦！）
宝马的鹰眼大灯也是在细节上仿生的例子，鹰眼总是给人一种专注、犀利和炯炯有神的感觉，由克里斯班戈带头设计的鹰眼大灯，使整个汽车看起来挺拔有神，这也使得宝马5系的鹰眼大灯成为经典。
2.仿肌理质感
BMW VISION NEXT 100概念车以实现人工智能与感知技术合二为一为目的，在仪表台和侧翼子板上采用800个三角形构成动态几何系统，这些三角形既像大海中的鱼群，又像天空中的鸟群。就像鸟儿排列不同形状来传递信号一样，这些三角形肌理通过相应的动作变化传递信息，与人类进行交互体验。
这车咋一看给人一种密集恐惧症的感觉…其实它是由一位24岁设计师设计的仿鱼鳞结构和行为的太阳能概念车：宝马LOVOS。车上每一块鳞片上都安装了太阳能电池，能够在竖起的鳞片和贴合鳞片上互相转换，使用鱼鳞仿生则是想传递给大家简单的生活也是很美的概念。
宝马GINA(PS：突然有种肌理仿生都被宝马包场了的感觉)，是一款织物材料概念跑车，模仿生物皮肤可以产生皱褶，动物眼睛都可以睁开闭上的特征，这款跑车在开门时会因为织物材料的压缩产生褶皱，大灯包裹的织物材料也可控制开合，这也使得这款车被称为“宝马眨眼车”，十分的灵性。
3.仿生物功能
纵观汽车设计至今100多年的历史，仿生物功能设计其实贯穿了整个汽车发展过程。为了追求更快的速度和更安全的性能，汽车外形主要经历了以下几个阶段：马车型车身-箱型车身-甲虫型车身-船型车身-鱼型车身-楔形车身，其中多次改变都是由动物中的灵感启发而成。
马车型车身：以马车造型为灵感，直接将马车车厢移植到汽车上，虽然说车身造型基本沿用了马车的形式，并没有多大的技术创新，但也毕竟是人们跨出汽车设计的第一步。
甲虫型车身：以甲壳虫圆润的外形为灵感，为提高车速减少风阻而研发的甲虫型车身，车身截面由箱型车身的四方形变为椭圆形，减少迎风面积，从而减小了空气阻力，大众甲壳虫汽车是此类车型代表。
鱼型车身：由于船型车身尾部突出过长，高速行驶时汽车尾部容易产生涡流，设计师们研究了鱼背造型可以使鱼在水里游弋自如的特点，将船型汽车尾部改为鱼背造型，使得汽车尾部气流平顺，减少了涡流阻力。
可以看到，由马车进化而来的汽车雏形，到由甲壳虫受启发的降低风阻，到通过鱼背研发出的减少空气涡流，人们在进行汽车设计的过程中，并不是凭空想象造型形态，而是以自然界动物为参考，模仿他们的外形或行为，做出合理的设计。
2009年，受到鱼群在前行时能够避开障碍物同时避免互相碰撞的启发，日产汽车研发了新型机器人概念车“EPORO”。鱼类的避免碰撞、同排移动、靠近同伴三种行为规则通过激光测距仪和超宽带无线电波技术被实现在EPORO上（原理见上图），这使得EPORO成为世界上首个实现这个功能的智能机器人汽车，这也是最直接的体现仿生物功能设计。
鲨鱼腮是鲨鱼嘴后的条状呼吸系统，在海里可以增加水流流动性、整合水流，使鲨鱼庞大的身体也能在水里灵活游动，受这种功能的启发，鲨鱼腮式散热孔诞生了。大多用在F1赛车上，既可以导流，也能增加散热，奔驰SLR迈凯伦也有这种设计，这让它被称为“公路上的F1”。
不管是仿生外形也好，肌理仿生、功能仿生也罢，我们完全可以发出地球上最神奇的事物莫过于生命的感叹！不论是动物还是植物，都在数百万年的进化中获得了近乎完美的生存适应性，我们再从这些生物中获得灵感，通过仿生设计创造出对我们生活有用可行的方案，真是造物主的鬼斧神工和人类聪明才智的完美融合。
没有这11款车，就没有比亚迪的今天
之前我们曾介绍过比亚迪集团强大的产业链，它几乎可以说是目前中国车企中涉猎最广的厂家了。纵观比亚迪的汽车产业发展史，不可否认的是，他们也同很多国际一线大厂一样，经历了抄袭、模仿再到正向研发的过程。而在这个过程中，就有这么11款车起到了里程碑式的作用！或者说，没有这11款车，就没有比亚迪的今天！
2003年，当时身为全球第二大充电电池生产商的比亚迪看到了中国汽车市场的春天，于是，带头人王传福毅然决定进军汽车行业。要知道，当时的中国汽车企业中，仅有吉利一家民办企业，对于比亚迪这样一个“门外汉”来说，造车何谈容易？于是，财大气粗的比亚迪选择了收购的道路。2003年1月22日，电池巨头比亚迪与当时的秦川汽车签订协议，正式收购了秦川汽车。至此，比亚迪的汽车进程便拉开了帷幕。
有意思的是，在收购秦川汽车后，比亚迪当时的股价瞬间从18港元跌到了9港元。对此，王传福充满信心地对外宣称：“我造车是因为看好电动车在未来的发展，而我所掌握的磷酸铁电池将会在12年后独霸江湖。我高兴，我任性！”谁承想，当年王传福立下的flag真就在12年前后的时间点应验了，比亚迪真就如愿成为了中国新能源车的霸主！
说回福莱尔这款车，在收购秦川汽车后，当时秦川旗下的福莱尔车型也正式换上了BYD的车标，这也是第一辆悬挂比亚迪车标的量产车。虽然这款车本质上就是铃木奥拓的换壳车型，但是对于刚刚进入汽车领域的比亚迪来说，它依然弥足珍贵。
此后，比亚迪为了让自己的福莱尔和原本的秦川福莱尔做出区分，便推出了外观升级改款的车型，并且发动机也换上了逆向铃木的0.8L三缸自吸发动机。虽然在当时，这辆车的技术依旧是极其不成熟的，甚至新车就会出现发动机和变速箱不匹配、内饰零部件安装错误等问题，但也依旧没能阻止比亚迪在汽车领域扎根的决心！
在通过福莱尔积累了一定的经验之后，比亚迪在2005年正式推出了第一款真正意义上属于自己的车--F3。这款车一经亮相就为比亚迪赚足了眼球，只不过，大家对它的评价基本都是负面的。
究其原因，无非就是比亚迪F3在外观、内饰，甚至是底盘结构的设计上都几乎完全照搬了同时期的丰田花冠。而发动机则使用了来自东安三菱的4G18 1.6L自吸发动机。所以这台F3作为比亚迪的第一款“自主研发”车辆，其实一点都不“自主”。
尽管如此，比亚迪F3还是成功帮助比亚迪一战成名，除了看着还不错以外，F3最大的杀手锏就是价格。当时F3的起步价格仅为7.28万，最高配车型也不过8.98万元。在这个价格区间内，F3提供了双气囊、四轮碟刹、后雷达、真皮座椅、CD机、遥控钥匙、天窗、导航、电动后视镜等配置。这样的配置虽然在今天来看实在不值一提，但是对于当时的国产轿车来说，10万以内能买到这样的“高配”，已实属难得。要知道，当时一辆2004款丰田花冠1.8L手动挡车型，起售价都要13.98万，高配车型更是达到了19万！
就这样，F3成功帮助比亚迪在中国汽车市场站稳了脚跟，甚至还在2006年登顶了中国品牌销量冠军宝座。时至今日，F3这辆15岁高龄的车依旧在市场上销售着，2020款F3经典型的设计依旧与15年前区别不大，只是价格早就降到了4.49万元。
2008年，比亚迪再次复刻了F3的操作方式，通过借鉴丰田Aygo推出了一款全新的入门级A0级小车--比亚迪F0（最早叫F1，后改名为F0）。呆萌的外观设计以及仅3.69万的起售价，让F0迅速成为了无数年轻人的第一辆车。
在那个还没有进入消费升级的年代，3万多的比亚迪F0不知圆了多少年轻人和家庭的汽车梦，毕竟当时的1.0L夏利N5起步价要4万多。与比亚迪F0价格接近的奇瑞QQ，用的是动力更弱的0.8L发动机。相比之下，外形更新潮，1.0L动力更出色的比亚迪F0能够霸占微型车市场也就不意外了。
得益于F3的一战成名，比亚迪早在2006年就成为了中国品牌的销量霸主，这也让比亚迪有了足够的资本和勇气去尝试新鲜事物。于是，他们把目光瞄准了极其小众的跑车市场，并且在2009年推出了比亚迪的第一款跑车--S8。
比亚迪S8模仿了当时奔驰CLK的设计风格，采用硬顶敞篷设计，并搭载了一台比亚迪自己的140马力2.0L自然吸气发动机，匹配的则是5速手动或CVT变速箱。孱弱的性能也让S8的0-100km/h加速时间达到了夸张的14秒开外，实在有愧跑车之名。
更致命的是，S8的价格并不便宜，最低配车型起售价就达到了16.58万，高配车型更是卖到了20.68万。这样高昂的价格，别说是2009年了，就算是放到今天，20万的自主品牌汽车也同样没有什么生存空间......
同样是2009年，与“跑车”S8一同亮相的还有比亚迪的首款MPV车型--M6。这款车的设计相信大家都很熟悉了，它的“灵感来源”就是丰田的“大霸王”普瑞维亚。在动力方面，比亚迪M6搭载了比亚迪自研的2.0L以及来自东安三菱的4G69 2.4L发动机，匹配5速手动以及4AT变速箱。
在当时，国产MPV市场一直都处于空缺状态，尤其是中高端车型更是几乎没有。更重要的是，比亚迪M6的起售价格仅为13.98万，这对于一辆车长超过4.8米的MPV来说，真的是一个非常便宜的价格了。因此，M6上市后凭借着低廉的价格以及几乎没有对手的市场环境，最终还是取得了不错的成绩，这也坚定了比亚迪继续推出MPV车型的信心。
从未上市的F3e
严格意义上来说，e6并不是比亚迪的第一款电动车，因为早在2006年，他们就在F3的基础上推出了第一款搭载磷酸铁锂电池的纯电动车型F3e。但由于当年的国家政策以及充电设施不充分的缘故，王传福并没有让F3e上市销售。
时隔3年后的2009年，比亚迪正式发布了全新电动车型e6，并且在2011年正式上市。借此，比亚迪也成为了第一家面向普通消费者售卖电动车的企业。
自那时开始，比亚迪的品牌slogan也变成了“新能源汽车引领者”。虽然从国际市场来说，比亚迪这句slogan有些说大话，但是对于中国汽车市场来说，比亚迪的slogan确实没有任何水分。因为在很长一段时间里，比亚迪e6都是中国市场卖得最好的电动车，一直到国内大力推广新能源车之后，北汽新能源等廉价电动车出现后，e6的市场销量才被超越。
2009年，比亚迪成功收购了湖南美的客车制造有限公司的全部股权，在资质上具备了制造电动大巴的能力。于是，比亚迪将自己在电池领域的技术积累首次应用到了大巴车上，并且推出了第一款纯电动大巴车--K9。
比亚迪K9对于比亚迪而言可谓意义重大，它不仅开启了比亚迪新能源大巴车的全新产品线，更是成功帮助比亚迪走向了国际市场。如今，比亚迪的电动大巴已经遍布欧洲、日本等主流市场，在国内更是成为了深圳等多个城市的公交车、机场摆渡车等用途的主力车型。
在走向全球市场后，比亚迪决定对旗下新车的命名方式进行变动，逐步取消原本普通的字母+数字的命名方式，改成更有中国风的中文命名。于是，他们将车名瞄准了中国的各个朝代。第一款以王朝系列命名的车型，就是2012年推出的DM车型--秦DM。
秦DM当时的价格并不算低，最低配车型售价也达到了18.98万，采用1.5T+6DCT+前置电机的插电混动系统，在比亚迪自己的磷酸铁锂电池帮助下，秦DM能够实现5.9秒的0-100km/h加速能力以及70km的纯电续航，工信部综合百公里油耗更是只有1.6L。
由于较高的售价以及当时政策对于PHEV车型不够友好，秦DM并没有获得太好的销量，而且市场上的声量也不大。但是对于比亚迪自己来说，秦DM不仅开启了一个新的“王朝系列”，更是最新一代DM技术的首次量产，绝对算得上是一款对未来产品有着深渊影响的里程碑车型！
2008年试水的F3DM
实际上，早在2008年比亚迪就推出了第一款双模车型F3DM，只是当年的技术不够成熟，市场环境更加恶劣，因此F3DM更像是比亚迪的一次技术试水。而刚刚提到2012年推出的秦DM，则使用了比亚迪第2代的DM双模技术，在技术成熟度上更有保障。
但是，他们俩都没有让比亚迪的DM技术扬名天下，而真正为比亚迪DM打出名声的车，其实是2014年推出的插电混动SUV--唐DM。在2014年的北京车展上，比亚迪发布了唐DM车型，售价为25.13-51.88万元。虽然从设计上来看， 唐DM的外观内饰与此前销售的S6没有太大区别，更谈不上多么好看，但是唐DM真正吸引人的地方其实在于它的性能。
第一代唐DM搭载了2.0T发动机+6速双离合变速箱+前后桥双电机的动力组合，系统综合功率超过了500匹！25万的标准版就能提供4.9秒的0-100km/h加速能力，售价51.88万的极速版更是可以达到惊人的4.5秒！要知道，对于2014年的汽车市场来说，不到30万的价格根本就买不到性能如此夸张的车型，更别说这还是一辆大尺寸的中型SUV了！
因此，比亚迪唐DM在上市后迅速凭借强悍的直线加速能力吸引了大量的关注，甚至还有不少玩车的年轻人选择买一辆唐DM参加直线加速赛事。并且也正是从唐DM开始，比亚迪让所有人知道了比亚迪的“DM”有多厉害！
左：比亚迪F3 / 右：丰田花冠
如果大家仔细观察上述9款车不难发现，除了大巴车K9以外，其余8款比亚迪车型，都存在或多或少的模仿借鉴痕迹，始终都没有一套鲜明、成熟的家族设计语言。于是，为了树立并加深品牌车型的形象，比亚迪下定决心要在设计上寻求突破。那既然说到设计，就不得不提一位改变比亚迪品牌形象的重要人物了，他就是比亚迪目前的首席设计师--沃尔夫冈·艾格。
艾格在2017年正式加入比亚迪，此前他曾经在奥迪集团做了6年的设计总监。主要负责奥迪以及兰博基尼的车型设计。在加入比亚迪之后，艾格为比亚迪带来了一套全新的家族化设计语言--Dragon Face。通常来讲，我们会把它翻译为“龙颜”。
龙颜设计最大的特点是大嘴中网以及犀利的大灯造型，搭配适度的曲线点缀，营造出了霸气的观感以及东方神韵。而使用龙颜设计的第一款量产车，就是比亚迪在2017年推出的全新MPV车型--宋MAX。
凭借着龙颜前脸的出色颜值、全系标配7座布局以及7.99-11.99万的超低售价，宋MAX一经推出就获得了市场的喜爱，仅仅上市2个月就收获了月销量破万的成绩，一举杀到了MPV销量排行榜的第4名。此后，宋MAX持续热销，月均破万简直是家常便饭。
从宋MAX开始，比亚迪推出的每一款新车都使用了Dragon Face设计，虽然不免有套娃的感觉（艾格设计的奥迪也套娃），但颜值还是非常棒的，而且也形成了比亚迪的家族化风格。如果说唐DM打破了人们对于比亚迪车型性能的传统认知，那么宋MAX就是颠覆了人们对于比亚迪颜值的印象。
现如今，电动车早已不再是稀罕物件，甚至普及率已经到了哪个厂家如果不造电动车，仿佛都是一种罪过的程度。而作为中国新能源车的代表，比亚迪自然不会甘心自己在新能源车领域的优势被对手超越。
于是，在2020年推出的全新中大型轿车汉EV上，比亚迪首次量产了刀片电池。顾名思义，刀片电池就是指电池包的形状是像刀片一样采用了扁长条的设计，而非传统电池包那样的方盒子造型。碍于篇幅有限，今天我们就不多介绍刀片电池的原理了。单从功效上来说，刀片电池更安全、能量密度也更高，有效缓解了电动车最被人担心的两个点：自燃和续航。
未来，比亚迪的刀片电池也会应用在更多的新能源车型中，甚至已经有不少其它主机厂也看中了刀片电池技术，想要从比亚迪直接采购。或许这一次，比亚迪真的可以靠刀片电池实现“新能源引领者”的目标了，而这个里程碑车型便是比亚迪的汉EV！
纵观比亚迪汽车的15年发展史可以看出，在造车的前10年中，比亚迪经历了大部分车企都会经历的过程，换标、模仿、采购。但是与其它一些不思进取品牌不同的是，有多年电池和手机零部件领域经验的王传福，显然更清楚技术的重要性。
于是在最近5年，比亚迪不仅在设计和品牌形象上焕然一新，同时在技术层面也实现了突破。这似乎也进一步证明着一件事：以技术为根本，才是企业健康发展的基础。在本文的最后，我们也祝比亚迪在未来的征途中能持续“Build your dreams”，并且还能像网友调侃的那样，早日在全球电动车的舞台上对外国车企摆出“Be your dad”的姿态！
