汽车电动助力转向机构的设计
引言
在汽车的发展历程中，转向系统经历了四个发展阶段：从最初的机械式转向系统（Manual Steering，简称MS）发展为液压助力转向系统（Hydraulic Power Steering，简称HPS），然后又出现了电控液压助力转向系统（Electro Hydraulic Power Steering，简称EHPS）和电动助力转向系统（Electric Power Steering，简称EPS）。
装配机械式转向系统的汽车，在泊车和低速行驶时驾驶员操纵负担过于沉重，为了解决这个问题，美国GM公司在20世纪50年代率先在轿车上采用了液压助力转向系统[1]。但是，液压助力转向系统无法兼顾车辆低速时的转向轻便性和高速时的转向稳定性，因此在1983年日本koyo公司推出了具备车速感应功能的电控液压助力转向系统。这种新型的转向系统可以随着车速的升高提供逐渐减小的转向助力，但是结构复杂、造价较高，而且无法克服液压系统自身所具有的许多缺点，是一种介于液压助力转向和电动助力转向之间的过渡产品。到了1988年，日本Suzuki公司首先在小型轿车Cervo上配备了Koyo公司研发的转向柱助力式电动助力转向系统；1990年，日本Honda公司也在运动型轿车NSX上采用了自主研发的齿条助力式电动助力转向系统，从此揭开了电动助力转向在汽车上应用的历史。
第1章概述
1.1电动助力转向的优点
与传统的转向系统相比，电动助力转向系统最大的特点就是极高的可控制性，即通过适当的控制逻辑，调整电机的助力特性，以达到改善操纵稳定性和驾驶舒适性的目的。作为今后汽车转向系统的发展方向，必将取代现有的机械转向系统、液压助力转向系统和电控制液压助力转向系统[2]。
相比传统液压动力转向系统，电动助力转向系统具有以下优点：
（1）只在转向时电机才提供助力，可以显著降低燃油消耗
传统的液压助力转向系统有发动机带动转向油泵，不管转向或者不转向都要消耗发动机部分动力。而电动助力转向系统只是在转向时才由电机提供助力，不转向时不消耗能量。因此，电动助力转向系统可以降低车辆的燃油消耗。
与液压助力转向系统对比试验表明：在不转向时，电动助力转向可以降低燃油消耗2.5%；在转向时，可以降低5.5%。
（2）转向助力大小可以通过软件调整，能够兼顾低速时的转向轻便性和高速时的操纵稳定性，回正性能好。传统的液压助力转向系统所提供的转向助力大小不能随车速的提高而改变。这样就使得车辆虽然在低速时具有良好的转向轻便性，但是在高速行驶时转向盘太轻，产生转向“发飘”的现象，驾驶员缺少显著的“路感”，降低了高速行驶时的车辆稳定性和驾驶员的安全感。
电动助力转向系统提供的助力大小可以通过软件方便的调整。在低速时，电动助力转向系统可以提供较大的转向助力，提供车辆的转向轻便性；随着车速的提高，电动助力转向系统提供的转向助力可以逐渐减小，转向时驾驶员所需提供的转向力将逐渐增大，这样驾驶员就感受到明显的“路感”，提高了车辆稳定性。
电动助力转向系统还可以施加一定的附加回正力矩或阻尼力矩，使得低速时转向盘能够精确的回到中间位置，而且可以抑制高速回正过程中转向盘的振荡和超调，兼顾了车辆高、低速时的回正性能。
（3）结构紧凑，质量轻，生产线装配好，易于维护保养电动助力转向系统取消了液压转向油泵、油缸、液压管路、油罐等部件，而且电机及减速机构可以和转向柱、转向器做成一个整体，使得整个转向系统结构紧凑，质量轻，在生产线上的装配性好，节省装配时间，易于维护保养。
（4）通过程序的设置，电动助力转向系统容易与不同车型匹配，可以缩短生产和开发的周期。
由于电动助力转向系统具有上述多项优点，因此近年来获得了越来越广泛的应用。电动助力转向系统是在机械式转向系统的基础上，加装了电机及减速机构、转矩转角传感器、车速传感器和ECU电控单元而成。
1.2国内外发展状况
1953年通用汽车公司首次使用了液压助力转向系统。80年代后期，又出现了变减速比的液压助力转向系统。由于变速比液压转向系统具有相对良好的操纵性能，至今仍在一些高档汽车上应用。之后随着节能环保要求的提高，变流量泵液压助力转向系统和电动液压助力转向(EHPS)系统应运而生。变流量泵助力转向系统在汽车处于比较高的行驶速度或者不需要转向的情况下，泵的流量会相应减少，从而达到节省能源的目的。电动液压转向系统采用电动机驱动转向泵，转向泵无需再随发动机同步转动，不需要转向助力的时候转向泵关闭，可以在很大程度上节省能源。
但无论是变流量泵还是电动液压助力转向系统，由于液压转向系统的固有特性而难以实现效率上的突破，被电动助力转向系统(EPS)所替代已经成为一种必然。
EPS在日本最先获得实际应用。此后，电动助力转向技术得到迅速发展。鉴于电动助力转向系统良好的应用前景，国外许多研究机构和汽车公司对电动助力转向系统进行了大量的研究，使这项技术日趋成熟。从发展上来言可体现在以下几个特点：一是节能环保。电动助力转向系统能量消耗仅为液压助力转向
系统的20%，在当今能源严重短缺的严峻情况下，这是一个很有优势的特点。二是装配效率高。电动转向系统零件数目少，减少了装配的工作量，节省了装配时间，提高了装配效率。三是提供可变的转向助力。电动转向系统的转向力来自于电机，通过软件编程和硬件控制，可得到覆盖整个车速的可变转向力。四是安全性高。由于电动机由蓄电池供电，是否能够实现助力与发动机是否起动无关，所以即使在发动机熄火或出现故障时也能提供助力。
与国外相比,我国的电动转向研究在很长的一段时间里是空白,目前国内已经有数十家大专院校和国营、民营企业开发该产品，并取得了一定的进展。但由于电控单元运算速度和控制理论的影响，汽车电动助力转向的研制工作尚需进一步的发展。
第2章 EPS 的硬件系统
2.1电动助力转向系统的组成原理
控制器、电动机、离合器和减速机构等组成[3]。当转动转向盘时，扭矩传感器测出施加于转向轴的扭矩，并产生一个电压信号。与此同时，速度传感器测出汽车的车速，也产生一个电压信号，这两个信号均被传送到控制器，经过控制器运算处理后，传送给电动机一个合适的电流以产生扭矩，经减速机构减速以增加扭矩，施加在汽车的转向机构上，得到一个与工况相适应的转向作用力。
电动助力转向机构的工作原理如下：
当驾驶员对转向盘施力并转动方向盘时，位于转向盘下方与转向轴连接的转矩传感器，将经扭杆弹簧连接在一起的上下转向轴的相对转向角位移信号转变为电信号传至控制器，在同一时刻车速信号也传入控制器。根据以上两信号，控制器确定电动机的旋转方向的助力转矩的大小。之后，控制器将输出的数字量经D/A 转换器，转换为模拟量，并将其输入电流控制电路。电流控制电路将来自微机的电流命令值同电动机电流的实际值进行比较后生成一个差值信号，同时将此信号送往电动机驱动电路，该电路驱动电动机，并向电动机提供控制电流，完成助力转向作用。
助力转向控制信号的流程及控制系统的组成，如图2-2所示。
图2-2 控制信号的流程及控制系统的组成
2.2电动助力转向系统的主要形式及其特点
根据电动机布置位置不同，电动助力转向机构可分为：转向柱助力式、齿轮
助力式、齿条助力式3种[4]，如图2-3所示。
图2-3 电动助力转向机构的布置方案
（1）转向柱助力式转向柱助力式电动助力转向机构的电动机布置在靠近转向盘下方，固定在转向柱一侧，通过减速机构与转向轴相连，直接驱动转向轴辅助转向。这种布置方案的特点：此时电动机、减速器直接与转向柱相连。它可安装在转向柱上的任意合适位置，一般提供蜗轮蜗杆机构来实现减速和变向；工作环境好，电机的输出力矩比较小，是一种目前常见的助力形式；由于各部件相对独立，因此维修方便；设计时也有很大的灵活性；但是电机输出力矩的波动容易传递到方向盘上。如果电动机的安装位置和驾驶员的乘坐位置很近的话，必须考虑对电动机噪声的抑制。
（2）齿轮助力式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，并通过驱动主动齿轮实现助力转向。这种布置方案的特点：这也是一种目前较为常见的助力形式，此时电动机、减速器直接与转向小齿轮相连。它具有转向柱助力式EPS的全部优点，并且还可在现有的机械转向器上直接设计，而不用改变转向柱的结构。
（3）齿条助力式齿条助力式电动助力转向机构的电动机和减速机构布置在齿条处，并直接驱动齿条提供助力。这种布置方案的特点：电动机的电枢通过传动机构与齿条直接相连，传动机构将电枢的转动变为平动从而实现助力。作为最初应用的EPS，这种助力形式的优点是结构紧凑，不受安装位置的限制，可以提供较大的助力力矩，电机的力矩波动不易传递到方向盘上。缺点是结构复杂，价格昂贵，工作环境差，要求密封好，要求电动机的输出力矩比较大，并且一旦某一部件出现故障，必须拆下整个转向齿条部件，因此维修不方便。
2.3电动助力转向系统各部分特点
2.3.1转矩传感器
转矩传感器是测量驾驶员作用在转向盘上力矩的大小与方向。转矩测量系统比较复杂且成本较高，所以精确、可靠、低成本的转矩传感器是决定EPS系统能否占领市场的关键因素之一[5]。转矩传感器分为非接触式和接触式两种。接触式成本较低，但受温度与磨损影响易发生漂移、使用寿命较低、需要对制造精度和扭杆刚度进行折中，难以实现绝对转角和角速度的测量。非接触式的测量精度高、抗干扰能力强、体积小，但成本较高。因此扭矩传感器类型的选取根据EPS的性
能要求进行综合考虑。
2.3.2电动机
电动机是EPS系统的动力源。电动机对EPS系统的性能有很大的影响，所以EPS系统对电动机的要求很高，不仅要求转矩大、转矩波动小、转动惯量小、尺寸小、质量轻，而且要求可靠性高、易控制[6]。
2.3.3减速机构
EPS系统的减速机构与电动机相连，起降速增扭作用。常采用蜗轮蜗杆机构、滚珠螺杆螺母机构和行星齿轮机构等。涡轮蜗杆减速机构一般应用在转向轴助力式EPS系统上，而行星齿轮式减速机构则被应用在齿条助力式EPS系统和齿轮助力式EPS系统上。
2.3.4电子控制单元
电子控制单元（ECU）根据车速传感器和转矩传感器传来的信号，进行逻辑分析与计算后发出指令，控制电动机和离合器的动作[9]。
电子控制系统（ECU）的基本构成单元如图2-4示
图 2-4 电子控制系统的基本结构
ECU模块安装在驾驶员侧仪表板下面。ECU模块是由微电脑，A／D(模拟／数字)变换器，I／O(输入／输出)装置等组成的精密设备。它的功能包括控制辅助转向力的大小和方向、车载诊断系统(自我诊断功能)和安全防护。目前的EPS 系统采用的芯片有8位的单片机和DSP两种，比如DELPHI的E－Steer采用的是DSP56F805芯片[7]。不管采用何种芯片，都要求该芯片的抗干扰能力强，适应在
比较恶劣的环境下长期可靠的工作。
其外部传感器和输入信号如下：
扭矩传感器：它获得方向盘操作力大小和方向的信号，并把它们转换为电压值，将它们传递到ECU模块。
VSS(车速传感器)：车速传感器位于变速箱上，它根据车速大小产生成比例的信号。车速里程表将这些信号转换为相应的车速指针读数，同时也把它转换成双倍周期的ON／OFF信号[8]。
发动机速度信号：点火线圈上的点火信号，作为发动机速度信号，通过抑噪器被传递到P／S控制模块。
输出信号：电机驱动信号、离合器通断信号和“EPS”状态指示灯通断信号。
2.4本章小结
本章介绍了电动助力转向的各种硬件种类及其特点
第3章电动助力转向系统减速机构设计
3.1汽车结构参数
本设计以吉利熊猫轿车为设计对象进行设计,技术参数见表3-1
表3-1 吉利熊猫汽车技术参数
项目参数
整车质量m/kg
轴矩L/mm
质心至前轴的距离a/mm 质心至后轴的距离b/mm 前轮轮距/mm
后轮轮距/mm
最小转弯半径/m
轮胎规格
轮胎气压/kpa
985
2340
1080
1260
1420
1410
4.75 165/60 R14 186.2
3.2电动机的参数选择
电动机是此设计的直接动力来源，EPS的性能好坏主要取决于电动机的性能。EPS要求电动机低转速大扭矩、波动小、转动惯量小、质量轻、可靠性高、易控制等性能。假设蓄电池在不同行驶速度时的功率不变，则电动机输出功率、扭矩与电机转速有如下关系：
P m=T m×n/9550（Kw）（3-1）
式中：n —电机转速（n/min）；
T m—电机输出扭矩（N﹒m）；
P m—电机输出功率（Kw）；
由式中可见，电机在工作转速范围内，扭矩T m与其转速n成反比，即转速低时扭矩大，转速高时扭矩小。
永磁电动机的励磁磁场由永久磁钢产生，无须外加励磁线圈，从而省去励磁电路，与电磁式电动机相比结构简单，体积较小，重量轻。而且永久磁钢产生的磁场可认为恒定，在控制方案中视为常数，从而简化了控制方案的设计。此外，其稳定性能和可靠性能超过了电磁式电动机，EPS系统属于中小功率范围，永磁式电动机可提供足够的功率，因此系统采用永磁式电动机。永磁式电动机有直流伺服电动机、无刷直流电动机和直流力矩电动机三种选择方案[9]。
直流伺服电动机的启动转矩大，调速范围广，机械特性和调节特性的线性度好，控制系统和控制方案简单。但是直流电动机的转子是带铁心的，加之铁心有齿槽，如果电动机的转动惯量大，机电时间常数较大，灵敏度较差；转矩波动较大，低速运转不够平稳；电动机换向时易产生火花，不够安全，并影响电动机的寿命。电动机结构做了特殊处理之后，可以保证转矩波动小，转动惯量低，电动机采取全封闭的形式，从而去除了因换向火花带来的不良影响。
由于直流伺服电动机有电刷和换向器，其间形成的滑动机械接触影响了电动机的精度、性能和可靠性，所产生的电火花不够安全，因此有的电动助力转向系统采用无刷直流电动机。无刷直流电动机既有直流电动机的特性，又有交流电动机的结构简单、运行可靠及维护方便等优点。
无刷直流电动机是把电子技术融入电机领域，将电子线路和电机融为一体的产物。无刷直流电动机是由电动机、转子位置传感器和电子开关线路三部分组成。直流电源通过开关电路向电动机定子绕组供电，位置传感器随时检测到转子所处的位置，并根据转子的位置信号来控制开关管的导通和截止，从而控制哪些绕组通电，哪些绕组断电，实现了电子换向。其中转子是由永磁材料制造，具有一定磁极对数的永磁体。
无刷直流电动机是采用电子换向开关元件进行换向，它既具有直流电动机的优点，又具有交流电动机的没有换向器和电枢、维护方便、无火花、无电磁干扰、能在恶劣环境下工作的诸多优点，但无刷直流电动机的价格较高，且控制系统和控制方案复杂。
直流力矩电动机的工作原理和普通的直流伺服电动机相同。只是在结构和外形尺寸的比例有所不同。直流力矩电机结构上采用扁平电枢，可增加电枢槽数、元件数和换向器片数，而且适当加大电机气隙，所以力矩波动小，从而保证了低
速下能够稳定运行。直流力矩电机由于结构的特殊设计，因此其机械特性和调节的线性度好。直流力矩电机的电磁时间常数小，电机响应迅速，动态特性好。直流力矩电动机虽具有诸多优点，但价格比较高。
从价格、性能、控制的复杂度、开发周期以及现今国内电机制造水平等方面进行综合权衡，所设计的电动助力转向系统最终选择了无刷永磁式直流电动机。电机具体参数的确定，一方面要依据负载特性，另一方面温升、过载和通频带等也是确定参数的着眼点。综合考虑以上各方面的因素，系统采用的无刷永磁式直流电动机的规格如表3-2，如图3-1所示。
图3-1 无刷永磁式直流电动机
表3-2 无刷永磁式直流电动机的规格
项目参数
电动机类型
额定电压（V）额定功率（W）额定转速（r/min）额定扭矩（N﹒m）额定电流（A）无刷永磁式直流电动机
DC12
150
1200
1.2
30
3.3电磁离合器的参数选择
电磁离合器的作用是传递电动机的助力转矩，电磁离合器安装在电动机和减速机构之间。电磁离合器的设置是为了使电动机和减速机构快速的结合和分离。
即当低速转向时，电子控制单元输出控制信号起动电动机，并输出控制信号使离合器吸合，从而将电动机的输出扭矩通过离合器传递到减速机构上。而当车速超过预置车速时，电子控制单元输出控制信号使离合器断开，离合器失去励磁电流而分离。此外，电动机出现故障时，可使离合器分离，令电动机与减速机构脱开，转向系统便从电动助力方式切换为机械转向方式，从而保证了转向系统的安全性能[10]。电磁离合器的选用主要是要满足稳定可靠地结合和分离，能够很好地实现扭矩的传递，现已知电动机的额定扭矩是1.2N·m，考虑到需要有一定的安全可靠连接余量，离合器的额定扭矩选择1.47N·m.。电磁离合器的具体规格要求如表3-3。
表3-3 电磁离合器的规格
项目参数
型式
额定电压（V）消耗功率（W）额定扭矩（N?m）
干式电磁离合器
DC12
9.8W/12V 20℃1.47N?m/12V 20℃
3.4电动助力转向减速机构的选择
减速机构是电动式EPS不可缺少的部件，它把电机的输出经过减速增扭传递到动力辅助单元，实现助力。目前实用的减速机构主要有两种形式：双行星齿轮减速机构和蜗轮蜗杆减速机构。如图3-2示。
双行星齿轮减速机构采用了双行星齿轮和传动齿轮驱动组合式。因为是多级减速，可提供较大的助力扭矩。为了降低噪声和提高使用寿命，减速机构部分采用树脂材料齿轮。双行星齿轮减速机构因为可提供较大的助力，通常用在小齿轮助力式和齿条助力式系统[11]。
蜗轮蜗杆减速机构简单，体积小，噪声低，成本较双行星齿轮减速机构低。其提供的助力虽不及双行星齿轮减速机构，但已能满足轿车的助力要求，因此，蜗轮蜗杆减速机构通常用在转向柱助力式的轿车转向系统中，本系统即是采用蜗轮蜗杆减速机构。
图（a ）涡轮蜗杆减速机构
图（b ）双行星齿轮减速机构
3.5电动助力转向减速机构传动比的选择 3.5.1汽车行驶绕主销转向阻力矩的计算
)(2
1
.0m N G
M r ?=
（3-2）其中G ——前桥满载负荷 (N )
G=
L mgb =985?9.8?1.26
2.34
=5197.77N
r M =0.15197.77
2
?
N ?m=259.89N ?m 3.5.2作用在方向盘上的力矩的计算
L
G L G r
sw i i M M ηη???=
()N m ?
（3-3）式中：G i 转向器速比， 120G i G ==
L i 转向拉杆速比， 一般在0.8～1.1之间，1≈L i
G η转向器正效率，一般取0.7～0.8 L η转向拉杆效率，一般取0.85～0.9
259.89
18.052010.80.9
sw M =
=???N m
3.5.3减速机构传动比的计算
动力转向器的作用效能'
=h k F F S /，即没有动力转向器与有动力转向器时作
用在方向盘上的力之比。原地转向时，取20=S ，即助力转向器提供95%的转向力矩，即助力转矩：0.950.9518.0517.15assist sw M M N m ==?=?
减速机构传动比：
17.15
20.31.20.72
assist M i T η=
==? 3.6蜗轮蜗杆减速机构设计计算
设计要求：普通圆柱蜗杆闭式传动（用于EPS 系统中电机输出到转向轴），
蜗杆转速min /1200
1r n =，输入功率W P 140=，传动比3.26=i 。双侧工作，工作载荷较稳定，冲击不大。要求寿命为5年（按每年365天，每天8小时）[12]，则h L h 1460083655=??= 3.6.1选择蜗杆传动类型
根据GB10085—1988的推荐，采用渐开线蜗杆(ZI)。传动比i 介于5~80之
间，根据推荐，确定蜗杆头数21=z 。 3.6.2选择材料
考虑到蜗杆传动传递的功率不大，速度只是中等，故蜗杆用45号钢；因希望效率高些，耐磨性好些，故蜗杆螺旋面要求淬火并且调质处理，硬度为45~55HRC 。蜗轮用铸锡磷青铜ZCuSn10P1，金属模铸造。这种材料耐磨性最好，但价格较高，用于滑动速度v s ≥3m/s 的重要传动。为了节约贵重的有色金属，仅齿圈用青铜制造，而轮芯用灰铸铁HT150制造。为防止变形，常对蜗轮进行时效处理[13]。
3.6.3按齿面接触疲劳强度进行设计
在闭式传动中，蜗杆副多因齿面胶合或点蚀而失效，因此根据闭式蜗杆传动的设计准则，先按齿面接触疲劳强度进行设计，再校核齿根弯曲疲劳强度。 传动中心距
[]mm Z Z KT a H E 2
23
???
?
??≥
σρ
（3-4）
(1) 确定作用在蜗轮上的转矩T 2 按21=z ，估取效率0.75η=，则
6
662221120.140.759.55109.55109.551021977120026.3
P P T N mm N mm n n i η?=?=?=???=? (2) 确定载荷系数K
因工作载荷较稳定，所以选取齿向载荷分布不均系数1=βK ；由表3-4选取使用系数15.1=A K ；由于转速不高，冲击不大，可取动载系数05.1=v K ；则
21.105.1115.1≈??=??=v A K K K K β
表3-4 使用系数A K
工作类型
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
载荷性质 均匀、无冲击
不均匀、小冲击
不均匀、大冲击
每小时起动次数 <25 25～50 >50 起动载荷
小 较大 大 A K
1
1.15
1.2
(3) 确定弹性影响系数Z E
因选用的是铸锡磷青铜蜗轮和钢蜗杆相配，故2
1160MPa Z E =
(4) 确定接触系数Z ρ
先假设蜗杆分度圆直径d 1和传动中心距a 的比值35.0/1=a d ，从图3-3中可查得 2.9Z ρ=。
Ⅰ—用于ZI 型蜗杆（ZA 、ZN 型也适用） 接触系数1/d a Ⅱ—用于ZC 型蜗杆
图3-3 圆柱蜗杆传动的接触系数
(5) 确定许用接触应力[σ]H
根据蜗轮材料为铸锡磷青铜ZCuSn10P1，金属模铸造，蜗杆硬度＞45HRC ，可从表3-5中查得蜗轮的基本许用应力[]H 'σ=268MPa 。
表3-5 铸锡青铜蜗轮的基本许用接触应力[]H 'σ/MPa
蜗轮材料
铸造方法
蜗杆螺旋面的硬度
≤45HRC
>45HRC 铸锡磷青铜 ZCuSn10P1 砂模铸造 150 180 金属模铸造 220 268 铸锡锌铅青铜 ZCuSn5Pb5Zn5
砂模铸造 113 135 金属模铸造
128
140
应力循环次数
7210997.3146003
.261200
16060?=??
?==h L jn N 寿命系数
841.010
997.310107
7
8
7
8
=?==
N
K HN 则
[][]MPa MPa K H HN H
225268841.0=?='
?=σσ
(6) 计算中心距
48.36a mm ≥
=
取标准中心距mm a 50=，因3.26=i ，故取模数mm m 6.1=，蜗杆分度圆直
径mm d 201=。这时4.0/1=a d ，从图3-3接触系数图中可查得75.2='ρ
Z ，因为ρρZ Z <'，因此由中心距计算式[]mm Z Z KT a H E 2
23
???
?
??≥σρ
可以确定以上计算结果可用。
3.6.4蜗杆与蜗轮的主要参数与几何尺寸
(1) 蜗杆 轴向齿距 mm m p a 027.5==π 直径系数 5.12/1==m d q
齿顶圆直径 mm m h d d a a 2.232*
11=+=
齿根圆直径
()
mm c m h d d a f 2.162*11=+-=
分度圆导程角
09.9tan 11=???
?
??=-q z γ 蜗杆轴向齿厚
mm m s a 513.22
1
==π
(2) 蜗轮
蜗轮齿数512=z ；变位系数5.02-=x ；
某款纯电动汽车电动助力转向系统设计开发 0 引言 以某款汽油车型改款纯电动汽车为例，探讨转向系统在纯电动车型上的开发设计。由于汽车动力系统改变，取消了内燃机，同时取消了由内燃机驱动的液压助力泵，因此需要寻找新的结构来实现转向助力功能。对于纯电动车最优选方案是全部采用电气化设备，即选用EPS（Electrical Power Steering System，电动助力转向系统），依靠电机提供辅助扭矩的转向助力。 1 转向系统介绍 电动助力转向系统可选择的方案有3 种：EHPS （Electrically Powered Hydraulic Steering System，电动液压助力转向），C-EPS（Column Type Electrical Power Steering System, 转向轴式电动助力转向），R-EPS（Rack Type Electrical Power Steering System, 齿条式电动助力转向）。3 种方案的优缺点对比见表1。 综合考虑功能实现、成本优化、批量生产等因素，最终在公司现有车型上选择借用C-EPS 方案。C-EPS 是在转向管柱上加装转向助力模块，通过电机达到助力效果。助力模块
包含扭矩和角度传感器、助力电机、减速机构和ECU（Electronic Control Unit ，电子控制单元）。EPS 的工作原理是驾驶员操控转向盘进行转向时，扭矩传感器检测到转向盘的扭矩；车速传感器测出车辆的行驶速度，将这个信号输送到ECU，ECU 根据内置的控制策略，计算出助力力矩，以电流信号形式向电机控制器发出指令；电机输出相应的转向助力扭矩，经过减速机构作用在机械式转向系统上，和驾驶员的操纵力矩一起克服转向阻力矩，实现车辆转向。 2 结构设计 C-EPS 转向系统是基于原车型基础开发，为保证整车布置变化量最小，转向系统硬点不变。由于转向管柱总成集成电子助力模块，导致体积增大，需考虑部件的空间布置。同时，转向管柱总成重量增加，需对其下安装支架进行重新设计，仪表横梁支架的刚性需要相应增大。综合考虑整车通用化及相关部件变更最小化，转向管柱总成的安装形式仍采用原车型的4 点式固定方式，满足强度要求。考虑车辆碰撞法规要求，管柱的溃缩行程需不小于50 mm。 C-EPS 转向传动轴所传递的扭矩相比原车型更大，因此轴的直径增加，外径由Φ22.5 mm 增加至Φ24 mm。由于硬点不变，相位角保持在（19.5±1.5）°，小于设计要求值30 °，有利于转向力矩波动控制在±5%范围内。 采用机械式转向机替换原车液压式齿轮齿条转向机，所以取消液压缸，齿轮室没有油孔，小齿轮无需配置油路，相比原结构简化。机械式齿条直径由Φ24 mm 增加至Φ25 mm，以输出更大扭矩，同时线角传动比增大，改善转向响应。汽油车与电动车的转向部件实物对比见表2。
汽车电动助力转向机构的设计 引言 在汽车的发展历程中，转向系统经历了四个发展阶段：从最初的机械式转向系统（Manual Steering，简称MS）发展为液压助力转向系统（Hydraulic Power Steering，简称HPS），然后又出现了电控液压助力转向系统（Electro Hydraulic Power Steering，简称EHPS）和电动助力转向系统（Electric Power Steering，简称EPS）。 装配机械式转向系统的汽车，在泊车和低速行驶时驾驶员操纵负担过于沉重，为了解决这个问题，美国GM公司在20世纪50年代率先在轿车上采用了液压助力转向系统[1]。但是，液压助力转向系统无法兼顾车辆低速时的转向轻便性和高速时的转向稳定性，因此在1983年日本koyo公司推出了具备车速感应功能的电控液压助力转向系统。这种新型的转向系统可以随着车速的升高提供逐渐减小的转向助力，但是结构复杂、造价较高，而且无法克服液压系统自身所具有的许多缺点，是一种介于液压助力转向和电动助力转向之间的过渡产品。到了1988年，日本Suzuki公司首先在小型轿车Cervo上配备了Koyo公司研发的转向柱助力式电动助力转向系统；1990年，日本Honda公司也在运动型轿车NSX上采用了自主研发的齿条助力式电动助力转向系统，从此揭开了电动助力转向在汽车上应用的历史。
第1章概述 1.1电动助力转向的优点 与传统的转向系统相比，电动助力转向系统最大的特点就是极高的可控制性，即通过适当的控制逻辑，调整电机的助力特性，以达到改善操纵稳定性和驾驶舒适性的目的。作为今后汽车转向系统的发展方向，必将取代现有的机械转向系统、液压助力转向系统和电控制液压助力转向系统[2]。 相比传统液压动力转向系统，电动助力转向系统具有以下优点： （1）只在转向时电机才提供助力，可以显著降低燃油消耗 传统的液压助力转向系统有发动机带动转向油泵，不管转向或者不转向都要消耗发动机部分动力。而电动助力转向系统只是在转向时才由电机提供助力，不转向时不消耗能量。因此，电动助力转向系统可以降低车辆的燃油消耗。 与液压助力转向系统对比试验表明：在不转向时，电动助力转向可以降低燃油消耗2.5%；在转向时，可以降低5.5%。 （2）转向助力大小可以通过软件调整，能够兼顾低速时的转向轻便性和高速时的操纵稳定性，回正性能好。传统的液压助力转向系统所提供的转向助力大小不能随车速的提高而改变。这样就使得车辆虽然在低速时具有良好的转向轻便性，但是在高速行驶时转向盘太轻，产生转向“发飘”的现象，驾驶员缺少显著的“路感”，降低了高速行驶时的车辆稳定性和驾驶员的安全感。 电动助力转向系统提供的助力大小可以通过软件方便的调整。在低速时，电动助力转向系统可以提供较大的转向助力，提供车辆的转向轻便性；随着车速的提高，电动助力转向系统提供的转向助力可以逐渐减小，转向时驾驶员所需提供的转向力将逐渐增大，这样驾驶员就感受到明显的“路感”，提高了车辆稳定性。
内容摘要 电动助力转向( Electric Power Steering, 简称EPS) 作为一种新型转向系统, 因其具有节能、环保等优点而受到世界各大汽车公司和企业的青睐, 它将逐步取代传统的液压助力转向系统(Hydraulic Power Steering, 简称HPS) 。 本文以传统的转向柱助力式EPS 为研究对象, 建立EPS系统数学模型,给出了汽车电动助力系统的动力学方程。根据电动助力转向系统的工作原理及控制器可靠设计的关键技术，设计了以P87C591 单片机为主控单元的EPS系统，系统采用闭环电流控制方案, 利用目标电流技术调节电机端电压达到控制电机电流力矩的目的。EPS 控制器采用模块化设计，把信号处理电路和功率驱动电路进行分层设计,以增强系统的抗干扰能力和可靠性。在进行PWM 驱动频率的选择时，考虑开关时电流脉峰对开关管及电动机安全的影响。最后通过研究分析了EPS系统的经济性、系统硬件电路板空间与发热功耗及可靠性合理地选择散热片及其参数,提高了驱动效率和稳定运行能力。 实验表明, 该系统具有良好的电动助力特性, 满足电动助力转向要求,证明了这种系统在实际应用中的有效性。 关键词 电动助力转向; 单片机; H桥驱动; PWM斩波; 控制系统
Hardware Design of the Electric Power Assisted Steering System 050607337 Zhangqiang Instructor：Helinlin Associate professor Abstract Electric power steering is a new power steering technology for vehicles. Merit such as energy conservation , environmental protection that the person has accepts the respectively big automobiles of world company and the enterprise favour , home and abroad developing trend is to use electric power-assistance to change to the hydraulic pressure power-assistance vergence substituting tradition step by step. The mathematic model the main body of a book is established systematically with dyadic EPS of the tradition vergence post power-assistance for the object of study,has given an automobile out electric systematic power-assistance dynamics equation , has combined classics control theory and the optimization algorithm, the parameter carries out validity in applying to reality having studied , testifying this system on systematic power-assistance. This paper presents an elect ricpower steering system controlled by P87C591 microp rocessor. The motor given torque is computed by expertcontrol system. The practical output torque is closed-loop controlled.
第一章绪论 电动助力转向系统（Electric Power Steering，缩写EPS）是一种直接依靠电机提供辅助扭矩的动力转向系统，EPS主要由扭矩传感器、车速传感器、电动机、减速机构和电子控制单元（ECU）等组成。它是近代各种先进汽车上所必备的系统之一。 1.1电动助力转向的发展 从最初的机械式转向系统（Manual Steering，简称MS）发展为液压助力转向系统（Hydraulic Power Steering，简称HPS），然后又出现了电控液压助力转向系统（Electro Hydraulic Power Steering，简称EHPS）和电动助力转向系统（Electric Power Steering，简称EPS）。 装配机械式转向系统的汽车，在泊车和低速行驶时驾驶员的转向操纵负担过于沉重，为了解决这个问题，美国GM公司在20世纪50年代率先在轿车上采用了液压助力转向系统。但是，液压助力转向系统无法兼顾车辆低速时的转向轻便性和高速时的转向稳定性，因此在1983年日本Koyo公司推出了具备车速感应功能的电控液压助力转向系统。这种新型的转向系统可以随着车速的升高提供逐渐减小的转向助力，但是结构复杂、造价较高，而且无法克服液压系统自身所具有的许多缺点，是一种介于液压助力转向和电动助力转向之间的过渡产品。到了1988年，日本Suzuki公司首先在小型轿车Cervo上配备了Koyo公司研发的转向柱助力式电动助力转向系统；1990年，日本Honda公司也在运动型轿车NSX上采用了自主研发的齿条助力式电动助力转向系统，从此揭开了电动助力转向在汽车上应用的历史。
1.2 电动助力转向的分类： 机械液压助力 机械液压助力是我们最常见的一种助力方式，它诞生于1902年，由英国人Frederick W. Lanchester发明，而最早的商品化应用则推迟到了半个世纪之后，1951年克莱斯勒把成熟的液压转向助力系统应用在了Imperial车系上。由于技术成熟可靠，而且成本低廉，得以被广泛普及。 机械液压助力系统的主要组成部分有液压泵、油管、压力流体控制阀、V型传动皮带、储油罐等等。这种助力方式是将一部分发动机动力输出转化成液压泵压力，对转向系统施加辅助作用力，从而使轮胎转向。电子液压助力 由于机械液压助力需要大幅消耗发动机动力，所以人们在机械液压助力的基础上进行改进，开发出了更节省能耗的电子液压助力转向系统。这套系统的转向油泵不再由发动机直接驱动，而是由电动机来驱动，并且在之前的基础上加装了电控系统，使得转向辅助力的大小不光与转向角度有关，还与车速相关。机械结构上增加了液压反应装置和液流分配阀，新增的电控系统包括车速传感器、电磁阀、转向ECU等。电动助力 EPS就是英文Electric Power Steering的缩写，即电动助力转向系统。电动助力转向系统是汽车转向系统的发展方向。该系统由电动助力机直接提供转向助力，省去了液压动力转向系统所必需的动力转向油泵、软管、液压油、传送带和装于发动机上的皮带轮，既节省能量，又
目录 一、绪论 1.1 前言 (1) 1.2 EPS的特点 (2) 1.3 EPS系统在国内外的应用状况 (3) 二、 EPS的基本构造和工作原理 2.1 EPS系统结构及其工作原理 (4) 2.2 EPS的关键部件 (5) 2.2.1 扭矩传感器 (5) 2.2.2 电动机 (6) 2.2.3 电磁离合器 (6) 2.2.4 减速机构 (7) 2.3 EPS的电流控制 (7) 2.4 助力控制 (8) 2.5 回正控制 (9) 2.6 阻尼控制 (9) 三、EPS系统电机驱动电路的设计 3.1 微控制器的选择 (10) 3.2 硬件电路总体框架 (10) 3.3 电机控制电路设计 (11) 3.3.1 H桥上侧桥MOSFET功率管驱动电路设计 (12) 3.3.2 H桥下侧桥MOSFET功率管驱动电路设计 (13) 3.4蓄电池倍压电源 (14) 3.5电机驱动电路台架试验 (15) 3.6 结论与展望 (16) 四、电动助力转向系统故障自诊断的研究 4.1 故障自诊断的基本原理 (17) 4.2 电动助力转向系统故障自诊断 (17) 4.2.1 系统各组成部件的故障辨识 (17) 4.2.2 转矩传感器故障自诊断 (18) 4.2.3 电机故障自诊断 (20) 4.2.4 车速和发动机转速信号故障自诊断 (21) 4.2.5 电磁离合器故障自诊断 (22) 4.2.6 控制单元电源线路故障自诊断 (22) 4.2.7 控制单元故障自诊断 (23) 4.3 故障代码显示控制及安全防范措施 (23) 4.4 实例分析 (26) 4.5 结束语 (27) 致谢 (27)
第37卷第1期吉林大学学报(工学版 Vol. 37No. 12007年1月 Journal of Jilin University (Engineering and Technology Edition J an. 2007 收稿日期:2006203216. 基金项目:北京市科学技术委员会项目(D0305002040111 . 作者简介:施国标(1972 , 男, 讲师, 博士. 研究方向:车辆系统动力学与电子控制. E 2mail :sgb@https://www.doczj.com/doc/0212220431.html,. cn 电动助力转向系统的建模与仿真技术 施国标1, 申荣卫1,2, 林逸1 (1. 北京理工大学机械与车辆工程学院, 北京100081; 2. 邢台职业技术学院汽车系, 河北邢台054035 摘要:概述了电动助力转向系统(EPS 的结构和工作原理, 并介绍了电动助力转向系统助力 特性的设计方法。在分析了电动助力转向系统各组成部分数学模型的基础上, Simulink 的电动助力转向系统仿真模型。采用了PID 流进行闭环跟踪控制。仿真结果表明:间的矛盾, 同时, 。关键词:; ; :167125497(2007 0120031206 Modeling and simulation of electric pow er steering system Shi Guo 2biao 1, Shen Rong 2wei 1,2, Lin Y i 1 (1. School of
Mechanical and V ehicle Engineering , B ei j ing I nstitute of Technolog y , B ei j ing 100081China; 2. De partment of A utomobile , X ingtai V ocational and Technical College , X ingtai 054035, China Abstract :The st ruct ure and working p rinciple of t he elect ric power steering (EPS system were summarized and t he design met hod of t he assistance characteristic of t he EPS system was int roduced. From t he analysis of t he mat hematical models of t he component modules of t he EPS system a simulation model based on Simulink was built. The clo se 2loop cont rol st rategies of PID and PWM were adopted to cont rol t he target current of t he motor of t he EPS system. The simulation result s show t hat t he designed assistance characteristic alleviates t he contradiction between t he steering agility and t he road feel , and t he act ual current of t he motor follows p recisely t he target current , proving t he validity of t he cont rol st rategy. K ey w ords :vehicle engineering ; elect ric power steering (EPS ; assistance characteristic ; modeling ; simulation 电动助力转向系统的开发一般包括系统总体设计、建模仿真、试验台试验、实车试验、性能优化等环节[1]。其中, 建模仿真的任务主要是用数学分析的方法建立电动助力转向系统各组成部分的数学模型, 然后利用仿真软件建立整个系统的仿真模型。通过仿真分析, 可以初步完成系统的设计, 减少开发成本, 加快开发进程。作者开发了基 于Simulink 的电动助力转向仿真模型, 为便于仿真, 引入了驾驶员模型模拟驾驶员的操作。利用该模型可进行电动助力转向系统的稳定性分析、助力特性研究以及控制策略的验证等重要工作, 初步完成电动助力转向系统的匹配设计和基本控制参数的标定, 为以后控制器的开发、试验台试验和实车试验打下基础 。
汽车转向器毕业设计 【篇一：毕业设计汽车转向系统】 摘要 本设计课题为汽车前轮转向系统的设计，课题以机械式转向系统的齿轮齿条式转向器设计及校核、整体式转向梯形机构的设计及验算 为中心。首先对汽车转向系进行概述，二是作设计前期数据准备， 三是转向器形式的选择以及初定各个参数，四是对齿轮齿条式转向 器的主要部件进行受力分析与数据校核，五是对整体式转向梯形机 构的设计以及验算，并根据梯形数据对转向传动机构作尺寸设计。在转向梯形机构设计方面。运用了优化计算工具matlab进行设计 及验算。matlab强大的计算功能以及简单的程序语法，使设计在参数变更时得到快捷而可靠的数据分析和直观的二维曲线图。最后设 计中运用autocad和catia作出齿轮齿条式转向器的零件图以及装配图。 关键词：转向机构，齿轮齿条，整体式转向梯形，matlab梯形abstract the title of this topic is the design of steering system. rack and pinion steering of mechanical steering system and integrated steering trapezoid mechanism gear to the design as the center. firstly make an overview of the steering system. secondly take a preparation of the data of the design. thirdly, make a choice of the steering form and determine the primary parameters and design the structure of rack and pinion steering. fourthly, stress analysis and data checking of the rack and pinion steering. fifthly, design of steering trapezoid mechanism, according to the trapezoidal data make an analysis and design of steering linkage. in the design of integrated steering trapezoid mechanism the computational tools matlab had been used to design and checking of the data. the powerful computing and intuitive charts of the matlab can give us accurate and quickly data. in the end autocad and catia were used to make a rack and pinion steering parts diagrams and assembly drawings keywords: steering system，mechanical type steering gear and gear rack， integrated steering trapezoid，matlab trapezoid
目录摘要2 第一章绪论3 1.1汽车转向系统概述3 1.2齿轮齿条式转向器概述9 1.3液压助力转向器概述10 1.4国内外发展情况12 1.5本课题研究的目的和意义12 1.6本文主要研究内容13 第二章汽车主要参数的选择14 2.1汽车主要尺寸的确定14 2.2汽车质量参数的确定16 2.3轮胎的选择17 第三章转向系设计概述18 3.1对转向系的要求18 3.2转向操纵机构18 3.3转向传动机构19 3.4转向器20 3.5转角及最小转弯半径20 第四章.转向系的主要性能参数22 4.1转向系的效率22 4.2传动比变化特性23 4.3转向器传动副的传动间隙△T25 4.4转向盘的总转动圈数26 第五章机械式转向器方案分析及设计26 5.1齿轮齿条式转向器26 5.2其他转向器28 5.3齿轮齿条式转向器布置和结构形式的选择29 5.4数据的确定29 5.5设计计算过程31 5.6齿轮轴的结构设计35 5.7轴承的选择35 5.8转向器的润滑方式和密封类型的选择35 5.动力转向机构设计36 5.1对动力转向机构的要求36 5.2动力转向机构布置方案36 5.3液压式动力转向机构的计算38 5.4动力转向的评价指标43
6. 转向传动机构设计45 6.1转向传动机构原理45 6.2转向传送机构的臂、杆与球销47 6.3转向横拉杆及其端部47 6.4杆件设计结果48 7.结论49 致谢49 摘要 本课题的题目是转向系的设计。以齿轮齿条转向器的设计为中心，一是汽车总体构架参数对汽车转向的影响；二是机械转向器的选择；三是齿轮和齿条的合理匹配，以满足转向器的正确传动比和强度要求；四是动力转向机构设计；五是梯形结构设计。因此本课题在考虑上述要求和因素的基础上研究利用转向盘的旋转带动传动机构的齿轮齿条转向轴转向，通过万向节带动转向齿轮轴旋转，转向齿轮轴与转向齿条啮合，从而促使转向齿条直线运动，实现转向。实现了转向器结构简单紧凑，轴向尺寸短，且零件数目少的优点又能增加助力，从而实现了汽车转向的稳定性和灵敏性。在本文中主要进行了转向器齿轮齿条的设计和对转向齿轮轴的校核，主要方法和理论采用汽车设计的经验参数和大学所学机械设计的课程内容进行设计，其结果满足强度要求，安全可靠。 关键词：转向系；机械型转向器；齿轮齿条；液压式助力转向器 Abstract The title of this topic is the design of steering system. Rack and pinion steering gear to the design as the center, one vehicle parameters on the overall framework of the impact of vehicle steering; Second, the choice of mechanical steering; third rack gear and a reasonable match to meet the correct steering gear ratio and strength requirements; Fourth, power steering mechanism design; Fifth, the structural design of trapezoidal. Therefore, taking into account the above issues and factors that require study, based on the steering wheel rotary drive transmission shaft of the steering rack and pinion steering, through the universal joint drive shaft rotation gear shift, steering rack and steering gear shaft meshing, thereby encouraging steering rack linear motion to achieve steering. Simple structure to achieve the steering tight, short axial dimension, and the number of parts can increase the advantages of less power in order to achieve the vehicle steering stability and sensitivity. In this article a major design steering rack and pinion steering gear shaft and the check, the main methods and theoretical experience in the use of automotive design parameters and the University of mechanical design school curriculum design and the results meet the strength
第1章绪论 主动转向系统保留了传统转向系统中的机械构件，包括转向盘、转向柱、齿轮齿条转向机以及转向横拉杆等。其最大特点就是在转向盘和齿轮齿条转向机之间的转向柱上集成了一套双行星齿轮机构，用于向转向轮提供叠加转向角。主动转向系统通过一组双行星齿轮机构实现了独立于驾驶员的转向叠加功能，完美地解决了低速时转向灵活轻便与高速时保持方向稳定性的矛盾，并在此基础上通过转向干预来防止极限工况下车辆转向过多的趋势，进一步提高了车辆的稳定性。同时，该系统能方便地与其他动力学控制系统进行集成控制，为今后汽车底盘一体化控制奠定了良好的基础。 与常规转向系统的显著差别在于，主动转向系统不仅能够对转向力矩进行调节，而且还可以对转向角度进行调整，使其与当前的车速达到完美匹配。其中的总转角等于驾驶员转向盘转角和伺服电机转角之和。低速时，伺服电机驱动的行星架转动方向与转向盘转动相同，叠加后增加了实际的转向角度，可以减少转向力的需求。高速时，伺服电机驱动的行星架转动方向与转向盘转动相反，叠加后减少了实际的转向角度，转向过程会变得更为间接，提高了汽车的稳定性和安全性。 1.1转向系统综述 1、蜗杆曲柄销式转向器 它是以蜗杆为主动件，曲柄销为从动件的转向器。蜗杆具有梯形螺纹，手指状的锥形指销用轴承支承在曲柄上，曲柄与转向摇臂轴制成一体。转向时，通过转向盘转动蜗杆、嵌于蜗杆螺旋槽中的锥形指销一边自转，一边绕转向摇臂轴做圆弧运动，从而带动曲柄和转向垂臂摆动，再通过转向传动机构使转向轮偏转。这种转向器通常用于转向力较大的载货汽车上。 2、循环球式转向器 循环球式：这种转向装置是由齿轮机构将来自转向盘的旋转力进行减速，使转向盘的旋转运动变为涡轮蜗杆的旋转运动，滚珠螺杆和螺母夹着钢球啮合，因而滚珠螺杆的旋转运动变为直线运动，螺母再与扇形齿轮啮合，直线运动再次变为旋转运动，使连杆臂摇动，连杆臂再使连动拉杆和横拉杆做直线运动，改变车轮的方向。这是一种古典的机构，现代轿车已大多不再使用，但又被最新方式的助力转向装置所应用。它的原理相当于利用了螺母与螺栓在旋转过程中产生的相对移动，而在螺纹与螺纹之间夹入了钢球以减小阻力，所有钢球在一个首尾相连的封闭的螺旋曲线
汽车转向电动机工作原理及转向系统概述 汽车上配置的转向系统，大致可以分为三类：(1)一种是机械式液压动力转向系统；(2)一种是电子液压助力转向系统；(3)另外一种电动助力转向系统。 一、电动助力转向系统(EPS) 1、英文全称是Electronic Power Steering，简称EPS，它利用电动机产生的动力协助驾车者进行动力转向。EPS的构成，不同的车尽管结构部件不一样，但大体是雷同。一般是由转矩(转向)传感器、电子控制单元、电动机、减速器、机械转向器、以及畜电池电源所构成。 2、主要工作原理：汽车在转向时，转矩(转向)传感器会“感觉”到转向盘的力矩和拟转动的方向，这些信号会通过数据总线发给电子控制单元，电控单元会根据传动力矩、拟转的方向等数据信号，向电动机控制器发出动作指令，从而电动机就会根据具体的需要输出相应大小的转动力矩，从而产生了助力转向。如果不转向，则本套系统就不工作，处于standby(休眠)状态等待调用。由于电动电动助力转向的工作特性，你会感觉到开这样的车，方向感更好，高速时更稳，俗话说方向不发飘。又由于它不转向时不工作，所以，也多少程度上节省了能源。一般高档轿车使用这样的助力转向系统的比较多。 由于电动助力转向系统只需电力不用液压，与机械式液压动力转向系统相比较省略了许多元件。没有液压系统所需要的油泵、油管、压力流量控制阀、储油罐等，零件数目少，布置方便，重量轻。 而且无“寄生损失”和液体泄漏损失。因此电动助力转向系统在各种行驶条件下均可节能80%左右，提高了汽车的运行性能。因此在近年得到迅速的推广，也是今后助力转向系统的发展方向。 有一些汽车冠以电动助力转向，其实不是真正意义上的纯电动的助力转向，它还需要液压系统，只不过由电动机供油。传统的液压动力转向系统的油泵由发动机驱动。 为保证汽车原地转向或者低速转向时的轻便性，油泵的排量是以发动机怠速时的流量来确定的。而汽车行驶中大部分时间处于高于怠速的速度和直线行驶状态，只能将油泵输出的油液大部分经控制阀回流到储油罐，造成很大的“寄生损失”。
汽车电动助力转向系统机械本体的设计 1 绪论 1.1 汽车转向系统作用及简要介绍 作为汽车的一个重要组成部分, 汽车转向系统是决定汽车主动安全性的关键总成, 如何设计汽车的转向特性, 使汽车具有良好的操纵性能, 始终是各汽车生产厂家和科研机构的重要研究课题。特别是在车辆高速化、驾驶人员非职业化、车流密集化的今天, 针对更多不同水平的驾驶人群, 汽车的操纵设计显得尤为重要。汽车转向系统经历了纯机械式转向系统、液压助力转向系统、电动助力转向系统3 个基本发展阶段。 机械式的转向系统, 由于采用纯粹的机械解决方案, 为了产生足够大的转向扭矩需要使用大直径的转向盘, 这样一来, 占用驾驶室的空间很大, 整个机构显得比较笨拙, 驾驶员负担较重, 特别是重型汽车由于转向阻力较大,单纯靠驾驶员的转向力很难实现转向, 这就大大限制了其使用范围。但因结构简单、工作可靠、造价低廉, 目前在一部分转向操纵力不大、对操控性能要求不高的微型轿车、农用车上仍有使用。 1953 年通用汽车公司首次使用了液压助力转向系统, 此后该技术迅速发展, 使得动力转向系统在体积、功率消耗和价格等方面都取得了很大的进步。80 年代后期, 又出现了变减速比的液压动力转向系统。在接下来的数年内, 动力转向系统的技术革新差不多都是基于液压转向系统, 比较有代表性的是变流量泵液压动力转向系统( Variable Displacement Power Steering Pump) 和电动液压助力转向( Electric Hydraulic PowerSteering, 简称EHPS) 系统。变流量泵助力转向系统在汽车处于比较高的行驶速度或者不需要转向的情况下, 泵的流量会相应地减少, 从而有利于减少不必要的功耗。电动液压转向系统采用电动机驱动转向泵, 由于电机的转速可调, 可以即时关闭, 所以也能够起到降低功耗的功效。液压助力转向系统使驾驶室变得宽敞, 布置更方便, 降低了转向操纵力, 也使转向系统更为灵敏。由于该类转向系统技术成熟、能提供大的转向操纵助力, 目前在部分乘用车、大部分商用车特别是重型车辆上广泛应用。 但是液压助力转向系统在系统布置、安装、密封性、操纵灵敏度、能量消耗、磨损与噪声等方面存在不足。 电动助力系统EPS 在日本最先获得实际应用, 1988 年日本铃木公司首次开发出一种全新的电子控制式电动助力转向系统, 并装在其生产的Cervo 车上, 随后又配备在Alto 上。此后, 电动助力转向技术得到迅速发展, 其应用范围已经从微型轿车向大型轿车和客车方向发展。日本的大发汽车公司、三菱汽车公司、本田汽车公司, 美国的Delphi公司, 英
一、概述 电动助力转向系统由电子控制模块，车速传感器，发动机转速传感器和其它安装在转向柱上的扭矩传感器、电机等部件组成，系统控制模块根据扭矩传感器和汽车速度传感器传出的信号，确定转向助力的大小和方向，并驱动电机辅助转向操作。 二、控制流程图 三、电路图及各接插件功能（附图表） 四、控制模块 控制模块是由微电脑，A/D（模拟/数字）转换，I/O（输入/输出）装置等组成的控制器，它不仅含有控制助力转向的大小和方向的主要功能，还有车载诊断系统（自我诊断功能）和安全保护功能。 五、自诊断功能： 在点火开关在ON位置和发动机起动时，控制模块可以诊断下面部件发生的故障，并通过故障指示灯显示故障结果。 1.扭矩传感器 2.车速传感器 3.发动机转速传感器 4.电机 5.离合器 6.控制模块 控制模块和故障指示灯按下述操作 当点火开关在ON位置，发动机在起动状态，诊断线接头没有接地时，在上述部件内如果没有故障存在，指示灯亮约2秒后关闭，这是检查指示灯泡和系统电路，当控制模块发现在上述部件内产生故障时，指示灯亮，警告驾驶员发生故障，同时 第 1 页共11 页·1·
在控制模块的备份存贮器里存贮故障代码。 当诊断开关接地进，通过指示灯闪动，控制模块控制故障指示灯显示故障代码。 当检查故障时，发动机必须运转。 六、安全防护功能，当出现异常的DTC时，控制模块将关闭电机和离合器。 七、VSS（转速传感器） 车速传感器根据车速大小产生成比例的信号（有的传感器信号可直接输入模块），车辆里程表将这些信号转换出相应的车速读数，同时也把它转换成双倍周期的方波信号输入控制模块。 八、发动机速度信号 点火线圈的点火信号，作出发动机转速信号，通过ECU转换成数字信号，其一端送仪表，另一端输入控制模块。 九、诊断（附图故障代码表） 在故障诊断中的注意事项 1.当产生两个或更多的故障，故障诊断代码总是从最小的代码开始依次显示。 2.当点火电开关打开和发动机不起动时，显DTC22（发动机速信号），但是当发动机起动时，如果显示正常变化，就意味着正常。 3.由于故障诊断代码（DTC）存储在控制模块的备份存储器中，所以在维修后，一定要清除存储器中的代码，清除方法是将故障诊断线接地，显示故障代码三次。 4.参阅故障代码诊断表，记下显示的故障代码，对故障进行处理。 5.故障诊断代码（DTC）的显示 (1)找到故障诊断线“A2” (2)将故障诊断线“A2”接地 (3)起动发动机（如发动机没起动，将显示DCT22） (4)当产生两个或更多的故障时，故障诊断代码（DTC）总是从最小的代码开始依次显示。 十、“EPS”指示灯线路检查（在点火开关打开时，“EPS”指示灯不亮） 1、蓄电池 2、主保险丝 3、点火开关 4、电路保险丝（15A） 5、控制模块 6、EPS灯 7、主保险丝 8、控制盒插座 9、接插件 第 2 页共11 页·2·
汽车转向系统EPS设计
毕业设计外文摘要
目录 错误!未定义书签。 1 引言?1 1.1汽车转向系统简介?１ 1.２汽车转向系统的设计思路 (3) 1．３ＥPS的研究意义?４ 2 EPS控制装置的硬件分析 (5) 2．1汽车电助力转向系统的机理以及类别 (5) 2.2 电助力转向机构的主要元件 (8) 11 3 电助力转向系统的设计? 3．1 动力转向机构的性能要求..................................... １1 3.2 齿轮齿条转向器的设计计算...................................... １1 3.3 转向横拉杆的运动分析[9］21? 3．4 转向器传动受力分析......................................... ２2 ４转向传动机构优化设计?2４ 4.１传动机构的结构与装配.......................................... ２4 4．２利用解析法求解出内外轮转角的关系............................ ２5 ４.3 建立目标函数?２７
５控制系统设计? 29 29 5.1 电助力转向系统的助力特性? 30 5.2 ＥPS电助力电动机的选择? ５．3 控制系统框图设计........................................... 3１32 结论? 致谢................................................ 错误!未定义书签。参考文献......................................... 错误!未定义书签。
电动助力转向系统的设计（初稿） 重庆大学工程硕士学位论文 学生姓名：刁小旭 指导教师：邓兆祥教授 兼职导师：高工 工程领域：车辆工程 重庆大学机械工程学院 二O一一年八月
Research on construction design and comprehensive evaluation about H logistics park in ChongQing. A Thesis Submitted to Chongqing University In Partial Fulfillment of the Requirement for the Degree of Master of Engineering By Wang Chen Supervisor by Prof. Zhu Cai Chao Pluralistic Supervisor by Senior Eng.Mao You Jun Major: M echanical Engineering College of Mechanical Engineering Chongqing University August 2011
重庆大学硕士学位论文中文摘要 摘要 铝护套作为高压电缆生产工艺中的重要环节之一，具有铠装、静电屏蔽、阻水和导通故障电流等多种作用。铝护套的质量对保证电缆的安全运行有着重要的作用，这也是本文写作的动因。 铝护套的生产工艺比较多，大致上可以分为：保护焊连续生产工艺、液压铝棒式连续生产工艺以及铝杆式连续挤压生产工艺。由于铝护套生产工艺属于连续生产的项目，需要从铝杆放线、电缆放线、前后牵引以及挤压成型、冷却轧纹、收线成盘等几大部分。面面俱到的进行项目介绍有一定难度，所以本文重点就铝护套成型的定径模及相关工艺进行介绍。 本文依托某大型电缆企业的双铝杆式铝护套挤压机的调试和产品试制，主要分析了铝护套的生产工艺、模具设计。本文通过对各项工艺参数和模具设计的深入分析，运用模具设计理论及材料的合理选择，行成完整的研究方案。 本文的研究结论和成果对国内铝护套生产，在理论和实践两方面有借鉴意义。 关键词：铝护套，连续挤压，模具
汽车电动助力转向系统的设计 第1章绪论 1.1 汽车转向系统简介 汽车转向系是用来保持或者改变汽车行驶方向的机构，在汽车转向行驶时，保证各转向轮之间有协调的转角关系。它由转向操纵机构、转向器和转向传动机构组成。 转向系统作为汽车的一个重要组成部分，其性能的好坏将直接影响到汽车的转向特性、稳定性、和行驶安全性。目前汽车转向技术主要有七大类：手动转向技术（）、液压助力转向技术（）、电控液压助力转向技术（）、电动助力转向技术（）、四轮转向技术（4）、主动前轮转向技术（）和线控转向技术（）。转向系统市场上以、、应用为主。电动助力转向具有节约燃料、有利于环境、可变力转向、易实现产品模块化等优点，是一项紧扣当今汽车发展主题的新技术，他是目前国内转向技术的研究热点。 1.1.1 转向系的设计要求 (1) 汽车转弯行驶时，全部车轮应绕瞬时转向中心旋转，任何车轮不应有侧 滑。不满足这项要求会加速轮胎磨损，并降低汽车的行驶稳定性。 (2) 汽车转型行驶后，在驾驶员松开转向盘的条件下，转向轮能自动返回到 直线行驶位置，并稳定行驶。 (3) 汽车在任何行驶状态下，转向轮都不得产生共振，转向盘没有摆动。 (4) 转向传动机构和悬架导向装置共同工作时，由于运动不协调使车轮产生 的摆动应最小。 (5) 保证汽车有较高的机动性，具有迅速和小转弯行驶能力。 (6) 操纵轻便。 (7) 转向轮碰撞到障碍物以后，传给转向盘的反冲力要尽可能小。 (8) 转向器和转向传动机构的球头处，有消除因磨损而产生间隙的调整机构。 (9) 在车祸中，当转向轴和转向盘由于车架或车身变形而共同后移时，转向 系应有能使驾驶员免遭或减轻伤害的防伤装置。 (10) 进行运动校核，保证转向轮与转向盘转动方向一致。 1 / 1