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。
3 计算校核及助力性能设计
车辆的动力系统变更为动力电池模块，整车重量增加255 kg，前轴重量增加71 kg，见表3。转向器输出扭矩增大，对转向器输出扭矩和电机助力进行计算校核。
3.1 转向器最大输出扭矩
汽车转向过程中主要克服原地转向阻力矩、重力回正力矩和转向系统的内部摩擦阻力。根据经验，汽车满载时原地转向需克服的转向阻力矩和回正力矩都是最大。
转向器的最大输出扭矩满足式（1）
式中：TMAX 为转向器最大输出扭矩；Mr 为原地转向阻力矩；MG 为重力回正力矩。
原地转向阻力矩，根据半经验公式（2）得到
式中：f 为轮胎和路面的滑动摩擦系数，取值0.7；G1 为满载前轴载荷，kg；P 为轮胎气压，MPa。
回正力矩为
式中：R 为轮胎静半径，mm；σ为主销内倾角，°；rs 为主销偏移距，mm；δ为轮胎内转角，°。
最大齿条力为
式中：FR 为最大齿条力，N；Ff 为转向系统内部摩擦力，取值200 N；L 为转向节臂长，mm。
3.2 EPS 电机助力性能校核
从现有产品库中，选择无刷交流电机，减速机构采用蜗轮蜗杆式。根据EPS 工作原理，作用在转向盘上的人手力矩加上电机助力通过转向传动轴作用在转向器上。转向器的齿轮与齿条配合，转为齿条输出力，通过拉杆推动车轮转向。具体公式为
得出公式
考虑电机需要有10%的设计余量，得出
式中：TM 为电机计算得出的输出扭矩，Nm；TM＇为留有10%设计余量的输出扭矩，Nm；i 为减速机构传动比；TH 为人手最大操纵力，取值8 Nm；S 为转向器线角传动比，mm/rev，取值见表3；EPS减速机构传动效率ηG=0.9；中间传动轴传动效率ηU=1；转向器传动效率ηP=0.9；其他参数见表4。
结合表3 计算得：Mr=603.8 Nm，MG=89.7 Nm，FR=8 868.6 N。
将数值代入式（6 ），得出TM=3.11 Nm,（1+10%）×TM=3.42 Nm＜3.7 Nm（选用电机的额定扭矩），因此选用的无刷电机可以满足转向系统要求。
3.3 助力性能设计及评价
EPS 需要对助力参数进行调试，最终满足转向性能要求。由于前述电动助力模块是借用传统汽油车车型，所以需对现有车型进行助力特性曲线优化，如图1 所示。助力特性曲线的横轴为转向盘处的扭矩输入，纵轴为控制助力的电流输出，不同曲线代表不同车速下的助力特性。曲线从上到下的车速逐级增加，范围为0～120 km/h，共选择了8 条曲线，如图1（a）所示。
为了改善驻车及低速行驶时人手操纵力重的问题，增加了驻车状态和低速曲线的斜率，增大了电机助力；为了改善中高速转向时人手操纵力轻的问题，减小了中高速曲线的斜率，减少电机助力，增大车辆高速行驶时人手操纵力；为了增加转向响应的灵敏度，调整了曲线横坐标起始点，增强中心感；为了增加转向线性感，对不同车速曲线的间隔进行调整，使全车速的驾驶力均匀增加。优化后曲线如图1（b）所示。
通过以上优化，得到如下主观评价结果：
1）静态下，曲线坡度增加，使车辆静止状态转向力减少；
2）动态时，在高速区间减小转向助力，改善操纵稳定感；
3）全车速范围内，中心感及转向力增大；
4）全车速范围内，改善转向线性感。
4 实车验证
将优化后的电动助力转向系统进行实车验证。在一般道路行驶1 500 km 进行磨合试验；在试验场的长直路段和高环路进行性能试验；分别在城市工况、强化路、20%爬坡和高
环路进行里程1 500 km 的可靠性试验；最后分别在城市工况、山路和一般公路进行里程27 000 km 的实际道路试验。
试验结果表明该款纯电动车的电子转向助力系统满足转向性能要求，试验过程中无批量性不良问题发生。
5 总结
介绍了某款汽油车改制为纯电动车过程中，转向系统由液压助力改为电动助力的设计开发方案。
1）技术方案研讨。在选择电动助力方案时，需要综合考虑功能实现、成本优化、批量生产等因素，为实现成本最低、开发周期最短、可靠性强，最终选择借用公司现有车型的助力模块，采用管柱式电动助力方案。
2）结构设计及安装方案。考虑到使整车布置的变化量最小，则在硬点不变的原则下进行转向系统的结构设计。转向管柱增加助力模块，体积和重量相应增加，需要变更安装方式。同时转向传动轴的直径增大，实现传递更大扭矩。转向器由液压式变为机械式，为提高转向响应，增大齿轮齿条的传动比。
3）设计计算校核。电动车的前轴重量增加，转向扭矩增大，对转向器齿条最大拉力进行计算，校核电机助力可以满足转向系统的扭矩要求。
4）助力性能设计。助力特性影响驾驶转向性能，整车状态下调试EPS，对助力曲线进行优化，实车评价满足设计要求。
电动助力转向系的设计 1 引言 电动助力转向系统（EPS,Electric Power Steering）是未来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，又保护了环境。另外，还具有调整简单、装配灵活以及在多种工况下都能提供转向助力的特点。正是这些优点，电动助力转向系统作为一种新的转向技术，将挑战大家都非常熟知的、已具有50多年历史的液压转向系统。 电动助力转向系统是于20世纪80年代中期提出来的。该技术发展最快、应用较成熟的当属TRW转向系统和Delphi Sagiaw （萨吉诺）转向系统，而Delphi Sagiaw （萨吉诺）转向系统又代表着转向系统发展的前沿。她是一个于20世纪50年代把液压助力转向系统推向市场的，从此以后，Delphi转向发展了技术更加成熟的液压助力系统，使大部分的商用汽车和约50%的轿车装备有该系统。现在,Delphi转向系统又领导了汽车转向系统的一次新革命--电动助力转向系统。 电动助力转向系统符合现代汽车机电一体化的设计思想，该系统由转向传感装置、车速传感器、助力机械装置、提供转向助力电机及微电脑控制单元组成。 该系统工作时，转向传感器检测到转向轴上转动力矩和转向盘位置两个信号，与车速传感器测得的车速信号一起不断地输入微电脑控制单元，该控制单元通过数据分析以决定转向方向和所需的最佳助力值，然后发出相应的指令给控制器，从而驱动电机，通过助力装置实现汽车的转向。通过精确的控制算法，可任意改变电机的转矩大小，使传动机构获得所需的任意助力值。 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，英国的Lucas公司，德国的ZF公司，都研制出了各自的EPS。 电动助力转向系统将最新的电力电子技术和高性能的电机控制技术应用于汽车转向系统，能显著改善汽车动态性能和静态性能、提高行驶中驾驶员的舒适性和安全性、减少环境的污染等。因此，该系统一经提出，就受到许多大汽车公司的重视，并进行开发和研究，未来的转向系统中电动助力转向将成为转向系统主流，与其它转向系统相比，该系统突出的优势体现在： （1）降低了燃油消耗。 （2）增强了转向跟随性。 （3）改善了转向回正特性。 （4）提高了操纵稳定性。 （5）提供可变的转向助力。 （6）采用"绿色能源"，适应现代汽车的要求。 （7）系统结构简单，占用空间小，布置方便，性能优越。 （8）生产线装配性好。
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.
目录 前言 (3) 第一章概述 (7) 1.1 汽车转向系统 (7) 1.2 汽车转向系统的发展历史 (7) 1.3 电动助力转向系统优点 (8) 1.4 电动助力转向系统无功损耗研究的重要性 (9) 1.５电动助力转向系统及发展趋势 (9) 第二章电动助力转向系统结构 (11) 2.1 控制器 (12) 2.2 传感器 (12) 2.3 助力电机 (13) 第三章电动助力转向系统的控制策略及验证 (15) 3.1 电动助力转向系统的控制策略 (15) 3.2电动助力转向系统的控制策略试验验证 (19) 第四章以飞度车为例说明电动助力转向系统工作原理及故障诊断 (24) 4.1 广州本田飞度轿的电动助力转向系统工作原理 (24) 4.2 电动助力转向系统的诊断 (27) 第五章电动助力转向系统无功耗的探讨 (28) 5.1 电动助力转向系统的能耗现状 (28) 5.2电动助力转向系统的能耗途径分 析 (28)
5.3无功损耗指标的研究 (32) 5.4电动助力转向系统节能方法的探讨 (33) 第六章电动助力转向系统得技术发展趋势 (35) 6.1舒适性功能 (35) 6.2 安全功能 (36) 第七章未来的转向系统----线控转向系统 (39) 7.1线控转向系统的结构和工作原理 (39) 7.2．线控转向系统的优点 (40) 7.3 汽车线控转向系统的关键技术 (41) 7.4 线控转向系统可靠性问题 (41) 7.5 汽车线控转向技术的前景展望 (42) 第八章基于线控转向系统技术——对无线转向系设想 (44) 8.1 技术基础 (44) 8.2 现实模型 (44) 第九章结束语 (47) 参考文献 (48) 附件部分 第一部分EPS系统试验设备彩照 (49) 第二部分外语翻译（欲称霸全球的小型汽车公司） (50) 第三部分外语翻译原文 (55)
本科毕业（设计）论文 （2012届） 题目汽车电动助力转向系统结构及其工作原理分析教学院系机械与交通学院专业车辆工程学生姓名 指导教师 评阅人 2012年6月3日
汽车电动助力转向系统结构及其工作原理分析 摘要：在汽车的发展历程中，转向系统经历了由机械式转向系统发展为液压助力转向系统，电控液压助力转向系统和电动助力转向系统的四个阶段。汽车电动助力转向系统与传统的机械、液压助力转向系统相比具有转向灵敏、能耗低、与环境的兼容性好、成本低等优点。在很多高端车上都装有EPS，因此，开发EPS（Electric Power Steering）具有很大的实际意义和商业价值。电动助力转向系统主要由控制部分、执行部分和程序这三个部分组成，控制部分主要由信号采集电路、单片机和信号发送电路组成。其中单片机是控制部分的核心部件，信号采集电路采集到的转矩和车速信号送单片机处理后，单片机再发出控制信号给信号发送电路，经过驱动电路驱动电机转动。执行部分主要由电机、减速机构和电磁离合器的组成。它起着转向辅助动力的产生，传递和中断的作用。本文详细分析了汽车电动助力转向系统的结构、工作原理、故障维修以及它的发展趋势系统地介绍了汽车电动助力转向系统。从而得出，电动助力转向系统具有操作轻便、省力的优点。 关键词：电动助力转向，单片机，电机控制
Electric power steering system structure and working principle Abstract:In the course of development of the automobile, the steering system has gone through four stages of mechanical steering system, the development of hydraulic power steering system, electronically controlled hydraulic power steering system and electric power steering system. Electric power steering systems and traditional compared to the mechanical, hydraulic power steering system with steering sensitivity, low energy consumption, and environmental compatibility, low cost. In many high-end car is equipped with EPS, and therefore, the development of EPS has great practical significance and commercial value. The electric power steering system by the control part of the operative procedures of these three components, the control part of the signal acquisition circuit, micro-controller and signal transmission circuit. Where the micro-controller is the core component of the control section to send single-chip processing of the torque and speed signals collected by the signal acquisition circuit, micro-controller and then control signals to the signal transmission circuit through the drive circuit drive motor rotation. The executive part of the main motor, reducer, the composition of the bodies and the electromagnetic clutch. It plays a steering auxiliary power generation, transmission and interrupt the role. This paper analyzes the structure of the automotive electric power steering system, the working principle, fault repair, and its development trend of a systematic introduction to the automotive electric power steering system. Thus obtained, the electric power steering system, easy operation, Key words: electric power steering SCM motor control。
第一章绪论 1.1 课题的目的意义： 1.1.1 纯电动汽车的背景 当前，我国电动汽车发展已经进入关键时期，既面临重大的发展机遇，也面临着严峻的挑战。我国电动汽车发展中还存在很多需要解决的问题，如核心技术还不具备竞争力，企业投入不足，政府的统筹协调能力还没有充分发挥等。总体上看来，我国电动汽车产业，起步不晚，发展不慢，但是由于传统汽车及相关产业基础相对薄弱、投入不足，差距仍然存在，中高端技术竞争压力越来越大，因此，必须加大攻坚力度，推动我国汽车产业向创新驱动转型，提高核心技术竞争力，确保我国汽车行业的可持续发展。 纯电动汽车使用电动机作为传动系统的动力源，缓解了能源紧缺的压力，实现了人们长期以来对汽车零尾气排放的期盼，传动系统作为汽车的核心组成部分，其技术创新是纯电动汽车发展的必经之路。 1.1.2 纯电动汽车的意义 近年来，关于纯电动汽车的研究主要集中在能量存储系统、电驱动系统和控制策略的开发研究三方面。 能量存储系统相当于纯电动汽车的发动机，是纯电动汽车电动机所需电能的提供者。目前，铅酸蓄电池是使用最为广泛的，但其充电速度较慢，使用寿命短，节能环保差。随着电动汽车技术的发展，其他电池正在渐渐取代着铅酸蓄电池。目前发展的新电源有纳硫电池、锂电池、镍镉电池、飞轮电池、燃料电池等，尽管这些新电源投入应用，但是短时间内还是无法解决纯电动汽车电源充电缓慢，电量存储低续航里程短的问题。 纯电动汽车整车控制策略的开发研究一直在紧锣密鼓的进行着，整车控制系统是纯电动汽车实现整车控制和管理的关键，是实现和提高整车控制功能和性能水平的一个重要技术保证。其核心技术主要体现在整车控制软件的架构设计、转矩控制策略以及对整车和各系统得能量管理上。尽管控制策略的开发研究一直没有间断，但是，系统开发较为复杂，进度较慢。
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
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
纯电动汽车的结构分析和驱动系统性能比较 摘要 纯电动汽车驱动形式有很多种，为了选择最合适的驱动系统，我们对不同驱动系统的结构特征进行了分析，在纯电动汽车上匹配不同的驱动系统后比较其动力性；以城市驾驶循环为例建立车辆能耗模型来比较其经济性。结果显示：单电机直接驱动系统虽然最简单，但其性能最差；装配两速变速器后，动力性显著改善，汽车行驶里程增加3.6％，但自动变速的功能难以解决;采用轮毂电机驱动系统可以改善汽车的动力性，但实际行驶效率不高;而双电机耦合驱动系统可以实现高效率行驶，其行驶里程比单电机直驱增加了7.79％，并且因为其具有结构简单，行驶效率高等特点，所以适用于现在的纯电动汽车。 绪论 作为核心部件，电力驱动系统的技术水平直接制约纯电动汽车的整体性能。如今，有多种驱动系统可以使用。根据车轮驱动扭矩的动力源，驱动系统的模式可分为整体式驱动和分布式驱动。整体式驱动系统的驱动扭矩由主减速器或次级减速器或差速器来调节，主要包括单电机直驱和主副电机耦合系统。在分布式驱动中，每个驱动轮都有一个单独的驱动系统，轮毂电机驱动系统是分布式驱动的主要形式。 整体式驱动的技术相对比较成熟，但驱动力通过差速器被大致平均分配到左、右半轴，单个驱动轮的转矩在大多数车辆中不能独立地调节。因此不安装其他的传感器和控制器，我们很难对汽车的运动和动力进行控制[1]。分布式驱动近几年飞速发展，由于大多数车轮和电动机之间的机械部件被替换，因此分布式驱动系统具有结构紧凑和传动效率高的优点[2]。 为了选取最适合纯电动汽车的驱动方式，本文对不同驱动系统的结构特征和动力性经济性比较进行了比较说明。本文结构如下：第二部分为驱动系统的结构特征分析，第三部分介绍驱动系统的参数和部件性能，第四部分比较不同驱动系统的动力性，第五部分比较不同驱动系统的经济性，第六部分得出结论。 结构分析 整体式驱动 整体式驱动系统被广泛应用于各类电动车辆，其主要结构如图1所示。其中M是电动机，R是固定速比减速器，T是变速器，D是主减速器，W是车轮。图1 a是单电机直驱系统，其扭矩由主减速器调节，通常称为直驱系统。图1 b和直驱系统十分相似，除了扭矩由变速器调节。因为驱动电机的速比调节范围比内燃机的更大，所以能以较少的齿轮数目的传动来满足在任何工况下的电动汽车需求。图1 c是另外一种整体式驱动形式，其采用两个驱动电机和主减速器，其中一个电机在大多数工况下作为汽车的动力来源，另外一个电机只有在需要附加功率时才会工作。
纯电动汽车高压电气系统安全设计摘要：在电动汽车研发安全设计中，纯电动汽车安全设计除与传统燃油车一样考虑乘员的主动安全与被动安全外，还需重点考虑动力电池系统和高压系统安全。为解决纯电动汽车高压电系统的安全问题，文章对高压部件和高压线束防护与标识、预充电回路保护、高压设备过载/短路保护、绝缘电阻检测、动力电池电流电压检测、高压接触器触点状态检测、高压互锁电路检测、充电互锁检测、高压系统余电放电保护以及碰撞安全等高压系统潜在的安全问题提出了相应的解决方案，形成一整套完整的电动汽车高压电气系统的安全设计方案。该方案能确保电动汽车高压系统安全可靠地运行。关键词：纯电动汽车；高压电气系统；高压触点；绝缘电阻；高压互锁；碰撞安全。 现代电动汽车一般分为纯电动汽车、混合动力汽车、燃料电池电动汽车、外接式可充电混合动力汽车及增程式电动汽车。纯电动汽车是指完全由蓄电池提供电力驱动的电动汽车，工作电压高达几百伏，远远高于安全电压。且高压系统工作时放电电流有可能达到数十安，甚至高达上百安[1]。当高压电路发生绝缘、短路及漏电等情况时，会直接对驾乘人员的人身生命财产安全造成危害。 因此，在设计高压系统和对高压系统关键部件进行选型时，不仅要满足整车驱动的要求，还必须确保驾乘人员和汽车运行环境安全。因此，纯电动汽车整车的电气系统安全性已成为评价纯电动汽车安全性的一项重要指标。文章简述了某公司纯电动轿车高压电气系统的安全设计与控制策略。 1纯电动汽车电气系统安全分析 纯电动轿车电气系统主要包括低压电气系统、高压电气系统及CAN通讯信息网络系统。低压电气系统采用12V供电系统，除了为灯光照明系统、娱乐系统及雨刷器等常规低压用电器供电外，还为整车控制器、电池管理系统、电机控制器、DC/DC转换器及电动空调等高压附件设备控制回路供电； 高压电气系统主要包括动力电池组、电驱动系统、DC/DC电压转换器、电动空调、电暖风、车载充电系统、非车载充电系统及高压电安全管理系统等； CAN总线网络系统用来实现整车控制器和电机控制器、以及电池管理系统、高压电安全管理系统、电动空调、车载充电机和非车载充电设备等控制单元之间的相互通信。 纯电动汽车电压和电流等级都比较高，动力电压一般都在300～400V（直流），电流瞬间能够达到几百安。人体能承受的安全电压值的大小取决于人体允许通过的电流和人体的电
电动机&电池匹配 ? 整车参数： 整车自重（带电池）：700KG （TBD ） 额定载荷： 300KG （4个人） 车辆滚动半径： 0.247mm ? 计算变速器速比和车速： 无变速箱，无差速器，根据产品定义设计最高车速：80KM/H ，计算电动机最高转速需求： 0.377 0.3770.24780/859/a rn u n km h i n r m ==?== 取满载时最高车速为40KM/H 0.2470.377 40/1 a r u km h == 则430/n r m = ? 计算满载在正常道路上行驶时所需要的扭矩： 初步确定传动效率为0.92，空气阻力系数为0.35、轮胎滚动阻力系数为0.015、迎风面 积2 1.66m 2 21.15M CdA Gf u r η=+ 20.920.35 2.2 8409.80.015800.24721.15M ??=??+? 95.7M Nm = ? 计算在正常道路上行驶时所需要的功率： 3max max 1 ( )360076140e a a Gf CdA P u u η=+ 3 17009.80.020.35 2.2(8080) 5.70.92360076140 e P Kw ???= ?+= ? 选择电动机 根据车辆的安装空间以及市场上的电动机的情况，选择电动机额定电压为72V ；根据车辆用 设车辆最大行驶里程为80KM ，电池放电深度为0.8： 0.8e S P UI V ?=? 82.3I A = 800.88082.3 W S Vt km ==??= 102.875W Ah = 所以选择110Ah 电池
5.9车轮总成 5.9.1 车轮总成的结构：车轮：145/70R12轮胎 5.9.2车轮总成的性能要求 5.9.2.1车轮总成应有合理的负荷能力和速度能力 5.9.2.2轮胎应有良好的附着性能和缓冲性能 5.9.2.3同时考虑铝合金和钢车轮 5.9.2.4具有良好的均匀性和质量平衡性。车轮总成在轮毂边缘上总的动不平衡量不大于80g，每一轮毂边缘单侧只用一块平衡块。 5.9.2.5车轮总成应有较小的滚动阻力和行驶噪声。 5.9.2.6车轮装饰盖与车轮搭配合理。 5.9.2.7无备胎 5.10 电气 5.10.1蓄电池 5.10.1.1免维护式，容量：210A·h 5.10.1.2要求安装位置接近性好、固定可靠 5.10.3.1 组合仪表包括指针式车速表、里程表、指针式电动机转速表、电压表、水温表等。 5.10.3.2组合仪表设有：点亮报警灯、充电指示灯、制动报警灯、转向指示灯、远光指示灯、前雾灯指示灯、防盗报警灯等。 5.10.3.3仪表台灯光应柔和、明亮、可调。 5.10.4喇叭 5.10.4.1单无触点电喇叭。 5.10.5车灯 5.10.5.1整车车外设定前照灯、前/后位置灯、前后转向灯、制动灯、倒车灯、前雾灯、后雾灯（选装）、牌照灯、回复反射器。
第37卷第5期 2015-05(上 【99】 电动助力转向系统阻尼特性分析及测试方法 The analysis and test method of damping characteristics for electric power steering system李绍松 1,2, 牛加飞 2, 于志新 2, 李连京 2, 钟博浩 2 LI Shao-song1,2, NIU Jia-fei2, YU Zhi-xin2, LI Lian-jing2, ZHONG Bo-hao2 (1. 长春工业大学汽车工程研究院 , 长春 130012; 2. 长春工业大学机电工程学院 , 长春 130012 摘要:电动助力转向(Electric Power Steering,EPS在提供转向助力、减轻驾驶员操纵负担的同时,也能够提高汽车转向性能和驾驶舒适性,进而提高汽车的主动安全性。建立EPS系统仿真验证平台,分析阻尼补偿控制对汽车转向性能影响,结果表明阻尼补偿控制通过设定阻尼补偿控制系数,可改善EPS动态响应及回正性能。提出EPS系统阻尼特性测试方法,准确获得转向系统阻尼系数,为EPS阻尼补偿控制系数的设定提供参数依据。 关键词:电动助力转向;阻尼特性;阻尼补偿系数中图分类号:U461.6 文献标识 码 :A 文章编号:1009-0134(201505(上-0099-03Doi:10.3969/j.issn.1009- 0134.2015.05(上.28 收稿日期:2014-12-03 作者简介:李绍松 (1986 -, 男 , 讲师 , 博士 , 研究方向为汽车动力学仿真与控制。
目录 前言 (1) 一、制动法规基本要求 (1) 二、整车基本参数及样车制动系统主要参数 (2) 2.1整车基本参数 (2) 2.2样车制动系统主要参数 (2) 三、前、后制动器制动力分配 (3) 3.1地面对前、后车轮的法向反作用力 (3) 3.2理想前后制动力分配曲线及 曲线 (4) 3.2.1理想前后制动力分配 (4) 3.2.2实际制动器制动力分配系数 (4) 五、利用附着系数与制动强度法规验算 (8) 六、制动距离的校核 (10) 七、真空助力器主要技术参数 (11) 八、真空助力器失效时整车制动性能 (11) 九、制动踏板力的校核 (13) 十、制动主缸行程校核 (15) 十一、驻车制动校核 (16) 1、极限倾角 (16) 2、制动器的操纵力校核 (17)
前言 BM3车型的行车制动系统采用液压真空助力结构。前制动器为通风盘式制动器，后制动器有盘式制动器和鼓式制动器两种，采用吊挂式制动踏板，带真空助力器，制动管路为双回路对角线（X型）布置，安装ABS系统。 驻车制动系统为后盘中鼓式制动器和后鼓式制动器两种，采用手动机械拉线式操纵机构。 一、制动法规基本要求 1、GB21670《乘用车制动系统技术要求及试验方法》 2、GB12676《汽车制动系统结构、性能和试验方法》 3、GB13594《机动车和挂车防抱制动性能和试验方法》 4、GB7258《机动车运行安全技术条件》 序号项目设计要求 （商品定义） 国标要求 1 试验路面——干燥、平整的混凝土或具 有相同附着系数的其路面 2 载重满载满载 3 制动初速度100km/h 100km/h 4 制动时的稳定性——不许偏出2.5m通道 5 制动距离或制动减速 度空载≤42mm 满载≤44mm ≤70m或≥6.43 2 / m s 6 踏板力110~130（0.6g 减速度） ≤500N 7 驻车制动停驻角度——20%( 12 ) 8 驻车制动操纵手柄力180—210 ≤400N
5.4.3 电动式电子控制动力转向系统 5.4.3.1 电动式EPS的组成与工作原理 电动式EPS通常是在机械式转向系统的基础上加装转向转矩传感器、车速传感器、电子控制单元(ECU)、直流电机等装置构成.其组成如图5-72所示。 图5-72 电动式EPS系统组成 电动式EPS以直流电动机作为助力源,电子控制单元根据车速和转向参数控制电动机通电电流强度,调节加力电动机工作力矩,进而控制转向助力强度。 电动式EPS的助力作用受电脑控制,在低速转向时的助力作用最强,随着车速的升高助力作用逐渐减弱;当车速达到42~52KM/H时电脑停止向电动机供电,并 使电磁离合器分离,转向变为完全由驾驶员人力操纵。 由此看出,电动式EPS在低速转向时,可获得比较轻便的转向特性;而在高速转向时,则可获得完全的转向“路感”,具有优越的控制特性。 5.4.3.2 电动式EPS的主要元件布置与作用 （1）转向柱在转向柱上装有1个直流电机和转矩传感器，如图5-73所示，其结构如图5-74所示。
图5-73 直流电机和转矩传感器 图5-74 结构图 转矩传感器的作用用于检测扭力杆的扭转，计算出施加于扭力杆上的转矩并转化成电信号，输出到 EMPS ECU。结构如图5-75所示。
图5-75 转矩传感器 由三个检测环，一个扭力杆和检测线圈、修正线圈组成，检测线圈和修正线圈与检测环不接触。其结构如图5-76、5-77所示。 图5-76转矩传感器结构A 图5-77转矩传感器结构B
其工作原理如图5-78、5-79所示 图5-78 工作原理A 图5-79 工作原理B 当驾驶员向右或向左打方向盘时，转向柱扭力杆上的转矩使检测环2和检测环3之间产生相对位移。把转向的信号送给ECU。
汽车电动助力转向系统电机选择及控制系统设计 摘要：电动助力转向系统是对传统机械转向系统的创新，操控性能好，操作轻便，转配迅速，消耗动能少，燃油经济。分析比较了几种常见的电动助力系统结构的优缺点，给出了相应的电机选择原则，并进一步做出了相应的电机控制方案。 关键词：电机；助力；转向系统；功率 Abstract: electric power steering system is on the traditional mechanical steering system innovation, control good performance, convenient operation, ZhuanPei rapidly, less kinetic energy consumption, fuel economy. Analysis and comparison of several common electric power system and the advantages and disadvantages of the structure, the corresponding motor selection principle, and further make the corresponding motor control scheme. Keywords: motor; Power; Steering system; power 1．引言 电动助力转向系统EPS（Electric Power Steering）是在传统的机械式转向系统的基础上，利用直流电机作为动力源，电子控制单元根据转向参数和车速等信号控制电机转矩的大小和转动方向。与传统的液压转向系统相比，电动助力转向系统直接通过电动机的输出给驾驶员提供助力，电动机只有在转向时才工作，在不进行转向时几乎没有动力消耗，使汽车具有更好的燃油经济性；同时具有轻型小巧，转配迅速，易于调整，噪声及废油、废气污染小等优点。本文参考已有的研究成果，在分析比较几种常见电动助力系统结构的优缺点基础上，给出了助力系统的电机选择原则，并设计了一种基于单片机的电机控制方案，这对于开展电动助力转向系统的研究具有一定的参考价值。 2 电机选择 2.1 电动机布置位置选择 根据电动机布置位置不同，EPS 可分为转向轴助力式、齿轮助力式、齿条助力式3 种。这3 种方案各有特点，具体车型采用何种型式依据前轴的空间大
94 ·January -CHINA 焦建刚 (本刊编委会委员) 现任济南鲁鹰丰田汽车销售服务有限公司总工程师，山东交通学院客座教授；曾任博世山东培训基地主任。对当代汽车故障诊断以及电子控制系统波形有较深入的研究，著有《现代汽车电子控制系统波形分析》一书。 纯电动汽车结构与原理介绍 ◆文/山东 焦建刚 图1 2015年世界新能源汽车销量排名 一、新能源汽车的定义及发展概况 2009年7月1日，我国正式实施了《新能源汽车生产企业及产品准入管理规则》，其明确指出：新能源汽车是指采用非常规的车用燃料作为动力来源(或使用常规的车用燃料、采用新型车载动力装置)，综合车辆的动力控制和驱动方面的先进技术，形成的技术原理先进、具有新技术、新结构的汽车。新能源汽车包括电动汽车、气体燃料汽车、生物燃料汽车、氢燃料汽车等。 目前我国已建立起了电动汽车“三纵三横”(燃料电池汽车、混合动力汽车、纯电动车三种整车技术为“三纵”，多能源动力总成系统、驱动电动机、动力电池三种关键技术为“三横”)的研发布局。 截止到2015年底，全球纯电动汽车产量为52.3万辆，我国达到了产量33万辆、销量34万辆的成绩(图1)。2016年1-6月份，我国新能源汽车产量已经达到17.7万辆，全年产量预计将达到70万辆。 我国预计2020年初步建成以市场为导向、企业为主体、产学研用紧密结合的新能源汽车产业体系。自主新能源汽车年销量突破200万辆，累计产销量达到500万辆，市场份额达到70%以上；打造明星车型，进入全球销量排名前10，新能源客车实现规模化出口，整车平均故障间隔里程达到20 000km；动力电池、驱动电机等关键系统达到国际先进水平，在国内市场占有率达到80%。 至2025年，我国预计形成自主可控完整的产业链，与国际先进水平同步的新能源汽车年销量300万辆，自主新能源汽车市场份额达到80%以上；产品技术水平与国际同步，拥有2家在全球销量进入前10的一流整车企业，海外销售占总销量的10%；制氢、加氢等配套基础设施基本完善，燃料电池汽车实现区域小规模运行。 二、电动汽车的定义 纯电动汽车是完全由可充电电池(如铅酸电池、镍镉电池、镍氢电池或锂离子电池)提供动力源，以电动机为驱动系统的汽车(图2)。其动力系统主要由动力电池、驱动电动机组成，从电网取电或更换蓄电池获得电能。 电动汽车最早的历史可以追溯到19世纪后期，在1881年8-11月巴黎举行的国际电器展览会上，展出了法国人古斯塔夫·特鲁夫研制的电动三轮车，这是世界上第一辆电动车辆，它采用多次性铅酸充电电池和直流电动机，可以实际操作使用，这辆车的诞生具有划时代的意义。 在接下来的1882年，英国的威廉·爱德华·阿顿和约翰·培里也合作研制了一辆电动三轮车，车的速度是4.4km/h。三位先驱 33.11 11.53 1.69 DOI:10.13825/https://www.doczj.com/doc/1b14641808.html,ki.motorchina.2017.01.041
XH-JS-04-013 电动汽车动力匹配计算设计规范 编制：年月日 审核：年月日 批准：年月日 XXXX有限公司发布
目录 一、概述 (1) 二、输入参数 (1) 2.1 基本参数列表 (1) 2.2 参数取值说明 (1) 三、XXXX动力性能匹配计算基本方法 (2) 3.1 驱动力、行驶阻力及其平衡 (3) 3.2 动力因数 (6) 3.3 爬坡度曲线 (6) 3.4 加速度曲线及加速时间 (7) 3.5 驱动电机功率的确定 (7) 3.6 主驱动电机选型 (8) 3.7 主减速器比的选择 (8) 参考文献 (9)
一、概述 汽车作为一种运输工具，运输效率的高低在很大程度上取决于汽车的动力性。动力性是各种性能中最基本、最重要的性能之一。动力性的好坏，直接影到汽车在城市和城际公路上的使用情况。因此在新车开发阶段，必须进行动力性匹配计算，以判断设计方案是否满足设计目标和使用要求。 二、输入参数 2.1 基本参数列表 进行动力匹配计算需首先按确定整车和发动机基本参数，详细精确的基本参数是保证计算结果精度的基础。下表是XXXX动力匹配计算必须的基本参数，其中发动机参数将在后文专题描述。 表1动力匹配计算输入参数表。 2.2 参数取值说明 1）迎风面积 迎风面积定义为车辆行驶方向的投影面积，可以通过三维数模的测量得到，三维数据不健全则通过设计总布置图测得。XXXX车型迎风面积为A
一般取值5-8 m 2 。 2）动力传动系统机械效率 根据XXXX 车型动力传动系统的具体结构，传动系统的机械效率T η主要由主驱动电机传动效率、传动轴万向节传动效率、主减速器传动效率等部分串联组成。 采用有级机械变速器传动系的车型传动系统效率一般在82％到85％之间，计算中可根据实际齿轮副数量和万向节夹角与数量对总传动效率进行修正，通常取传动系统效率T η值为78-82％。 3）滚动阻力系数f 滚动阻力系数采用推荐的客车轮胎在良好路面上的滚动阻力系数经验公式进行匹配计算： f ＝??? ???????? ??+??? ??+4 410100100a a u f u f f c 其中：0f —0.0072～0.0120以上； 1f —0.00025～0.00280； 4f —0.00065～0.002以上； a u —汽车行驶速度，单位为km/h ； c —对于良好沥青路面，c =1.2。 三、 XXXX 动力性能匹配计算基本方法 汽车动力性能匹配计算的主要依据是汽车的驱动力和行驶阻力之间的平衡关系，汽车的驱动力－行驶阻力平衡方程为 j i w f t F F F F F +++= （1）