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)
毕业设计 题目：越野车转向系统设计与优化学生姓名： 学号： 专业: 年级: 指导老师: 完成日期:
目录 第一章电动转向系统的来源及发展趋势 (1) 第二章转向系统方案的分析 (3) 1.工作原理的分析 (3) 2. 转向系统机械部分工作条件 (3) 3.转向系统关键部件的分析 (4) 4.转向器的功用及类型 (5) 5.转向系统的结构类型 (5) 6.转向传动机构的功用和类型 (7) 第三章转向系统的主要性能参数 (8) 1. 转向系的效率 (8) 2. 转向系统传动比的组成 (8) 3. 转向系统的力传动比与角传动比的关系 (8) 4. 传动系统传动比的计算 (9) 5. 转向器的啮合特征 (10) 6. 转向盘的自由行程 (11) 第四章转向系统的设计与计算 (12) 1. 转向轮侧偏角的计算（以下图为例） (12) 2. 转向器参数的选取 (12) 3. 动力转向机构的设计 (12) 4. 转向梯形的计算和设计 (14)
第五章结论 (16) 谢辞 (17) 参考文献 (18) 附录 (19)
转向系统设计与优化 摘要 汽车在行驶过程中，需要按照驾驶员的意志经常改变行驶方向，即所谓汽车转向。用来改变或保持汽车行驶方向的机构称为汽车转向系统。汽车转向系统的功能就是按照驾驶员的意愿控制汽车的行驶方向。汽车转向系统对汽车的行驶安全是至关重要的。因此需要对转向系统进行优化，从而使汽车操作起来更加方便、安全。本次设计是EPS电动转向系统，即电动助力转向系统。该系统是由一个机械系统和一个电控的电动马达结合在一起而形成的一个动力转向系统。EPS系统主要是由扭矩传感器、电动机、电磁离合器、减速机构和电子控制单元等组成。驾驶员在操纵方向盘进行转向时，转矩传感器检测到转向盘的转向以及转矩的大小，将电压信号输送到电子控制单元，电子控制单元根据转矩传感器检测到的转距电压信号、转动方向和车速信号等，向电动机控制器发出指令，使电动机输出相应大小和方向的转向助力转矩，从而产生辅助动力。汽车不转向时，电子控制单元不向电动机控制器发出指令，电动机不工作。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状况下都能提供转向助力的特点。因此，电动助力转向系统是汽车转向系统的发展方向。 关键词：机械系统，扭矩传感器，电动机，电磁离合器，减速机构，电子控制单元。
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。
目录 1.概述 (1) 1.1任务来源 (1) 1.2转向系统基本介绍 (1) 1.3转向系统结构简图 (1) 2.转向系统相关参数 (1) 3.最小转弯半径 (2) 4.转向系传动比的计算 (3) 5.转向系载荷的确定 (3) 5.1原地转向阻力矩 M (3) r 5.2车轮回正阻力矩Ms (3) 5.3作用在转向盘上的力 F (3) k 6.转向管柱布置的校核 (4) 6.1转向管柱布置角度的测量 (4) 6.2转向管柱角速度及力矩波动计算 (4) 6.3转向管柱固有频率要求 (7) 7.结论 (7) 参考文献................................................... 错误！未定义书签。
1.概述 1.1任务来源 根据6430车型设计开发协议书， 6430项目是一款全新开发的车型，需对转向系统进行设计计算。 1.2转向系统基本介绍 转向管柱为角度不可调式管柱，转向机采用结构简单、布置容易的齿轮齿条式转向机。 转向盘采用软发泡三辐式，轮辐中间有一块大盖板，打开时可拆装调整转向盘。 1.3转向系统结构简图 2.转向系统相关参数
轮胎规格为185R14LT ，层级为8。轮辋偏置距为+45mm ，负荷下静半径为304㎜，滚动半径约317mm ，满载下前胎充气压力240KPa 。 3.最小转弯半径 汽车的最小转弯半径是汽车在转向轮处于最大转角条件下以低速转弯时前外轮中心与地面接触点的轨迹构成圆周半径，它在汽车转向角达到最大时取得。 转弯半径越小，则汽车转向所需场地就愈小，汽车的机动性就越好。为了避免在汽车转向时产生的路面对汽车行驶的附加阻力和轮胎过快磨损，要求转向系能保证在汽车转向时，所有车轮应绕瞬时转向中心作纯滚动。此时，内转向轮偏转角β应大于外转向轮偏转角α，在车轮为绝对刚体的假设条件下，角α与β的理想关系式应是： L ctg ctg K +=βα 式中： K —两侧主销轴线与地面相交点之间的距离； L —轴距。 3.1按外轮最大转角 C L R += α sin 1 =5194.9（mm ） 3.2按内轮最大转角 C KL K L R +++=2 1 222]tan 2)sin [(ββ =5912.3（mm ）
汽车设计课程设计说明书 题目：重型载货汽车转向器设计 姓名：席昌钱 学号：5 同组者：严炳炎、孔祥生、余鹏、李朋超、郑大伟专业班级：09车辆工程2班 指导教师：王丰元、邹旭东
设计任务书 目录 1.转向系分析 (4) 2.机械式转向器方案分析 (8) 3.转向系主要性能参数 (9) 4.转向器设计计算 (14) 5.动力转向机构设计 (16) 6.转向梯形优化设计 (22) 7.结论 (24) 8.参考文献 (25)
1转向系设计 基本要求 1.汽车转弯行驶时，全部车轮应绕瞬时转向中心旋转。 2.操纵轻便，作用于转向盘上的转向力小于200N。 3.转向系的角传动比在23~32之间，正效率在60%以上，逆效率在50%以上。 4.转向灵敏。 5.转向器和转向传动机构中应有间隙调整机构。 6.转向系应有能使驾驶员免遭或减轻伤害的防伤装置。 基本参数 1.整车尺寸： 11976mm*2395mm*3750mm。 2.轴数/轴距 4/（1950+4550+1350）mm 3.整备质量 12000kg 4.轮胎气压 2.转向系分析 对转向系的要求[3] (1) 保证汽车有较高的机动性，在有限的场地面积内，具有迅速和小半径转弯的能力，同时操作轻便; (2) 汽车转向时，全部车轮应绕一个瞬时转向中心旋转，不应有侧滑; (3) 传给转向盘的反冲要尽可能的小; (4) 转向后，转向盘应自动回正，并应使汽车保持在稳定的直线行驶状态; (5) 发生车祸时，当转向盘和转向轴由于车架和车身变形一起后移时，转向系统最好有保护机构防止伤及乘员. 转向操纵机构 转向操纵机构包括转向盘，转向轴，转向管柱。有时为了布置方便，减小由于装置位置误差及部件相对运动所引起的附加载荷，提高汽车正面碰撞的安全性以及便于拆装，在转向轴与转向器的输入端之间安装转向万向节，如图2-1。采用柔性万向节可减少传至转向轴上的振动，但柔性万向节如果过软，则会影响转向系的刚度。采用动力转向时，还应有转向动力系统。但对于中级以下的轿车和前轴负荷不超过3t的载货汽车，则多数仅在用机械转向系统而无动力转向装置。
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
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
密级：版本/更改状态：第一版／0 编号： 长城汽车股份有限公司技术文件 CC6460K/KY 转向系统设计计算书 编制： 审核： 审定： 批准： 长城汽车股份有限公司 二OO四年四月十五日
目录 1 系统概述????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????1 2 转向系统设计依据的整车参数计设计要求????????????????????????????????????????????????????????2 3 转向系统设计过程????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????2 3.1 最小转弯半径计算?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????2 3.2 转向系的角传动比计算?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????3 3.3 转向系的力传动比计算?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????3 3. 4 转向系的内外轮转角?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????4 3. 5 液压系统的匹配计算?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????5 3.5.1 转向油泵流量的计算??????????????????????????????????????????????????????????????????????????5 3.5.2 转向油泵压力的变化??????????????????????????????????????????????????????????????????????????6 4 结论说明????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????7 5 参考文献????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????8
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
标题 转向系统设计与优化 摘要 汽车在行驶过程中，需要按照驾驶员的意志经常改变行驶方向，即所谓汽车转向。用来改变或保持汽车行驶方向的机构称为汽车转向系统。汽车转向系统的功能就是按照驾驶员的意愿控制汽车的行驶方向。汽车转向系统对汽车的行驶安全是至关重要的。因此需要对转向系统进行优化，从而使汽车操作起来更加方便、安全。本次设计是EPS电动转向系统，即电动助力转向系统。该系统是由一个机械系统和一个电控的电动马达结合在一起而形成的一个动力转向系统。EPS系统主要是由扭矩传感器、电动机、电磁离合器、减速机构和电子控制单元等组成。驾驶员在操纵方向盘进行转向时，转矩传感器检测到转向盘的转向以及转矩的大小，将电压信号输送到电子控制单元，电子控制单元根据转矩传感器检测到的转距电压信号、转动方向和车速信号等，向电动机控制器发出指令，使电动机输出相应大小和方向的转向助力转矩，从而产生辅助动力。汽车不转向时，电子控制单元不向电动机控制器发出指令，电动机不工作。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状况下都能提供转向助力的特点。因此，电动助力转向系统是汽车转向系统的发展方向。 关键词：机械系统，扭矩传感器，电动机，电磁离合器，减速机构，电子控制单元。 概述 汽车在行使过程中，需要经常改变行驶方向，即所谓的转向。这就需要有一套能够按照司机意志来改变或恢复汽车行驶方向的专设机构，它将司机转动方向盘的动作转变为车轮的偏转动作，这就是所谓的转向系统。转向系统是用来改变汽车的行使方向和保持汽车直线行使的机构，既要保持车辆沿直线
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
摘要 电动助力转向系统(Electric Power Steering System，简称EPS)，是汽车工程领域的热门课题之一。本文在研究了电动助力转向系统工作原理的基础上，设计开发了EPS的电子控制单元ECU (Electronic Control Unit)的硬件电路和相应的控制软件框图。 本文详细分析了电动助力转向系统电子控制单元的功能，研究开发了以89c51单片机为微处理器的电子控制单元。控制单元具有实时数据信号采集和系统控制功能，根据采集的数据信号，确定电动机输出的目标电流，利用PWM脉宽调制技术，通过H桥式电路控制电动机的输出电流和转动方向，实现助力转向功能。 在研制了实验用ECU装置后，开发了相应的控制软件。控制软件分为控制策略的实现和数据信号采集与分析两部分。整个软件系统采用了模块化的设计思想。在数据信号采集与控制部分，设计了系统主程序、A/D采集程序、车速信号采集程序和PWM控制程序。 本文所设计的EPS电子控制单元性能稳定，结构合理，与整车匹配性能好，可保证EPS实现良好的转向助力效果。 关键词 电动助力转向电子控制单元单片机控制策略
Abstract Electric Power Steering System (EPS) is one of the focuses research in automotive engineering.This paper is based on the principles of EPS to study the operation, designed and developed the Electronic Control Unit (ECU) and the soft ware diagram of the ECU. The thesis Considers the functions of the electronic control unit of EPS, studied and developed the hardware that adopted 89c51as its microprocessor. The control unit was able to realize real-time data/signal acquisition and system control. The target current of motor output could be determined by the obtained data; and utilizing the Pulse-Width Modulation (PWM) technology, power could be provided to the steering system by controlling the output current and rotation direction through H-bridge circuit. The software program, which was divided into the realization of control strategy and the acquisition&control of data/signal, was developed in modular after thedesign of experimental ECU was completed. And the main program, A/D acquisition program, speed signal acquisition program and PWM control program are developed in the second part. The result showed that the electronic control unitdesigned was with stable performance, appropriate structure and excellent matchingcondition, and the excellent power steering effect could be ensured by EPS. Key words: Electric Power Steering System (EPS) Electronic Control Unit Single-Chip Microprocessor Control Strategy