转向柱式电动助力转向系统设计

汽车电动助力转向系统设计毕业论文本章主要介绍汽车电动助力转向系统设计的背景和意义，以及论文的目的和结构安排。

汽车转向系统是车辆控制的重要组成部分，它直接影响着驾驶员的操控感受和行车安全性。

随着科技的发展，传统的液压助力转向系统逐渐被电动助力转向系统所取代。

电动助力转向系统通过电力传动装置提供操控力，相较于液压助力转向系统具有更高的效率、更好的节能性和可靠性。

本文的目的是设计一种可靠、高效的汽车电动助力转向系统。

在研究的基础上，将重点关注系统的结构设计、控制算法优化、故障诊断等方面。

通过对系统的设计和优化，可以提高汽车的操控性和安全性。

本文结构安排如下：第二章将介绍汽车电动助力转向系统的背景与发展；第三章将详细阐述系统的设计原理与结构；第四章将重点探讨控制算法的优化与实现；第五章将研究系统的故障诊断方法与技术；最后，第六章将总结全文，并提出进一步研究的展望。

通过本文的研究和实践，相信可以为汽车电动助力转向系统的设计与优化提供一定的参考和借鉴，推动汽车技术的发展与进步。

在这一部分，我们将对汽车电动助力转向系统设计相关的文献进行综述。

我们将总结已有的研究成果，以及当前存在的问题。

具体内容}本文详细介绍了汽车电动助力转向系统设计的方法和步骤，涵盖了传感器选择、电机控制、系统优化等方面。

传感器选择在汽车电动助力转向系统设计中，选择合适的传感器是至关重要的。

传感器可以检测车轮的转向角度、转向速度以及转向力等参数，为后续的电机控制提供必要的数据支持。

常见的传感器包括转向角度传感器、转向速度传感器和转向力传感器。

在选择传感器时，需考虑其精度、响应速度和可靠性等因素，并确保其能与电机控制系统良好地配合。

电机控制在汽车电动助力转向系统中，电机控制是实现转向功能的核心部分。

电机控制系统通过接收传感器提供的数据，计算并控制电机的输出力矩，从而实现汽车的转向功能。

电机控制的关键是控制算法的设计和实现。

常见的电机控制方法有PID控制、模糊控制和神经网络控制等。

汽车转向管柱设计概述转向系统是汽车底盘的重要系统之一，其中转向管柱是转向系统的重要部件，使驾驶员作用在转向盘上的力矩通过管柱、转向机、转向横拉杆等部件转化为车轮的运动，实现车辆转向的目的。

目前转向管柱的主要形式有液压助力、电动助力。

文章主要介绍转向系统中的转向管柱开发策略，根据不同车型特点，提出在开发过程中应注意的事项。

标签：转向系统；转向管柱；液压助力；电动助力前言转向管柱是车辆转向系统中的重要部件。

它的主要作用是通过驾驶员作用在方向盘上的扭矩，使方向盘的转动通过转向管柱及转向机、横拉杆、万向节等部件转化为车轮转动，实现车辆转向。

随着安全性的要求逐步提升，转向管柱还要承担二次碰撞中溃缩和能量吸收作用，以保护乘员的安全。

文章主要介绍转向系统中的转向管柱开发策略，提出了转向管柱特点及应注意的事项。

1 转向管柱开发的方向现代转向管柱集功能与节能环保为一体。

随着技术的不断发展，电动助力转向EPS日趋成熟，分为转向管柱式电动助力、齿轮轴式电动助力及齿条轴式电动助力。

其中带有助力电机的转向管柱式电动转向模式己经被逐步应用，该种方式是将助力电机安装在转向管柱上，电机的助力和驾驶员操纵力矩通过中间轴作用在转向机小齿上。

其最大优点是电机、ECU、减速机构等都安装在驾驶舱内，部件的工作环境较好。

但由于所有助力都将通过转向管柱传递到转向小齿轮和齿条上，转向管柱自身的受力较大，导致其助力的大小受到限制。

2 转向管柱的功能特征在确定开发方向采用机械式转向管柱后，需要确定管柱需实现的功能。

逆向设计不但可以减短开发周期，而且可以借鉴一些成熟的经验。

所以根据车型转向管柱布置硬点，通过借鉴市场上己有的成熟的结构进行开发。

在管柱开发中，针对多款竞争车型的产品进行样件分析，给出了分析报告，以全面了解转向管柱所应具有的功能（如表1所示）。

对标杆车型管柱对比分析，调节方式有手动调节和电动调节。

电动调节开发周期长，费用高。

轴向调节范围多在±25mm范围，角度调节在±30mm范围。

汽车电动助⼒转向机构的设计讲解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。

轻型载货汽车电动助力转向系统的结构设计与优化随着环保意识的提高和能源危机的日益严重，电动车辆逐渐成为人们关注的焦点。

在轻型载货汽车领域，电动助力转向系统的设计与优化也引起了人们的广泛关注。

本文将就轻型载货汽车电动助力转向系统的结构设计与优化进行探讨。

一、电动助力转向系统的基本原理电动助力转向系统是利用电力设备，对轻型载货汽车的转向操纵提供力矩，降低驾驶员的操纵压力，提高操纵的舒适性和安全性。

其基本原理是通过电机和齿轮箱的协同作用，将转向盘的转动转化为对转向轮的力矩输出，从而实现车辆转向的目的。

二、轻型载货汽车电动助力转向系统的结构设计1. 电动助力转向系统的主要组成部分电动助力转向系统主要由电机、电源模块、传感器和控制模块等组成。

其中，电机通过传感器感知驾驶员的转向操作，并通过控制模块对电机进行控制，输出相应的力矩。

电源模块则提供所需的电能。

2. 电动助力转向系统的电机选择电动助力转向系统的电机选择应考虑功率、扭矩、响应速度和效率等因素。

通常情况下，选择直流无刷电动机作为电动助力转向系统的动力源是比较合适的选择。

3. 电动助力转向系统的传感器设计为了使电动助力转向系统能够准确感知驾驶员的转向操作，传感器的设计非常关键。

通过合理地选择传感器的种类和位置，可以提高系统的灵敏度和控制精度。

三、轻型载货汽车电动助力转向系统的优化策略为了提高电动助力转向系统的性能和可靠性，以下优化策略可供参考：1. 优化电机控制算法通过优化电机控制算法，可以提高系统的响应速度和控制精度。

可以考虑采用闭环控制算法，结合传感器的反馈信号，实时调整输出力矩，从而提高系统的稳定性和准确性。

2. 优化系统的机械结构系统的机械结构设计也是影响电动助力转向系统性能的关键因素之一。

通过合理设计转向装置和齿轮箱等部件，可以减小系统的传动误差和能量损耗，提高系统的传动效率。

3. 应用新材料和新工艺应用新材料和新工艺可以有效地减轻系统的重量，提高系统的刚度和耐疲劳性。

轻型载货汽车电动助力转向系统的设计原则与方法轻型载货汽车作为商用车辆的重要组成部分，其操控性和安全性一直是制造商关注的焦点。

电动助力转向系统作为其中一项关键技术，对于提升轻型载货汽车的操控性和驾驶安全性具有重要意义。

本文将讨论轻型载货汽车电动助力转向系统的设计原则与方法。

一、设计原则1.1 安全性原则在设计轻型载货汽车电动助力转向系统时，安全性是首要考虑的原则。

系统应具备良好的稳定性和可靠性，能够在各种道路和气候条件下正常工作。

此外，系统还应具备自动监测和报警功能，及时发现故障并采取相应的应对措施。

1.2 操控性原则良好的操控性是轻型载货汽车的重要特点之一。

电动助力转向系统应该能够提供准确而敏感的转向反馈，使驾驶员能够清晰地感知车辆的操纵状态。

同时，系统应提供适当的转向力量，给予驾驶员足够的操纵空间和反馈信息，确保驾驶操作的准确性和舒适性。

1.3 能效性原则能效性是现代汽车设计的重要考虑因素之一。

电动助力转向系统在设计中应注重能源利用效率的提高，减少能量损耗，并通过优化设计和控制算法，实现能量回收和再利用，从而减少能源消耗和对环境的影响。

二、设计方法2.1 动力系统设计电动助力转向系统的动力系统设计是整个系统设计的核心。

设计时需考虑最大转向力矩和转向响应时间的要求。

根据车辆的使用场景和负载情况，选择合适的驱动电机类型和功率，并合理布置驱动电机的位置和传动装置，以实现较高的转向精度和效率。

2.2 控制系统设计控制系统设计是保证电动助力转向系统正常运行的关键。

通过传感器采集车辆状态和驾驶员操纵信号，并利用合适的控制算法进行信号分析和处理，实现对转向助力的调节和控制。

同时，控制系统还应具备自检和故障诊断功能，及时发现并解决潜在的问题，确保系统的可靠性和安全性。

2.3 助力系统设计助力系统设计是电动助力转向系统中起到实际辅助转向作用的部分。

设计时需结合车辆的设计参数和动力系统的输出能力，选择合适的助力装置，并通过优化设计和控制方法，实现对转向助力力量的准确控制和传递。

目录摘要 (Ⅰ)Abstract (Ⅱ)1 绪论 (1)1.1 助力转向系统的分类 (1)1.2 EPS系统国内外发展研究现状 (1)1.3 EPS的分类 (1)1.3.1 转向轴助力式 (1)1.3.2 转向小齿轮助力式 (2)1.3.3 转向齿条助力式 (2)1.4 电动助力转向系统的优点 (3)1.5 电动助力转向系统的工作原理 (3)2 EPS方案设计 (5)2.1 电动助力转向系统选型 (5)2.2 机械部分系统方案设计 (5)2.2.1 机械部分设计要求分析 (5)2.2.2 机械式转向器方案分析 (5)2.2.3 齿轮齿条式转向器布置和结构形式的选择 (7)2.2.4 转向梯形结构方案分析 (8)2.3 控制部分系统方案设计 (8)2.3.1 控制部分性能要求分析 (8)2.3.2 控制部分方案设计 (10)3 齿轮齿条式转向器设计 (12)3.1 整车性能参数 (12)3.2 齿轮齿条式转向器的设计和计算 (12)3.2.1 齿轮齿条转向器计算载荷的确定 (12)3.2.2 转向器基本部件设计 (15)3.2.3 齿轮轴和齿条的材料选择及强度校核 (21)3.2.4 齿轮齿条转向器转向横拉杆的运动分析 (24)3.2.5 齿轮齿条传动受力分析 (25)3.2.6 间隙调整弹簧的设计计算 (25)3.2.7 齿轮轴轴承的校核 (27)3.2.8 键的计算 (28)4 EPS的关键部件和控制策略 (29)4.1 EPS的关键部件选型 (29)4.1.1 电动机 (29)4.1.2 电磁离合器 (29)4.1.3 减速机构 (30)4.1.4 扭矩传感器 (30)4.1.5 电流传感器 (31)4.2 EPS的电流控制 (31)4.3 助力控制 (32)4.4 阻尼控制 (32)4.5 回正控制 (33)5 EPS电机驱动电路的设计 (34)5.1 微控制器的选择 (34)5.2 硬件电路总体框架 (34)5.3 电机控制电路设计 (35)5.3.1 H桥上侧桥臂MOSFET功率管驱动电路设计 (35)5.3.2 桥臂的功率MOSFET管驱动电路 (36)5.4 蓄电池倍压工作电源 (37)5.5 电机驱动电路台架试验 (37)6 结论 (39)致谢 (40)参考文献 (41)摘要电动助力转向 (Electric Power Steering,简称EPS)系统,是继液压助力转向系统后出现的一种新型动力转向系统,具有液压助力转向系统无法比拟的优势,它不仅能节约能源,提高安全性,还有利于环境保护,是一项紧扣现代汽车发展主题的高新技术,是汽车转向系统发展的必然趋势。

电动助力转向系统1、功能原理汽车电动助力转向（EPS）系统是在机械式转向系统的基础上加装电动机驱动单元构成的。

其主要的是提供助力、改善汽车转向性能、协助驾驶员完成转向操作。

2、组成具体组成原理详细EPS系统由扭矩传感器、车速传感器、电自控制单元（ECU）、助力电动机及减速机构等。

○1扭矩传感器，又称转向传感器，其作用是测定方向盘与转向器之间的相对扭矩，并转化为电信号传递给ECU。

○电动机，其功能是根据ECU的相关指令，输出适宜的转向助力矩，是EPS系统的动力源。

○减速机构，接收电动机的转矩，经减速增矩后传递给转向轴、小齿轮或齿条。

○ECU，是EPS系统的控制中心，根据扭矩传感器和车速传感器的信号进行逻辑分析与计算并发出指令，控制电动机和离合器。

3、基本工作过程汽车转向时，扭矩传感器和车速传感器将检测到的扭矩、方向信号及车速信号传递给ECU，ECU根据扭矩传感器的信号和车速传感器的信号确定电动机扭矩的大小和方向，电动机再通过离合器、减速机构等把此扭矩传递给扭杆，最终起到为驾驶员提供转向助力的效果，使汽车转向更轻便。

车速越低转向助力越大，车速越高转向助力越小。

当车速大于一定值时，取消助力，将直流电动机反接制动，目的是在汽车高速行驶时增加操作方向盘的手感，保证行驶安全。

4、EPS系统的控制方式○助力控制：助力控制是EPS的基本控制模式，包括汽车原地转向助力控制和动态转向助力控制两个方面。

○回正控制：回正控制的目的是使方向盘能够更快、更准地回到中位，避免方向盘产生不必要的抖动。

○阻尼控制：阻尼控制是为了提高汽车高速行驶时的转向稳定性的一种控制模式。

5、EPS的优点○降低了燃油消耗液压动力转向系统需要发动机带动液压油泵，使液压油不停地流动，浪费了部分能量。

相反电动助力转向系统（EPS）仅在需要转向操作时才需要电机提供的能量，该能量可以来自蓄电池，也可来自发动机。

○增强了转向跟随性在电动助力转向系统中，电动助力机与助力机构直接相连可以使其能量直接用于车轮的转向。