【正文】 汽車電動助力轉向系統(tǒng)的設計第1章 緒論 汽車轉向系統(tǒng)簡介汽車轉向系是用來保持或者改變汽車行駛方向的機構，在汽車轉向行駛時，保證各轉向輪之間有協(xié)調的轉角關系。它由轉向操縱機構、轉向器和轉向傳動機構組成。 轉向系統(tǒng)作為汽車的一個重要組成部分，其性能的好壞將直接影響到汽車的轉向特性、穩(wěn)定性、和行駛安全性。目前汽車轉向技術主要有七大類：手動轉向技術（MS）、液壓助力轉向技術（HPS）、電控液壓助力轉向技術（ECHPS）、電動助力轉向技術（EPS）、四輪轉向技術（4WS）、主動前輪轉向技術（AFS）和線控轉向技術（SBW）。轉向系統(tǒng)市場上以HPS、ECHPS、EPS應用為主。電動助力轉向具有節(jié)約燃料、有利于環(huán)境、可變力轉向、易實現(xiàn)產品模塊化等優(yōu)點，是一項緊扣當今汽車發(fā)展主題的新技術，他是目前國內轉向技術的研究熱點。 轉向系的設計要求(1) 汽車轉彎行駛時，全部車輪應繞瞬時轉向中心旋轉，任何車輪不應有側滑。不滿足這項要求會加速輪胎磨損，并降低汽車的行駛穩(wěn)定性。(2) 汽車轉型行駛后，在駕駛員松開轉向盤的條件下，轉向輪能自動返回到直線行駛位置，并穩(wěn)定行駛。(3) 汽車在任何行駛狀態(tài)下，轉向輪都不得產生共振，轉向盤沒有擺動。(4) 轉向傳動機構和懸架導向裝置共同工作時，由于運動不協(xié)調使車輪產生的擺動應最小。(5) 保證汽車有較高的機動性，具有迅速和小轉彎行駛能力。(6) 操縱輕便。(7) 轉向輪碰撞到障礙物以后，傳給轉向盤的反沖力要盡可能小。(8) 轉向器和轉向傳動機構的球頭處，有消除因磨損而產生間隙的調整機構。(9) 在車禍中，當轉向軸和轉向盤由于車架或車身變形而共同后移時，轉向系應有能使駕駛員免遭或減輕傷害的防傷裝置。(10) 進行運動校核，保證轉向輪與轉向盤轉動方向一致。 EPS的特點及發(fā)展現(xiàn)狀 EPS與其他系統(tǒng)比較對于電動助力轉向機構(EPS)，電動機僅在汽車轉向時才工作并消耗蓄電池能量；而對于常流式液壓動力轉向機構，因液壓泵處于長期工作狀態(tài)和內泄漏等原因要消耗較多的能量。兩者比較，電動助力轉向的燃料消耗率僅為液壓動力轉向的16%～20%。 液壓動力轉向機構的工作介質是油，任何部位出現(xiàn)漏油，油壓將建立不起來，不僅失去助力效能，并對環(huán)境造成污染。當發(fā)動機出現(xiàn)故障停止工作時，液壓泵也不工作，結果也會喪失助力效能，這就降低了工作可靠性。電動助力轉向機構不存在漏油的問題，只要蓄電池內有電提供給電動助力轉向機構，就能有助力作用，所以工作可靠。若液壓動力轉向機構的油路進入空氣或者貯油罐油面過低，工作時將產生較大噪聲，在排除氣體之前會影響助力效果；而電動助力轉向僅在電動機工作時有輕微的噪聲。 電動助力轉向與液壓動力轉向比較，轉動轉向盤時僅需克服轉向器的摩擦阻力，不存在回位彈簧阻力和反映路感的油壓阻力。電動助力轉向還有整體結構緊湊、部件少、占用的空間尺寸小、質量比液壓動力轉向約輕20%~25%以及汽車上容易布置等優(yōu)點。 EPS的特點(1）EPS節(jié)能環(huán)保。由于發(fā)動機運轉時，液壓泵始終處于工作狀態(tài)，液壓轉向系統(tǒng)使整個發(fā)動機燃油消耗量增加了3%~5%,而EPS以蓄電池為能源，以電機為動力元件，可獨立于發(fā)動機工作，EPS幾乎不直接消耗發(fā)動機燃油。EPS不存在液壓動力轉向系統(tǒng)的燃油泄漏問題，EPS通過電子控制，對環(huán)境幾乎沒有污染。(2）EPS裝配方便。EPS的主要部件可以集成在一起，易于布置，與液壓動力轉向相比減少了許多原件，沒有液壓系統(tǒng)所需要的油泵、油管、壓力流量控制閥、儲油罐等，原件數(shù)目少，裝配方便，節(jié)約時間。(3）EPS效率高。液壓動力轉向系統(tǒng)效率一般在60%~70%，而EPS得效率較高，可高達90%以上。(4）EPS路感好。傳統(tǒng)純液壓動力轉向系大多采用固定放大倍數(shù)，工作驅動力大，但卻不能實現(xiàn)汽車在各種車速下駕駛時的輕便性和路感。而EPS系統(tǒng)的滯后性可以通過EPS控制器的軟件加以補償，是汽車在各種速度下都能得到滿意的轉向助力。(5）EPS回正性好。EPS系統(tǒng)結構簡單，不僅操作簡便，還可以通過調整EPS控制器的軟件，得到最佳的回正性，從而改善汽車的操縱穩(wěn)定性和舒適性。(6）動力性。EPS系統(tǒng)可隨車速的高低主動分配轉向力，不直接消耗發(fā)動機功率，只在轉向時才起助力作用，保障發(fā)動機充足動力。（不像HPS液壓系統(tǒng)，即使在不轉向時，油泵也一直運轉處于工作狀態(tài)，降低了使用壽命） EPS在國內外的應用狀況國外EPS的發(fā)展之路：因為微型轎車上狹小的發(fā)動機艙空間給液壓助力轉向系統(tǒng)的安裝帶來了很大的麻煩，而EPS原件比較少，重量輕，裝配方便，比較適合在微型轎車上安裝。因此在國外，EPS系統(tǒng)首先是在微型轎車上發(fā)展起來的。上世紀80年代初期，日本鈴木公司首次在其Cervo轎車上安裝了EPS系統(tǒng)，隨后還應用在其Alto車上。此后，EPS在日本得到迅速發(fā)展。出于節(jié)能環(huán)保的考慮，歐、美等國的汽車公司也相繼對EPS進行了開發(fā)和研究。雖然比日本晚了十年時間，但是歐美國家的開發(fā)力度比較大，所選擇的產品類型也有所不同。日本起初選擇了技術相對成熟的有刷電機。有刷電機比較成熟，在汽車上的應用較廣，比如雨刷、車窗等部分，稍作改進就適應了EPS的要求，因此研發(fā)周期較短，上世紀80年代末期就開始產業(yè)化，主要裝配在微型車上。而歐美則選擇了難度較大的無刷電機，但是電子控制系統(tǒng)比較復雜，延長了研發(fā)周期。直到90年代中期歐美才開始量產。從長遠發(fā)展看，有刷電機存在一定弊端，比如電機產生的噪聲較難克服，磨損較嚴重，存在電磁干擾等問題。因此，日本現(xiàn)在國內裝配的EPS也逐漸轉向無刷電機了。國內EPS的發(fā)展現(xiàn)狀：我國汽車電子行業(yè)的總體發(fā)展相對滯后，但是，隨著汽車對環(huán)保、節(jié)能和安全性要求的進一步提高，代表著現(xiàn)代汽車轉向系統(tǒng)的發(fā)展方向的EPS電動助力轉向系統(tǒng)已被我國列為高新科技產業(yè)項目之一，國內各大院校、科研機構和企業(yè)在進行EPS技術的研究，也有少數(shù)供應商能批量提供轉向軸式的EPS系統(tǒng)。但總的來講目前國內EPS技術還不成熟；供應商所提供的EPS系統(tǒng)還未達到產品級的要求，且類型單一，還不能滿足整車廠需要。據悉，自主品牌研發(fā)的EPS系統(tǒng)離產業(yè)化就差整車廠批量裝車認可這一臺階了，相信很快就可以實現(xiàn)量產。EPS系統(tǒng)是未來動力轉向系統(tǒng)的一個發(fā)展趨勢。 本課題的研究意義 隨著科技的發(fā)展和人們生活水平及環(huán)保意識的提高，汽車轉向助力肯定會向更輕便、更節(jié)能、更安全的方向發(fā)展，而本課題正是沿著這個方向對汽車的轉向系統(tǒng)進行了研究。現(xiàn)存的汽車，大部分都是傳統(tǒng)液壓助力轉向系統(tǒng)，甚至沒有助力轉向系統(tǒng)，電動助力轉向系統(tǒng)能提供比其更安全、更舒適的轉向操控性和節(jié)能效果。本課題對該系統(tǒng)的進行了深入的研究，并將其應用于實踐，這對于推動該系統(tǒng)的發(fā)展和最終的產品化應用，對于推動機械、傳感器技術和電子器件制造等相關產業(yè)的發(fā)展，對于提高我國汽車電子化水平和加快轉向系統(tǒng)產業(yè)化發(fā)展具有十分重要的意義。在可預見的將來，電動助力轉向系統(tǒng)在汽車領域必定會有廣泛的應用。本章小結這一章介紹了現(xiàn)在應用的汽車轉向技術，并對電動助力轉向系統(tǒng)和液壓助力轉向系統(tǒng)進行了分析比較。還闡述了EPS的國內外發(fā)展狀況。第2章 電動助力轉向系統(tǒng)的總體組成 電動助力轉向系統(tǒng)的機理及類型近年來，電動助力轉向機構在乘用車上得到應用，并有良好的發(fā)展前景。電動助力轉向機構，除去應當滿足對液壓式動力轉向機構機構的一些相似要求以外，同時還應當滿足：具有故障自診斷和報警功能；有良好的抗振動和抗干擾能力等；當?shù)孛媾c車輪之間有反向沖擊力作用時，電動助力轉向機構應迅速反應，制止轉向盤轉動；在過載使用條件下有過載保護功能等。 電動助力轉向系統(tǒng)的機理電動助力轉向機構由機械轉向器與電動助力部分相結合構成。電動助力部分包括電動機、電池、傳感器和控制器（ECU）及線束，有的還有減速機構和電磁離合器等