【正文】 對助力電機扭矩控制[2]。 （2）減小了由于路面不平所引起的對轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的干擾，改善了汽車的轉(zhuǎn)向性能，減輕了汽車低速行駛時的轉(zhuǎn)向操縱力，提高了汽車高速行駛時的轉(zhuǎn)向穩(wěn)定性，進而提高汽車的主動安全性。由于助力電機安裝于齒條上的位置比較自由，因此在汽車的底盤布置時非常方便。圖11 CEPS 轉(zhuǎn)向小齒輪助力式 齒輪助力式電動助力轉(zhuǎn)向器(P—EPS)的助力電機和減速增扭機構(gòu)與小齒輪相連，直接驅(qū)動齒輪實現(xiàn)助力轉(zhuǎn)向(圖12)。這種形式的電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單緊湊、易于安裝。2002年，經(jīng)調(diào)查發(fā)現(xiàn)國內(nèi)至少13家企業(yè)和科研院所正在研制中，如清華大學(xué)、吉林大學(xué)、江蘇大學(xué)、同濟大學(xué)以及南摩股份有限公司等。日本的大發(fā)汽車公司、三菱汽車公司、本田汽車公司，美國的Delphi公司，英國的Lucas公司，德國的ZF公司，都研制出了各自的EPS。 助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的分類 助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)按照提供動力的形式大致可以分為3類：液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（Hydraulic Powered Steering, HPS)，電動液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（Electrically Hydraulic Powered Steering, EHPS)，電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（Electric Power Steering, EPS)。電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)(EPS) 可解決小型汽車轉(zhuǎn)向輕便性和靈敏性的矛盾, 使駕駛員在汽車低速行駛時獲得較大助力, 高速行駛時獲得較強的路感。由ECU根據(jù)轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)矩信號控制電動機離合器, 使電動機在不需要助力時停止工作, 降低了能量消耗，該系統(tǒng)能滿足不同車速下獲得不同助力特性的要求。 EPS系統(tǒng)國內(nèi)外發(fā)展研究現(xiàn)狀 在國外，從1979年開始研究電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，至今已有30多年的歷史。在國外，EPS已經(jīng)進入了批量生產(chǎn)階段。目前21個國內(nèi)汽車廠家的43種品種均可裝配EPS產(chǎn)品，其中六個廠家8個車型具有裝配EPS的潛力，其中有重慶長安的奧拓、羚羊，吉利的美日、豪情，奇瑞的，天津豐田的威馳，悅達起亞的千里馬，東南汽車的菱帥，廣州本田的飛度等?，F(xiàn)在多數(shù)EPS就是采用這種形式。由于助力電機不是安裝在乘客艙內(nèi)，因此可以使用較大的電機以獲得較高的助力扭矩，而不必擔(dān)心電機轉(zhuǎn)動慣量太大產(chǎn)生的噪聲。同時，同C—EPS和PEPS相比，可以提供更大的助力值，所以一般用于大型車輛上。 （3）由于不需要加注液壓油和安裝液壓油管，所以系統(tǒng)的安裝簡便，自由度大，而且成本低，無漏油故障的發(fā)生，它比常規(guī)的液壓轉(zhuǎn)向助力系統(tǒng)具有更好的通用性。2 EPS方案設(shè)計 電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)選型 緒論中已經(jīng)提到轉(zhuǎn)向軸式電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)雖然提供的助力沒有其它兩種方式提供的助力大，但在安裝方面要方便的多。 機械部分系統(tǒng)方案設(shè)計 機械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)由轉(zhuǎn)向操縱機構(gòu)、轉(zhuǎn)向器和轉(zhuǎn)向傳動機構(gòu)三大部分組成。 （3）汽車在任何行駛狀態(tài)下，轉(zhuǎn)向輪都不得產(chǎn)生自振。 （7）轉(zhuǎn)向器和轉(zhuǎn)向機構(gòu)的球頭處，有消除因磨損而產(chǎn)生間隙的調(diào)整機構(gòu)。因此，汽車在不平路面上行駛時，發(fā)生在轉(zhuǎn)向輪與路面之間的沖擊力，大部分能傳至轉(zhuǎn)向盤。圓形斷面制造簡單；V形和Y形節(jié)約材料，質(zhì)量小而且位于齒條下面的兩斜面與齒條托坐接觸，可以用來防止齒條繞軸線轉(zhuǎn)動。循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器主要用于貨車和客車上。當(dāng)轉(zhuǎn)向輪處于與汽車直線行駛相應(yīng)的中立位置時，梯形臂與橫拉桿在與道路平行的平面(水平面)內(nèi)的交角＞90176。 圖25 齒輪齒條位置布置 轉(zhuǎn)向梯形結(jié)構(gòu)方案分析轉(zhuǎn)向梯形有整體式和斷開式兩種。EPS的基本目標(biāo)是提高汽車停車泊位和低速行駛時的轉(zhuǎn)向輕便性，高速行駛時的操縱穩(wěn)定性[6]。因此，EPS系統(tǒng)的助力特性曲線是一族隨車速變化的曲線，如圖26。一般轉(zhuǎn)向力與路感是相互制約的，轉(zhuǎn)向力小意味著轉(zhuǎn)向輕便，能減小駕駛員的體力消耗；但轉(zhuǎn)向力過小，就缺乏路感。EPS可以根據(jù)車速不同工況，制定不同的控制策略，自動地削弱或吸收擺振、維持轉(zhuǎn)向盤具有良好的穩(wěn)定感的能力，較好地解決上述矛盾。（4）具有良好的回正特性 駕駛員轉(zhuǎn)向時，回正力矩是使轉(zhuǎn)向車輪自動返回到直線行駛位置的主要恢復(fù)力矩之一。高速行駛時，輪胎的側(cè)向力較大，為防止回正超調(diào)，則利用電機的轉(zhuǎn)矩對系統(tǒng)的阻尼作用，使回正處于受控狀態(tài)。 （6）具有在版故障診斷功能 （7）EPS系統(tǒng)應(yīng)具有碰撞能量吸收功能對于EPS系統(tǒng)，當(dāng)汽車發(fā)生正面沖撞時，轉(zhuǎn)向盤的壓迫是導(dǎo)致駕駛員受傷的一個主要原因，因此要求EPS系統(tǒng)轉(zhuǎn)向操縱機構(gòu)必須設(shè)置各種緩沖式的安全裝置。在小型車輛上，電機是通過齒輪箱與轉(zhuǎn)向柱連接，而在中型汽車上，電機則是通過法蘭交叉或縱向安裝在齒條上，并通過齒輪箱操作。影響這些力的主要因素有轉(zhuǎn)向軸的負荷，路面阻力和輪胎氣壓等。 （33） 。 （3）作用在轉(zhuǎn)向盤上的手力 作用在轉(zhuǎn)向盤上的手力為 N （35） 式中：—轉(zhuǎn)向搖臂長；—轉(zhuǎn)向節(jié)臂長；—轉(zhuǎn)向盤直徑，設(shè)計為350mm；—轉(zhuǎn)向器角傳動比；—轉(zhuǎn)向器正效率，90%。 （4）轉(zhuǎn)向盤扭力矩Tz （36） 式中：—轉(zhuǎn)向盤上的手力，；—轉(zhuǎn)向盤直徑，設(shè)計為350mm。 （7）轉(zhuǎn)向橫拉桿直徑的計算： mm （37） 取 式中：—原地轉(zhuǎn)向阻力矩，；—前輪距1490mm；[σ]—材料許用應(yīng)力216MPa。它安裝在轉(zhuǎn)向器殼體上并使其齒與齒條上的齒相嚙合。齒輪軸由安裝在轉(zhuǎn)向器殼體上的球軸承支承。齒輪的模數(shù)取值范圍在23mm之間。6螺旋方向左旋 （3）齒條 齒條是在金屬殼體內(nèi)來回滑動的，加工有齒形的金屬條。導(dǎo)向座將齒條支持在轉(zhuǎn)向器殼體上。表34 齒條的尺寸設(shè)計參數(shù)序號項目符號尺寸參數(shù)()1總長7352直徑303齒數(shù)214法向模數(shù)（4）轉(zhuǎn)向橫拉桿及其端部 轉(zhuǎn)向橫拉桿與梯形轉(zhuǎn)向桿系的相似。轉(zhuǎn)向橫拉桿端部與外端用螺紋連接。齒條導(dǎo)向座和殼體螺紋連接的調(diào)整螺塞之間連有一個彈簧。假設(shè)齒輪有足夠的嚙合長度，且齒輪在齒條上滾動而齒條不動的嚙合情況，當(dāng)齒輪嚙合一周時，齒輪中心線由OO位置移動到O’O’位置，如圖33示。式中：—齒條傾角（0）。 齒輪軸和齒條的材料選擇及強度校核表37 齒輪軸和齒條的設(shè)計計算設(shè)計計算和說明計算結(jié)果 ⑴選擇齒輪材料、熱處理方式及計算許用應(yīng)力 ①選擇材料及熱處理方式 小齒輪16MnCr5 滲碳淬火，齒面硬度5662HRC 齒條 45鋼 表面淬火，齒面硬度5656HRC ② 確定許用應(yīng)力 ； (a)確定和 ； ； (b)計算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)N，確定壽命系數(shù)、。因而前輪從左到右總共轉(zhuǎn)動約60176。===30176。=230851/=== 間隙調(diào)整彈簧的設(shè)計計算設(shè)計要求：設(shè)計一圓柱形壓縮螺旋彈簧，載荷平穩(wěn)，要求=1400N時，10mm,彈簧總的工作次數(shù)小于，彈簧中要能寬松地穿過一根直徑為φ18mm的軸；彈簧兩端固定；外徑,自由高度。(5) 檢查δ及δ1 鄰圈間隙 δ=td== 彈簧單圈的最大變形量 λmax/n=8/= 故在最大載荷作用下仍留有間隙δ1，δ1==(6) 幾何參數(shù)和結(jié)構(gòu)尺寸的確定 彈簧外徑 D=D2+d=25+5=30mm 彈簧內(nèi)徑 D1=D2d=255=20mm(7) 彈簧工作圖 τs=[τ]=765= 彈簧的極限載荷 Flim==52(84)=1670N 彈簧的安裝載荷 Fmin==1400=1260N 彈簧剛度 Cs=Gd/(8C3n)=800005/(843)= 安裝變形量 λmin=Fmin/Cs=1260/= 最大變形量 λmax=Fmax/Cs=1400/= 極限變形量 λlim=Flim/Cs=1670/= 安裝高度 H1=H0λmin== 工作高度 H2=H0λmax==極限高度 H3=H0λlim== 齒輪軸軸承的校核校核30203圓錐滾子軸承，軸承間距60mm,軸承極限轉(zhuǎn)速n=9000r/min,采用脂潤滑，預(yù)期壽命L′h=12000h⑴初步計算當(dāng)量動負荷=e X=,暫選一近似中間值Y=。mm；D—軸的直徑，單位為mm；L—鍵的接觸長度，單位為mm；K—鍵與輪轂接觸高度，K≈h/2,單位為mm；[]—許用擠壓應(yīng)力，單位為MPa。由于控制系統(tǒng)需要根據(jù)不同的工況產(chǎn)生不同的助力轉(zhuǎn)矩，具有良好的動態(tài)特性并容易控制，這些都要求助力電機具有線性的機械特性和調(diào)速特性。此外，在不助力的情況下，離合器還能夠消除電動機的慣性對轉(zhuǎn)向的影響。C額定轉(zhuǎn)矩176。由于減速機構(gòu)對系統(tǒng)工作性能的影響較大，因此在降低噪聲、提高效率和左右轉(zhuǎn)向操作的對稱性方面對減速機構(gòu)提出了較高的要求。常用的接觸式（主要指電位計式）傳感器有擺臂式、雙排行星齒輪式和扭桿式三種類型，而非接觸式轉(zhuǎn)矩傳感器主要有光電式和磁電式兩種。因此扭矩傳感器類型的選取根據(jù)EPS的性能要求綜合考慮。當(dāng)扭桿受方向盤的轉(zhuǎn)動力矩作用發(fā)生扭轉(zhuǎn)時，輸入軸上的花鍵和輸出軸上鍵槽之間的相對位置就被改變了?，F(xiàn)在已經(jīng)廣泛用于轎車和輕型車中，是EPS傳感器的主流產(chǎn)品。根據(jù)EPAS的特點，上層控制策略分為助力控制、回正控制和阻尼控制[12]。整個控制器可以分為上、下兩層，上層控制器用來根據(jù)基本助力特性及其補償調(diào)節(jié)，進行電動機目標(biāo)電流的決策，下層控制器通過控制電動機電樞兩端的電壓，跟蹤目標(biāo)電流。EPS系統(tǒng)的助力特性曲線屬于車速感應(yīng)型，在同一轉(zhuǎn)向盤力矩輸入下，電動機的目標(biāo)電流會隨著車速的增加而降低，能較好地兼顧輕便性與路感的要求。汽車在高速行駛時，由于路面偶然因素的干擾引起的側(cè)向加速度較大，傳到轉(zhuǎn)向盤的力矩比低速行駛時要大，為了抑制這種橫擺振動，必須采用阻尼控制；此外，轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)向后回到中間位置時，由于電動機的慣性存在，在不加其他控制情況下，助力系統(tǒng)的慣性比機械式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的慣性大，轉(zhuǎn)向回正時不容易收斂，此時，也需要采用阻尼控制。駕駛員松開轉(zhuǎn)向盤后，隨著作用在轉(zhuǎn)向盤上的力的減小，轉(zhuǎn)向盤將在回正力矩的作用下回正。根據(jù)轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)動的方向可以判斷轉(zhuǎn)向盤是否處于回正狀態(tài)。設(shè)計方案采用MC9S12DP256單片機，其主頻高達25 MHz，同時片上還集成了許多標(biāo)準模塊，包括2個異步串行通信口SCI，3個同步串行通信口SPI，8通道輸入捕捉/輸出比較定時器、2個10位8通道A/D轉(zhuǎn)換模塊、1個8通道脈寬調(diào)制模塊、49個獨立數(shù)字I/0口（其中20個