【正文】 便于拆裝，在轉(zhuǎn)向軸與轉(zhuǎn)向器的輸入端之間安裝轉(zhuǎn)向萬向節(jié)。由于轉(zhuǎn)向盤和轉(zhuǎn)向輪之間無機械連接，駕駛員“路感”通過模擬生成。（2）去掉了原來轉(zhuǎn)向系統(tǒng)各個模塊之間的剛性機械連接，采用柔性連接，使轉(zhuǎn)向系統(tǒng)在汽車上的布置更加靈活，轉(zhuǎn)向盤的位置可以方便地布置在需要的位置。轉(zhuǎn)向執(zhí)行模塊包括轉(zhuǎn)向電機、齒條位移傳感器等, 實現(xiàn)兩個功能: 跟蹤參考前輪轉(zhuǎn)角、向轉(zhuǎn)向盤模塊反饋輪胎所受外力的信息以反饋車輛行駛狀態(tài)。線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（SteeringByWire Systerm，簡稱SBW）的發(fā)展，正是滿足這種客觀需求。但EPS是由電動機提供助力，助力大小由電子控制單元（ECU）根據(jù)車速、方向盤輸入扭矩等信號進(jìn)行實時調(diào)節(jié)與控制，可以很好地解決這個矛盾。而在傳統(tǒng)的液壓控制系統(tǒng)中，要改善這種特性必須改造底盤的機械結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)起來很困難。(2)改善了轉(zhuǎn)向回正特性。相反EPS 僅在需要轉(zhuǎn)向操作時才需要向電機提供的能量。 電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)特點(1)節(jié)約了能源消耗。同時控制單元也會收到來自方向盤位置傳感器的信號，這個傳感器一般是和扭矩傳感器裝在一起的（有些傳感器已經(jīng)將這2 個功能集成為一體）。EPS 是在EHPS 的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的, 它取消EHPS 的液壓油泵、油管、油缸和密封圈等部件,完全依靠電動機通過減速機構(gòu)直接驅(qū)動轉(zhuǎn)向機構(gòu), 其結(jié)構(gòu)簡單、零件數(shù)量大大減少、可靠性增強, 解決了長期以來一直存在的液壓管路泄漏和效率低下的問題。電控液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)在傳統(tǒng)液壓動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的基礎(chǔ)上有了較大的改進(jìn)，但液壓裝置的存在，使得該系統(tǒng)仍有難以克服如滲油、不便于安裝維修及檢測等問題。其中電動泵的工作狀態(tài)由電子控制單元根據(jù)車輛的行駛速度、轉(zhuǎn)向角度等信號計算出的最理想狀態(tài)。 電控液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（EHPS）由于液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)無法兼顧車輛低速時的轉(zhuǎn)向輕便性和高速時的轉(zhuǎn)向穩(wěn)定性，因此，在1983年日本Koyo 公司推出了具備車速感應(yīng)功能的電控液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（EHPS）。由于液壓轉(zhuǎn)向可以減少駕駛員手動轉(zhuǎn)向力矩，從而改善了汽車的轉(zhuǎn)向輕便性和操縱穩(wěn)定性。轉(zhuǎn)向軸用銷釘與閥中的彈性扭桿相接，該扭桿起到閥的中心定位作用。液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是由液壓和機械等兩部分組成，它是以液壓油做動力傳遞介質(zhì)，通過液壓泵產(chǎn)生動力來推動機械轉(zhuǎn)向器，從而實現(xiàn)轉(zhuǎn)向。純機械式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)為了產(chǎn)生足夠大的轉(zhuǎn)向扭矩需要使用大直徑的轉(zhuǎn)向盤，需占用較大的空間，整個機構(gòu)笨拙，特別是對轉(zhuǎn)向阻力較大的重型汽車，實現(xiàn)轉(zhuǎn)向難度很大，這就大大限制了其使用范圍。通常，對轉(zhuǎn)向系的主要要求是:(1) 保證汽車有較高的機動性，在有限的場地面積內(nèi)，具有迅速和小半徑轉(zhuǎn)彎的能力，同時操作輕便；(2) 汽車轉(zhuǎn)向時，全部車輪應(yīng)繞一個瞬時轉(zhuǎn)向中心旋轉(zhuǎn)，不應(yīng)有側(cè)滑；(3) 傳給轉(zhuǎn)向盤的反沖要盡可能的??；(4) 轉(zhuǎn)向后，轉(zhuǎn)向盤應(yīng)自動回正，并應(yīng)使汽車保持在穩(wěn)定的直線行駛狀態(tài)；(5) 發(fā)生車禍時，當(dāng)轉(zhuǎn)向盤和轉(zhuǎn)向軸由于車架和車身變形一起后移時，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)最好有保護(hù)機構(gòu)防止傷及乘員。機械轉(zhuǎn)向系的能量來源是人力，所有傳力件都是機械的，由轉(zhuǎn)向操縱機構(gòu)(方向盤)、轉(zhuǎn)向器、轉(zhuǎn)向傳動機構(gòu)三大部分組成。獨立轉(zhuǎn)向系統(tǒng)驅(qū)動方式簡潔、動力傳遞效率高、可以做到“零排放”等優(yōu)點充分展現(xiàn)了電動汽車的優(yōu)勢，采用體積和功率較小的電動機及驅(qū)動器件，省略了其他驅(qū)動結(jié)構(gòu)形式復(fù)雜的傳動變速部件，這種既有利于汽車的總體布置又有利于保證離地間隙，使電動汽車成為將來出行工具的佼佼者。多數(shù)電動汽車為前輪轉(zhuǎn)向，工業(yè)中用的電動叉車常常采用后輪轉(zhuǎn)向。日本研制的電動汽車幾乎全部使用永磁無刷電機，其主要優(yōu)點是效率可以比交流感應(yīng)電機高6個百分點，但價格較貴，永磁材料一般僅耐熱120℃以下?！　?. 低成本、低油耗、大批量專業(yè)化生產(chǎn)　　隨著國際經(jīng)濟形勢的惡化，石油危機造成經(jīng)濟衰退，汽車生產(chǎn)愈來愈重視經(jīng)濟性，因此，要設(shè)計低成本、低油耗的汽車和低成本、合理化生產(chǎn)線，盡量實現(xiàn)大批量專業(yè)化生產(chǎn)。采用編程控制系統(tǒng) 汽車轉(zhuǎn)向裝置的設(shè)計趨勢[2]1. 適應(yīng)汽車高速行駛的需要從操縱輕便性、穩(wěn)定性及安全行駛的角度，汽車制造廣泛使用更先進(jìn)的工藝方法，使用變速比轉(zhuǎn)向器、高剛性轉(zhuǎn)向器。獨立懸架輪轂驅(qū)動電動汽車以驅(qū)動方式簡潔、動力傳遞效率高、可以做到“零排放”等優(yōu)點充分展現(xiàn)了電動汽車的優(yōu)勢，它采用裝在驅(qū)動輪當(dāng)中的四個獨立的輪轂電動機來驅(qū)動車輛的運動。日本由于本國石油資源匱乏。據(jù)英國石油公司最近發(fā)布的《BP世界能源統(tǒng)計2009》，全球原油剩余探明儲量按照2008年的年開采速度計算，還可以開采42年。因此各國和各大汽車公司都重視了電動汽車的研究、開發(fā)和試制。有很多電動汽車一直到第二次世界大戰(zhàn)期間仍在使用。再次，在改善交通安全和道路使用方面，電動汽車更容易實現(xiàn)智能化。此外，電動汽車使用電池儲存的電能，沒有內(nèi)燃機工作時的機械噪聲，所以，他能有效的控制城市的噪聲污染。車速控制由控制器通過調(diào)速系統(tǒng)改變電動機的轉(zhuǎn)速即可實現(xiàn)。 電動汽車概述電動汽車（Electric Vehicle）是指以車載電源為動力，用電機驅(qū)動車輪行駛，符合道路交通、安全法規(guī)各項要求的車輛。但是，內(nèi)燃機汽車的發(fā)展也正面臨著可持續(xù)發(fā)展能源的挑戰(zhàn)，大氣環(huán)保和地球溫室效應(yīng)（變暖）的挑戰(zhàn)，以及噪聲方面的限制等。據(jù)英國石油公司最近發(fā)布的《BP世界能源統(tǒng)計2009》，全球原油剩余探明儲量按照2008年的年開采速度計算，還可以開采42年。一般采用高效率充電電池，或燃料電池為動力源[1]。圖11 用單一蓄電池作為電源的EV圖12 裝有輔助電源的EV 電動汽車的優(yōu)點及意義電動汽車的發(fā)展將集中考慮能源、環(huán)保和交通成為可能，而且他對促進(jìn)高科技的發(fā)展、新型工業(yè)的興起以及經(jīng)濟的發(fā)展將產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。其次，從能源角度來看，電動汽車將使能源的利用多元化（例如可使用各種可再生能源）和高效化，改善能源結(jié)構(gòu)，達(dá)到能源的可靠、均衡和無污染的利用的目的。 電動汽車的發(fā)展追溯電動汽車的起源，最早可到1881年。但到20世紀(jì)60年代電動汽車的保有量僅占汽車總量的2%。從20世紀(jì)70年代起，新一代電動汽車脫穎而出，出現(xiàn)了各種各樣高性能的電動汽車。這意味著，到本世紀(jì)中葉，以電動汽車為代表的新能源車將毫無懸念地成為全球汽車工業(yè)的主導(dǎo)產(chǎn)品。早在20世紀(jì)70年代就注意了電動車輛的研究和開發(fā)，組織的各大汽車公司先后研發(fā)了多種EV、FCEV和HEV，在世界上處于領(lǐng)先地位。在這種結(jié)構(gòu)中，驅(qū)動輪可以單獨控制，也可以整體控制，這樣就為改善汽車的動力性、穩(wěn)定及安全性提供了更大的發(fā)展?jié)摿Α！白兯俦群透邉傂浴笔悄壳笆澜缟仙a(chǎn)的轉(zhuǎn)向器結(jié)構(gòu)的方向。對零部件生產(chǎn)，特別是轉(zhuǎn)向器的生產(chǎn)，更表現(xiàn)突出。開關(guān)磁阻電機結(jié)構(gòu)較新，優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單、可靠、成本較低、起動性能好，沒有大的沖擊電流，它兼有交流感應(yīng)電機變頻調(diào)速和直流電機調(diào)速的優(yōu)點，缺點是噪聲較大，但仍有一定改進(jìn)余地[3]。電動汽車的轉(zhuǎn)向裝置有機械轉(zhuǎn)向、液壓轉(zhuǎn)向和液壓助力轉(zhuǎn)向等類型。5第2章 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)設(shè)計第2章 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)[4]轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是汽車底盤的重要組成部分，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)性能的好壞直接影響到汽車行駛的安全性、操縱穩(wěn)定性和駕駛舒適性，它對于確保車輛的行駛安全、減少交通事故以及保護(hù)駕駛員的人身安全、改善駕駛員的工作條件起著重要作用。其中轉(zhuǎn)向器是將操縱機構(gòu)的旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)變?yōu)閭鲃訖C構(gòu)的直線運動(嚴(yán)格講是近似直線運動)的機構(gòu)，是轉(zhuǎn)向系的核心部件[2]。 機械式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)汽車的轉(zhuǎn)向運動是由駕駛員操縱方向盤，通過轉(zhuǎn)向器和一系列的桿件傳遞到轉(zhuǎn)向輪來完成的。但因結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠、造價低廉，目前該類轉(zhuǎn)向系統(tǒng)除在一些轉(zhuǎn)向操縱力不大、對操控性能要求不高的農(nóng)用車上使用外已很少被采用。液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)一般由機械轉(zhuǎn)向器、液壓泵、油管、分配閥、動力缸、溢流閥和限壓閥、油缸等部件組成。在齒條的一端裝有活塞，并位于動力缸之中，齒條左端與轉(zhuǎn)向橫拉桿相接。為保證汽車原地轉(zhuǎn)向或者低速轉(zhuǎn)向時的輕便性，液壓泵的排量是以發(fā)動機怠速時的流量來確定。EHPS 是在液壓助力系統(tǒng)基礎(chǔ)上發(fā)起來的，在傳統(tǒng)的液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的基礎(chǔ)上增設(shè)了電控裝置，其特點是原來由發(fā)動機帶動的液壓助力泵改由電機驅(qū)動，取代了由發(fā)動機驅(qū)動的方式，節(jié)省了燃油消耗；具有失效保護(hù)系統(tǒng)，電子元件失靈后仍可依靠原轉(zhuǎn)向系統(tǒng)安全工作；低速時轉(zhuǎn)向效果不變，高速時可以自動根據(jù)車速逐步減小助力，增大路感，提高車輛行使穩(wěn)定性。簡單地說，在低速大轉(zhuǎn)向時，電子控制單元驅(qū)動液壓泵以高速運轉(zhuǎn)輸出較大功率，使駕駛員打方向省力；汽車在高速行駛時，液壓控制單元驅(qū)動液壓泵以較低的速度運轉(zhuǎn)，在不至影響高速打轉(zhuǎn)向的需要的同時，節(jié)省一部分發(fā)動機功率。電控液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是傳統(tǒng)液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)向電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的過渡。電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)在本田飛度、思域以及豐田新皇冠、奔馳新Aclass等車型上紛紛被采用。扭矩和方向盤位置信息經(jīng)過控制單元處理，連同傳入控制單元的車速信號，根據(jù)預(yù)先設(shè)計好的程序產(chǎn)生助力指令。 與傳統(tǒng)的液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)相比，沒有系統(tǒng)要求的常運轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)向油泵，且電動機只是在需要轉(zhuǎn)向時才接通電源，所以動力消耗和燃油消耗均可降到最低。而且，EPS系統(tǒng)能量的消耗與轉(zhuǎn)向盤的轉(zhuǎn)向及當(dāng)前的車速有關(guān)。 當(dāng)駕駛員轉(zhuǎn)動方向盤一角度然后松開時，EPS 系統(tǒng)能夠自動調(diào)整使車輪回到正中。(3)提高了操縱穩(wěn)定性。(4)安全可靠。它是繼EPS 后發(fā)展起來的新一代轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，具有比EPS 操縱穩(wěn)定性更好的特點，它取消轉(zhuǎn)向盤與轉(zhuǎn)向輪之間的機械連接，完全由電能實現(xiàn)轉(zhuǎn)向，徹底擺脫傳統(tǒng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)所固有的限制，提高了汽車的安全性和駕駛的方便性。主控制器控制轉(zhuǎn)向盤模塊和轉(zhuǎn)向執(zhí)行模塊的協(xié)調(diào)工作。（3） 提高了汽車的操縱性。使得在回正力矩控制方面可以從信號中提出最能夠反映汽車實際行駛狀態(tài)和路面狀況的信息，作為轉(zhuǎn)向盤回正力矩的控制變量，使轉(zhuǎn)向盤僅僅向駕駛員提供有用信息，從而為駕駛員提供更為真實的“路感”。采用柔性萬向節(jié)可減少傳至轉(zhuǎn)向軸上的振動，但柔性萬向節(jié)如果過軟，則會影響轉(zhuǎn)向系的剛度。機械轉(zhuǎn)向器與動力系統(tǒng)相結(jié)合，構(gòu)成動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。為了緩和來自路面的沖擊、衰減轉(zhuǎn)向輪的擺振和轉(zhuǎn)向機構(gòu)的震動，有的還裝有轉(zhuǎn)向減振器。兩軸汽車在轉(zhuǎn)向時，若不考慮輪胎的側(cè)向偏離，則為了滿足上述對轉(zhuǎn)向系的第(2)條要求，其內(nèi)、外轉(zhuǎn)向輪理想的轉(zhuǎn)角關(guān)系如圖33所示，由下式?jīng)Q定： （21） 式中 ——外轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)角； ——內(nèi)轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)角； ——兩轉(zhuǎn)向主銷中心線與地面交點間的距離； ——軸距 本章小結(jié) 本章通過對轉(zhuǎn)向系統(tǒng)各部分進(jìn)行介紹，講述轉(zhuǎn)向系統(tǒng)設(shè)計的參考依據(jù)和實現(xiàn)目標(biāo)，對所設(shè)計內(nèi)容做出簡單概括。齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器的齒輪齒條直接嚙合，可安裝助力機構(gòu)。循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器的第一級傳動副是螺桿螺母傳動副。指銷式轉(zhuǎn)向器的傳動副以轉(zhuǎn)向蝸桿為主動件，裝在搖臂軸曲柄端的指銷為從動件。齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器安裝助力機構(gòu)方便且轉(zhuǎn)向器結(jié)構(gòu)簡單，適合于轎車。拉桿與齒條用螺栓固定連接，因此，兩拉桿會與齒條同時向左或右移動，為此在轉(zhuǎn)向器殼體上開有軸向的長槽，從而降低了它的強度。側(cè)面輸入，一端輸出的齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器，常用在平頭貨車上。采用斜齒圓柱齒輪與斜齒齒條嚙合的齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器，重合度增加，運轉(zhuǎn)平穩(wěn)，沖擊與工作噪聲均下降，而且齒輪軸線與齒條軸線之間的夾角易于滿足總體設(shè)計的要求。圓形斷面齒條的制作工藝比較簡單。本設(shè)計采用圓形端面齒條。此輕型車的軸距為2350mm，并盡量取小值以保證良好的機動性， 。齒條齒數(shù)應(yīng)根據(jù)轉(zhuǎn)向輪達(dá)到最大偏轉(zhuǎn)角時，相應(yīng)的齒條移動行程應(yīng)達(dá)到的值來確定。表32 齒輪齒條的主要參數(shù)名稱齒輪齒條齒數(shù)Z1031模數(shù)Mn壓力角螺旋角β1= β2=變位系數(shù)Xn0轉(zhuǎn)向時需要克服的阻力，包括轉(zhuǎn)向輪繞主銷轉(zhuǎn)動的阻力、轉(zhuǎn)向輪穩(wěn)定阻力（即轉(zhuǎn)向輪的回正力矩）、輪胎變形阻力以及轉(zhuǎn)向系中的內(nèi)摩擦阻力矩。；所以 MR = 。據(jù)此，初步選定齒輪和齒條齒頂高系數(shù)；頂隙系數(shù)；齒輪的變位系數(shù)。齒寬3222 齒輪軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計本設(shè)計根據(jù)齒輪的尺寸，設(shè)計成齒輪軸形式。而齒條選用與20CrMnTi具有較好匹配性的40Cr作為嚙合副，齒條熱處理采用高頻淬火工藝，表面硬度HRC50～56?？梢酝ㄟ^控制脈沖個數(shù)來控制角位移量，從而達(dá)到準(zhǔn)確定位的目的；同時可以通過控制脈沖頻率來控制電機轉(zhuǎn)動的速度和加速度，從而達(dá)到調(diào)速的目的。3. 靜力矩的選擇步進(jìn)電機的動態(tài)力矩一下子很難確定，我們往往先確定電機的靜力矩。3. 電流的選擇靜力矩一樣的電機，由于電流參數(shù)不同，其運行特性差別很大，可依據(jù)矩頻特性曲線圖，判斷電機的電流（參考驅(qū)動電源、及驅(qū)動電壓）。它又分為兩相和五相：。由于步進(jìn)電機的輸出力矩隨速度的增大而不斷衰減，輸出功率也隨速度的增大而變化，所以保持轉(zhuǎn)矩就成為了衡量步進(jìn)電機最重要的參數(shù)之一。的兩相混合式步進(jìn)電機，如果細(xì)分驅(qū)動器的細(xì)分?jǐn)?shù)設(shè)置為4，176。步進(jìn)電機選型有以下幾個步驟：（1）步進(jìn)電機轉(zhuǎn)矩的選擇 步進(jìn)電機的保持轉(zhuǎn)矩，近似于傳統(tǒng)電機所稱的“功率”。大致說來，選擇23342(電機的機身直徑或方度，單位：mm)。因為，電機的輸出轉(zhuǎn)矩，與轉(zhuǎn)速成反比。這是選購電機比較重要的一項指標(biāo)。（4）步進(jìn)電機的相數(shù)選擇 步進(jìn)電機的相數(shù)選擇，這項內(nèi)容，很多客戶幾乎沒有什么重視，大多是隨便購買。在高速大力矩的工作環(huán)境，選擇三相步進(jìn)電機是比較實用的。（即懸架傾角)； —— 內(nèi)轉(zhuǎn)向輪的平均轉(zhuǎn)角—— 外轉(zhuǎn)向輪的平均轉(zhuǎn)角。所以，因永磁體的存在，該電機具有較強的反電勢，其自身阻尼作用比較好，使其在運轉(zhuǎn)過程中比較平穩(wěn)、噪音低、低頻振動小。電機的步距角取決于負(fù)載精度的要求，將負(fù)載的最小分辨率（當(dāng)量）換算到電機軸上，每個當(dāng)量電機應(yīng)走多少角度（包括減速）。靜力矩選擇的依據(jù)是電機工作的負(fù)載，而負(fù)載可分為慣性負(fù)載和摩擦負(fù)載二種。在有負(fù)載的情況下，啟動頻率應(yīng)更低。cm178。齒輪齒條的受力狀況類似于斜齒輪，圖41齒條的受力分析，作用于齒條齒面上的法向力Fn，垂直于齒面，將Fn分解成沿齒條