【正文】 獻(xiàn) 28致 謝 29附錄A：英文資料 30附錄B：英文資料翻譯 36第一章 緒 論汽車(chē)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是用于改變或保持汽車(chē)行駛方向的專(zhuān)門(mén)機(jī)構(gòu)。汽車(chē)電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)(EPS)在日本最先獲得實(shí)際應(yīng)用。EPS的助力形式也從低速范圍助力型向全速范圍助力型發(fā)展，并且其控制形式與功能也進(jìn)一步加強(qiáng)。電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在：(1) 提高了汽車(chē)的操縱性能。(3) 增強(qiáng)了轉(zhuǎn)向跟隨性和可靠性。(5) 占用空間更小，質(zhì)量更輕，結(jié)構(gòu)更緊湊。目前，在全世界汽車(chē)行業(yè)中，電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)每年正以90%~10%的增長(zhǎng)速度發(fā)展，年增長(zhǎng)量達(dá)130萬(wàn)~150萬(wàn)套，2008年將超過(guò)1000萬(wàn)套。汽車(chē)EPS試驗(yàn)臺(tái)就是針對(duì)這一情況研制的，它采用微機(jī)為控制核心，采用傳感器對(duì)EPS系統(tǒng)輸入端的扭矩、輸入端的轉(zhuǎn)角、輸出端的扭矩進(jìn)行檢測(cè)，實(shí)現(xiàn)EPS性能和可靠性試驗(yàn)的自動(dòng)測(cè)量和圖形的動(dòng)態(tài)顯示，數(shù)據(jù)及特性曲線的自動(dòng)記錄輸出。第二章 電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)試驗(yàn)臺(tái)的總體設(shè)計(jì)電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)主要由傳感器、電子控制器ECU、執(zhí)行器三個(gè)部分組成。電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)不同車(chē)速下實(shí)時(shí)地為汽車(chē)轉(zhuǎn)向提供不同的助力效果，減輕了汽車(chē)低速時(shí)的轉(zhuǎn)向盤(pán)操縱力，提高了操縱的靈便性和高速行駛的穩(wěn)定性。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)出現(xiàn)故障停止工作時(shí)，液壓泵也不工作，結(jié)果也會(huì)喪失助力效能，這就降低工作可靠性。電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向還有整體結(jié)構(gòu)緊湊、部件少、占用的空間尺寸小、質(zhì)量比液壓式動(dòng)力轉(zhuǎn)向約輕20%~25%以及在車(chē)上容易布置等優(yōu)點(diǎn)。u 試驗(yàn)后的輸入、輸出特性曲線未滿足輸入、輸出特性技術(shù)要求。u 做噪聲試驗(yàn)時(shí)未滿足噪音指標(biāo)的要求。 特性試驗(yàn)的性能技術(shù)要求國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《汽車(chē)電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向裝置技術(shù)條件與臺(tái)架試驗(yàn)方法》中對(duì)電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)性能技術(shù)條件有如下：(1)功能要求模擬不同車(chē)速轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)向盤(pán)的過(guò)程中感覺(jué)在轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)向盤(pán)的過(guò)程中應(yīng)平滑、無(wú)卡滯；轉(zhuǎn)向盤(pán)無(wú)明顯振動(dòng)，轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)向盤(pán)至任意角度停下時(shí)轉(zhuǎn)向器輸出端不應(yīng)有慣性延時(shí)現(xiàn)象。(5)空載轉(zhuǎn)動(dòng)力矩檢查電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向裝置在電源關(guān)閉和接通狀態(tài)下轉(zhuǎn)動(dòng)的機(jī)械摩擦以及任何可能的機(jī)械阻力，轉(zhuǎn)動(dòng)阻力矩及其波動(dòng)應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求。圖21 EPS試驗(yàn)臺(tái)如圖21所示，此試驗(yàn)臺(tái)架結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積小，占用空間小；不過(guò)只能完成相對(duì)較簡(jiǎn)單的電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向試驗(yàn)，自動(dòng)化程度低，無(wú)法通過(guò)工業(yè)計(jì)算機(jī)操作試驗(yàn)，觀察試驗(yàn)的圖像，而且車(chē)輪不能模擬多種路況的轉(zhuǎn)向阻力矩，更不能滿足電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)出廠時(shí)的耐久性檢測(cè)，綜合以上幾個(gè)方面，此種方案不能滿足此次設(shè)計(jì)的要求。本試驗(yàn)臺(tái)會(huì)把助力電動(dòng)機(jī)的電流和轉(zhuǎn)向盤(pán)的轉(zhuǎn)矩曲線圖與數(shù)據(jù)庫(kù)中的曲線圖進(jìn)行比較，來(lái)判定電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的好壞。試驗(yàn)臺(tái)系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框圖如圖21所示，通過(guò)傳感器來(lái)測(cè)量一些電量和非電量，這些量為：車(chē)速、EPS裝置中轉(zhuǎn)向盤(pán)的主扭矩、轉(zhuǎn)向盤(pán)的轉(zhuǎn)向角度和制動(dòng)器阻力矩，助力電動(dòng)機(jī)的電流、電壓和轉(zhuǎn)矩等。汽車(chē)轉(zhuǎn)彎時(shí)，前輪上作用著與轉(zhuǎn)向力相應(yīng)的“繞主銷(xiāo)的阻力矩”，通常籠統(tǒng)地稱(chēng)為回正力矩。原地轉(zhuǎn)向:指對(duì)靜止不動(dòng)的汽車(chē)進(jìn)行轉(zhuǎn)向時(shí)，首先是輪胎發(fā)生扭轉(zhuǎn)變形，繼之以路面和路面之間發(fā)生滑移，稱(chēng)這一情況所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)向阻力矩為原地轉(zhuǎn)向阻力矩。顯然，負(fù)荷愈大，輪胎氣壓愈低，原地轉(zhuǎn)向阻力矩也將愈大。同時(shí)也對(duì)助力電動(dòng)機(jī)的電流、電壓、輸出轉(zhuǎn)矩這些量進(jìn)行采集，以此來(lái)檢測(cè)電動(dòng)機(jī)的工作狀態(tài)。扣扣：九七一九二零八零零 另提供全套機(jī)械畢業(yè)設(shè)計(jì)下載！該論文已經(jīng)通過(guò)答辯助力特性對(duì)電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的性能，包括輕便性、回正性、路感等有重要影響。對(duì)于永磁直流電動(dòng)機(jī)，電磁轉(zhuǎn)矩與電樞電流成比例，因此EPS的助力特性常用電動(dòng)機(jī)電流與轉(zhuǎn)向盤(pán)輸入力矩之間的關(guān)系曲線表示。該助力特性曲線可用下式函數(shù)表示 (23)式中，K1(v)、K2(v)分別為助力特性曲線梯度，隨車(chē)速增加而減??；Td1為助力特性曲線梯度增大為K2(v)時(shí)的轉(zhuǎn)向盤(pán)輸入力矩。一般直線型助力特性適用于前軸負(fù)荷較小的車(chē)型，曲線型助力特性適用于前軸負(fù)荷較大的車(chē)型，折線型助力特性則介于兩者之間。檢測(cè)的主要性能參數(shù)為：汽車(chē)的車(chē)速，轉(zhuǎn)向盤(pán)的主扭矩和角度及車(chē)輪的阻力矩，電動(dòng)機(jī)的電流、電壓和轉(zhuǎn)矩。由于電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)存在非線性元件(如摩擦和阻尼)，另外元件的磨損、路面條件的變化和傳感器噪聲也會(huì)給系統(tǒng)帶來(lái)不確定性，因此控制系統(tǒng)與控制算法也是EPS的關(guān)鍵之一。電動(dòng)機(jī)的功能是根據(jù)電子控制單元的指令輸出適宜的輔助轉(zhuǎn)矩，是EPS的動(dòng)力源?？紤]到汽車(chē)的特點(diǎn)，要求EPS選用的電動(dòng)機(jī)應(yīng)該具有尺寸小、質(zhì)量輕、效率高、力矩波動(dòng)與噪聲小，可靠性高、能與汽車(chē)使用環(huán)境相適應(yīng)，包括對(duì)電源的需求等。主要有兩種形式：蝸輪蝸桿減速機(jī)構(gòu)和雙行星齒輪減速機(jī)構(gòu)。本系統(tǒng)中應(yīng)用磁粉制動(dòng)器來(lái)模擬轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的阻力矩。因此，通過(guò)磁粉制動(dòng)器研究可以探索電動(dòng)機(jī)的助力規(guī)律，檢驗(yàn)助力控制程序的運(yùn)行效果，分析EPS對(duì)汽車(chē)轉(zhuǎn)向輕便性的影響。其特性如圖33所示。(3) 負(fù)載特性磁粉制動(dòng)器的允許滑差功率在散熱條件一定時(shí)是定值。圖35 負(fù)載特性傳感器是能夠感受規(guī)定的被測(cè)量并按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號(hào)的器件或裝置。具體體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：(1)有較好的環(huán)境適應(yīng)性；(2)批量生產(chǎn)，并具有互換性；(3)高可靠性，穩(wěn)定性好；(4)盡可能小型、輕量，便于安裝；(5)抗電磁干擾能力強(qiáng)；(6)性能:精度高、響應(yīng)快，從而滿足試驗(yàn)臺(tái)實(shí)時(shí)采集數(shù)據(jù)的要求。1)模擬式轉(zhuǎn)速傳感器是取其與被測(cè)轉(zhuǎn)速成正比的電壓幅度作為輸出信號(hào)，稱(chēng)為測(cè)速發(fā)電機(jī)。轉(zhuǎn)矩傳感器是測(cè)量各種電動(dòng)機(jī)、內(nèi)燃機(jī)以及旋轉(zhuǎn)動(dòng)力設(shè)備的輸出扭矩及功率的必備設(shè)備，從上世紀(jì)三四十年代發(fā)展至今己有數(shù)十種產(chǎn)品，從最初的光學(xué)機(jī)械變形類(lèi)發(fā)展到電磁感應(yīng)類(lèi)、相位差類(lèi)，到現(xiàn)在應(yīng)用最廣泛的應(yīng)變測(cè)量類(lèi)。在本系統(tǒng)中主要用于測(cè)量轉(zhuǎn)向盤(pán)的主扭矩，轉(zhuǎn)向阻力矩和助力電機(jī)力矩。也稱(chēng)反力法。目前在轉(zhuǎn)矩測(cè)量中，傳遞類(lèi)轉(zhuǎn)矩傳感器應(yīng)用十分廣泛。該傳感器還可同時(shí)實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)速的測(cè)量，從而可方便地計(jì)算出軸輸出功率，因此，利用該傳感器可實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速及軸功率的多參數(shù)輸出。在高速重載的動(dòng)力傳動(dòng)中，有些聯(lián)軸器還有緩沖、減振和提高軸系動(dòng)態(tài)性能的作用。②可移式聯(lián)軸器。選擇時(shí)先應(yīng)根據(jù)工作要求選定合適的類(lèi)型，然后按照軸的直徑計(jì)算扭矩和轉(zhuǎn)速，再?gòu)挠嘘P(guān)手冊(cè)中查出適用的型號(hào)，最后對(duì)某些關(guān)鍵零件作必要的驗(yàn)算。若傳遞的轉(zhuǎn)矩不大，可以一半采用鉸制孔用螺栓，另一半采用普通螺栓，這種結(jié)構(gòu)裝拆時(shí)軸不需作軸向移動(dòng)，只需拆卸螺栓即可，比較方便，可用于經(jīng)常裝拆的場(chǎng)合。(2)彈性聯(lián)軸器：彈性套柱銷(xiāo)聯(lián)軸器的結(jié)構(gòu)與凸緣聯(lián)軸器的結(jié)構(gòu)相似，只是用套有彈性套的柱銷(xiāo)代替了連接螺栓。兩半聯(lián)軸器與軸配合的孔可做成圓柱形或圓錐形。Tca=KATT=50Nm，KA=帶入公式Tca==65Nm現(xiàn)在計(jì)算柱銷(xiāo)的剪切應(yīng)力，看能否滿足要求T= 2FS D1 聯(lián)軸器TL4的D1為85mm柱銷(xiāo)直徑d=12mmFS==294N=294=[]=30MPa可以選用TL4型彈性套柱銷(xiāo)聯(lián)軸器。~45176。在實(shí)際應(yīng)用中根據(jù)所傳遞轉(zhuǎn)矩大小分為重型、中型、輕型和小型。考慮到磁粉制動(dòng)器的輸出轉(zhuǎn)矩為100Nm，所以應(yīng)校核此處的平鍵。因?yàn)榧僭O(shè)在nn截面上切應(yīng)力均勻分布，故nn截面上的剪力FS為FS=A=bl對(duì)軸心取矩，由平衡方程，得FS=bl式中l(wèi)=38mm，故有可見(jiàn)平鍵滿足剪切強(qiáng)度條件。液壓滑臺(tái)可以實(shí)現(xiàn)試驗(yàn)部件的移動(dòng)，方便裝夾，這也是本設(shè)計(jì)的一個(gè)亮點(diǎn)，在參考東華轉(zhuǎn)向器試驗(yàn)臺(tái)的時(shí)候，發(fā)現(xiàn)他的滑臺(tái)是手動(dòng)的，如果改成液壓的會(huì)方便許多。圖46 磁粉制動(dòng)器支架磁粉制動(dòng)器支架已設(shè)計(jì)好，根據(jù)磁粉制動(dòng)器裝配好的軸線高度設(shè)計(jì)減速機(jī)構(gòu)支架，如圖47使用最簡(jiǎn)單的支架結(jié)構(gòu)，關(guān)鍵保證支架的高度，使減速機(jī)構(gòu)裝配好后，其軸線高度與磁粉制動(dòng)器的高度差上下不超過(guò)10mm，滿足機(jī)構(gòu)能正常運(yùn)行。在對(duì)汽車(chē)電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向裝置技術(shù)條件與臺(tái)架試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)理解的基礎(chǔ)上，研究了性能測(cè)試技術(shù)和方法，設(shè)計(jì)了汽車(chē)動(dòng)力轉(zhuǎn)向器試驗(yàn)臺(tái)。本試驗(yàn)臺(tái)能幫助廠家測(cè)試剛出廠的電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，測(cè)試助力特性，工業(yè)計(jì)算機(jī)會(huì)生成助力特性曲線，并與數(shù)據(jù)庫(kù)中的標(biāo)注助力特性曲線進(jìn)行比較，評(píng)價(jià)EPS系統(tǒng)的好壞。汽車(chē)電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向試驗(yàn)臺(tái)涉及機(jī)械、汽車(chē)、電子和軟件設(shè)計(jì)等多學(xué)科領(lǐng)域，它的發(fā)展一定會(huì)促進(jìn)EPS產(chǎn)品質(zhì)量的提高，對(duì)中國(guó)汽車(chē)工業(yè)產(chǎn)生一定影響。自身能力的提高離不開(kāi)我的指導(dǎo)老師羅紹新副教授的悉心指導(dǎo)和關(guān)懷。在多年的學(xué)習(xí)生活中，還得到了許多車(chē)輛系領(lǐng)導(dǎo)和老師的熱情關(guān)心和幫助，在這里我要感謝你們。 a motor, which produces turning force according to output from the ECU。它們包括發(fā)動(dòng)機(jī)速度，車(chē)速，自診斷信號(hào)，啟動(dòng)信號(hào)和轉(zhuǎn)向角。它能實(shí)現(xiàn)對(duì)測(cè)試數(shù)據(jù)的自動(dòng)存儲(chǔ)。1 介紹電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向更能做到能量高效，環(huán)境相容。因此。因此，這激發(fā)了越來(lái)越多地車(chē)輛裝備EPS。實(shí)驗(yàn)研究表明，硬件在環(huán)仿真系統(tǒng)中能夠滿足離線檢測(cè)的需要。其次，轉(zhuǎn)換接口的設(shè)計(jì)要適合EPS和工業(yè)電腦輸入輸出的需要。本研究旨在創(chuàng)建EPS（電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)）的離線平臺(tái)來(lái)實(shí)現(xiàn)其性能檢測(cè)。最后，向?qū)忛啽疚牡睦蠋焸冎戮矗≈茉迄i 2011年6月 于南京 附錄A：英文資料Offline Detection of Electric Power Steering (EPS)Xu Hanbin Zhang Zhongfu School of Mechantronic Engineering Wuhan University of Technology. Wuhan 430070, CHINA\Abstract: Increasing use of electric power steering (EPS) systems, which affect vehicle dynamic behavior, has prompted the need for a more effective method of testing electric power steering systems, especially to electric control unit (ECU) in EPS. This research aims at building EPS offline platform for realization of performance detection. First, the control logic on EPS is analyzed, and all kinds of input signals influencing on EPS are analyzed and modeled. They include engine velocity, vehicle velocity, selfdiagnosis signal, starter signal and the steering angle. Then, the hardware intheloop simulation (HILS) system is designed. The industrial puter is selected as the main test platform with some ISAbus cards. In addition, the conversion interface is designed to suit the inout need of EPS and the industrial puter. The system will be achieved with both simplicity and usability taken into account. The correlative control software is also developed with the good friendly interface. It can realize the storage of the testing data automatically. At last, the hardwarein theloop simulation system that can implement an actual load (prepared) torque delivered to the steering column is achieved. Experimental studies show that the hardwareintheloop simulation system can satisfy the need of offline detection. Keywords：simulation, electric power steering, hardwareintheloopI. Introduction Electric power steering (EPS) is more energy efficient and environmentally patible. It consumes approximately onetwentieth the energy of conventional hydraulic power steering systems and, as it does not contain any oil, it does not pollute the environment both when it is produced and discarded. As a result, this motivates the great increase of EPSequipped vehicles recently. Although electric power steering systems offer significant adva