【正文】 獻 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 論汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是用于改變或保持汽車行駛方向的專門機構(gòu)。汽車電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)(EPS)在日本最先獲得實際應用。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一步加強。電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的優(yōu)勢主要體現(xiàn)在：(1) 提高了汽車的操縱性能。(3) 增強了轉(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，在全世界汽車行業(yè)中，電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)每年正以90%~10%的增長速度發(fā)展，年增長量達130萬~150萬套，2008年將超過1000萬套。汽車EPS試驗臺就是針對這一情況研制的，它采用微機為控制核心，采用傳感器對EPS系統(tǒng)輸入端的扭矩、輸入端的轉(zhuǎn)角、輸出端的扭矩進行檢測，實現(xiàn)EPS性能和可靠性試驗的自動測量和圖形的動態(tài)顯示，數(shù)據(jù)及特性曲線的自動記錄輸出。第二章 電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)試驗臺的總體設計電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)主要由傳感器、電子控制器ECU、執(zhí)行器三個部分組成。電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)不同車速下實時地為汽車轉(zhuǎn)向提供不同的助力效果，減輕了汽車低速時的轉(zhuǎn)向盤操縱力，提高了操縱的靈便性和高速行駛的穩(wěn)定性。當發(fā)動機出現(xiàn)故障停止工作時，液壓泵也不工作，結(jié)果也會喪失助力效能，這就降低工作可靠性。電動助力轉(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)量比液壓式動力轉(zhuǎn)向約輕20%~25%以及在車上容易布置等優(yōu)點。u 試驗后的輸入、輸出特性曲線未滿足輸入、輸出特性技術要求。u 做噪聲試驗時未滿足噪音指標的要求。 特性試驗的性能技術要求國家標準《汽車電動助力轉(zhuǎn)向裝置技術條件與臺架試驗方法》中對電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)性能技術條件有如下：(1)功能要求模擬不同車速轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)向盤的過程中感覺在轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)向盤的過程中應平滑、無卡滯；轉(zhuǎn)向盤無明顯振動，轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)向盤至任意角度停下時轉(zhuǎn)向器輸出端不應有慣性延時現(xiàn)象。(5)空載轉(zhuǎn)動力矩檢查電動助力轉(zhuǎn)向裝置在電源關閉和接通狀態(tài)下轉(zhuǎn)動的機械摩擦以及任何可能的機械阻力，轉(zhuǎn)動阻力矩及其波動應符合設計要求。圖21 EPS試驗臺如圖21所示，此試驗臺架結(jié)構(gòu)簡單，體積小，占用空間??；不過只能完成相對較簡單的電動助力轉(zhuǎn)向試驗，自動化程度低，無法通過工業(yè)計算機操作試驗，觀察試驗的圖像，而且車輪不能模擬多種路況的轉(zhuǎn)向阻力矩，更不能滿足電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)出廠時的耐久性檢測，綜合以上幾個方面，此種方案不能滿足此次設計的要求。本試驗臺會把助力電動機的電流和轉(zhuǎn)向盤的轉(zhuǎn)矩曲線圖與數(shù)據(jù)庫中的曲線圖進行比較，來判定電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的好壞。試驗臺系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框圖如圖21所示，通過傳感器來測量一些電量和非電量，這些量為：車速、EPS裝置中轉(zhuǎn)向盤的主扭矩、轉(zhuǎn)向盤的轉(zhuǎn)向角度和制動器阻力矩，助力電動機的電流、電壓和轉(zhuǎn)矩等。汽車轉(zhuǎn)彎時，前輪上作用著與轉(zhuǎn)向力相應的“繞主銷的阻力矩”，通常籠統(tǒng)地稱為回正力矩。原地轉(zhuǎn)向:指對靜止不動的汽車進行轉(zhuǎn)向時，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，負荷愈大，輪胎氣壓愈低，原地轉(zhuǎn)向阻力矩也將愈大。同時也對助力電動機的電流、電壓、輸出轉(zhuǎn)矩這些量進行采集，以此來檢測電動機的工作狀態(tài)。扣扣：九七一九二零八零零 另提供全套機械畢業(yè)設計下載！該論文已經(jīng)通過答辯助力特性對電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的性能，包括輕便性、回正性、路感等有重要影響。對于永磁直流電動機，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機電流與轉(zhuǎn)向盤輸入力矩之間的關系曲線表示。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，隨車速增加而減??；Td1為助力特性曲線梯度增大為K2(v)時的轉(zhuǎn)向盤輸入力矩。一般直線型助力特性適用于前軸負荷較小的車型，曲線型助力特性適用于前軸負荷較大的車型，折線型助力特性則介于兩者之間。檢測的主要性能參數(shù)為：汽車的車速，轉(zhuǎn)向盤的主扭矩和角度及車輪的阻力矩，電動機的電流、電壓和轉(zhuǎn)矩。由于電動助力轉(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給系統(tǒng)帶來不確定性，因此控制系統(tǒng)與控制算法也是EPS的關鍵之一。電動機的功能是根據(jù)電子控制單元的指令輸出適宜的輔助轉(zhuǎn)矩，是EPS的動力源。考慮到汽車的特點，要求EPS選用的電動機應該具有尺寸小、質(zhì)量輕、效率高、力矩波動與噪聲小，可靠性高、能與汽車使用環(huán)境相適應，包括對電源的需求等。主要有兩種形式：蝸輪蝸桿減速機構(gòu)和雙行星齒輪減速機構(gòu)。本系統(tǒng)中應用磁粉制動器來模擬轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的阻力矩。因此，通過磁粉制動器研究可以探索電動機的助力規(guī)律，檢驗助力控制程序的運行效果，分析EPS對汽車轉(zhuǎn)向輕便性的影響。其特性如圖33所示。(3) 負載特性磁粉制動器的允許滑差功率在散熱條件一定時是定值。圖35 負載特性傳感器是能夠感受規(guī)定的被測量并按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號的器件或裝置。具體體現(xiàn)在以下幾個方面：(1)有較好的環(huán)境適應性；(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；(6)性能:精度高、響應快，從而滿足試驗臺實時采集數(shù)據(jù)的要求。1)模擬式轉(zhuǎn)速傳感器是取其與被測轉(zhuǎn)速成正比的電壓幅度作為輸出信號，稱為測速發(fā)電機。轉(zhuǎn)矩傳感器是測量各種電動機、內(nèi)燃機以及旋轉(zhuǎn)動力設備的輸出扭矩及功率的必備設備，從上世紀三四十年代發(fā)展至今己有數(shù)十種產(chǎn)品，從最初的光學機械變形類發(fā)展到電磁感應類、相位差類，到現(xiàn)在應用最廣泛的應變測量類。在本系統(tǒng)中主要用于測量轉(zhuǎn)向盤的主扭矩，轉(zhuǎn)向阻力矩和助力電機力矩。也稱反力法。目前在轉(zhuǎn)矩測量中，傳遞類轉(zhuǎn)矩傳感器應用十分廣泛。該傳感器還可同時實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)速的測量，從而可方便地計算出軸輸出功率，因此，利用該傳感器可實現(xiàn)轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速及軸功率的多參數(shù)輸出。在高速重載的動力傳動中，有些聯(lián)軸器還有緩沖、減振和提高軸系動態(tài)性能的作用。②可移式聯(lián)軸器。選擇時先應根據(jù)工作要求選定合適的類型，然后按照軸的直徑計算扭矩和轉(zhuǎn)速，再從有關手冊中查出適用的型號，最后對某些關鍵零件作必要的驗算。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)裝拆時軸不需作軸向移動，只需拆卸螺栓即可，比較方便，可用于經(jīng)常裝拆的場合。(2)彈性聯(lián)軸器：彈性套柱銷聯(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)在計算柱銷的剪切應力，看能否滿足要求T= 2FS D1 聯(lián)軸器TL4的D1為85mm柱銷直徑d=12mmFS==294N=294=[]=30MPa可以選用TL4型彈性套柱銷聯(lián)軸器。~45176。在實際應用中根據(jù)所傳遞轉(zhuǎn)矩大小分為重型、中型、輕型和小型?？紤]到磁粉制動器的輸出轉(zhuǎn)矩為100Nm，所以應校核此處的平鍵。因為假設在nn截面上切應力均勻分布，故nn截面上的剪力FS為FS=A=bl對軸心取矩，由平衡方程，得FS=bl式中l(wèi)=38mm，故有可見平鍵滿足剪切強度條件。液壓滑臺可以實現(xiàn)試驗部件的移動，方便裝夾，這也是本設計的一個亮點，在參考東華轉(zhuǎn)向器試驗臺的時候，發(fā)現(xiàn)他的滑臺是手動的，如果改成液壓的會方便許多。圖46 磁粉制動器支架磁粉制動器支架已設計好，根據(jù)磁粉制動器裝配好的軸線高度設計減速機構(gòu)支架，如圖47使用最簡單的支架結(jié)構(gòu)，關鍵保證支架的高度，使減速機構(gòu)裝配好后，其軸線高度與磁粉制動器的高度差上下不超過10mm，滿足機構(gòu)能正常運行。在對汽車電動助力轉(zhuǎn)向裝置技術條件與臺架試驗方法標準理解的基礎上，研究了性能測試技術和方法，設計了汽車動力轉(zhuǎn)向器試驗臺。本試驗臺能幫助廠家測試剛出廠的電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，測試助力特性，工業(yè)計算機會生成助力特性曲線，并與數(shù)據(jù)庫中的標注助力特性曲線進行比較，評價EPS系統(tǒng)的好壞。汽車電動助力轉(zhuǎn)向試驗臺涉及機械、汽車、電子和軟件設計等多學科領域，它的發(fā)展一定會促進EPS產(chǎn)品質(zhì)量的提高，對中國汽車工業(yè)產(chǎn)生一定影響。自身能力的提高離不開我的指導老師羅紹新副教授的悉心指導和關懷。在多年的學習生活中，還得到了許多車輛系領導和老師的熱情關心和幫助，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)動機速度，車速，自診斷信號，啟動信號和轉(zhuǎn)向角。它能實現(xiàn)對測試數(shù)據(jù)的自動存儲。1 介紹電動助力轉(zhuǎn)向更能做到能量高效，環(huán)境相容。因此。因此，這激發(fā)了越來越多地車輛裝備EPS。實驗研究表明，硬件在環(huán)仿真系統(tǒng)中能夠滿足離線檢測的需要。其次，轉(zhuǎn)換接口的設計要適合EPS和工業(yè)電腦輸入輸出的需要。本研究旨在創(chuàng)建EPS（電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)）的離線平臺來實現(xiàn)其性能檢測。最后，向?qū)忛啽疚牡睦蠋焸冎戮?！周云鵬 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