【正文】 ntages over their hydraulic counterparts, electric motor technology and controls had not reached the point where they could be used in this application until just recently. Thus, it is very necessary to improve EPS quality continuously, especially to the core of EPS: electric control unit (ECU). It certainly leads to more tests on EPS, and the tests are also very important for ECU development. It is a problem to process testing in the dynamics of unavailable hardware (not built yet or impossible or inconvenient to access). Now hardwareintheloop simulation (HILS) is introduced. Test in hardwareintheloop simulation is a viable alternative, allowing new electronic control units and software to be tested largely in a virtual environment, without real vehicles or prototypes. This report outlines the construction of the offline EPS detection systems, as well as their main ponents. And EPS experiment based on HILS has been achieved.II. EPS System A. Principle of EPS The EPS system consists of a torque sensor, which senses the driver’s movements of the steering wheel。我從你身上不僅學(xué)到了很多專業(yè)知識，而且學(xué)會了很多做人道理，這將是一筆永恒的財富，使我終生受益。,(第二版)[M].北京: 機械工業(yè)出版社,馮櫻,[J].湖北汽車工業(yè)學(xué)報, 2001(15): 1217,(第二版上冊)[M].北京: 機械工業(yè)出版社,[M].北京: 高等教育出版社, Hanbin, Zhang Zhongfu. Offline Detection of Electric Power Steering[J].Wuhan: School of Mechantronic Engineering Wuhan University of Technology致 謝光陰荏苒，時光如梭，轉(zhuǎn)眼間，四年的大學(xué)學(xué)習(xí)生活已進入尾聲，往日的求學(xué)生活及知識的積累，將成為我心底最難忘的回憶和一筆終生的財富。試驗臺根據(jù)車速信號來控制助力電動機的電流，以此來控制施加的助力轉(zhuǎn)矩的大小，可以得到電流與轉(zhuǎn)矩的關(guān)系曲線，然后與數(shù)據(jù)庫中的曲線相比較，可檢測助力性能的好壞；次試驗臺也可以做轉(zhuǎn)向器的疲勞實驗，作為剛出廠時的檢測。在分析了減速器的結(jié)構(gòu)尺寸后，設(shè)計了夾具，能把減速器夾緊在試驗臺上，在試驗時起固定作用。圖48 轉(zhuǎn)向電機支架第五章 結(jié) 論汽車電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是汽車的關(guān)鍵部件之一，在汽車特別是乘用車上的應(yīng)用和普及，是大勢所趨。圖45 液壓滑臺根據(jù)磁粉制動器的參數(shù)，設(shè)計了磁粉制動器的支架。考慮鍵在nn截面以上部分的平衡，在nn截面上的剪力FS=bl，一側(cè)面上的擠壓力為F投影于水平方向，由平衡方程得FS=F 或 bl由此求得故平鍵也滿足擠壓強度要求。首先校核鍵的剪切強度。根據(jù)彈性套柱銷聯(lián)軸器的尺寸，查閱機械工程設(shè)計手冊，選擇A型普通平鍵b87，材料為45號鋼。萬向聯(lián)軸器利用其機構(gòu)的特點，使兩軸不在同一軸線，存在軸線夾角的情況下能實現(xiàn)所聯(lián)接的兩軸連續(xù)回轉(zhuǎn)，并可靠地傳遞轉(zhuǎn)矩和運動。 應(yīng)用：正反向變化多，啟動頻繁的高速軸。彈性套柱銷聯(lián)軸器制造容易，裝拆方便，成本較低，其彈性套易磨損，但更換方便，主要適用于起動頻繁、需要正反轉(zhuǎn)的中、小功率傳動，工作環(huán)境溫度應(yīng)在20~+70的范圍內(nèi)。另一端套裝有整體式彈性套，與另一半聯(lián)軸器凸緣上的圓柱形孔間隙配合?？紤]到機器啟動、停車和工作中不穩(wěn)定運轉(zhuǎn)的動載荷影響，計算轉(zhuǎn)矩Tca可按下式計算Tca=KAT式中 T—聯(lián)軸器傳遞的名義轉(zhuǎn)矩，單位為Nm； KA—聯(lián)軸器的工作情況系數(shù)。兩半聯(lián)軸器分別用鍵與兩軸連接，同時它們再用螺栓相互連接。剛性可移式聯(lián)軸器利用聯(lián)軸器工作零件間構(gòu)成的動聯(lián)接具有某一方向或幾個方向的活動度來補償，如牙嵌聯(lián)軸器（允許軸向位移）、十字溝槽聯(lián)軸器（用來聯(lián)接平行位移或角位移很小的兩根軸）、萬向聯(lián)軸器（用于兩軸有較大偏斜角或在工作中有較大角位移的地方）、齒輪聯(lián)軸器（允許綜合位移）、鏈條聯(lián)軸器（允許有徑向位移）等，彈性可移式聯(lián)軸器（簡稱彈性聯(lián)軸器）利用彈性元件的彈性變形來補償兩軸的偏斜和位移，同時彈性元件也具有緩沖和減振性能，如蛇形彈簧聯(lián)軸器、徑向多層板彈簧聯(lián)軸器、彈性圈栓銷聯(lián)軸器、尼龍栓銷聯(lián)軸器、橡膠套筒聯(lián)軸器等。聯(lián)軸器種類繁多，按照被聯(lián)接兩軸的相對位置和位置的變動情況，可以分為：①固定式聯(lián)軸器。如圖41從右到左為液壓缸，滑臺，轉(zhuǎn)向電動機，彈性聯(lián)軸器，轉(zhuǎn)矩傳感器，萬向節(jié)聯(lián)軸器，減速器，助力電機，萬向聯(lián)軸器，轉(zhuǎn)矩傳感器，凸緣聯(lián)軸器，磁粉制動器，滑臺，液壓缸。選用的扭矩傳感器為是北京三晶創(chuàng)業(yè)集團的JN338數(shù)字轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器如圖38所示。(3)能量轉(zhuǎn)換法是根據(jù)能量轉(zhuǎn)換守恒定律的關(guān)系來測量轉(zhuǎn)矩的一種方法，它是一種間接測量方法。(2)平衡力法(反力法)對于任何一種勻速工作動力機械或制動機械，當(dāng)它的主軸受轉(zhuǎn)矩作用時，在它的機殼上必定同時作用著一個方向相反的平衡力矩(或稱為支座反力矩)。傳遞法轉(zhuǎn)矩傳感器 平衡力法 能量轉(zhuǎn)換法圖37 轉(zhuǎn)矩傳感器的分類從傳感器的分類來說，以往所有的轉(zhuǎn)矩傳感器都屬于結(jié)構(gòu)型傳感器，由于都要利用彈性元件的機械變形，因此轉(zhuǎn)矩傳感器具有體積大、耗材多等缺點。2)數(shù)字式傳感器是取其與被測轉(zhuǎn)速的頻率成正比的電脈沖作為輸出信號，按獲取轉(zhuǎn)速信號的方式可分為電渦流式，光電式和磁電式三種。在該系統(tǒng)中，最主要的性能參數(shù)為汽車的車速，轉(zhuǎn)向盤的主扭矩和電動機目標電流，下面對這三者所用的傳感器和檢測方法加以詳細的說明。同時試驗臺系統(tǒng)的工作環(huán)境的多變性，以及來自電動機和功率驅(qū)動電路的電磁干擾比較大，考慮到人身安全要求的高可靠性等。使用轉(zhuǎn)速高時，需降低力矩使用。靜力矩和動力矩沒有差別。本試驗臺采用瑞安市中瑞控制器廠生產(chǎn)的CZ型磁粉制動器(如圖32)，其技術(shù)參數(shù)如表32。在該系統(tǒng)中，利用磁粉制動器來模擬汽車整個轉(zhuǎn)向裝置所受的阻力矩。本試驗臺的測試減速機構(gòu)為蝸輪蝸桿減速機構(gòu)。雖然也可以用開關(guān)磁阻電動機，但是需要進行許多的研究來克服其缺點。表31分析了不同電動機的技術(shù)特點及其滿足EPS使用要求的情況。控制算法應(yīng)快速正確，滿足實時控制的要求，并能有效地實現(xiàn)理想的助力規(guī)律與特性。此外，ECU還有安全保護和自我診斷功能， ECU通過采集電動機的電流、電動機電壓、發(fā)動機工況等信號判斷其系統(tǒng)工作狀況是否正常，一旦系統(tǒng)工作異常，助力將自動取消，系統(tǒng)轉(zhuǎn)變?yōu)槭謩愚D(zhuǎn)向狀態(tài)，同時ECU將進行故障診斷分析。所以本測試系統(tǒng)既可以用于研究開發(fā)人員對自己設(shè)計的EPS系統(tǒng)進行檢測；也可以用于成品的檢查，這樣可以使不符合要求的產(chǎn)品從性能良好的產(chǎn)品中分離出去。該助力特性曲線可用下式函數(shù)表示 (24)比較上述3種助力特性曲線，直線型助力特性最簡單，數(shù)據(jù)量小，存儲方便，有利于控制系統(tǒng)設(shè)計，并且在實際中調(diào)整容易；曲線型助力特性復(fù)雜，數(shù)據(jù)存儲量大，調(diào)整不方便；折線型助力特性則介于兩者之間。該助力特性曲線可用下式函數(shù)表示 (22)式中，I為電動機目標電流；Imax為電動機最大工作電流；Td為轉(zhuǎn)向盤輸入矩；K(v)為助力特性曲線的梯度，隨車速增加而減?。籘d0為系統(tǒng)開始助力時轉(zhuǎn)向盤輸入力矩；Tmax為系統(tǒng)提供最大助力時的轉(zhuǎn)向盤輸入力矩。圖23所示為傳統(tǒng)液壓動力轉(zhuǎn)向的助力特性曲線，俗稱盆形曲線。NNNNNNNNNNNN字。電動機助力轉(zhuǎn)矩是電動機為了提高汽車操縱的輕便性而對轉(zhuǎn)向系外加的力矩，其大小由EPS的ECU根據(jù)傳感器傳來的車速信號、轉(zhuǎn)向盤扭矩等參數(shù)決定。行車轉(zhuǎn)向比原地轉(zhuǎn)向車速增加了，接地面積滾動成分增加，轉(zhuǎn)向阻力矩也突然減小。除了回正力矩以外，駕駛員還需要克服主銷的摩擦阻力矩，轉(zhuǎn)向機構(gòu)的摩擦力矩(其大小取決于轉(zhuǎn)向機效率)，各個球頭的摩擦力矩以及原地轉(zhuǎn)向時輪胎與地面的摩擦力矩等。由于車速傳感器的信號經(jīng)過整形后發(fā)出的是脈沖信號，每個脈沖表示磁電式車速傳感器的被測齒盤輪齒轉(zhuǎn)過一齒，那么汽車的行駛速度就可以用單位時間內(nèi)的脈沖數(shù)、被測齒盤齒輪齒數(shù)與車輪的行駛半徑計算出來。整個試驗臺主要有三個部分：(1)是機械部分，包括EPS轉(zhuǎn)向機械系統(tǒng)和驅(qū)動電動機；(2)是控制部分，包括電子控制系統(tǒng)以及程序調(diào)試系統(tǒng)；(3)是數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng)。圖22 試驗臺總體設(shè)計框圖試驗臺總體設(shè)計框圖如圖22所示。(7)報警要求任一元件及線路損壞，故障代碼或故障報警顯示燈應(yīng)立即顯示。(3)助力電流特性按照不同的車速，測量輸入軸力矩并繪制助力電流特性曲線，該特性應(yīng)符合設(shè)計要求。u 單個電器元器件損壞。u 做反向沖擊試驗，喪失反向接通能力，并未滿足反向沖擊指標技術(shù)要求。損壞：被試總成按規(guī)定的可靠性試驗項目完成試驗后，有下列情況之一出現(xiàn)，則認為己損壞。若液壓動力轉(zhuǎn)向機構(gòu)的油路進入空氣或者貯油罐油面過低，工作時將產(chǎn)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(zhuǎn)向僅在電動機工作時有輕微的噪聲。兩者比較，電動助力轉(zhuǎn)向的燃料消耗率僅為液壓動力轉(zhuǎn)向的16%~20%。其工作原理為：電子控制單元(ECU)根據(jù)車速傳感器和轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)矩傳感器的信號計算所需的轉(zhuǎn)向助力的大小，通過功率放大模塊控制直流電動機的轉(zhuǎn)動，助力電動機的轉(zhuǎn)矩經(jīng)過減速機構(gòu)減速增扭后，驅(qū)動齒輪齒條轉(zhuǎn)向機構(gòu)，產(chǎn)生相應(yīng)的轉(zhuǎn)向助力。汽車EPS試驗臺的使用將會大大提高產(chǎn)品的裝配質(zhì)量和檢測精度，為質(zhì)量管理提供了統(tǒng)計資料，且使產(chǎn)品的裝配、調(diào)試、檢測工作變得十分簡單，生產(chǎn)效率大幅度提高。EPS是汽車關(guān)鍵零部件之一，其質(zhì)量對汽車轉(zhuǎn)向有著重要的影響。電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)自生產(chǎn)至今，經(jīng)過幾十年的應(yīng)用與發(fā)展，已取得了較大的進步。(4) 能夠提供可變的轉(zhuǎn)向助力。(2) 提高了汽車的燃油經(jīng)濟性，減少了對環(huán)境的污染。新一代的EPS則不僅在低速和停車時提供助力，而且還能在高速時提高汽車的操縱穩(wěn)定性。此后，電動助力轉(zhuǎn)向技術(shù)得到迅速發(fā)展，其應(yīng)用范圍已經(jīng)從微型轎車向大型轎車和客車方向發(fā)展。汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是決定汽車主動安全性的關(guān)鍵總成，如何設(shè)計汽車的轉(zhuǎn)向特性，使汽車具有良好的操縱性能，始終是各汽車生產(chǎn)廠家和科研機構(gòu)的重要研究課題。通過研究EPS的工作過程，進行試驗臺總體方案的設(shè)計，再對試驗臺的總體結(jié)構(gòu)進行設(shè)計，設(shè)計過程中參考了東華轉(zhuǎn)向器公司的產(chǎn)品，運用AutoCAD畫出試驗臺的裝配圖。在本文中，對EPS試驗臺的兩種布置形式進行了對比和選擇，結(jié)合現(xiàn)代EPS系統(tǒng)試驗臺的發(fā)展趨勢，對EPS系統(tǒng)試驗臺進行了分析和設(shè)計。其作用是使汽車在行駛過程中能按照駕駛員的操作要求而適當(dāng)?shù)母淖兤湫旭偡较?，并在受到路面?zhèn)鱽淼呐紶枦_擊及汽車意外地偏離行駛方向時，能與行駛系統(tǒng)配合共同保持汽車的操縱穩(wěn)定性和安全性。1988年日本鈴木公司首次開發(fā)出電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，并裝在其生產(chǎn)的Cervo車上，隨后又配備在Alto上。日本早期開發(fā)的EPS僅僅在低速和停車時提供助力，高速時EPS將停止工作。EPS能在各種行駛工況下提供最佳助力，減少由路面不平所引起的對轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的擾動，改善汽車的轉(zhuǎn)向特性，減小汽車低速行駛時的轉(zhuǎn)向操縱力，提高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。在EPS系統(tǒng)中，電動機與助力機構(gòu)直接相連以使其能量直接用于車輪的轉(zhuǎn)向，增加了系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動慣量，減小了車輪的反轉(zhuǎn)和轉(zhuǎn)向前輪擺振，增強了轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的抗擾動能力；EPS旋轉(zhuǎn)力矩產(chǎn)生于助力電機，沒有液壓助力系統(tǒng)的轉(zhuǎn)向遲滯效應(yīng)，增強了轉(zhuǎn)向車輪對轉(zhuǎn)向盤的跟隨性能；電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)還可有各種安全保護措施和故障自診斷功能，使用可靠，維修方便。電動機和減速機構(gòu)在轉(zhuǎn)向柱或轉(zhuǎn)向系內(nèi)，直接提供轉(zhuǎn)向助力，省去了液壓動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)所必需的動力轉(zhuǎn)向油泵、油管、液壓油、密封件、傳送帶和裝于發(fā)動機上的皮帶輪等部件，因而其所占空間更小，質(zhì)量更輕、結(jié)構(gòu)更緊湊，在安裝位置的選擇方面也更容易，裝配自動化程度更高。按此速度發(fā)展，用不了幾年的時間，電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)將逐漸占領(lǐng)轎車市場，并向微型車、輕型車和中型車擴展。同時具有儲存、打印和再處理功能。其中傳感器主要包括車速傳感器、轉(zhuǎn)矩傳感器、轉(zhuǎn)向角傳感器；執(zhí)行器主要包括電動機、電磁離合器和減速機構(gòu)。對于電動助力轉(zhuǎn)向機構(gòu)，電動機僅在汽車轉(zhuǎn)向時才工作并消耗蓄電池能量；而對于常流式液壓動力轉(zhuǎn)向機構(gòu)，因液壓泵處于長期工作狀態(tài)和內(nèi)泄漏等原因要消耗較多的能量。電動助力轉(zhuǎn)向機構(gòu)不存在漏油問題，只要蓄電池內(nèi)有電提供給電動助力轉(zhuǎn)向機構(gòu)，就能有助力作用，所以工作可靠。國家標準《汽車電動助力轉(zhuǎn)向裝置技術(shù)條件與臺架試驗方法》中對循環(huán)和損壞有如下定義：循環(huán)：轉(zhuǎn)向器輸入端由中間位置向一個方向旋轉(zhuǎn)至規(guī)定的角度后，返回中間位置再