【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(shí)，而且學(xué)會(huì)了很多做人道理，這將是一筆永恒的財(cái)富，使我終生受益。,(第二版)[M].北京: 機(jī)械工業(yè)出版社,馮櫻,[J].湖北汽車工業(yè)學(xué)報(bào), 2001(15): 1217,(第二版上冊(cè))[M].北京: 機(jī)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(shí)光如梭，轉(zhuǎn)眼間，四年的大學(xué)學(xué)習(xí)生活已進(jìn)入尾聲，往日的求學(xué)生活及知識(shí)的積累，將成為我心底最難忘的回憶和一筆終生的財(cái)富。試驗(yàn)臺(tái)根據(jù)車速信號(hào)來(lái)控制助力電動(dòng)機(jī)的電流，以此來(lái)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(kù)中的曲線相比較，可檢測(cè)助力性能的好壞；次試驗(yàn)臺(tái)也可以做轉(zhuǎn)向器的疲勞實(shí)驗(yàn)，作為剛出廠時(shí)的檢測(cè)。在分析了減速器的結(jié)構(gòu)尺寸后，設(shè)計(jì)了夾具，能把減速器夾緊在試驗(yàn)臺(tái)上，在試驗(yàn)時(shí)起固定作用。圖48 轉(zhuǎn)向電機(jī)支架第五章 結(jié) 論汽車電動(dòng)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(shì)所趨。圖45 液壓滑臺(tái)根據(jù)磁粉制動(dòng)器的參數(shù)，設(shè)計(jì)了磁粉制動(dòng)器的支架?？紤]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(qiáng)度要求。首先校核鍵的剪切強(qiáng)度。根據(jù)彈性套柱銷聯(lián)軸器的尺寸，查閱機(jī)械工程設(shè)計(jì)手冊(cè)，選擇A型普通平鍵b87，材料為45號(hào)鋼。萬(wàn)向聯(lián)軸器利用其機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)，使兩軸不在同一軸線，存在軸線夾角的情況下能實(shí)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(yùn)動(dòng)。 應(yīng)用：正反向變化多，啟動(dòng)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(dòng)頻繁、需要正反轉(zhuǎn)的中、小功率傳動(dòng)，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。考慮到機(jī)器啟動(dòng)、停車和工作中不穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)的動(dòng)載荷影響，計(jì)算轉(zhuǎn)矩Tca可按下式計(jì)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(shí)它們?cè)儆寐菟ㄏ嗷ミB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(dòng)聯(lián)接具有某一方向或幾個(gè)方向的活動(dòng)度來(lái)補(bǔ)償，如牙嵌聯(lián)軸器（允許軸向位移）、十字溝槽聯(lián)軸器（用來(lái)聯(lián)接平行位移或角位移很小的兩根軸）、萬(wàn)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(jiǎn)稱彈性聯(lián)軸器）利用彈性元件的彈性變形來(lái)補(bǔ)償兩軸的偏斜和位移，同時(shí)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(duì)位置和位置的變動(dòng)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(tái)，轉(zhuǎn)向電動(dòng)機(jī)，彈性聯(lián)軸器，轉(zhuǎn)矩傳感器，萬(wàn)向節(jié)聯(lián)軸器，減速器，助力電機(jī)，萬(wàn)向聯(lián)軸器，轉(zhuǎn)矩傳感器，凸緣聯(lián)軸器，磁粉制動(dòng)器，滑臺(tái)，液壓缸。選用的扭矩傳感器為是北京三晶創(chuàng)業(yè)集團(tuán)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(lái)測(cè)量轉(zhuǎn)矩的一種方法，它是一種間接測(cè)量方法。(2)平衡力法(反力法)對(duì)于任何一種勻速工作動(dòng)力機(jī)械或制動(dòng)機(jī)械，當(dāng)它的主軸受轉(zhuǎn)矩作用時(shí)，在它的機(jī)殼上必定同時(shí)作用著一個(gè)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(lái)說(shuō)，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(jī)械變形，因此轉(zhuǎn)矩傳感器具有體積大、耗材多等缺點(diǎn)。2)數(shù)字式傳感器是取其與被測(cè)轉(zhuǎn)速的頻率成正比的電脈沖作為輸出信號(hào)，按獲取轉(zhuǎn)速信號(hào)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(dòng)機(jī)目標(biāo)電流，下面對(duì)這三者所用的傳感器和檢測(cè)方法加以詳細(xì)的說(shuō)明。同時(shí)試驗(yàn)臺(tái)系統(tǒng)的工作環(huán)境的多變性，以及來(lái)自電動(dòng)機(jī)和功率驅(qū)動(dòng)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(shí)，需降低力矩使用。靜力矩和動(dòng)力矩沒(méi)有差別。本試驗(yàn)臺(tái)采用瑞安市中瑞控制器廠生產(chǎn)的CZ型磁粉制動(dòng)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(dòng)器來(lái)模擬汽車整個(gè)轉(zhuǎn)向裝置所受的阻力矩。本試驗(yàn)臺(tái)的測(cè)試減速機(jī)構(gòu)為蝸輪蝸桿減速機(jī)構(gòu)。雖然也可以用開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)，但是需要進(jìn)行許多的研究來(lái)克服其缺點(diǎn)。表31分析了不同電動(dòng)機(jī)的技術(shù)特點(diǎn)及其滿足EPS使用要求的情況?？刂扑惴☉?yīng)快速正確，滿足實(shí)時(shí)控制的要求，并能有效地實(shí)現(xiàn)理想的助力規(guī)律與特性。此外，ECU還有安全保護(hù)和自我診斷功能， ECU通過(guò)采集電動(dòng)機(jī)的電流、電動(dòng)機(jī)電壓、發(fā)動(dòng)機(jī)工況等信號(hào)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(dòng)取消，系統(tǒng)轉(zhuǎn)變?yōu)槭謩?dòng)轉(zhuǎn)向狀態(tài)，同時(shí)ECU將進(jìn)行故障診斷分析。所以本測(cè)試系統(tǒng)既可以用于研究開發(fā)人員對(duì)自己設(shè)計(jì)的EPS系統(tǒng)進(jìn)行檢測(cè)；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(jiǎn)單，數(shù)據(jù)量小，存儲(chǔ)方便，有利于控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，并且在實(shí)際中調(diào)整容易；曲線型助力特性復(fù)雜，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)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(dòng)機(jī)目標(biāo)電流；Imax為電動(dòng)機(jī)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??；Td0為系統(tǒng)開始助力時(shí)轉(zhuǎn)向盤輸入力矩；Tmax為系統(tǒng)提供最大助力時(shí)的轉(zhuǎn)向盤輸入力矩。圖23所示為傳統(tǒng)液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向的助力特性曲線，俗稱盆形曲線。NNNNNNNNNNNN字。電動(dòng)機(jī)助力轉(zhuǎn)矩是電動(dòng)機(jī)為了提高汽車操縱的輕便性而對(duì)轉(zhuǎn)向系外加的力矩，其大小由EPS的ECU根據(jù)傳感器傳來(lái)的車速信號(hào)、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(dòng)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(jī)構(gòu)的摩擦力矩(其大小取決于轉(zhuǎn)向機(jī)效率)，各個(gè)球頭的摩擦力矩以及原地轉(zhuǎn)向時(shí)輪胎與地面的摩擦力矩等。由于車速傳感器的信號(hào)經(jīng)過(guò)整形后發(fā)出的是脈沖信號(hào)，每個(gè)脈沖表示磁電式車速傳感器的被測(cè)齒盤輪齒轉(zhuǎn)過(guò)一齒，那么汽車的行駛速度就可以用單位時(shí)間內(nèi)的脈沖數(shù)、被測(cè)齒盤齒輪齒數(shù)與車輪的行駛半徑計(jì)算出來(lái)。整個(gè)試驗(yàn)臺(tái)主要有三個(gè)部分：(1)是機(jī)械部分，包括EPS轉(zhuǎn)向機(jī)械系統(tǒng)和驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)；(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(yàn)臺(tái)總體設(shè)計(jì)框圖試驗(yàn)臺(tái)總體設(shè)計(jì)框圖如圖22所示。(7)報(bào)警要求任一元件及線路損壞，故障代碼或故障報(bào)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(cè)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(jì)要求。u 單個(gè)電器元器件損壞。u 做反向沖擊試驗(yàn)，喪失反向接通能力，并未滿足反向沖擊指標(biāo)技術(shù)要求。損壞：被試總成按規(guī)定的可靠性試驗(yàn)項(xiàng)目完成試驗(yàn)后，有下列情況之一出現(xiàn)，則認(rèn)為己損壞。若液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的油路進(jìn)入空氣或者貯油罐油面過(guò)低，工作時(shí)將產(chǎn)生較大噪聲，在排除氣體之前會(huì)影響助力效果；而電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向僅在電動(dòng)機(jī)工作時(shí)有輕微的噪聲。兩者比較，電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向的燃料消耗率僅為液壓動(dòng)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(hào)計(jì)算所需的轉(zhuǎn)向助力的大小，通過(guò)功率放大模塊控制直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)，助力電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩經(jīng)過(guò)減速機(jī)構(gòu)減速增扭后，驅(qū)動(dòng)齒輪齒條轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)，產(chǎn)生相應(yīng)的轉(zhuǎn)向助力。汽車EPS試驗(yàn)臺(tái)的使用將會(huì)大大提高產(chǎn)品的裝配質(zhì)量和檢測(cè)精度，為質(zhì)量管理提供了統(tǒng)計(jì)資料，且使產(chǎn)品的裝配、調(diào)試、檢測(cè)工作變得十分簡(jiǎn)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(duì)汽車轉(zhuǎn)向有著重要的影響。電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)自生產(chǎn)至今，經(jīng)過(guò)幾十年的應(yīng)用與發(fā)展，已取得了較大的進(jìn)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(jì)性，減少了對(duì)環(huán)境的污染。新一代的EPS則不僅在低速和停車時(shí)提供助力，而且還能在高速時(shí)提高汽車的操縱穩(wěn)定性。此后，電動(dòng)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(dòng)安全性的關(guān)鍵總成，如何設(shè)計(jì)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(jī)構(gòu)的重要研究課題。通過(guò)研究EPS的工作過(guò)程，進(jìn)行試驗(yàn)臺(tái)總體方案的設(shè)計(jì)，再對(duì)試驗(yàn)臺(tái)的總體結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)過(guò)程中參考了東華轉(zhuǎn)向器公司的產(chǎn)品，運(yùn)用AutoCAD畫出試驗(yàn)臺(tái)的裝配圖。在本文中，對(duì)EPS試驗(yàn)臺(tái)的兩種布置形式進(jìn)行了對(duì)比和選擇，結(jié)合現(xiàn)代EPS系統(tǒng)試驗(yàn)臺(tái)的發(fā)展趨勢(shì)，對(duì)EPS系統(tǒng)試驗(yàn)臺(tái)進(jìn)行了分析和設(shè)計(jì)。其作用是使汽車在行駛過(guò)程中能按照駕駛員的操作要求而適當(dāng)?shù)母淖兤湫旭偡较颍⒃谑艿铰访鎮(zhèn)鱽?lái)的偶爾沖擊及汽車意外地偏離行駛方向時(shí)，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(dòng)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(shí)提供助力，高速時(shí)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(duì)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的擾動(dòng)，改善汽車的轉(zhuǎn)向特性，減小汽車低速行駛時(shí)的轉(zhuǎn)向操縱力，提高汽車高速行駛時(shí)的轉(zhuǎn)向穩(wěn)定性，進(jìn)而提高汽車的主動(dòng)安全性。在EPS系統(tǒng)中，電動(dòng)機(jī)與助力機(jī)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(dòng)慣量，減小了車輪的反轉(zhuǎn)和轉(zhuǎn)向前輪擺振，增強(qiáng)了轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的抗擾動(dòng)能力；EPS旋轉(zhuǎn)力矩產(chǎn)生于助力電機(jī)，沒(méi)有液壓助力系統(tǒng)的轉(zhuǎn)向遲滯效應(yīng)，增強(qiáng)了轉(zhuǎn)向車輪對(duì)轉(zhuǎn)向盤的跟隨性能；電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)還可有各種安全保護(hù)措施和故障自診斷功能，使用可靠，維修方便。電動(dòng)機(jī)和減速機(jī)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(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)所必需的動(dòng)力轉(zhuǎn)向油泵、油管、液壓油、密封件、傳送帶和裝于發(fā)動(dòng)機(jī)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(dòng)化程度更高。按此速度發(fā)展，用不了幾年的時(shí)間，電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)將逐漸占領(lǐng)轎車市場(chǎng)，并向微型車、輕型車和中型車擴(kuò)展。同時(shí)具有儲(chǔ)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(dòng)機(jī)、電磁離合器和減速機(jī)構(gòu)。對(duì)于電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)，電動(dòng)機(jī)僅在汽車轉(zhuǎn)向時(shí)才工作并消耗蓄電池能量；而對(duì)于常流式液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)，因液壓泵處于長(zhǎng)期工作狀態(tài)和內(nèi)泄漏等原因要消耗較多的能量。電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)不存在漏油問(wèn)題，只要蓄電池內(nèi)有電提供給電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)，就能有助力作用，所以工作可靠。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《汽車電動(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)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(gè)方向旋轉(zhuǎn)至規(guī)定的角度后，返回中間位置再