【正文】 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。 4 第二章 電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)試驗臺的總體設(shè)計 電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng) 工作原理 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(dāng)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。 ? 試驗后的輸入、輸出特性曲線未滿足輸入、輸出特性技術(shù)要求。 ? 做噪聲試驗時未滿足噪音指標(biāo)的要求。 特性試驗的性能技術(shù)要求 國家標(biāo)準《汽車電動助力轉(zhuǎn)向裝置技術(shù)條件與臺架試驗方法》中對電動助力轉(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(yīng)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(yīng)有慣性延時現(xiàn)象。 6 (5)空載轉(zhuǎn)動力矩 檢查電動助力轉(zhuǎn)向裝置在電源關(guān)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(yīng)符合設(shè)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(shè)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。 (21) 其中： V汽車行駛速度 n測量的脈沖數(shù) Z被測齒盤的齒輪齒數(shù) T測量時間周期 rd車輪的滾動半徑 系統(tǒng)的阻力矩 駕駛員在轉(zhuǎn)向時所需克服的阻力矩包括兩個主要部分：一是回正力矩，二是摩擦力矩。 通?！稗D(zhuǎn)向阻力矩”按汽車不同的行車方式分成“原地轉(zhuǎn)向阻力矩”和“行車轉(zhuǎn)向阻力矩”兩種。 因此影響“阻力矩”的因素有輪胎接地的單位面積壓力、接地面積、摩擦系數(shù)等。 在本測試系統(tǒng)中除了對轉(zhuǎn) 向盤的主扭矩、電動機的助力轉(zhuǎn)矩和整個轉(zhuǎn)向裝置所受的阻力矩的采集以外，還對車速和轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角進行采集，對車速進行采集是因為一般的汽車電動助力轉(zhuǎn)向裝置 EPS 中的電子控制單元 ECU 需要車速這個量；而采集汽車轉(zhuǎn)向盤角這個量是為了測量助力轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角的關(guān)系。在傳統(tǒng)液壓動力轉(zhuǎn)向中助力特性主要由閥的結(jié)構(gòu)決定，調(diào)整困難，且設(shè)計完成助力特性便確定，不隨車速變化；而 EPS 不同，助力特性曲線是電動助力轉(zhuǎn)向的控制目標(biāo)，由軟件來設(shè)置，可以設(shè)計成車速感應(yīng)型特性曲線，并可方便地進行調(diào)節(jié)。 圖 23 傳統(tǒng)液壓動力轉(zhuǎn)向助力特性曲線 (a)直線型 (b)折線型 (c)曲線型 圖 24 助力特性曲線 助力特性曲線有以下幾種類型： (1)直線型助力特性 圖 24(a)為典型直線型助力特性。該助力特性曲線可用下式函數(shù)表示 錯誤 !未找到引用源。 (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。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。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。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。 13 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。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。本試驗臺的測試減速機構(gòu)為蝸輪蝸桿減速機構(gòu)，減速比為 。 9550 錯誤 !未找到引用源。 磁粉制動器 本系統(tǒng)中應(yīng) 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15 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 傳感器的選擇 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(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； (6)性能 :精度高、響應(yīng)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 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(shè)備的輸出扭矩及功率的必備設(shè)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(xué)機械變形類發(fā)展到電磁感應(yīng)類、相位差類，到現(xiàn)在應(yīng)用最廣泛的應(yīng)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(yīng)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。% 錯誤 !未找到引用源。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(yīng)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(guān)手冊中查出適用的型號，最后 對某些關(guān)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。 根據(jù)聯(lián)軸器的工作情況系數(shù)表，選擇 KA=，磁粉制動器的最大轉(zhuǎn)矩為T=100Nm，帶入公式 Tca= 錯誤 !未找到引用源。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。 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 錯誤 !未找到引用源。 Tca=KAT T=50Nm， KA= 帶入公式 Tca= 錯誤 !未找到引用源。 = [錯誤 !未找到引用源。 = 錯誤 !未找到引用源。 錯誤 !未找到引用源。~45176。在實際應(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。 7，材料為 45 號鋼?？紤] 到磁粉制動器的輸出轉(zhuǎn)矩為 100Nm，所以應(yīng)校核此處的平鍵。因為假設(shè)在 nn 截面上切應(yīng)力均勻分布，故 nn 截面25 上的剪力 FS 為 FS=A 錯誤 !未找到引用源。 =bl 錯誤 !未找到引用源。 ，一側(cè)面上的擠壓力為 F 錯誤 !未找到引用源。 液壓滑臺 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(shè)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。 26 圖 46 磁粉制動器支架 減速機構(gòu)支架 磁粉制動器支架已設(shè)計好，根據(jù)磁粉制動器裝配好的軸線高度設(shè)計減速機構(gòu)支架，如圖 47 使用最簡單的支架結(jié)構(gòu)，關(guān)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(shù)條件與臺架試驗方法標(biāo)準理解的基礎(chǔ)上，研究了性能測試技術(shù)和方法，設(shè)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(biāo)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(shè)計等多學(xué)科領(lǐng)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。在此 論文完成之際，謹向您致以最誠摯的敬意！您淵博的學(xué)識、求實的作風(fēng)、具有開拓性的科學(xué)研究和對事業(yè)的執(zhí)著追求精神，讓我體會到了現(xiàn)代學(xué)者的風(fēng)采，同樣感到親人般的溫暖和關(guān)愛。 在這里我還要感謝我的父母，感謝你們對我養(yǎng)育，感謝各位老師，感謝你們傳授我知識，教我做人，感謝同學(xué)陪伴，感謝所有幫助過我的人，感謝你 們讓我順利完成了大學(xué)學(xué)習(xí)以及生活。 and a reduction gear, which increases the turning force from the motor and transfers it to the steering mechanism. EPS is available in two types: a column type in which the reduction gear is located directly under the steering wheel, and a pinion type in which the reduction gear is attached to the pinion of the rack and pinion assembly. Each type of EPS system is speedsensitive— vehicle speed and engine rotation signals are input from the vehicle into the ECU. shows a vehicle with columntype EPS. The main purpose of any power steering system is, of course, to provide assist to the driver. This is achieved by the torque sensor, which measures the driver’s torque and sends a signal to the cont。 an ECU, which performs calculations on assisting force based on signals from the torque sensor。還要感謝東華轉(zhuǎn)向器公司對我的幫助。汽車電動助力轉(zhuǎn)向試驗臺的研究啟迪了我的思維，開拓了我的視野，鍛煉了我的能力。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 27 第五章 結(jié) 論 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 磁粉制動器支架 根據(jù)磁粉制動器的參數(shù)，設(shè)計了磁粉制動器的支架。 由此求得 故平鍵也滿足擠壓強度要求。 其次校核鍵的擠壓強度。 對軸心取矩，由平衡方程 錯誤 !未找到引用源。 首先校核鍵的剪切強度。 ]=60MPa， [錯誤 !未找到引用源。 普通平鍵的選擇與校核 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 b 錯誤 !未找到引用源。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。 bS 帶入數(shù)值 錯誤 !未找到引用源。 彈性套的擠壓面積 AbS=b 錯誤 !未找到引用源。 =294N 錯誤 !未找到引用源。 的范圍內(nèi)。兩半聯(lián)軸器與軸配合的孔可做成圓柱形或圓錐形。 (2)彈性聯(lián)軸器： 23 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。 30 m/s 時可采用 HT200。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)