【正文】 、斜度可調式轉向柱以及其它形式的轉向柱。該類型轉向器可用于中型車輛，以提供較大的助力。圖13 REPS 電動助力轉向系統(tǒng)的優(yōu)點[1] （1）液壓轉向助力系統(tǒng)的油泵，不轉向時也工作，加大了能量消耗。 電動助力轉向系統(tǒng)的工作原理 電動助力轉向系統(tǒng)主要由機械轉向系統(tǒng)、轉矩傳感器、車速傳感器、控制單元（ECU）、離合器、助力電動機及減速機構等組成。再者，這次設計的電動助力轉向系統(tǒng)主要是針對經濟型轎車來進行開發(fā)的，其空間相對較小，空間問題是要考慮的重點問題。 機械部分設計要求分析 轉向系是用來保持或者改變汽車行駛方向的機構，在汽車轉向行駛時，保證各轉向輪之間有協(xié)調的轉角關系。 （4）保證汽車有較高的機動性，具有迅速和小轉彎能力。 機械式轉向器方案分析 目前汽車上廣泛使用的是齒輪齒條式及循環(huán)球式。根據輸入齒輪位置和輸出特點不同，齒輪齒條式轉向器有四種形式[4]：中間輸入，兩端輸出（圖21a）；側面輸入，兩端輸出（圖21b）；側面輸入，中間輸出（圖21c）；側面輸入，一端輸出（圖21d）。 （2）循環(huán)球式循環(huán)球式轉向器由螺桿和螺母共同形成的螺旋槽內裝有鋼球構成的傳動副，以及螺母上齒條與搖臂軸上齒扇構成的傳動副組成[3]，如圖23所示。 由于齒輪齒條式轉向器與循環(huán)球式轉向器相比[4]：結構簡單，傳動效率高，操縱輕便，質量輕；且不需要轉向搖臂和轉向直拉桿，使轉向傳動機構得以簡化。 在發(fā)動機位置較低或轉向橋兼充驅動橋的情況下，為避免運動干涉，往往將轉向梯形布置在前橋之前，此時上述交角＜90176。選擇該轉向梯形的方案時與懸架采用何種方案有關[4]。在低車速、低側向加速度行駛工況下，汽車應具有適度的轉向盤力與轉向盤轉角，還應有良好的回正性能。圖26助力特性曲線 （2）應具有良好的操縱穩(wěn)定性汽車行駛穩(wěn)定性的影響因素很多，轉向系統(tǒng)是其重要影響因素之一。傳統(tǒng)液壓助力轉向由于不能對助力進行實時調節(jié)與控制。（3）應具有良好的跟隨性 EPS是一種電子控制電動助力轉向伺服系統(tǒng)，跟隨性問題十分重要[7][8]。電動助力轉向系統(tǒng)電動機通過減速機構作用到轉向機構上，電動機和轉向機構中不僅存在著摩擦損失轉矩，還有彈性和間隙。由于在EPS中采用了微電子技術，利用軟件控制電動機的動作，在最大限度內調整設計參數(shù)以獲得最佳的回正特性。 控制部分方案設計EPS具體的工作流程是[5]：當車輛點火開關接通，發(fā)動機開始運轉后，電動助力轉向系統(tǒng)的ECU發(fā)出指令使電源繼電器和故障保護繼電器閉合，讓整個EPS系統(tǒng)啟動，EPS程序一直監(jiān)控車速傳感器與轉矩傳感器輸入的車速和轉向盤轉矩信號，其中，轉向盤轉矩信號體現(xiàn)了轉向盤的轉矩大小及該時刻轉向盤的轉向和位置，從而能夠判斷轉向盤是順時針轉動還是逆時針轉動還是在中間位置保持不動，由車速與轉矩信號實時輸出相應的控制電流驅動電機，實現(xiàn)不同大小不同方向的助力，當點火開關斷開時，EPS系統(tǒng)停止工作。本次設計中，由于所選用的車型是小型車，故將電動機與減速機構集成通過齒輪箱安裝在轉向柱上。為轉動轉向輪要克服的阻力，包括轉向輪繞主銷轉動的阻力、車輪穩(wěn)定阻力、輪胎變形阻力和轉向系中的內摩擦阻力等[4]。 式中：L—汽車軸距，2500mm；R—汽車最小轉彎半徑，4940mm；B—前輪輪距，1490mm。 因齒輪齒條式轉向傳動機構無轉向搖臂和轉向節(jié)臂，故和不代入數(shù)值。 （5）梯形臂長度L2的計算 前輪輪胎規(guī)格為前輪175/65 R15，則輪輞直徑=15in==381mm。 （8）主動齒輪軸的計算： （38） 取 式中：—方向盤扭矩， N齒輪齒條上的齒可以是直齒也可以是斜齒。斜齒的彎曲增加了一對嚙合齒輪參與嚙合的齒數(shù)。主動小齒輪齒數(shù)在57個范圍變化，壓力角取值200，齒輪螺旋角多為90150。轉向器殼體是安裝在前橫梁或前圍板的固定位置上的。齒條的橫向運動拉動或推動轉向橫拉桿，使前輪轉向。球頭銷通過螺紋與齒條連接。這些端部與梯形轉向桿系的相似。此調節(jié)螺塞由鎖緊螺母固定。圖33 齒條嚙合長度計算圖 這時可以知道AB=πd，齒輪在齒條上移動了AC距離：式中：—齒輪安裝角，（0）；—齒輪分度圓直徑（mm）。AD就是齒輪齒條式轉向器的線角傳動比，即 （311） 將設計數(shù)據：；；；代入上式，得=。 (c)計算許用應力 取, = = 應力修正系數(shù) = = ⑵初步確定齒輪的基本參數(shù)和主要尺寸 ①選擇齒輪類型 根據齒輪傳動的工作條件，選用斜齒圓柱齒輪與斜齒齒條嚙合傳動方案 ②選擇齒輪傳動精度等級 選用7級精度 ③ 初選參數(shù) 初選 =6 =21 = = = 按當量齒數(shù) ④初步計算齒輪模數(shù) ==30850閉式硬齒面?zhèn)鲃?，按齒根彎曲疲勞強度設計。當轉向輪右轉30176。=75 ====== 同理計算轉向輪左轉30176。(1) 選擇材料 由彈簧工作條件可知，對材料無特殊要求，選用C組碳素彈簧鋼絲。另查表得fp=P′=fp(XFR+YFA)=(+)=⑵計算軸承應有的基本額定動負荷C′r 查表得,ft=1,又ε=3C′r=⑶初選軸承型號 查《機械工程及自動化簡明設計手冊》,選擇6202軸承,Cr=，其基本額定靜負荷Cor=⑷驗算并確定軸承型號 ① FA/Cor=, ② 計算當量動載荷Pr=fp(XFR+YFA)=(149735/60+432)= ③ 驗算6204軸承的壽命Lh= 12000h即高于預期壽命，能滿足要求。選用A型鍵 ，公稱尺寸bh=55；鍵的接觸長度L應該大于15mm,則L≥15+6=21mm；圓頭普通平鍵(A型)的尺寸參考GB109679；鍵和鍵槽的斷面尺寸參考GB109579。此外還要求電機低轉速大扭矩、波動小、轉動慣量小、尺寸小、質量輕、可靠性高、抗干擾能力強。為了減少與不需要轉向助力時駕駛車輛感覺的差別，離合器不僅具有滯后輸出的特性，同時還具有半離合器狀態(tài)區(qū)域。C線圈阻抗177。 扭矩傳感器 扭矩傳感器用以檢測轉向盤轉矩的大小和方向，以及轉向盤轉角的大小和方向，它是EPS系統(tǒng)的控制信號之一。前者的成本低，但受溫度和磨損影響易發(fā)生漂移、使用壽命較低。圖41 扭矩傳感器我們選用非接觸式扭矩傳感器?；ㄦI和鍵槽的相對位移改變量等于扭轉桿的扭轉量，使得花鍵上的磁感強度改變，磁感強度的變化，通過線圈轉化為電壓信號。本次設計選用了德國NCTE公司生產的Series 2000系列的非接觸式扭矩傳感器。 EPS的電流控制方式控制過程為：控制器根據轉向盤轉矩傳感器的輸出Th和車速傳感器的輸出V由助力特性確定電動機的目標電流Imo，然后電流控制器控制電動機的電流Im，使電動機輸出目標助力矩。圖42 EPS的電流控制 助力控制 助力控制是在轉向過程（轉向角增大）中為減輕轉向盤的操縱力通過減速機構把電機轉矩作用到機械轉向系（轉向軸、齒輪、齒條）上的一種基本控制模式。圖43 直線性助力特性圖 阻尼控制 阻尼控制是針對汽車高速直線行駛穩(wěn)定性和快速轉向收斂性提出的。采用阻尼控制時，只需要將電動機輸出為制動狀態(tài)，就可以使電動機具有阻尼效果。在轉向盤回正的過程中，有兩種情況需要考慮：（1）回正力矩過大，引起轉向盤位置超調；（2）回正力矩過小，轉向盤不能回到中間位置?；卣刂频膬热萦校旱退傩旭傓D向回正過程中，EPS系統(tǒng)H橋實行斷路控制，保持機械系統(tǒng)原有的回正特性；高速行駛轉向回正時，為防止回正超調，采用阻尼控制。 硬件電路總體框架電動助力轉向系統(tǒng)的硬件電路主要包括以下模塊[15]：MC9S12DP256微控制器、電源電路、信號處理電路、直流電機功率驅動模塊、故障診斷模塊與顯示模塊、車速傳感器、扭矩傳感器、發(fā)動機點火信號、電流及電流傳感器等接入處理電路，另外還有電磁離合器等，EPS系統(tǒng)的硬件邏輯框架如圖51所示。系統(tǒng)采用4個International Reetifier公司生產的IRF3205型MOSFET功率管組成H橋路的4個臂。當Qa導通時，忽略Qa的漏極和源極之間的電壓降，則Qa的源極電壓等于蓄電池電源電壓。如果蓄電池電壓為12V時，Vdble≥12V＋＋＋10V=。 橋臂的功率MOSFET管驅動電路 下側橋臂的功率MOSFET驅動電路如圖54所示，其中Qc/Qd為下側橋臂的功率MOSFET的c管或d管。所以，Qc的柵—源極電壓VGS=（VbatVCEVF），當蓄電池電壓為12V，滿足IRF3205的柵極驅動（10V）所需的電壓。CC4，Dl和D2構成電荷泵電路。圖56為中等車速轉向助力時，測量的方向盤轉矩（T）和助力電動機電流（I）變化曲線。本設計針對EPS的核心部位，主要開展了以下兩個方面的研究：對機械轉向系統(tǒng)進行總體方案的選擇與設計。致謝本論文的選題、研究內容、研究方法及論文的形成是在曹建國教授和徐杰老師支持、鼓勵和悉心指導下完成的。參考文獻[1] 王林超，. 2010年 北京 中國水利水電出版社[2] 錢學武. 汽車電動助力轉向控制系統(tǒng)設計與開發(fā). 2010年 揚州大學碩士學位論文[3] 王望予. 汽車設計. 2004年 北京 機械工業(yè)出版社[4] 石美玉. 轉向系統(tǒng). 2005年 北京 化學工業(yè)出版社[5] . 2009年 合肥工業(yè)大學博士學位論文[6] [M]. 2003年 北京 機械工業(yè)出版社[7] . 1999年 世界汽車[8] Adamse F J. Power steering road feel. SAE Paper 830998 1983 326334[9] . 2006年 北京 機械工業(yè)出版社[10] 陳家瑞. 汽車構造(下冊). 2000年 北京 機械工業(yè)出版社[11] 謝剛. 汽車電動助力轉向系統(tǒng)的設計及控制技術的研究. 2006年 四川大學博士學位論文[12] Nakayama T ,Suda F .The present and future of electric power steering[J] . Int J Of Vehicle Design 1994（15） 243254[13] 季學武，[J].（4）465467. [14] JiHoon Kim，JaeBok Song .Control logic for an electric powersteering system using assist motor [J]. Mechatronics 2002（12） 447459[15] Sanket Amberbar,Farhad Bolourchi,Jon Demerly and Scott Millsap. A Control System Methedology for steer by Wire systems. SAE Technical Paper Series 2004（01）11