【正文】 致謝本論文的選題、研究內(nèi)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(dǎo)下完成的。圖56為中等車速轉(zhuǎn)向助力時，測量的方向盤轉(zhuǎn)矩（T）和助力電動機電流（I）變化曲線。所以，Qc的柵—源極電壓VGS=（VbatVCEVF），當(dāng)蓄電池電壓為12V，滿足IRF3205的柵極驅(qū)動（10V）所需的電壓。如果蓄電池電壓為12V時，Vdble≥12V＋＋＋10V=。系統(tǒng)采用4個International Reetifier公司生產(chǎn)的IRF3205型MOSFET功率管組成H橋路的4個臂。回正控制的內(nèi)容有：低速行駛轉(zhuǎn)向回正過程中，EPS系統(tǒng)H橋?qū)嵭袛嗦房刂疲３謾C械系統(tǒng)原有的回正特性；高速行駛轉(zhuǎn)向回正時，為防止回正超調(diào)，采用阻尼控制。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。圖42 EPS的電流控制 助力控制 助力控制是在轉(zhuǎn)向過程（轉(zhuǎn)向角增大）中為減輕轉(zhuǎn)向盤的操縱力通過減速機構(gòu)把電機轉(zhuǎn)矩作用到機械轉(zhuǎn)向系（轉(zhuǎn)向軸、齒輪、齒條）上的一種基本控制模式。本次設(shè)計選用了德國NCTE公司生產(chǎn)的Series 2000系列的非接觸式扭矩傳感器。圖41 扭矩傳感器我們選用非接觸式扭矩傳感器。 扭矩傳感器 扭矩傳感器用以檢測轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)矩的大小和方向，以及轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角的大小和方向，它是EPS系統(tǒng)的控制信號之一。為了減少與不需要轉(zhuǎn)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。選用A型鍵 ，公稱尺寸bh=55；鍵的接觸長度L應(yīng)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。(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。當(dāng)轉(zhuǎn)向輪右轉(zhuǎn)30176。AD就是齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器的線角傳動比，即 （311） 將設(shè)計數(shù)據(jù)：；；；代入上式，得=。此調(diào)節(jié)螺塞由鎖緊螺母固定。球頭銷通過螺紋與齒條連接。轉(zhuǎn)向器殼體是安裝在前橫梁或前圍板的固定位置上的。斜齒的彎曲增加了一對嚙合齒輪參與嚙合的齒數(shù)。 （8）主動齒輪軸的計算： （38） 取 式中：—方向盤扭矩， N 因齒輪齒條式轉(zhuǎn)向傳動機構(gòu)無轉(zhuǎn)向搖臂和轉(zhuǎn)向節(jié)臂，故和不代入數(shù)值。為轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)向輪要克服的阻力，包括轉(zhuǎn)向輪繞主銷轉(zhuǎn)動的阻力、車輪穩(wěn)定阻力、輪胎變形阻力和轉(zhuǎn)向系中的內(nèi)摩擦阻力等[4]。 控制部分方案設(shè)計EPS具體的工作流程是[5]：當(dāng)車輛點火開關(guān)接通，發(fā)動機開始運轉(zhuǎn)后，電動助力轉(zhuǎn)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(zhuǎn)矩傳感器輸入的車速和轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)矩信號，其中，轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)矩信號體現(xiàn)了轉(zhuǎn)向盤的轉(zhuǎn)矩大小及該時刻轉(zhuǎn)向盤的轉(zhuǎn)向和位置，從而能夠判斷轉(zhuǎn)向盤是順時針轉(zhuǎn)動還是逆時針轉(zhuǎn)動還是在中間位置保持不動，由車速與轉(zhuǎn)矩信號實時輸出相應(yīng)的控制電流驅(qū)動電機，實現(xiàn)不同大小不同方向的助力，當(dāng)點火開關(guān)斷開時，EPS系統(tǒng)停止工作。電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)電動機通過減速機構(gòu)作用到轉(zhuǎn)向機構(gòu)上，電動機和轉(zhuǎn)向機構(gòu)中不僅存在著摩擦損失轉(zhuǎn)矩，還有彈性和間隙。傳統(tǒng)液壓助力轉(zhuǎn)向由于不能對助力進行實時調(diào)節(jié)與控制。在低車速、低側(cè)向加速度行駛工況下，汽車應(yīng)具有適度的轉(zhuǎn)向盤力與轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角，還應(yīng)有良好的回正性能。 在發(fā)動機位置較低或轉(zhuǎn)向橋兼充驅(qū)動橋的情況下，為避免運動干涉，往往將轉(zhuǎn)向梯形布置在前橋之前，此時上述交角＜90176。 （2）循環(huán)球式循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器由螺桿和螺母共同形成的螺旋槽內(nèi)裝有鋼球構(gòu)成的傳動副，以及螺母上齒條與搖臂軸上齒扇構(gòu)成的傳動副組成[3]，如圖23所示。 機械式轉(zhuǎn)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。 機械部分設(shè)計要求分析 轉(zhuǎn)向系是用來保持或者改變汽車行駛方向的機構(gòu)，在汽車轉(zhuǎn)向行駛時，保證各轉(zhuǎn)向輪之間有協(xié)調(diào)的轉(zhuǎn)角關(guān)系。 電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的工作原理 電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)主要由機械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、轉(zhuǎn)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(gòu)等組成。該類型轉(zhuǎn)向器可用于中型車輛，以提供較大的助力。 EPS的分類電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)按照電動機布置位置的不同，可以分為：轉(zhuǎn)向軸助力式(Columnassisttype EPS)、齒輪助力式(Pinionassisttype EPS)、齒條助力式(Rack—assisttype EPS)3種。1988年日本鈴木公司首次開發(fā)出一種全新的電子控制式電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，并裝在其生產(chǎn)的Cervo車上，隨后又配備在Alto上。目 錄摘 要……………………………………………………………………………………ⅠAbstract…………………………………………………………………………………Ⅱ1 緒論…………………………………………………………………………………1 助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的分類…………………………………………………………1 EPS系統(tǒng)國內(nèi)外發(fā)展研究現(xiàn)狀……………………………………………………1 EPS的分類…………………………………………………………………………1 轉(zhuǎn)向軸助力式………………………………………………………………1 轉(zhuǎn)向小齒輪助力式…………………………………………………………2 轉(zhuǎn)向齒條助力式……………………………………………………………2 電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的優(yōu)點 …………………………………………………3 電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的工作原理…………………………………………………32 EPS方案設(shè)計…………………………………………………………………………5 電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)選型…………………………………………………………5 機械部分系統(tǒng)方案設(shè)計…………………………………………………………5 機械部分設(shè)計要求分析……………………………………………………5 機械式轉(zhuǎn)向器方案分析……………………………………………………5 齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器布置和結(jié)構(gòu)形式的選擇………………………………7 轉(zhuǎn)向梯形結(jié)構(gòu)方案分析……………………………………………………8 控制部分系統(tǒng)方案設(shè)計…………………………………………………………8 控制部分性能要求分析……………………………………………………8 控制部分方案設(shè)計…………………………………………………………103 齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器設(shè)計………………………………………………………………12 整車性能參數(shù)……………………………………………………………………12 齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器的設(shè)計和計算………………………………………………12 齒輪齒條轉(zhuǎn)向器計算載荷的確定…………………………………………12 轉(zhuǎn)向器基本部件設(shè)計………………………………………………………15 齒輪軸和齒條的材料選擇及強度校核……………………………………21 齒輪齒條轉(zhuǎn)向器轉(zhuǎn)向橫拉桿的運動分析…………………………………24 齒輪齒條傳動受力分析……………………………………………………25 間隙調(diào)整彈簧的設(shè)計計算…………………………………………………25 齒輪軸軸承的校核…………………………………………………………27 鍵的計算……………………………………………………………………284 EPS的關(guān)鍵部件和控制策略…………………………………………………………29 EPS的關(guān)鍵部件選型……………………………………………………………29 電動機………………………………………………………………………29 電磁離合器…………………………………………………………………29 減速機構(gòu)……………………………………………………………………30 扭矩傳感器…………………………………………………………………30 電流傳感器…………………………………………………………………31 EPS的電流控制…………………………………………………………………31 助力控制…………………………………………………………………………32 阻尼控制…………………………………………………………………………32 回正控制…………………………………………………………………………335 EPS電機驅(qū)動電路的設(shè)計……………………………………………………………34 微控制器的選擇…………………………………………………………………34 硬件電路總體框架………………………………………………………………34 電機控制電路設(shè)計………………………………………………………………35 H橋上側(cè)橋臂MOSFET功率管驅(qū)動電路設(shè)計………………………………35 橋臂的功率MOSFET管驅(qū)動電路…………………………………………36 蓄電池倍壓工作電源……………………………………………………………37 電機驅(qū)動電路臺架試驗…………………………………………………………376 結(jié)論……………………………………………………………………………………39致謝………………………………………………………………………………………40參考文獻…………………………………………………………………………………41摘 要電動助力轉(zhuǎn)向 (Electric Power Steering,簡稱EPS)系統(tǒng),是繼液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)后出現(xiàn)的一種新型動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng),具有液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)無法比擬的優(yōu)勢,它不僅能節(jié)約能源,提高安全性,還有利于環(huán)境保護,是一項緊扣現(xiàn)代汽車發(fā)展主題的高新技術(shù),是汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)發(fā)展的必然趨勢。此后，其應(yīng)用范圍從微型轎車向大型轎車和客車方向發(fā)展。 轉(zhuǎn)向軸助力式 轉(zhuǎn)向軸助力式電動助力轉(zhuǎn)向器(CEPS)的助力電機固定在轉(zhuǎn)向柱的一側(cè)，通過減速增扭機構(gòu)與轉(zhuǎn)向軸相連，直接驅(qū)動轉(zhuǎn)向軸助力轉(zhuǎn)向(圖11)。圖12 PEPS 轉(zhuǎn)向齒條助力式 齒條助力式電動助力轉(zhuǎn)向器(REPS)的助力電機和減速增扭機構(gòu)則直接驅(qū)動齒條提供助力(圖13)。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖如圖14。 轉(zhuǎn)向系應(yīng)滿足如下基本要求[4]： （1）汽車轉(zhuǎn)彎行駛時，全部車輪應(yīng)繞瞬時轉(zhuǎn)向中心旋轉(zhuǎn)，任何車輪不應(yīng)有側(cè)滑。 （1）齒輪齒條式 齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器的主要優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單、緊湊、體積小、質(zhì)量輕；傳動效率高達90%；可自動消除齒間間隙；沒有轉(zhuǎn)向搖臂和直拉桿，轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)角可以增大；制造成本低。 圖23 循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器的優(yōu)點是：傳動效率可達到75%~85%；轉(zhuǎn)向器的傳動比可以變化；工作平穩(wěn)可靠；齒條和齒扇之間的間隙調(diào)整容易；適合用來做整體式動力轉(zhuǎn)向器。 本次設(shè)計是發(fā)動機前置前輪驅(qū)動，故采用如圖24所示的布置形式。在高車速和低側(cè)向加速度范圍內(nèi)，汽車應(yīng)具有良好的橫擺角速度頻率響應(yīng)特性，直線行駛能力和回正性能。所以協(xié)調(diào)轉(zhuǎn)向力和路感的關(guān)系困難，特別是汽車高速行駛時