【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(lì)和悉心指導(dǎo)下完成的。圖56為中等車速轉(zhuǎn)向助力時(shí)，測量的方向盤轉(zhuǎn)矩（T）和助力電動機(jī)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(shí)，Vdble≥12V＋＋＋10V=。系統(tǒng)采用4個(gè)International Reetifier公司生產(chǎn)的IRF3205型MOSFET功率管組成H橋路的4個(gè)臂?；卣刂频膬?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?，保持機(jī)械系統(tǒng)原有的回正特性；高速行駛轉(zhuǎn)向回正時(shí)，為防止回正超調(diào)，采用阻尼控制。采用阻尼控制時(shí)，只需要將電動機(jī)輸出為制動狀態(tài)，就可以使電動機(jī)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(jī)構(gòu)把電機(jī)轉(zhuǎn)矩作用到機(jī)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(jì)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(shí)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(shí)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(jì)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(jì)算： （38） 取 式中：—方向盤扭矩， N 因齒輪齒條式轉(zhuǎn)向傳動機(jī)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(jì)EPS具體的工作流程是[5]：當(dāng)車輛點(diǎn)火開關(guān)接通，發(fā)動機(jī)開始運(yùn)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(hù)繼電器閉合，讓整個(gè)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(shí)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(shí)針轉(zhuǎn)動還是逆時(shí)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(shí)時(shí)輸出相應(yīng)的控制電流驅(qū)動電機(jī)，實(shí)現(xiàn)不同大小不同方向的助力，當(dāng)點(diǎn)火開關(guān)斷開時(shí)，EPS系統(tǒng)停止工作。電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)電動機(jī)通過減速機(jī)構(gòu)作用到轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)上，電動機(jī)和轉(zhuǎn)向機(jī)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(jìn)行實(shí)時(shí)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(jī)位置較低或轉(zhuǎn)向橋兼充驅(qū)動橋的情況下，為避免運(yùn)動干涉，往往將轉(zhuǎn)向梯形布置在前橋之前，此時(shí)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(jī)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(jī)械部分設(shè)計(jì)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(jī)構(gòu)，在汽車轉(zhuǎn)向行駛時(shí)，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(jī)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(jī)及減速機(jī)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(jī)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(diǎn) …………………………………………………3 電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的工作原理…………………………………………………32 EPS方案設(shè)計(jì)…………………………………………………………………………5 電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)選型…………………………………………………………5 機(jī)械部分系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)…………………………………………………………5 機(jī)械部分設(shè)計(jì)要求分析……………………………………………………5 機(jī)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(jì)…………………………………………………………8 控制部分性能要求分析……………………………………………………8 控制部分方案設(shè)計(jì)…………………………………………………………103 齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器設(shè)計(jì)………………………………………………………………12 整車性能參數(shù)……………………………………………………………………12 齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器的設(shè)計(jì)和計(jì)算………………………………………………12 齒輪齒條轉(zhuǎn)向器計(jì)算載荷的確定…………………………………………12 轉(zhuǎn)向器基本部件設(shè)計(jì)………………………………………………………15 齒輪軸和齒條的材料選擇及強(qiáng)度校核……………………………………21 齒輪齒條轉(zhuǎn)向器轉(zhuǎn)向橫拉桿的運(yùn)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(jì)計(jì)算…………………………………………………25 齒輪軸軸承的校核…………………………………………………………27 鍵的計(jì)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(jī)………………………………………………………………………29 電磁離合器…………………………………………………………………29 減速機(jī)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(jī)驅(qū)動電路的設(shè)計(jì)……………………………………………………………34 微控制器的選擇…………………………………………………………………34 硬件電路總體框架………………………………………………………………34 電機(jī)控制電路設(shè)計(jì)………………………………………………………………35 H橋上側(cè)橋臂MOSFET功率管驅(qū)動電路設(shè)計(jì)………………………………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(jī)驅(qū)動電路臺架試驗(yàn)…………………………………………………………376 結(jié)論……………………………………………………………………………………39致謝………………………………………………………………………………………40參考文獻(xiàn)…………………………………………………………………………………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(hù),是一項(xiàng)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(jī)固定在轉(zhuǎn)向柱的一側(cè)，通過減速增扭機(jī)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(jī)和減速增扭機(jī)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(shí)，全部車輪應(yīng)繞瞬時(shí)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(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單、緊湊、體積小、質(zhì)量輕；傳動效率高達(dá)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(diǎn)是：傳動效率可達(dá)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(jì)是發(fā)動機(jī)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(shí)