【正文】 行駛狀態(tài)下，轉(zhuǎn)向輪都不得產(chǎn)生自振。因此，汽車在不平路面上行駛時，發(fā)生在轉(zhuǎn)向輪與路面之間的沖擊力，大部分能傳至轉(zhuǎn)向盤。循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器主要用于貨車和客車上。 圖25 齒輪齒條位置布置 轉(zhuǎn)向梯形結(jié)構(gòu)方案分析轉(zhuǎn)向梯形有整體式和斷開式兩種。因此，EPS系統(tǒng)的助力特性曲線是一族隨車速變化的曲線，如圖26。EPS可以根據(jù)車速不同工況，制定不同的控制策略，自動地削弱或吸收擺振、維持轉(zhuǎn)向盤具有良好的穩(wěn)定感的能力，較好地解決上述矛盾。高速行駛時，輪胎的側(cè)向力較大，為防止回正超調(diào)，則利用電機(jī)的轉(zhuǎn)矩對系統(tǒng)的阻尼作用，使回正處于受控狀態(tài)。在小型車輛上，電機(jī)是通過齒輪箱與轉(zhuǎn)向柱連接，而在中型汽車上，電機(jī)則是通過法蘭交叉或縱向安裝在齒條上，并通過齒輪箱操作。 （33） 。 （4）轉(zhuǎn)向盤扭力矩Tz （36） 式中：—轉(zhuǎn)向盤上的手力，；—轉(zhuǎn)向盤直徑，設(shè)計為350mm。它安裝在轉(zhuǎn)向器殼體上并使其齒與齒條上的齒相嚙合。齒輪的模數(shù)取值范圍在23mm之間。導(dǎo)向座將齒條支持在轉(zhuǎn)向器殼體上。轉(zhuǎn)向橫拉桿端部與外端用螺紋連接。假設(shè)齒輪有足夠的嚙合長度，且齒輪在齒條上滾動而齒條不動的嚙合情況，當(dāng)齒輪嚙合一周時，齒輪中心線由OO位置移動到O’O’位置，如圖33示。 齒輪軸和齒條的材料選擇及強(qiáng)度校核表37 齒輪軸和齒條的設(shè)計計算設(shè)計計算和說明計算結(jié)果 ⑴選擇齒輪材料、熱處理方式及計算許用應(yīng)力 ①選擇材料及熱處理方式 小齒輪16MnCr5 滲碳淬火，齒面硬度5662HRC 齒條 45鋼 表面淬火，齒面硬度5656HRC ② 確定許用應(yīng)力 ； (a)確定和 ； ； (b)計算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)N，確定壽命系數(shù)、。===30176。(5) 檢查δ及δ1 鄰圈間隙 δ=td== 彈簧單圈的最大變形量 λmax/n=8/= 故在最大載荷作用下仍留有間隙δ1，δ1==(6) 幾何參數(shù)和結(jié)構(gòu)尺寸的確定 彈簧外徑 D=D2+d=25+5=30mm 彈簧內(nèi)徑 D1=D2d=255=20mm(7) 彈簧工作圖 τs=[τ]=765= 彈簧的極限載荷 Flim==52(84)=1670N 彈簧的安裝載荷 Fmin==1400=1260N 彈簧剛度 Cs=Gd/(8C3n)=800005/(843)= 安裝變形量 λmin=Fmin/Cs=1260/= 最大變形量 λmax=Fmax/Cs=1400/= 極限變形量 λlim=Flim/Cs=1670/= 安裝高度 H1=H0λmin== 工作高度 H2=H0λmax==極限高度 H3=H0λlim== 齒輪軸軸承的校核校核30203圓錐滾子軸承，軸承間距60mm,軸承極限轉(zhuǎn)速n=9000r/min,采用脂潤滑，預(yù)期壽命L′h=12000h⑴初步計算當(dāng)量動負(fù)荷=e X=,暫選一近似中間值Y=。由于控制系統(tǒng)需要根據(jù)不同的工況產(chǎn)生不同的助力轉(zhuǎn)矩，具有良好的動態(tài)特性并容易控制，這些都要求助力電機(jī)具有線性的機(jī)械特性和調(diào)速特性。C額定轉(zhuǎn)矩176。常用的接觸式（主要指電位計式）傳感器有擺臂式、雙排行星齒輪式和扭桿式三種類型，而非接觸式轉(zhuǎn)矩傳感器主要有光電式和磁電式兩種。當(dāng)扭桿受方向盤的轉(zhuǎn)動力矩作用發(fā)生扭轉(zhuǎn)時，輸入軸上的花鍵和輸出軸上鍵槽之間的相對位置就被改變了。根據(jù)EPAS的特點(diǎn)，上層控制策略分為助力控制、回正控制和阻尼控制[12]。EPS系統(tǒng)的助力特性曲線屬于車速感應(yīng)型，在同一轉(zhuǎn)向盤力矩輸入下，電動機(jī)的目標(biāo)電流會隨著車速的增加而降低，能較好地兼顧輕便性與路感的要求。駕駛員松開轉(zhuǎn)向盤后，隨著作用在轉(zhuǎn)向盤上的力的減小，轉(zhuǎn)向盤將在回正力矩的作用下回正。設(shè)計方案采用MC9S12DP256單片機(jī)，其主頻高達(dá)25 MHz，同時片上還集成了許多標(biāo)準(zhǔn)模塊，包括2個異步串行通信口SCI，3個同步串行通信口SPI，8通道輸入捕捉/輸出比較定時器、2個10位8通道A/D轉(zhuǎn)換模塊、1個8通道脈寬調(diào)制模塊、49個獨(dú)立數(shù)字I/0口（其中20個具有外部中斷及喚醒功能）；片內(nèi)擁有256 KB的Flash EEPROM，12KB的RAM及4KB的EEPROM，資源十分豐富。當(dāng)MOSFET的控制信號a（b）為高電平時，Q1和Q2導(dǎo)通，電源通過Q2，D1以及R5與C1的并聯(lián)電路向Qa充電，直至Qa完全導(dǎo)通，Q3截止。IRF3205的導(dǎo)通門限電壓為2～4V，OV的柵—源極電壓能夠使其關(guān)斷。 電源倍壓電路如圖55所示，NE555定時器工作于多諧振蕩器模式，于引腳3產(chǎn)生幅值等于NE555的供電電壓，頻率為1/（R2+2R1）C1的矩形波。圖56 方向盤扭矩和電機(jī)電流的關(guān)系曲線6 結(jié)論 電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)(EPS)作為一項高新技術(shù)產(chǎn)品，所涉及的技術(shù)領(lǐng)域包括汽車工程、電子、電力驅(qū)動、控制器、傳感器、現(xiàn)代控制理論等等諸多方面，需要解決的關(guān)鍵問題也很多，所以對于這項產(chǎn)品的研究與開發(fā)不可能一蹴而就。在我論文完成過程中，曹老師和徐老師在百忙之中抽出時間給予了我很多指導(dǎo)和幫助，在此我特向曹老師和徐老師表示衷心的感謝。本次設(shè)計以某一微型轎車為參考，采用齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器，對轉(zhuǎn)向器中的關(guān)鍵元件齒輪和齒條進(jìn)行了結(jié)構(gòu)設(shè)計及強(qiáng)度校核，對轉(zhuǎn)向橫拉桿進(jìn)行了運(yùn)動分析、從而確定了齒條行程，對自動間隙調(diào)整彈簧進(jìn)行了選取，還對齒輪軸軸承進(jìn)行選取、并進(jìn)行了壽命驗(yàn)算，并對鍵的強(qiáng)度進(jìn)行了校核。當(dāng)NE555引腳3輸出高電平時，由于電容電壓不能突變，C3正極電壓為24V或接近24V，并通過D2向C4充電，使C4電壓為24V或接近24V。當(dāng)MOSFET的控制信號c（d）為高電平時，Q1導(dǎo)通，Q2截止，Q1的柵極電壓通過R3與C1組成的并聯(lián)電路、D１及Q1迅速釋放，Qc/Qd關(guān)斷。此時，Qa的柵—源極電壓降VGS=（ VdbleVCEVFVbat），其中VCE為2N2907的集一射極飽和導(dǎo)通電壓，VF為D1的正向?qū)▔航?，Vbat為蓄電池電壓。圖51 EPS控制系統(tǒng)組成圖框圖 電機(jī)控制電路設(shè)計 直流電動機(jī)是EPS系統(tǒng)的執(zhí)行元件，電機(jī)的控制電路在系統(tǒng)設(shè)計中有著特殊的地位。對于前一種情況而言，可以利用電動機(jī)的阻尼來防止出現(xiàn)超調(diào)。汽車高速直線行駛時，如果轉(zhuǎn)向過于靈敏、“輕便”，駕駛員就會有通常說的“飄”的感覺，這給駕駛會帶來很大的危險。因此EPS的控制要解決兩個問題：（1）確定助力特性。信號的高頻部分由檢測電路濾波，僅有扭矩信號部分被放大。需要對制造精度和扭桿剛度進(jìn)行折中，難以實(shí)現(xiàn)絕對轉(zhuǎn)角和角速度的測量。1 減速機(jī)構(gòu)減速機(jī)構(gòu)用來增大電動機(jī)傳遞給轉(zhuǎn)向器的轉(zhuǎn)矩。我們采用的永磁直流電機(jī)，主要參數(shù)如下表：表41 EPS電動機(jī)基本參數(shù)型式永磁式直流電動機(jī)額定時間S2 2分鐘標(biāo)稱輸出150W額定轉(zhuǎn)速1200r/min/DC額定轉(zhuǎn)矩額定電流30A旋轉(zhuǎn)方向正反轉(zhuǎn)允許最大電流35A 電磁離合器 電磁離合器是保證電動助力只在預(yù)定的范圍內(nèi)起作用。上軸承選擇比下軸承稍大的型號6203,同樣滿足要求。轉(zhuǎn)向節(jié)由繞圓心轉(zhuǎn)至?xí)r，齒條左端點(diǎn)E移至的距離為=75 ==75+=齒輪齒條嚙合長度應(yīng)大于即 =+=150取L= == ⑤ 確定載荷系數(shù) =1，由, /100=,=1；對稱布置，取=；取=，則=11= ⑥修正法向模數(shù) == 圓整為標(biāo)準(zhǔn)值，取= ⑶確定齒輪傳動主要參數(shù)和幾何尺寸 ① 分度圓直徑 == ② 齒頂圓直徑 =+2 =+2(1+0)= ③齒根圓直徑 = == ④齒寬 == 因?yàn)橄嗷Ш淆X輪的基圓齒距必須相等，即。齒輪在垂直于齒條中心線MM的方向上移動了BC距離：；在齒條實(shí)際工作中是運(yùn)動的，齒輪只是繞軸承中心線轉(zhuǎn)動，并不移動。側(cè)面螺母將橫拉桿外端與橫拉桿鎖緊。相互嚙合的齒輪的齒距和齒條的齒距必須相等。 取齒輪模數(shù)mn1=，齒輪齒數(shù)z1=6，齒輪壓力角α1=200，齒輪螺旋角取為150、左旋，齒輪軸總長L=160mm，故斜齒圓柱齒輪直徑根據(jù)公式 d1=mn1z1/cosβ= （39） 取齒寬系數(shù)， 則齒條寬度 （310） 圓整取 ，則取齒輪齒寬。齒輪軸上端與轉(zhuǎn)向柱內(nèi)的轉(zhuǎn)向軸相互連接。 ，取。 設(shè)計取方向盤總?cè)?shù)為3，則 （34） 式中：—轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角（速度），3360176。3 齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器設(shè)計 整車性能參數(shù) 本次設(shè)計以某微型轎車為模型，采用前置前驅(qū)的驅(qū)動方式，其基本參數(shù)如表31所示： 表31 某微型車基本參數(shù)名稱數(shù)值單位軸距L2500mm前輪距L11490mm后輪距L21475mm最小轉(zhuǎn)彎半徑Rmin4940mm車長3900mm車寬1695mm車高1525mm整車整備質(zhì)量1095kg前輪負(fù)荷率60%載客數(shù)5人輪胎規(guī)格前輪175/65 R15 后輪175/65 R15 齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器的設(shè)計和計算 齒輪齒條轉(zhuǎn)向器計算載荷的確定 （1）為了保證行駛安全，組成轉(zhuǎn)向系的各零件應(yīng)有足夠的強(qiáng)度。從最低車速到最高車速，可得到一族回正特性曲線，而傳統(tǒng)的液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是無法做到這一點(diǎn)的。所謂跟隨性問題是指當(dāng)轉(zhuǎn)向盤有轉(zhuǎn)向輸入時，系統(tǒng)中的各個元件（如電機(jī)等）及其他相關(guān)元件（如車輪等）均具有快速、協(xié)調(diào)和準(zhǔn)確的響應(yīng)性或跟隨性。所謂穩(wěn)定性主要是指汽車在行駛過程中，當(dāng)突然受到外界橫向力作用而發(fā)生自動轉(zhuǎn)向等不穩(wěn)定現(xiàn)象時，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)應(yīng)該具有使車輛在相當(dāng)短的時間內(nèi)迅速地回復(fù)正常行駛狀態(tài)的能力。考慮到本次設(shè)計中采用獨(dú)立懸架，故設(shè)計中采用斷開式轉(zhuǎn)向梯形。針對本次設(shè)計，應(yīng)該選用齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器。圖21 齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器的形式 根據(jù)齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器和轉(zhuǎn)向梯形相對前軸位置的不同，在汽車上有四種布置形式：轉(zhuǎn)向器位于前軸后方，后置梯形；轉(zhuǎn)向器位于前軸后方，前置梯形；轉(zhuǎn)向器位于前軸前方，后置梯形；轉(zhuǎn)向器位于前軸前方，前置梯形，見圖22。 （5）轉(zhuǎn)向輪碰到障礙物以后，傳給轉(zhuǎn)向盤的反沖力要盡可能小。轉(zhuǎn)向軸式對空間