【正文】 電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向試驗(yàn)臺(tái)架。 汽車電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向試驗(yàn)臺(tái)的組成： 1)轉(zhuǎn)向電動(dòng)機(jī)； 2)直流電動(dòng)機(jī)，額定電壓 12V，額定轉(zhuǎn)矩 ，額定輸出功率 170W，額定轉(zhuǎn)速 1050r/min，額定電流 30A，通過減速機(jī)構(gòu)和轉(zhuǎn)向柱連接； 3)試驗(yàn)臺(tái)架，用于安裝固定各個(gè)部件； 8 4)模擬轉(zhuǎn)向負(fù)載的阻尼器，安裝在轉(zhuǎn)向軸徑上； 5)轉(zhuǎn)矩傳感器，電壓測量范圍 0~10V 6)車速信號(hào)模擬裝置和控制電路板； 7)電源，為系統(tǒng)提供所需電壓 380V/220V，電源總電流 DC50A， 臺(tái)架人體可觸及部分元器件配電： 24V； 8)多功能數(shù)據(jù)采集卡： PCI8310 數(shù)據(jù)采集卡。除了回正力矩以外，駕駛員還需要克服主銷的摩擦阻力矩，轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的摩擦力矩 (其大小取決于轉(zhuǎn)向機(jī)效率 )，各個(gè)球頭的摩擦力矩以及原地9 轉(zhuǎn)向時(shí)輪胎與地面的摩擦力矩等。 電動(dòng)機(jī)的各項(xiàng)參數(shù) 電動(dòng)機(jī)助力轉(zhuǎn)矩是電動(dòng)機(jī)為了提高汽車操縱的輕便性而對(duì)轉(zhuǎn)向系外加的力矩，其大小由 EPS 的 ECU 根據(jù)傳感器傳來的車速信號(hào)、轉(zhuǎn)向盤扭矩等參數(shù)決定。對(duì)于永磁直流電動(dòng)機(jī)，電磁轉(zhuǎn)矩與電樞電流成比例，因此 EPS 的助力特性常用電動(dòng)機(jī)電流與轉(zhuǎn)向盤輸入力矩 之間的關(guān)系曲10 線表示。該助力特性曲線可用下式函數(shù)表示 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 電子控制單元 (ECU) ECU 的功能是根據(jù)車速信號(hào)、轉(zhuǎn)向盤扭矩信號(hào)，進(jìn)行邏輯分析與計(jì)算后，發(fā)出指令，控制電動(dòng)機(jī)和離合器的動(dòng)作。電動(dòng)機(jī)對(duì) EPS 的性能有很大的影響，是 EPS 的關(guān)鍵部件之一，所以 EPS對(duì)電動(dòng)機(jī)有很高的要求，這些要求主要有： (1)由于大多車載電源為 12V 直流電，因此要求助力電動(dòng)機(jī)的工作電壓低和具有足夠大的額定功率和額定電流； (2)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小，寬廣的調(diào)速范圍，控制特性好，低速運(yùn)行平穩(wěn)，力矩波動(dòng)?。? (3)大的齒輪傳動(dòng)比將增加機(jī)械慣量，降低 EPS 系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能，所以齒輪傳動(dòng)比較小，因此，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速不能太高； (4)為減小轉(zhuǎn)子的慣性力矩，電動(dòng)機(jī)的體積應(yīng)盡可能??； (5)在堵轉(zhuǎn)時(shí)也要能夠提供助力作用，對(duì)于大型的 車輛，甚至要求電動(dòng)機(jī)能夠提供與轉(zhuǎn)動(dòng)方向相反的助力轉(zhuǎn)矩。前者主要用于轉(zhuǎn)向軸助力式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，后者主要用于齒輪助力式和齒條助力式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。 Td 所以轉(zhuǎn)向電動(dòng)機(jī)選 Y90L4。 圖 32 CZ 型磁粉制動(dòng)器 表 32 CZ 磁粉制動(dòng)器技術(shù)參數(shù) 參數(shù) 額定轉(zhuǎn)矩 激磁電流 A 允許滑差功率 KW 冷卻方式 磁粉量 g 指標(biāo) 100 1 8 單雙水冷 150 其主要有激磁電流 力矩、轉(zhuǎn)速 力矩和負(fù)載三個(gè)特性： (1) 激磁電流 力矩特性 激磁電流與轉(zhuǎn)矩基本成線性關(guān)系，通過調(diào)節(jié)激磁電流可以控制力矩的 大小。其特性如圖 35所示。 18 轉(zhuǎn)速傳感器 (1)轉(zhuǎn)速傳感器的分類及特點(diǎn) 速度傳感器是將機(jī)械運(yùn)動(dòng)速度這個(gè)非電量變換成電量信號(hào)的傳感器，如果按輸出信號(hào)的模式可分為模擬式和數(shù)字式兩種，按工作原理又可分為電容式、光電式、磁電式等 ，其分類方法如圖 36 所示。但由于上藝成熟、牢固、可靠、價(jià)格低廉，與微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)結(jié)合后易實(shí)現(xiàn)數(shù)字化、自動(dòng)化，所以仍有十分廣闊的應(yīng)用前景。一般來說誤差較大，故很少采用，只有在直接測量無法進(jìn)行的時(shí)候才考慮此法。 錯(cuò)誤 !未找到引用源。主要用于兩軸要求嚴(yán)格對(duì)中并在工作中不發(fā)生相對(duì)位移的地方，結(jié)構(gòu)一般較簡單，容易制造，且兩軸瞬時(shí)轉(zhuǎn)速相 同，主要有凸緣聯(lián)軸器、套筒聯(lián)軸器、夾殼聯(lián)軸器等。凸緣聯(lián)軸器有兩種對(duì)中方式：一種是利用兩個(gè)半聯(lián)軸器接合端面 上凸出的對(duì)中榫和凹入的榫槽相配合對(duì)中，其對(duì)中精度高，工作中靠預(yù)緊普通螺栓在兩個(gè)半聯(lián)軸器的接觸面間產(chǎn)生的摩擦力來傳遞轉(zhuǎn)矩，拆裝時(shí)軸必須作軸向移動(dòng)，不太方便，多用于不常拆裝的場合；另一種是采用鉸制孔用螺栓對(duì)中，工作中靠螺栓桿的剪切和螺栓桿與孔壁間的擠壓來傳遞轉(zhuǎn)矩，其傳遞轉(zhuǎn)矩的能力較大。柱銷的一端以圓錐面與一半聯(lián)軸器上的圓錐孔相配合，并用螺母固定。 彈性套柱銷聯(lián)軸器可從有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中選用，必要時(shí)應(yīng)驗(yàn)算彈性套與孔壁的擠壓強(qiáng)度和柱銷 的剪切強(qiáng)度。 d 查手冊 b=23mm， d=12mm AbS= 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 24 圖 43 彈性套柱銷聯(lián)軸器 (3)萬向聯(lián)軸器 萬向聯(lián)軸器有多種結(jié)構(gòu)型式，例如：十字軸式、球籠式、球叉式、凸塊式、球銷式、球鉸式、球鉸柱塞式、三銷式、三叉桿式、三球銷式、鉸桿式等，最常用的為十字軸式，其次為球籠 式 ，萬向聯(lián)軸器的共同特點(diǎn)是角向補(bǔ)償量較大，不同結(jié)構(gòu)型式萬向聯(lián)軸器兩軸線夾角不相同，一般 ≤5176。 8 錯(cuò)誤 !未找到引用源。將平鍵沿 nn 截面分成兩部分，并把 nn 以下部分和軸作為一個(gè)整體來考慮?？?慮鍵在 nn 截面以上部分的平衡，在 nn 截面上的剪力 FS=bl 錯(cuò)誤 !未找到引用源。如圖 46，用于固定磁粉制動(dòng)器，使其能正常工作。 用 CAD 設(shè)計(jì)了試驗(yàn)臺(tái)總框架圖和總裝配圖，非標(biāo)準(zhǔn)的零件圖。自身能力的提高離不開我的指導(dǎo)老師羅紹新副教授的悉心指導(dǎo)和關(guān)懷。 a motor, which produces turning force according to output from the ECU。 在多年的學(xué)習(xí)生活中，還得到了許多車輛系領(lǐng)導(dǎo)和老師的熱情關(guān)心和幫助，在這里我要感謝你們。由于本人能力有限，所以不足之處還請(qǐng)大家?guī)兔χ赋?。本文?duì)電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的工作原理進(jìn)行了分析。 可選用此平鍵。 ，得 FS 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 ]=100MPa。萬向 聯(lián)軸器最大的特點(diǎn)是具有較大的角向補(bǔ)償能力，結(jié)構(gòu)緊湊，傳動(dòng)效率高。 bS=294 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 =294 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 半聯(lián)軸器的材料常用 TH200，有時(shí)也采用 ZG310570，柱銷材料多用 45 鋼，彈性套采用耐油橡膠制成。 考慮到機(jī)器啟動(dòng)、停車和工作中不穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)的動(dòng)載荷影響，計(jì)算轉(zhuǎn)矩 Tca 可按下式計(jì)算 Tca=KAT 式中 T— 聯(lián)軸器傳遞的名義轉(zhuǎn)矩，單位為 Nm； KA— 聯(lián)軸器的工作情況系數(shù)。聯(lián)軸器有些已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化。 圖 41 試驗(yàn)臺(tái)的布置 聯(lián)軸器的選擇與校核 聯(lián)軸器是用來聯(lián)接不同機(jī)構(gòu)中的兩根軸（主動(dòng)軸和從動(dòng)軸）使之共同旋轉(zhuǎn)以傳遞扭矩的機(jī)械零件。 圖 38 JN338 型數(shù)字轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器 該傳感器采用兩組特殊環(huán)形旋轉(zhuǎn)變壓器來實(shí)現(xiàn)能源的輸入及轉(zhuǎn)矩信號(hào)的輸出，從而解決了旋轉(zhuǎn)動(dòng)力傳遞系統(tǒng)中能源及信號(hào)可靠地在旋轉(zhuǎn)部分與靜止部分之間的傳遞問題。此種測量方法就是平人衡力法。 直流測速機(jī) 模擬式轉(zhuǎn)速傳感器 同步型 轉(zhuǎn)速傳感器 交流測速機(jī) 電渦流式 數(shù)字式轉(zhuǎn)速傳感器 光電式 異步型 磁電式 圖 36 車速傳感器的分類 汽車上的速度傳感器一般用的是數(shù)字式傳感器，它以集電極開路形式輸出的脈沖表示車速，在本測試系統(tǒng)中可以用基本輸入輸出系統(tǒng)輸出的脈沖來模擬，把這脈沖分別傳送給 ECU 和測試微機(jī)系統(tǒng)。 表 33 現(xiàn)場信號(hào)清單 序號(hào) 信號(hào)名稱 信號(hào)類型 信號(hào)源 路數(shù) 信號(hào)標(biāo)準(zhǔn) 1 車速信號(hào) 模擬量輸 入 波形發(fā)生器 1 方波 2 角度信號(hào) 數(shù)字量輸 入 角度傳感器 1 方 波 3 轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)矩 模擬量輸 入 扭矩傳感器 1 方波 4 電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩 模擬量輸 入 扭矩傳感器 1 方波 5 轉(zhuǎn)向阻力矩 模擬量輸 入 扭矩傳感器 1 方波 6 電動(dòng)機(jī)電流 模擬量輸 入 電動(dòng)機(jī)輸出端子 1 5~+5v 7 電動(dòng)機(jī)電壓 模擬量輸 入 電動(dòng)機(jī)輸出端子 1 5~+5v 試驗(yàn)臺(tái)用傳感器也有其自身的特殊要求。特性如圖 34 所示。盡管磁粉制動(dòng)器難以精確模擬行駛路況，但是可以實(shí)現(xiàn)磁粉制動(dòng)器負(fù)載的變化趨勢與路面行駛一致。 取 ， n=1400 r/min T= 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 表 31 不同類型電動(dòng)機(jī)技術(shù)特點(diǎn)比較 電機(jī)類型 項(xiàng)目 感應(yīng)電動(dòng)機(jī) 永磁有刷電動(dòng)機(jī) 永磁無刷電動(dòng)機(jī) 開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī) 結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 結(jié)構(gòu)簡單 三 相定子 鋁或銅籠轉(zhuǎn)子無永磁體 轉(zhuǎn)動(dòng)繞組 機(jī)械換向器 三相定子 永磁轉(zhuǎn)子 電子換向 四相定子 鋼鐵轉(zhuǎn)子 無轉(zhuǎn)子繞組 無永磁體 負(fù)荷效率 (%) 9092 8597 8597 7886 系統(tǒng)復(fù)雜程度 驅(qū)動(dòng)電路復(fù) 雜 控制器簡單 控制器簡單 高度復(fù)雜 使用技術(shù) 成熟 成熟 仍在發(fā)展 仍在發(fā)展 可靠性 一般 較好 優(yōu) 較好 力矩波動(dòng) 小 電動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)時(shí) 考慮 基本通過電磁 設(shè)計(jì)考慮 由電磁設(shè)計(jì)和電子控制考慮 功率密度 中 中 高 中 對(duì)助力大小要求較低的汽車，選用永磁有刷直流電動(dòng)機(jī)是一個(gè)好的選擇，因?yàn)橛?刷直流電動(dòng)機(jī)技術(shù)成熟、控制器結(jié)構(gòu)簡單、成本低；對(duì)要求助力較大的轎車，應(yīng)選擇永磁無刷直流電動(dòng)機(jī)，因?yàn)橛来艧o刷直流電動(dòng)機(jī)比其它類型電動(dòng)機(jī)更具有優(yōu)勢?？刂葡到y(tǒng)應(yīng)有較強(qiáng)抗干擾能力，以適應(yīng)汽車復(fù)雜的行駛環(huán)境。 我們根據(jù)采集的電動(dòng)機(jī)電流、轉(zhuǎn)向盤主扭矩和車速的數(shù)據(jù)畫成與助 力特性類似的曲線，然后和助力特性曲線比較，如果與之比較相符的話，就說明汽車電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向裝置的性能比較好；反之，就說明性能不是很好，針對(duì)這些就應(yīng)該對(duì)電子控制器進(jìn)行硬件和軟件上的修改。 (2)折線型助力特性 圖 24(b)所示為典型折線型助力特性。如需要完整說明書和 設(shè)計(jì)圖紙等 .請(qǐng)聯(lián)系 扣扣： 九七 一 九二 零八零零 另提供全套機(jī)械畢業(yè) 設(shè)計(jì)下載！ 該論文已經(jīng)通過答辯 助力特性對(duì)電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的性能，包括輕便性、回正性、路感等有重要影響。行車轉(zhuǎn)向比原地轉(zhuǎn)向車速增加了，接地面積滾動(dòng)成分增加，轉(zhuǎn)向阻力矩也突然減小。 其計(jì)算公式如下： 錯(cuò)誤 !未找到引用源。電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的電子控制單元根據(jù)轉(zhuǎn)矩信號(hào)、模擬車速信號(hào)，模擬發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)來控制助力電機(jī)的電流大小，這時(shí)助力電機(jī)會(huì)給 EPSECU 一個(gè)反饋電流， EPSECU 會(huì)根據(jù)這個(gè)反饋電流和下面的轉(zhuǎn)矩傳感器的轉(zhuǎn)矩信號(hào)時(shí)時(shí)控制電流大小， EPSECU 會(huì)把這 些數(shù)據(jù)傳給數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，然后進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)會(huì)根據(jù)情況來控制磁粉制動(dòng)器的阻力矩，來模擬路面的阻力情況。 (4)反向沖擊指標(biāo) 在轉(zhuǎn)向器輸出端施加沖擊力，電動(dòng)機(jī)應(yīng)迅速反應(yīng)制止轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)動(dòng)，沖擊時(shí)電流響應(yīng)時(shí)間不超過 10 毫秒，在轉(zhuǎn)向盤上不能產(chǎn)生大于 3 度的轉(zhuǎn)動(dòng)角度。 ? 回正試驗(yàn)時(shí)轉(zhuǎn)向器回不到中間位置，并未滿足回正特性技術(shù)要求。 電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向與液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向比較，轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)向盤時(shí)僅需克服轉(zhuǎn)向器的摩擦阻力，不存在回位彈簧阻力和反應(yīng)路感的油壓阻力。 EPS 系統(tǒng)還設(shè)有故障診斷模塊和保護(hù)措施，當(dāng) EPS 發(fā)生故障時(shí)，故障診斷及代碼顯示模塊發(fā)出報(bào)警信號(hào)，并且以故障代碼的形式指示故障類型同時(shí)， EPS 系統(tǒng)斷開電磁離合器，轉(zhuǎn)為手動(dòng)純機(jī)械轉(zhuǎn)向狀態(tài)。實(shí)車試驗(yàn)需要消耗大量的財(cái)力、人力和物力，如果在實(shí)車試驗(yàn)之前進(jìn)行必要的臺(tái)架試驗(yàn)，為后續(xù)實(shí)車試驗(yàn)獲得某些基本參數(shù)和算法，是非常有益的，同時(shí)也可以降低直接裝車進(jìn)行路試的危險(xiǎn)性和研究成本。對(duì)于傳統(tǒng)的液壓系統(tǒng)，可變轉(zhuǎn)向力矩獲得非常困難而且費(fèi)用很高，要想獲得可變轉(zhuǎn)向力矩，必須增加額外的控制器和其它硬件；電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的轉(zhuǎn)向力來自于助力電機(jī)，可變轉(zhuǎn)向力矩寫入控制模塊中，通過對(duì)軟件的重新編寫即可獲得，所需費(fèi)用很小。隨著電子技術(shù)的發(fā)展， EPS 技術(shù)日趨完善，并且其成本大幅度降低，因此其應(yīng)用范圍將越來越大。特別是在車輛高速化、駕駛?cè)藛T非職業(yè)化、車流密集化的今天，針對(duì)更多不同水平的駕駛?cè)巳?，汽車的操縱設(shè)計(jì)顯得尤為重要。 摘 要 本論文對(duì)電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向 (EPS)系統(tǒng)試驗(yàn)臺(tái)進(jìn)行了分析和設(shè)計(jì)。 選題背景與意義 汽車電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng) (EPS)在日本最先獲得實(shí)際應(yīng)用。電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的優(yōu)勢主要體現(xiàn)在： (1) 提高了汽車的操縱性能。 (5) 占用空間更小，質(zhì)量更輕，結(jié)構(gòu)更緊湊。 汽車 EPS 試驗(yàn)臺(tái)就是針對(duì)這一情況研制的，它采用微機(jī)為控制核心，采用傳感器對(duì) EPS 系統(tǒng)輸入端的扭矩、輸入端的轉(zhuǎn)角、輸出端的扭矩進(jìn)行檢測，實(shí)現(xiàn) EPS 性能和可靠性試驗(yàn)的自動(dòng)測量和圖形的動(dòng)態(tài)顯示，數(shù)據(jù)及特性曲線的自動(dòng)記錄輸出。 電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)不同車速下實(shí)時(shí)地為汽車轉(zhuǎn) 向提供不同的助力效果，減輕了汽車低速時(shí)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。電動(dòng)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(dòng)力轉(zhuǎn)向約輕 20%~25%以及在車上容易布置等優(yōu)點(diǎn)。 ? 做噪聲試驗(yàn)時(shí)未滿足噪音指標(biāo)的要求。 6 (5)空載轉(zhuǎn)動(dòng)力矩 檢查電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向裝置在電源關(guān)閉和接通狀態(tài)下轉(zhuǎn)動(dòng)的機(jī)械摩擦以及任何可能的機(jī)械阻力，轉(zhuǎn)動(dòng)阻力矩及其波動(dòng)應(yīng)符合設(shè)計(jì)要 求。本試驗(yàn)臺(tái)會(huì)把助力電動(dòng)機(jī)的電