【正文】 強(qiáng)。目前，在全世界汽車行業(yè)中，電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)每年正以 90%~10%的增長(zhǎng)速度發(fā)展，年增長(zhǎng)量達(dá) 130萬(wàn) ~150 萬(wàn)套， 20xx 年將超過(guò) 1000 萬(wàn)套。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)出現(xiàn)故障停止工作時(shí)，液壓泵也不工作，結(jié)果也會(huì)喪失助力效能，這就降低 工作可靠性。 特性試驗(yàn)的性能技術(shù)要求 國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《汽車電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向裝置技術(shù)條件與臺(tái)架試驗(yàn)方法》中對(duì)電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)性能技術(shù)條件有如下： (1)功能要求 模擬不同車速轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)向盤的過(guò)程中感覺在轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)向盤的過(guò)程中應(yīng)平滑、無(wú)卡滯；轉(zhuǎn)向盤無(wú)明顯振動(dòng)，轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)向盤至任意角度停下時(shí)轉(zhuǎn)向器輸出端不應(yīng)有慣性延時(shí)現(xiàn)象。 試驗(yàn)臺(tái)系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框圖如圖 21 所示，通過(guò)傳感器來(lái)測(cè)量一些電量和非電量， 這些量為 ： 車速、 EPS 裝置中轉(zhuǎn)向盤的主扭矩、轉(zhuǎn)向盤的轉(zhuǎn)向角度和制動(dòng)器阻力矩，助力電動(dòng)機(jī)的電流、電壓和轉(zhuǎn)矩等。 在本測(cè)試系統(tǒng)中除了對(duì)轉(zhuǎn) 向盤的主扭矩、電動(dòng)機(jī)的助力轉(zhuǎn)矩和整個(gè)轉(zhuǎn)向裝置所受的阻力矩的采集以外，還對(duì)車速和轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角進(jìn)行采集，對(duì)車速進(jìn)行采集是因?yàn)橐话愕钠囯妱?dòng)助力轉(zhuǎn)向裝置 EPS 中的電子控制單元 ECU 需要車速這個(gè)量；而采集汽車轉(zhuǎn)向盤角這個(gè)量是為了測(cè)量助力轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角的關(guān)系。 (24) 比較上述 3 種助力特性曲線，直線型助力特性最簡(jiǎn)單，數(shù)據(jù)量小，存儲(chǔ)方便，有利于控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，并且在實(shí)際中調(diào)整容易；曲線型助力特性復(fù)雜，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)量大，調(diào)整不方便；折線型助力特性則介于兩者之間。 13 表 31 分析了不同電動(dòng)機(jī)的技術(shù)特點(diǎn)及其滿足 EPS 使用要求的情況。 磁粉制動(dòng)器 本系統(tǒng)中應(yīng) 用磁粉制動(dòng)器來(lái)模擬轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的阻力矩。 圖 35 負(fù)載特性 傳感器的選擇 傳感器是能夠感受規(guī)定的被測(cè)量并按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號(hào)的器件或裝置。在本系統(tǒng)中主要用于測(cè)量轉(zhuǎn)向盤的主扭矩，轉(zhuǎn)向阻力矩和助力電機(jī)力矩。% 錯(cuò)誤 !未找到引用源。若傳遞的轉(zhuǎn)矩不大，可以一半采用鉸制孔用螺栓，另一半采用普通螺栓，這種結(jié)構(gòu)裝拆時(shí)軸不需作軸向移動(dòng)，只需拆卸螺栓即可，比較方便，可用于經(jīng)常裝拆的場(chǎng)合。 Tca=KAT T=50Nm， KA= 帶入公式 Tca= 錯(cuò)誤 !未找到引用源。~45176。因?yàn)榧僭O(shè)在 nn 截面上切應(yīng)力均勻分布，故 nn 截面25 上的剪力 FS 為 FS=A 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 26 圖 46 磁粉制動(dòng)器支架 減速機(jī)構(gòu)支架 磁粉制動(dòng)器支架已設(shè)計(jì)好，根據(jù)磁粉制動(dòng)器裝配好的軸線高度設(shè)計(jì)減速機(jī)構(gòu)支架，如圖 47 使用最簡(jiǎn)單的支架結(jié)構(gòu)，關(guān)鍵保證支架的高度，使減速機(jī)構(gòu)裝配好后，其軸線高度與磁粉制動(dòng)器的高度差上下不超過(guò) 10mm，滿足機(jī)構(gòu)能正常運(yùn)行。在此 論文完成之際，謹(jǐn)向您致以最誠(chéng)摯的敬意！您淵博的學(xué)識(shí)、求實(shí)的作風(fēng)、具有開拓性的科學(xué)研究和對(duì)事業(yè)的執(zhí)著追求精神，讓我體會(huì)到了現(xiàn)代學(xué)者的風(fēng)采，同樣感到親人般的溫暖和關(guān)愛。還要感謝東華轉(zhuǎn)向器公司對(duì)我的幫助。 圖 48 轉(zhuǎn)向電機(jī)支架 27 第五章 結(jié) 論 結(jié)論 汽車電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是汽車的關(guān)鍵部件之一，在汽車特別是乘用車上的應(yīng)用和普及，是大勢(shì)所趨。 對(duì)軸心取矩，由平衡方程 錯(cuò)誤 !未找到引用源。萬(wàn)向聯(lián)軸器利用其機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)，使兩軸不在同一軸線，存在軸線夾角的情況下能實(shí)現(xiàn)所聯(lián)接的兩軸連續(xù)回轉(zhuǎn)，并可靠地傳遞轉(zhuǎn)矩和運(yùn)動(dòng)。 =294N 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 30 m/s 時(shí)可采用 HT200。如圖 41 從右到左為液壓缸，滑臺(tái)，轉(zhuǎn)向電動(dòng)機(jī)，彈性聯(lián)軸器，轉(zhuǎn)矩傳感器，萬(wàn)向節(jié)聯(lián)軸器，減速器，助力電機(jī)， 萬(wàn)向聯(lián)軸器，轉(zhuǎn)矩傳感器，凸緣聯(lián)軸器，磁粉制動(dòng)器，滑臺(tái)，液壓缸。 (2)平衡力法 (反力法 )對(duì)于任何一種勻速工作動(dòng)力機(jī)械或制動(dòng)機(jī)械，當(dāng)它的主軸受轉(zhuǎn)矩作用時(shí)，在它的機(jī)殼上必定同時(shí)作用著一個(gè)方向相反的平衡力矩 (或稱為支座反力矩 )，測(cè)量支座上的反力矩就 .用以確定機(jī)器主軸上作用轉(zhuǎn)矩的大小與方向。同時(shí)試驗(yàn)臺(tái)系統(tǒng)的工作環(huán)境的多變性，以及來(lái)自電動(dòng)機(jī)和功率驅(qū)動(dòng)電路的電磁干擾比較大，考慮到人身安全要求的高可靠性等。在該系統(tǒng)中，利用磁粉制動(dòng)器來(lái)模擬汽車整個(gè)轉(zhuǎn)向裝置所受的阻力矩。考慮到汽車的特點(diǎn)，要求 EPS 選用的電動(dòng)機(jī)應(yīng)該具有尺寸小、質(zhì)量輕、效率高、力矩波動(dòng)與噪聲小，可靠性高、能與汽車使用環(huán)境相適應(yīng)，包括對(duì)電源的需求等。一般直線型助力特性適用于前軸負(fù)荷較小的車型，曲線型助力特性適用于前軸負(fù)荷較大的車型，折線型助力特性則介于兩者之間。 轉(zhuǎn)向盤主扭矩與助力電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩的關(guān)系 此處省略 NNNNNNNNNNNN 字。 試驗(yàn)臺(tái)測(cè)試項(xiàng)目 車速 由于車速傳感器 的信號(hào)經(jīng)過(guò)整形后發(fā)出的是脈沖信號(hào)，每個(gè)脈沖表示磁電式車速傳感器的被測(cè)齒盤輪齒轉(zhuǎn)過(guò)一齒，那么汽車的行駛速度就可以用單位時(shí)間內(nèi)的脈沖數(shù)、被測(cè)齒盤齒輪齒數(shù)與車輪的行駛半徑計(jì)算出來(lái)。 (3)助力電流特性 按照不同的車速，測(cè)量輸入軸力矩并繪制助力電流特性曲線，該特性應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求。若液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的油路進(jìn)入空氣或者貯油罐油面過(guò)低，工作時(shí)將產(chǎn)生較大噪聲，在排除氣體之前會(huì)影響助力效果；而電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向僅在電動(dòng)機(jī)工作時(shí)有輕微的噪聲。 EPS 是汽車關(guān)鍵零部 件之一，其質(zhì)量對(duì)汽車轉(zhuǎn)向有著重要的影響。新一代的 EPS 則不僅在低速和停車時(shí)提供助力， 而且還能在高速時(shí)提高汽車的操縱穩(wěn)定性。在本文中，對(duì)EPS 試驗(yàn)臺(tái)的兩種布置形式進(jìn)行了對(duì)比和選擇，結(jié)合現(xiàn)代 EPS 系統(tǒng)試驗(yàn)臺(tái)的發(fā)展趨勢(shì)，對(duì) EPS 系統(tǒng)試驗(yàn)臺(tái)進(jìn)行了分析和設(shè)計(jì)。 EPS 能在各種行駛工況下提供最佳助力，減少由路面不平所引起的對(duì)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的擾動(dòng)，改善汽車的轉(zhuǎn)向特性，減小汽車低速行駛時(shí)的轉(zhuǎn)向操縱力，提高汽車高速行駛時(shí)的轉(zhuǎn)向穩(wěn)定性，進(jìn)而提高汽車的主動(dòng)安全性。同時(shí)具有儲(chǔ)存、打印和再處理功能。 5 典型試驗(yàn)介 紹 名詞定義 國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《汽車電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向裝置技術(shù)條件與臺(tái)架試驗(yàn)方法》中對(duì)循環(huán)和損壞有如下定義： 循環(huán)：轉(zhuǎn)向器輸入端由中間位置向一個(gè)方向旋轉(zhuǎn)至規(guī)定的角度后，返回中間位置再向另外一個(gè)方向旋轉(zhuǎn)之規(guī)定角度后，再回到中間位置為 1 個(gè)循環(huán)。 (6)回正特性 1)低速行駛回正時(shí)，回正特性曲線應(yīng)通過(guò)原點(diǎn)； 2)高速行駛回正時(shí)，回正特性曲線允許有殘留角，該值不大于 5 度。汽車轉(zhuǎn)彎時(shí) ，前輪上作用著與轉(zhuǎn)向力相應(yīng)的“繞主銷的阻力矩”，通常籠統(tǒng)地稱為回正力矩。圖 23 所示為傳統(tǒng)液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向的助力特性曲線，俗稱盆形曲線。 12 第三章 電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向試驗(yàn)臺(tái)各部件的選用 系統(tǒng)主要部件 測(cè)控系統(tǒng)主要有電子控制單元 (ECU)，電動(dòng)機(jī)，減速機(jī)構(gòu)，磁粉制動(dòng)器，多功能數(shù)據(jù)采集卡，車速傳感器，轉(zhuǎn)矩傳感器等部件組成。 減速機(jī)構(gòu) EPS 的減速機(jī)構(gòu)與電動(dòng)機(jī)相連，用來(lái)增大電動(dòng)機(jī)的輸出扭矩。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。 從表 33 中可以看出，本系統(tǒng)中待檢測(cè)的信號(hào)比較多，而且信號(hào)的種類又不同，主要有轉(zhuǎn)矩信號(hào)、速度信號(hào)、轉(zhuǎn)角信號(hào)、電流信號(hào)、電壓信號(hào)等。常用這種方法的有電力測(cè)功機(jī)、水力測(cè)功機(jī)和空氣、磁粉等測(cè)功機(jī)類。聯(lián)軸器由兩半部分組成，分別與主動(dòng)軸和從動(dòng)軸聯(lián)接。 100=130Nm 磁粉制動(dòng)器的輸入軸的直徑 d=38mm，根據(jù)《機(jī)械工程及自動(dòng)化簡(jiǎn)明設(shè)計(jì)手冊(cè)》選取凸緣聯(lián)軸器 YL7，其額定轉(zhuǎn)矩為 160Nm,大于 130Nm，滿足要求，轉(zhuǎn)速較小，所以選取材料為 HT200。 ]=30MPa 可以選用 TL4 型彈性套柱銷聯(lián)軸器。 圖 44 萬(wàn)向聯(lián)軸器 萬(wàn)向聯(lián)軸器與 EPS 系統(tǒng)連接，可以補(bǔ)償各部件高度上的微小差別，保證試驗(yàn)臺(tái)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。 式中 l=38mm， 故有 可見平鍵滿足剪切強(qiáng)度條件。 主要完成以下工作： 完成了電動(dòng)助力試驗(yàn)臺(tái)總體方案的確定和設(shè)計(jì)，根據(jù)需要選擇了試驗(yàn)臺(tái)用轉(zhuǎn)矩傳感器，磁粉制動(dòng)器，聯(lián)軸器，電動(dòng)機(jī)，液壓滑臺(tái)。 最后，向?qū)忛啽疚牡睦蠋焸冎戮矗? 周云鵬 20xx 年 6 月 于南京 30 附錄 A：英文資料 Offline Detection of Electric Power Steering (EPS) Xu Hanbin Zhang Zhongfu School of Mechantronic Engineering Wuhan University of Technology. Wuhan 430070, CHINA\ Abstract: Increasing use of electric power steering (EPS) systems, which affect vehicle dynamic behavior, has prompted the need for a more effective method of testing electric power steering systems, especially to electric control unit (ECU) in EPS. This research aims at building EPS offline platform for realization of performance detection. First, the control logic on EPS is analyzed, and all kinds of input signals influencing on EPS are analyzed and modeled. They include engine velocity, vehicle velocity, selfdiagnosis signal, starter signal and the steering angle. Then, the hardware intheloop simulation (HILS) system is designed. The industrial puter is selected as the main test platform with some ISAbus cards. In addition, the conversion interface is designed to suit the inout need of EPS and the industrial puter. The system will be achieved with both simplicity and usability taken into account. The correlative control software is also developed with the good friendly interface. It can realize the storage of the testing data automatically. At last, the hardwarein theloop simulation system that can implement an actual load (prepared) torque delivered to the steering column is achieved. Experimental studies show that the hardwareintheloop simulation system can satisfy the need of offline detection. Keywords： simulation, electric power steering, hardwareintheloop I. Introduction Electric power steering (EPS) is more energy efficient and environmentally patible. It consumes approximately onetwentieth the energy of conventional hydraulic power steering systems and, as it does not contain any oil, it does not pollute the environment both when it is produced and discarded. As a result, this motivates the great increase of EPSequipped vehicles recently. Although electric power steering systems offer significant advantages over their hydraulic counterparts, electric motor technology and controls had not reached the point where they could be used in this application until just recently. Thus, it is very necessary to improve EPS quality continuously, especially to