【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 “阻力矩”的因素有輪胎接地的單位面積壓力、接地面積、摩擦系數(shù)等。顯然，負(fù)荷愈大，輪胎氣壓愈低，原地轉(zhuǎn)向阻力矩也將愈大。同時(shí)輪胎和路面間的摩擦系數(shù)增大，原地轉(zhuǎn)向阻力矩也將增大。 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(lái)的車速信號(hào)、轉(zhuǎn)向盤扭矩等參數(shù)決定。 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。同時(shí)也對(duì)助力電動(dòng)機(jī)的電流、電壓、輸出轉(zhuǎn)矩這些量進(jìn)行采集，以此來(lái)檢測(cè)電動(dòng)機(jī)的工作狀態(tài) 。 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。如需要完整說(shuō)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(guò)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。在傳統(tǒng)液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向中助力特性主要由閥的結(jié)構(gòu)決定，調(diào)整困難，且設(shè)計(jì)完成助力特性便確定，不隨車速變化；而 EPS 不同，助力特性曲線是電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向的控制目標(biāo)，由軟件來(lái)設(shè)置，可以設(shè)計(jì)成車速感應(yīng)型特性曲線，并可方便地進(jìn)行調(diào)節(jié)。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。圖24 為幾種典型 EPS 助力特性曲線。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。 圖 23 傳統(tǒng)液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向助力特性曲線 (a)直線型 (b)折線型 (c)曲線型 圖 24 助力特性曲線 助力特性曲線有以下幾種類型： (1)直線型助力特性 圖 24(a)為典型直線型助力特性。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。 (22) 式中， I 為電動(dòng)機(jī)目標(biāo)電流； Imax 為電動(dòng)機(jī)最大工作電流； Td 為轉(zhuǎn)向盤輸入矩；K(v)為助力特性曲線的梯度， 隨車速增加而減小； Td0 為系統(tǒng)開(kāi)始助力時(shí)轉(zhuǎn)向盤輸入力矩； Tmax 為系統(tǒng)提供最大助力時(shí)的轉(zhuǎn)向盤輸入力矩。 (2)折線型助力特性 圖 24(b)所示為典型折線型助力特性。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。 (23) 式中， K1(v)、 K2(v)分別為助力特性曲線梯度，隨車速增加而減??； Td1 為助力特性曲線梯度增大為 K2(v)時(shí)的轉(zhuǎn)向盤輸入力矩。 (3)曲線型助力特性 圖 24(c)所示為典型曲線型助力特性。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。 (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。助力特性曲線特征與參數(shù)11 的確定要與車型、駕駛員的要求相匹配。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。 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(shuō)明汽車電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向裝置的性能比較好；反之，就說(shuō)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。所以本測(cè)試系統(tǒng)既可以用于研究開(kāi)發(fā)人員對(duì)自己設(shè)計(jì)的 EPS 系統(tǒng)進(jìn)行檢測(cè)；也可以用于成品的檢查，這樣可以使不符合要求的產(chǎn)品從性能良好的產(chǎn)品中分離出去。 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。 檢測(cè)的主要性能參數(shù)為：汽車的車速，轉(zhuǎn)向盤的主扭矩和角度及車輪的阻力矩，電動(dòng)機(jī)的電流、電壓和轉(zhuǎn)矩。 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。此外， ECU 還有安全保護(hù)和自我診斷功能， ECU 通過(guò)采集電動(dòng)機(jī)的電流、電動(dòng)機(jī)電壓、發(fā)動(dòng)機(jī)工況等信號(hào)判斷其系統(tǒng)工作狀況是否正常，一旦系統(tǒng)工作異常，助力將自動(dòng)取消，系統(tǒng)轉(zhuǎn)變?yōu)槭謩?dòng)轉(zhuǎn)向狀態(tài)，同時(shí) ECU 將進(jìn)行故障診斷分析。 ECU 通常是一個(gè) 8 位單片機(jī)系統(tǒng)或者是 16 位電動(dòng)機(jī)控制專用微處 理器芯片，也可采用數(shù)字信號(hào)處理器 (Digital Signal Processing，簡(jiǎn)稱 DSP)作為控制單元。由于電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)存在非線性元件 (如摩擦和阻尼 )，另外元件的磨損、路面條件的變化和傳感器噪聲也會(huì)給系統(tǒng)帶來(lái)不確定性，因此控制系統(tǒng)與控制算法也是 EPS 的關(guān)鍵之一?？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?？刂扑惴☉?yīng)快速正確，滿足實(shí)時(shí)控制的要求，并能有效地實(shí)現(xiàn)理想的助力規(guī)律與特性。它是本系統(tǒng)檢測(cè)的關(guān)鍵部件。 電動(dòng)機(jī) 電動(dòng)機(jī)的功能是根據(jù)電子控制單元的指令輸出適宜的輔助轉(zhuǎn)矩，是 EPS 的動(dòng)力源。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。 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。這幾種電動(dòng)機(jī)不僅在結(jié)構(gòu)方面有各自的特點(diǎn)，而且在效率、功率密度、力矩波動(dòng)等技術(shù)參數(shù)也互不相同?？紤]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。 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(wú)刷電動(dòng)機(jī) 開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī) 結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 三 相定子 鋁或銅籠轉(zhuǎn)子無(wú)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(wú)轉(zhuǎn)子繞組 無(wú)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(jiǎn)單 控制器簡(jiǎn)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(guò)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(jiǎn)單、成本低；對(duì)要求助力較大的轎車，應(yīng)選擇永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)，因?yàn)橛来艧o(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)比其它類型電動(dòng)機(jī)更具有優(yōu)勢(shì)。雖然也可以用開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)，但是需要進(jìn)行許多的研究來(lái)克服其缺點(diǎn)。 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。主要有兩種形式：蝸輪蝸桿減速機(jī)構(gòu)和雙行星齒輪減速機(jī)構(gòu)。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)。本試驗(yàn)臺(tái)的測(cè)試減速機(jī)構(gòu)為蝸輪蝸桿減速機(jī)構(gòu)，減速比為 。 14 圖 31 蝸輪蝸桿減速機(jī)構(gòu) 轉(zhuǎn)向電動(dòng)機(jī) 磁粉制動(dòng)器的阻力矩最大值 Tc=100Nm， i=，轉(zhuǎn)向盤所需施加的轉(zhuǎn)矩 Td=Tc/i=100/ = PW錯(cuò)誤 !未找到引用源。 選擇 Y90L4 電動(dòng)機(jī)，將其有關(guān)參數(shù)帶入驗(yàn)算 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 取 ， n=1400 r/min T= 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 9550 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 =10Nm T 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 Td 所以轉(zhuǎn)向電動(dòng)機(jī)選 Y90L4。 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。磁粉制動(dòng)器是利用電磁效應(yīng)下的磁粉來(lái)傳遞轉(zhuǎn)矩的，具有激磁電流和傳遞轉(zhuǎn)矩基本成線性關(guān)系、響應(yīng)速度快、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、無(wú)沖擊、無(wú)振動(dòng)、無(wú)噪音、無(wú)污染等優(yōu)點(diǎn)，是一種多用途性能優(yōu)越的自動(dòng)控制元件，廣泛應(yīng)用于各種行業(yè)中機(jī)械的加載、制動(dòng)以及卷繞系統(tǒng)中收卷和放卷的張力控制。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。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(shì)與路面行駛一致。因此，通過(guò)磁粉制動(dòng)器研究可以探索電動(dòng)機(jī)15 的助力規(guī)律，檢驗(yàn)助力控制程序的運(yùn)行效 果，分析 EPS 對(duì)汽車轉(zhuǎn)向輕便性的影響。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。本試驗(yàn)臺(tái)采用瑞安市中瑞控制器廠生產(chǎn)的 CZ 型磁粉制動(dòng)器 (如圖 32)，其技術(shù)參數(shù)如表 32。 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(guò)調(diào)節(jié)激磁電流可以控制力矩的 大小。其特性如圖 33 所示。 圖 33 激磁電流 力矩特性 16 圖 34 轉(zhuǎn)速 力矩特性 (2) 轉(zhuǎn)速 力矩特性 力矩與轉(zhuǎn)速無(wú)關(guān)，保持定值。靜力矩和動(dòng)力矩沒(méi)有差別。特性如圖 34 所示。 (3) 負(fù)載特性 磁粉制動(dòng)器的允許滑差功率在散熱條件一定時(shí)是定值。其連續(xù)運(yùn)行時(shí)，實(shí)際滑差需在允許滑差功率以內(nèi)。使用轉(zhuǎn)速高時(shí)，需降低力矩使用。其特性如圖 35所示。 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。一般來(lái)講傳感器的選用與以下幾個(gè)方 面密切相關(guān)： ? 控制方面的要求：涉及測(cè)定的目的、測(cè)量的對(duì)象、測(cè)量的范圍以及精度要求等； ? 今傳感器的性質(zhì)：包括精度等級(jí)、穩(wěn)定性、對(duì)象的特性影響等； 17 ? 使用條件：主要涉及應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)的環(huán)境因素； ? 供求水平和維護(hù)：也即經(jīng)濟(jì)性和良好的維護(hù)性。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。 表 33 現(xiàn)場(chǎng)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。具體體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面： (1)有較好的環(huán)境適應(yīng)性； (2)批量生產(chǎn)，并具有互換性； (3)高可靠性，穩(wěn)定性好； (4)盡可能小型、輕量，便于安裝； (5)抗電磁干擾能力強(qiáng)； (6)性能 :精度高、響應(yīng)快，從而滿足試驗(yàn)臺(tái)實(shí)時(shí)采集數(shù)據(jù)的要求。 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。 在該系統(tǒng)中，最主要的性能參數(shù)為汽車的車速，轉(zhuǎn)向盤的主扭矩和電動(dòng)機(jī)目標(biāo)電流，下面對(duì)這三者所用的傳感器和檢測(cè)方法加以詳細(xì)的說(shuō)明。 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。 1)模擬式轉(zhuǎn)速傳感器是取其與被測(cè)轉(zhuǎn)速成正比的電壓幅度作為輸出信號(hào)，稱為測(cè)速發(fā)電機(jī)。測(cè)速發(fā)電機(jī)的構(gòu)造簡(jiǎn)單可靠，耐振動(dòng)沖擊，速度范圍小，但溫漂較大，不適于高溫環(huán)境。 2)數(shù)字式傳感器是取其與被測(cè)轉(zhuǎn)速的頻率成正比的電脈沖作為輸出信號(hào)，按獲取轉(zhuǎn)速信號(hào)的方式可分為電渦流式，光電式和磁電式三種。 直流測(cè)速機(jī)