【文章內(nèi)容簡介】 感器已經(jīng)將這2 個功能集成為一體）。扭矩和方向盤位置信息經(jīng)過控制單元處理，連同傳入控制單元的車速信號，根據(jù)預先設計好的程序產(chǎn)生助力指令。該指令傳到電機，由電機產(chǎn)生扭矩傳到助力機構(gòu)上去，這里的齒輪機構(gòu)則起到增大扭矩的作用。這樣，助力扭矩就傳到了轉(zhuǎn)向柱并最終完成了助力轉(zhuǎn)向。 8 電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)特點 (1)節(jié)約了能源消耗。 與傳統(tǒng)的液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)相比，沒有系統(tǒng)要求的常運轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)向油泵，且電動機只是在需要轉(zhuǎn)向時才接通電源，所以動力消耗和燃油消耗均可降到最低。還消除了由于轉(zhuǎn)向油泵帶來的噪音污染。液壓動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)需要發(fā)動機帶動液壓油泵，使液壓油不停地流動，再加上存在管流損失等因素，浪費了部分能量。相反EPS 僅在需要轉(zhuǎn)向操作時才需要向電機提供的能量。而且，EPS系統(tǒng)能量的消耗與轉(zhuǎn)向盤的轉(zhuǎn)向及當前的車速有關。當轉(zhuǎn)向盤不轉(zhuǎn)向時，電機不工作；需要轉(zhuǎn)向時，電機在控制模塊的作用下開始工作，輸出相應大小及方向的轉(zhuǎn)矩以產(chǎn)生助動轉(zhuǎn)向力矩。該系統(tǒng)真正實現(xiàn)了“按需供能”，是真正的“按需供能型”（ondemand）系統(tǒng)，在各種行駛條件下可節(jié)能80%左右。(2)改善了轉(zhuǎn)向回正特性。 當駕駛員轉(zhuǎn)動方向盤一角度然后松開時，EPS 系統(tǒng)能夠自動調(diào)整使車輪回到正中。同時還可利用軟件在最大限度內(nèi)調(diào)整設計參數(shù)以獲得最佳的回正特性。通過靈活的軟件編程，容易得到電機在不同車速及不同車況下的轉(zhuǎn)矩特性，這些轉(zhuǎn)矩特性使得該系統(tǒng)能顯著地提高轉(zhuǎn)向能力，提供了與車輛動態(tài)性能相匹配的轉(zhuǎn)向回正特性。而在傳統(tǒng)的液壓控制系統(tǒng)中，要改善這種特性必須改造底盤的機械結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)起來很困難。(3)提高了操縱穩(wěn)定性。 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是影響汽車操縱穩(wěn)定性的重要因素之一。傳統(tǒng)液壓動力轉(zhuǎn)向由于不能很好地對助力進行實時調(diào)節(jié)與控制，所以協(xié)調(diào)轉(zhuǎn)向力與路感的能力較差，特別是汽車高速行駛時，仍然會提供較大助力，使駕駛員缺乏路感，甚至感覺汽車發(fā)飄，從而影響操縱穩(wěn)定性。但EPS是由電動機提供助力，助力大小由電子控制單元（ECU）根據(jù)車速、方向盤輸入扭矩等信號進行實時調(diào)節(jié)與控制，可以很好地解決這個矛盾。(4)安全可靠。 EPS 系統(tǒng)控制單元ECU 具有故障自診斷功能，當ECU 檢測到某一組件工作異常，如各傳感器、電磁離合器、電動機、電源系統(tǒng)及汽車點火系統(tǒng)等，便會立即控制電磁離合器分離停止助力，并顯示出相應的故障代碼，轉(zhuǎn)為手動轉(zhuǎn)向，按普通轉(zhuǎn)向控制方式進行工作，確保了行車的安全。 9 線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（SBW）在車輛高速化、駕駛?cè)藛T大眾化、車流密集化的今天，針對更多不同水平的駕駛?cè)巳?，汽車的易操縱性設計顯得尤為重要。線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（SteeringByWire Systerm，簡稱SBW）的發(fā)展，正是滿足這種客觀需求。它是繼EPS 后發(fā)展起來的新一代轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，具有比EPS 操縱穩(wěn)定性更好的特點，它取消轉(zhuǎn)向盤與轉(zhuǎn)向輪之間的機械連接，完全由電能實現(xiàn)轉(zhuǎn)向，徹底擺脫傳統(tǒng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)所固有的限制，提高了汽車的安全性和駕駛的方便性。 線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的構(gòu)成SBW 系統(tǒng)一般由轉(zhuǎn)向盤模塊、轉(zhuǎn)向執(zhí)行模塊和主控制器ECU、自動防故障系統(tǒng)以及電源等模塊組成。轉(zhuǎn)向盤模塊包括路感電機和轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角傳感器等，轉(zhuǎn)向盤模塊向駕駛員提供合適的轉(zhuǎn)向感覺（ 也稱為路感） 并為前輪轉(zhuǎn)角提供參考信號。轉(zhuǎn)向執(zhí)行模塊包括轉(zhuǎn)向電機、齒條位移傳感器等, 實現(xiàn)兩個功能: 跟蹤參考前輪轉(zhuǎn)角、向轉(zhuǎn)向盤模塊反饋輪胎所受外力的信息以反饋車輛行駛狀態(tài)。主控制器控制轉(zhuǎn)向盤模塊和轉(zhuǎn)向執(zhí)行模塊的協(xié)調(diào)工作。 線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的工作原理當轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)動時, 轉(zhuǎn)向傳感器和轉(zhuǎn)向角傳感器檢測到駕駛員轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)向盤的轉(zhuǎn)角并轉(zhuǎn)變成電信號輸入到ECU, ECU 根據(jù)車速傳感器和安裝在轉(zhuǎn)向傳動機構(gòu)上的位移傳感器的信號來控制轉(zhuǎn)矩反饋電動機的旋轉(zhuǎn)方向,并根據(jù)轉(zhuǎn)向力模擬,生成反饋轉(zhuǎn)矩, 控制轉(zhuǎn)向電動機的旋轉(zhuǎn)方向、轉(zhuǎn)矩大小和旋轉(zhuǎn)角度,通過機械轉(zhuǎn)向裝置控制轉(zhuǎn)向輪的轉(zhuǎn)向位置，使汽車沿著駕駛員期望的軌跡行駛。 線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)特點（1） 取消了方向盤和轉(zhuǎn)向車輪之間的機械連接，通過軟件協(xié)調(diào)它們之間的運動關系，因而消除了機械約束和轉(zhuǎn)向干涉問題，可以根據(jù)車速和駕駛員喜好由程序根據(jù)汽車的行駛工況實時設置傳動比。（2）去掉了原來轉(zhuǎn)向系統(tǒng)各個模塊之間的剛性機械連接，采用柔性連接，使轉(zhuǎn)向系 10統(tǒng)在汽車上的布置更加靈活，轉(zhuǎn)向盤的位置可以方便地布置在需要的位置。（3） 提高了汽車的操縱性。由于可以實現(xiàn)傳動比的任意設置，并針對不同的車速，轉(zhuǎn)向狀況進行參數(shù)補償，從而提高了汽車的操縱性。（4） 改善駕駛員的“路感”。由于轉(zhuǎn)向盤和轉(zhuǎn)向輪之間無機械連接，駕駛員“路感”通過模擬生成。使得在回正力矩控制方面可以從信號中提出最能夠反映汽車實際行駛狀態(tài)和路面狀況的信息，作為轉(zhuǎn)向盤回正力矩的控制變量，使轉(zhuǎn)向盤僅僅向駕駛員提供有用信息，從而為駕駛員提供更為真實的“路感”。（5）減少了機構(gòu)部件數(shù)量，而減少了從執(zhí)行機構(gòu)到轉(zhuǎn)向車輪之間的傳遞過程，使系統(tǒng)慣性、系統(tǒng)摩擦和傳動部件之間的總間隙都得以降低，從而使系統(tǒng)的響應速度和響應的準確性得以提高。 齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器概述 齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器結(jié)構(gòu)及工作原理齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器分兩端輸出式和中間（或單端）輸出式兩種。 11圖 11 兩端輸出的齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器如圖 11 所示，作為傳動副主動件的轉(zhuǎn)向齒輪軸 11 通過軸承 12 和 13 安裝在轉(zhuǎn)向器殼體 5 中，其上端通過花鍵與萬向節(jié)叉 10 和轉(zhuǎn)向軸連接。與轉(zhuǎn)向齒輪嚙合的轉(zhuǎn)向齒條 4 水平布置，兩端通過球頭座 3 與轉(zhuǎn)向橫拉桿 1 相連。彈簧7 通過壓塊 9 將齒條壓靠在齒輪上，保證無間隙嚙合。 彈簧的預緊力可用調(diào)整螺塞 6 調(diào)整。當轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)向盤時，轉(zhuǎn)向器齒輪 11 轉(zhuǎn)動，使與之嚙合的齒條 4 沿軸向移動，從而使左右橫拉桿帶動轉(zhuǎn)向節(jié)左右轉(zhuǎn)動，使轉(zhuǎn)向車輪偏轉(zhuǎn)，從而實現(xiàn)汽車轉(zhuǎn)向。 中間輸出的齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器如圖 12 所示，其結(jié)構(gòu)及工作原理與兩端輸出的齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器基本相同，不同之處在于它在轉(zhuǎn)向齒條的中部用螺栓 6 與左右轉(zhuǎn)向橫拉桿 7相連。在單端輸出的齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器上，齒條的一端通過內(nèi)外托架與轉(zhuǎn)向橫拉桿相連。 圖 12 殼體 齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器功能特點(1)構(gòu)造筒單,結(jié)構(gòu)輕巧。由于齒輪箱小,齒條本身具有傳動桿系的作用,因此,它不需耍循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器上所使用的拉桿(2)因齒輪和齒條直接嚙合,操縱靈敏性非常高。(3)滑動和 12轉(zhuǎn)動阻力小,轉(zhuǎn)矩傳遞性能較好,因此,轉(zhuǎn)向力非常輕。(4)轉(zhuǎn)向機構(gòu)總成完全封閉,可免于維護。 液壓助力轉(zhuǎn)向器概述 兼用駕駛員體力和發(fā)動機(或電機)的動力為轉(zhuǎn)向能源的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，它是在機械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的基礎上加設一套轉(zhuǎn)向加力裝置而形成的。其中屬于轉(zhuǎn)向加力裝置的部件是：轉(zhuǎn)向油泵 轉(zhuǎn)向油管 轉(zhuǎn)向油罐 6 以及位于整體式轉(zhuǎn)向器 10 內(nèi)部的轉(zhuǎn)向控制閥及轉(zhuǎn)向動力缸等。圖 131. 方向盤 13圖 14當駕駛員轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)向盤 1 時，轉(zhuǎn)向搖臂 9 擺動，通過轉(zhuǎn)向直拉桿 1橫拉桿 轉(zhuǎn)向節(jié)臂 7，使轉(zhuǎn)向輪偏轉(zhuǎn)，從而改變汽車的行駛方向。與此同時，轉(zhuǎn)向器輸入軸還帶動轉(zhuǎn)向器內(nèi)部的轉(zhuǎn)向控制閥轉(zhuǎn)動，使轉(zhuǎn)向動力缸產(chǎn)生液壓作用力，幫助駕駛員轉(zhuǎn)向操縱。這樣，為了克服地面作用于轉(zhuǎn)向輪上的轉(zhuǎn)向阻力矩，駕駛員需要加于轉(zhuǎn)向盤上的轉(zhuǎn)向力矩，比用機械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)時所需的轉(zhuǎn)向力矩小得多?！　≡谥本€行駛時，方向盤處于中間位置，方向盤輻條處于水平位置，閥芯和閥套之間也處于中間位置，所有控制口接通，液壓油毫無阻礙地流經(jīng)轉(zhuǎn)向閥返回到儲油罐。方向盤轉(zhuǎn)動時，轉(zhuǎn)向軸帶動閥芯相對于閥套運動，由于閥的控制邊口位置的變化，液壓油將進入轉(zhuǎn)向器的油缸內(nèi)，推動活塞運動而產(chǎn)生推力。在齒條與小齒輪嚙合位置的背面裝有由彈簧壓緊的壓力塊，通過調(diào)節(jié)螺釘來改變彈簧的預緊力，可消除齒輪齒條嚙合的間隙。當向右轉(zhuǎn)動方向盤時，轉(zhuǎn)向力矩使得彈性扭力桿扭轉(zhuǎn)，并且轉(zhuǎn)向管柱的轉(zhuǎn)角要比轉(zhuǎn)向機小齒輪轉(zhuǎn)得多一點，這就使得右邊旋轉(zhuǎn)柱塞閥芯下移，使得進油通道開大；左邊旋轉(zhuǎn)柱塞閥芯上移，關閉進油通道，此時左右旋轉(zhuǎn)柱塞閥芯分別打開和關閉各自的回油通道。根據(jù)右邊旋轉(zhuǎn)柱塞閥芯進油通道開度大小，來控制流入工作缸左邊的液壓油的流量和油壓。工作缸左邊的液壓油推動轉(zhuǎn)向機活塞向右運動，起到助力作用。轉(zhuǎn)向機活塞移動距離的大小，則 14取決于施加在轉(zhuǎn)向盤上轉(zhuǎn)向力矩的大小。轉(zhuǎn)向機工作缸右邊的液壓油在轉(zhuǎn)向機活塞的作用下，通過打開的回油環(huán)槽返回到儲油罐中。當向左轉(zhuǎn)動方向盤時，情況與向右轉(zhuǎn)動方向盤時相反。動力轉(zhuǎn)向器的閥孔同時也具有節(jié)流阻尼的作用，不需要象機械轉(zhuǎn)向器那樣另外加轉(zhuǎn)向避振器。在轉(zhuǎn)向回正時，通過閥的阻尼力來防止轉(zhuǎn)向回正速度過快，增加轉(zhuǎn)向回正的舒適性，或者通過阻尼作用減小汽車直線行駛時由于路面的不平對前輪的沖擊引起方向盤的抖動和打手，提高其保持直線行駛的能力。 國內(nèi)外發(fā)展情況 本課題研究的目的和意義改革開放以來，我國汽車工業(yè)發(fā)展迅猛。作為汽車關鍵部件之一的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)也得到了相應的發(fā)展，基本已形成了專業(yè)化、系列化生產(chǎn)的局面。有資料顯示，國外有很多國家的轉(zhuǎn)向器廠，都已發(fā)展成大規(guī)模生產(chǎn)的專業(yè)廠，年產(chǎn)超過百萬臺，壟斷了轉(zhuǎn)向器的生產(chǎn)，并且銷售點遍布了全世界。由于汽車轉(zhuǎn)向器屬于汽車系統(tǒng)中的關鍵部件，它在汽車系統(tǒng)中占有重要位置，因而它的發(fā)展同時也反映了汽車工業(yè)的發(fā)展，它的規(guī)模和質(zhì)量也成為了衡量汽車工業(yè)發(fā)展水平的重要標志之一。隨著汽車高速化和超低扁平胎的通用化，過去采用循環(huán)球轉(zhuǎn)向器和循環(huán)球變傳動比轉(zhuǎn)向器只能相對地解決轉(zhuǎn)向輕便性和操縱靈便性的問題，要想從跟本上解決這兩個問題只有安裝動力轉(zhuǎn)向器。因此，除了重型汽車和高檔轎車早已安裝動力轉(zhuǎn)向器外，近年來在中型貨車、豪華客車及中檔轎車上都已經(jīng)開始安裝動力轉(zhuǎn)向器，隨著動力轉(zhuǎn)向器的設計水平的提高、生產(chǎn)規(guī)模的擴大和市場的需要，其他的一些車型也必須陸續(xù)安裝動力轉(zhuǎn)向器。液壓助力型轉(zhuǎn)向器的設計使汽車在低速行駛或車輛就位時，駕駛員只需用較小的操作力就能靈活進行轉(zhuǎn)向。而在高速行駛時，則自動控制，使操作力逐漸增 15大，實現(xiàn)了穩(wěn)定操縱。雖然這種轉(zhuǎn)向器具有很多優(yōu)點，在目前的技術水準下它仍然存在某些不足之處，例如助力較小等。因此，目前液壓式動力轉(zhuǎn)向器仍然占據(jù)著很大的市場份額，其性能也在不斷地提高。對于液壓助力型動力轉(zhuǎn)向器的研究有著非常深遠的意義。因此本課題在考慮上述要求和因素的基礎上研究利用轉(zhuǎn)向盤的旋轉(zhuǎn)帶動傳動機構(gòu)的齒輪齒條轉(zhuǎn)向軸轉(zhuǎn)向，通過萬向節(jié)帶動轉(zhuǎn)向齒輪軸旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)向齒輪軸與轉(zhuǎn)向齒條嚙合，從而促使轉(zhuǎn)向齒條直線運動，實現(xiàn)轉(zhuǎn)向。實現(xiàn)了轉(zhuǎn)向器結(jié)構(gòu)簡單緊湊，軸向尺寸短，且零件數(shù)目少的優(yōu)點又能增加助力，從而實現(xiàn)了汽車轉(zhuǎn)向的穩(wěn)定性和靈敏性。 本文主要研究內(nèi)容 16第二章 汽車主要參數(shù)的選擇 汽車主要尺寸的確定 汽車的主要尺寸參數(shù)包括軸距、輪距、總長、總寬、總高、前懸、后懸、接近角、離去角、最小離地間隙等，如圖 11 所示。圖 21 汽車的主要參數(shù)尺寸 軸距 L軸距 L 的選擇要考慮它對整車其他尺寸參數(shù)、質(zhì)量參數(shù)和使用性能的影響。軸距短一些，汽車總長、質(zhì)量、最小轉(zhuǎn)彎半徑和縱向通過半徑就小一些。但軸距過短也會帶來一系列問題，例如車廂長度不足或后懸過長；汽車行駛時其縱向角振動過大；汽車加速、制動或上坡時軸荷轉(zhuǎn)移過大而導致其制動性和操縱穩(wěn)定性變壞；萬向節(jié)傳動的夾角過大等。因此，在選擇軸距時應綜合考慮對有關方面的影響。當然，在滿足所設計汽車的車廂尺寸、軸荷分配、主要性能和整體布置等要求的前提下，將軸距設計得短一些為好。 普通車的軸距轎車的軸距與其類型、用途、總長有密切關系。微型及普通級轎車要求制造成本低，使用經(jīng)濟性好，機動靈活，因此汽車應輕而短，故軸距應取短一些；中高級轎車對乘坐舒適性、行駛乎順性和操縱穩(wěn)定性要求高，故軸距應設計得長一些。轎車的軸距約為總長的 54％—60％。軸距與總長之比越大，則車廂的縱向乘坐空間就愈大，這對改善汽車縱向角振動也有利。但若軸距與總長之比超過 62％，則會使發(fā)動機、行李箱和備胎的布置困難，外形的各部分比例也不協(xié)調(diào)。表 21 提供的數(shù)據(jù)可供初選軸距時參考 17表 21 各類汽車的軸距和輪距車型 類別 軸距 L/mm 輪距 B/mmV 2022～2200 1100～1380V≤ 2100～2540 1150～1500V≤ 2500～2860 1300～1500V≤ 2850～3400 1400～1580乘用車發(fā)動機排量V/LV 2900～3900 1560～1620城市客車 4500～5000客車長途客車 5000～65001740～2050汽車總質(zhì)量≤ 1700～2900 1150～1350～ 2300～3600 1300～1650～ 3600～5500 1700～2022商用車42 貨車 4500～5600 1840～2022 前輪距 B1 和后輪距 B2改變汽車輪距 B 會影響車廂或駕駛室內(nèi)寬、汽車總寬、總質(zhì)量、側(cè)傾剛度、最小轉(zhuǎn)彎直徑等因素發(fā)生變化、增大輪距則車廂內(nèi)寬隨之增加，并導致汽車的比功率、轉(zhuǎn)矩指標下降，機動性變壞。受汽車總寬不得超過 限制，輪距不宜過大。但在選定的前輪距 B1范圍內(nèi)，應能布置下發(fā)動機、車架、前懸架和前輪，并保證前輪有足夠的轉(zhuǎn)向空間，同時轉(zhuǎn)向桿系與車架、車輪之間有足夠的運動間隙。在確定后輪距 B2時，應考慮兩縱梁之間的寬度、懸架寬度和輪胎寬度以及它們之間應留有必要的間隙。各類汽車的輪距可參考表 11 提供的數(shù)據(jù)進行初選。 外廓尺寸汽車的外廓尺寸包括其總長、總寬、總高。它應根據(jù)汽車的類型、用途、承載員