【文章內容簡介】 “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，負荷愈大，輪胎氣壓愈低，原地轉向阻力矩也將愈大。同時輪胎和路面間的摩擦系數(shù)增大，原地轉向阻力矩也將增大。 電動機的各項參數(shù) 電動機助力轉矩是電動機為了提高汽車操縱的輕便性而對轉向系外加的力矩，其大小由 EPS 的 ECU 根據(jù)傳感器傳來的車速信號、轉向盤扭矩等參數(shù)決定。 在本測試系統(tǒng)中除了對轉 向盤的主扭矩、電動機的助力轉矩和整個轉向裝置所受的阻力矩的采集以外，還對車速和轉向盤轉角進行采集，對車速進行采集是因為一般的汽車電動助力轉向裝置 EPS 中的電子控制單元 ECU 需要車速這個量；而采集汽車轉向盤角這個量是為了測量助力轉矩和轉向盤轉角的關系。同時也對助力電動機的電流、電壓、輸出轉矩這些量進行采集，以此來檢測電動機的工作狀態(tài) 。 轉向盤主扭矩與助力電動機轉矩的關系 此處省略 NNNNNNNNNNNN 字。如需要完整說明書和 設計圖紙等 .請聯(lián)系 扣扣： 九七 一 九二 零八零零 另提供全套機械畢業(yè) 設計下載！ 該論文已經(jīng)通過答辯 助力特性對電動助力轉向系統(tǒng)的性能，包括輕便性、回正性、路感等有重要影響。在傳統(tǒng)液壓動力轉向中助力特性主要由閥的結構決定，調整困難，且設計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助力轉向的控制目標，由軟件來設置，可以設計成車速感應型特性曲線，并可方便地進行調節(jié)。圖 23 所示為傳統(tǒng)液壓動力轉向的助力特性曲線，俗稱盆形曲線。圖24 為幾種典型 EPS 助力特性曲線。對于永磁直流電動機，電磁轉矩與電樞電流成比例，因此 EPS 的助力特性常用電動機電流與轉向盤輸入力矩 之間的關系曲10 線表示。 圖 23 傳統(tǒng)液壓動力轉向助力特性曲線 (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 錯誤 !未找到引用源。 (22) 式中， I 為電動機目標電流； Imax 為電動機最大工作電流； Td 為轉向盤輸入矩；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)開始助力時轉向盤輸入力矩； Tmax 為系統(tǒng)提供最大助力時的轉向盤輸入力矩。 (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，隨車速增加而減小； Td1 為助力特性曲線梯度增大為 K2(v)時的轉向盤輸入力矩。 (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單，數(shù)據(jù)量小，存儲方便，有利于控制系統(tǒng)設計，并且在實際中調整容易；曲線型助力特性復雜，數(shù)據(jù)存儲量大，調整不方便；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荷較小的車型，曲線型助力特性適用于前軸負荷較大的車型，折線型助力特性則介于兩者之間。 我們根據(jù)采集的電動機電流、轉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，就說明汽車電動助力轉向裝置的性能比較好；反之，就說明性能不是很好，針對這些就應該對電子控制器進行硬件和軟件上的修改。所以本測試系統(tǒng)既可以用于研究開發(fā)人員對自己設計的 EPS 系統(tǒng)進行檢測；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 電動助力轉向試驗臺各部件的選用 系統(tǒng)主要部件 測控系統(tǒng)主要有電子控制單元 (ECU)，電動機，減速機構，磁粉制動器，多功能數(shù)據(jù)采集卡，車速傳感器，轉矩傳感器等部件組成。 檢測的主要性能參數(shù)為：汽車的車速，轉向盤的主扭矩和角度及車輪的阻力矩，電動機的電流、電壓和轉矩。 電子控制單元 (ECU) ECU 的功能是根據(jù)車速信號、轉向盤扭矩信號，進行邏輯分析與計算后，發(fā)出指令，控制電動機和離合器的動作。此外， ECU 還有安全保護和自我診斷功能， ECU 通過采集電動機的電流、電動機電壓、發(fā)動機工況等信號判斷其系統(tǒng)工作狀況是否正常，一旦系統(tǒng)工作異常，助力將自動取消，系統(tǒng)轉變?yōu)槭謩愚D向狀態(tài)，同時 ECU 將進行故障診斷分析。 ECU 通常是一個 8 位單片機系統(tǒng)或者是 16 位電動機控制專用微處 理器芯片，也可采用數(shù)字信號處理器 (Digital Signal Processing，簡稱 DSP)作為控制單元。由于電動助力轉向系統(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給系統(tǒng)帶來不確定性，因此控制系統(tǒng)與控制算法也是 EPS 的關鍵之一。控制系統(tǒng)應有較強抗干擾能力，以適應汽車復雜的行駛環(huán)境?？刂扑惴☉焖僬_，滿足實時控制的要求，并能有效地實現(xiàn)理想的助力規(guī)律與特性。它是本系統(tǒng)檢測的關鍵部件。 電動機 電動機的功能是根據(jù)電子控制單元的指令輸出適宜的輔助轉矩，是 EPS 的動力源。電動機對 EPS 的性能有很大的影響，是 EPS 的關鍵部件之一，所以 EPS對電動機有很高的要求，這些要求主要有： (1)由于大多車載電源為 12V 直流電，因此要求助力電動機的工作電壓低和具有足夠大的額定功率和額定電流； (2)轉動慣量小，寬廣的調速范圍，控制特性好，低速運行平穩(wěn)，力矩波動??； (3)大的齒輪傳動比將增加機械慣量，降低 EPS 系統(tǒng)的動態(tài)性能，所以齒輪傳動比較小，因此，電動機轉速不能太高； (4)為減小轉子的慣性力矩，電動機的體積應盡可能小； (5)在堵轉時也要能夠提供助力作用，對于大型的 車輛，甚至要求電動機能夠提供與轉動方向相反的助力轉矩。 13 表 31 分析了不同電動機的技術特點及其滿足 EPS 使用要求的情況。這幾種電動機不僅在結構方面有各自的特點，而且在效率、功率密度、力矩波動等技術參數(shù)也互不相同。考慮到汽車的特點，要求 EPS 選用的電動機應該具有尺寸小、質量輕、效率高、力矩波動與噪聲小，可靠性高、能與汽車使用環(huán)境相適應，包括對電源的需求等。 表 31 不同類型電動機技術特點比較 電機類型 項目 感應電動機 永磁有刷電動機 永磁無刷電動機 開關磁阻電動機 結構特點 結構簡單 三 相定子 鋁或銅籠轉子無永磁體 轉動繞組 機械換向器 三相定子 永磁轉子 電子換向 四相定子 鋼鐵轉子 無轉子繞組 無永磁體 負荷效率 (%) 9092 8597 8597 7886 系統(tǒng)復雜程度 驅動電路復 雜 控制器簡單 控制器簡單 高度復雜 使用技術 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 小 電動機設計時 考慮 基本通過電磁 設計考慮 由電磁設計和電子控制考慮 功率密度 中 中 高 中 對助力大小要求較低的汽車，選用永磁有刷直流電動機是一個好的選擇，因為有 刷直流電動機技術成熟、控制器結構簡單、成本低；對要求助力較大的轎車，應選擇永磁無刷直流電動機，因為永磁無刷直流電動機比其它類型電動機更具有優(yōu)勢。雖然也可以用開關磁阻電動機，但是需要進行許多的研究來克服其缺點。 減速機構 EPS 的減速機構與電動機相連，用來增大電動機的輸出扭矩。主要有兩種形式：蝸輪蝸桿減速機構和雙行星齒輪減速機構。前者主要用于轉向軸助力式轉向系統(tǒng)，后者主要用于齒輪助力式和齒條助力式轉向系統(tǒng)。本試驗臺的測試減速機構為蝸輪蝸桿減速機構，減速比為 。 14 圖 31 蝸輪蝸桿減速機構 轉向電動機 磁粉制動器的阻力矩最大值 Tc=100Nm， i=，轉向盤所需施加的轉矩 Td=Tc/i=100/ = PW錯誤 !未找到引用源。 選擇 Y90L4 電動機，將其有關參數(shù)帶入驗算 錯誤 !未找到引用源。 取 ， n=1400 r/min T= 錯誤 !未找到引用源。 9550 錯誤 !未找到引用源。 錯誤 !未找到引用源。 =10Nm T 錯誤 !未找到引用源。 Td 所以轉向電動機選 Y90L4。 磁粉制動器 本系統(tǒng)中應 用磁粉制動器來模擬轉向系統(tǒng)的阻力矩。磁粉制動器是利用電磁效應下的磁粉來傳遞轉矩的，具有激磁電流和傳遞轉矩基本成線性關系、響應速度快、結構簡單、無沖擊、無振動、無噪音、無污染等優(yōu)點，是一種多用途性能優(yōu)越的自動控制元件，廣泛應用于各種行業(yè)中機械的加載、制動以及卷繞系統(tǒng)中收卷和放卷的張力控制。在該系統(tǒng)中，利用磁粉制動器來模擬汽車整個轉向裝置所受的阻力矩。盡管磁粉制動器難以精確模擬行駛路況，但是可以實現(xiàn)磁粉制動器負載的變化趨勢與路面行駛一致。因此，通過磁粉制動器研究可以探索電動機15 的助力規(guī)律，檢驗助力控制程序的運行效 果，分析 EPS 對汽車轉向輕便性的影響。同時也可以降低直接裝車進行路試的危險性和研究成本。本試驗臺采用瑞安市中瑞控制器廠生產(chǎn)的 CZ 型磁粉制動器 (如圖 32)，其技術參數(shù)如表 32。 圖 32 CZ 型磁粉制動器 表 32 CZ 磁粉制動器技術參數(shù) 參數(shù) 額定轉矩 激磁電流 A 允許滑差功率 KW 冷卻方式 磁粉量 g 指標 100 1 8 單雙水冷 150 其主要有激磁電流 力矩、轉速 力矩和負載三個特性： (1) 激磁電流 力矩特性 激磁電流與轉矩基本成線性關系，通過調節(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 轉速 力矩特性 (2) 轉速 力矩特性 力矩與轉速無關，保持定值。靜力矩和動力矩沒有差別。特性如圖 34 所示。 (3) 負載特性 磁粉制動器的允許滑差功率在散熱條件一定時是定值。其連續(xù)運行時，實際滑差需在允許滑差功率以內。使用轉速高時，需降低力矩使用。其特性如圖 35所示。 圖 35 負載特性 傳感器的選擇 傳感器是能夠感受規(guī)定的被測量并按照一定的規(guī)律轉換成可用輸出信號的器件或裝置。一般來講傳感器的選用與以下幾個方 面密切相關： ? 控制方面的要求：涉及測定的目的、測量的對象、測量的范圍以及精度要求等； ? 今傳感器的性質：包括精度等級、穩(wěn)定性、對象的特性影響等； 17 ? 使用條件：主要涉及應用現(xiàn)場的環(huán)境因素； ? 供求水平和維護：也即經(jīng)濟性和良好的維護性。同時試驗臺系統(tǒng)的工作環(huán)境的多變性，以及來自電動機和功率驅動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)場信號清單 序號 信號名稱 信號類型 信號源 路數(shù) 信號標準 1 車速信號 模擬量輸 入 波形發(fā)生器 1 方波 2 角度信號 數(shù)字量輸 入 角度傳感器 1 方 波 3 轉向轉矩 模擬量輸 入 扭矩傳感器 1 方波 4 電動機轉矩 模擬量輸 入 扭矩傳感器 1 方波 5 轉向阻力矩 模擬量輸 入 扭矩傳感器 1 方波 6 電動機電流 模擬量輸 入 電動機輸出端子 1 5~+5v 7 電動機電壓 模擬量輸 入 電動機輸出端子 1 5~+5v 試驗臺用傳感器也有其自身的特殊要求。具體體現(xiàn)在以下幾個方面： (1)有較好的環(huán)境適應性； (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； (6)性能 :精度高、響應快，從而滿足試驗臺實時采集數(shù)據(jù)的要求。 從表 33 中可以看出，本系統(tǒng)中待檢測的信號比較多，而且信號的種類又不同，主要有轉矩信號、速度信號、轉角信號、電流信號、電壓信號等。 在該系統(tǒng)中，最主要的性能參數(shù)為汽車的車速，轉向盤的主扭矩和電動機目標電流，下面對這三者所用的傳感器和檢測方法加以詳細的說明。 18 轉速傳感器 (1)轉速傳感器的分類及特點 速度傳感器是將機械運動速度這個非電量變換成電量信號的傳感器，如果按輸出信號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)模擬式轉速傳感器是取其與被測轉速成正比的電壓幅度作為輸出信號，稱為測速發(fā)電機。測速發(fā)電機的構造簡單可靠，耐振動沖擊，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轉速的頻率成正比的電脈沖作為輸出信號，按獲取轉速信號的方式可分為電渦流式，光電式和磁電式三種。 直流測速機