【正文】 and a reduction gear, which increases the turning force from the motor and transfers it to the steering mechanism. EPS is available in two types: a column type in which the reduction gear is located directly under the steering wheel, and a pinion type in which the reduction gear is attached to the pinion of the rack and pinion assembly. Each type of EPS system is speedsensitive— vehicle speed and engine rotation signals are input from the vehicle into the ECU. shows a vehicle with columntype EPS. The main purpose of any power steering system is, of course, to provide assist to the driver. This is achieved by the torque sensor, which measures the driver’s torque and sends a signal to the cont。 an ECU, which performs calculations on assisting force based on signals from the torque sensor。 在這里我還要感謝我的父母，感謝你們對我養(yǎng)育，感謝各位老師，感謝你們傳授我知識，教我做人，感謝同學(xué)陪伴，感謝所有幫助過我的人，感謝你 們讓我順利完成了大學(xué)學(xué)習(xí)以及生活。還要感謝東華轉(zhuǎn)向器公司對我的幫助。在此 論文完成之際，謹(jǐn)向您致以最誠摯的敬意！您淵博的學(xué)識、求實的作風(fēng)、具有開拓性的科學(xué)研究和對事業(yè)的執(zhí)著追求精神，讓我體會到了現(xiàn)代學(xué)者的風(fēng)采，同樣感到親人般的溫暖和關(guān)愛。汽車電動助力轉(zhuǎn)向試驗臺的研究啟迪了我的思維，開拓了我的視野，鍛煉了我的能力。汽車電動助力轉(zhuǎn)向試驗臺涉及機械、汽車、電子和軟件設(shè)計等多學(xué)科領(lǐng)域，它的發(fā)展一定會促進 EPS 產(chǎn)品質(zhì)量的提高，對中國汽車工業(yè)產(chǎn)生一定影響。試驗臺根據(jù)車速信號來控制助力電動機的電流，以此來控制施加的助力轉(zhuǎn)矩的大小，可以得到電流與轉(zhuǎn)矩的關(guān)系曲線，然后與數(shù)據(jù)庫中的曲線相比較，可檢測 助力性能的好壞；次試驗臺也可以做轉(zhuǎn)向器的疲勞實驗，作為剛出廠時的檢測。 本試驗臺能幫助廠家測試剛出廠的電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，測試助力特性，工業(yè)計算機會生成助力特性曲線，并與數(shù)據(jù)庫中的標(biāo)注助力特性曲線進行比較，評價EPS 系統(tǒng)的好壞。 在分析了減速器的結(jié)構(gòu)尺寸后 ，設(shè)計了夾具，能把減速器夾緊在試驗臺上，在試驗時起固定作用。在對汽車電動助力轉(zhuǎn)向裝置技術(shù)條件與臺架試驗方法標(biāo)準(zhǔn)理解的基礎(chǔ)上，研究了性能測試技術(shù)和方法，設(shè)計了汽車動力轉(zhuǎn)向器試驗臺。 圖 48 轉(zhuǎn)向電機支架 27 第五章 結(jié) 論 結(jié)論 汽車電動助力轉(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，是大勢所趨。 26 圖 46 磁粉制動器支架 減速機構(gòu)支架 磁粉制動器支架已設(shè)計好，根據(jù)磁粉制動器裝配好的軸線高度設(shè)計減速機構(gòu)支架，如圖 47 使用最簡單的支架結(jié)構(gòu)，關(guān)鍵保證支架的高度，使減速機構(gòu)裝配好后，其軸線高度與磁粉制動器的高度差上下不超過 10mm，滿足機構(gòu)能正常運行。 圖 45 液壓滑臺 磁粉制動器支架 根據(jù)磁粉制動器的參數(shù)，設(shè)計了磁粉制動器的支架。 液壓滑臺 液壓滑臺可以實現(xiàn)試驗部件的移動，方便裝夾，這也是本設(shè)計的一個亮點，在參考東華轉(zhuǎn)向器試驗臺的時候，發(fā)現(xiàn)他的滑臺是手動的，如果改成液壓的會方便許多。 由此求得 故平鍵也滿足擠壓強度要求。 ，一側(cè)面上的擠壓力為 F 錯誤 !未找到引用源。 其次校核鍵的擠壓強度。 =bl 錯誤 !未找到引用源。 對軸心取矩，由平衡方程 錯誤 !未找到引用源。因為假設(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 錯誤 !未找到引用源。 首先校核鍵的剪切強度?？紤] 到磁粉制動器的輸出轉(zhuǎn)矩為 100Nm，所以應(yīng)校核此處的平鍵。 ]=60MPa， [錯誤 !未找到引用源。 7，材料為 45 號鋼。 普通平鍵的選擇與校核 根據(jù)彈性套柱銷聯(lián)軸器的尺寸，查閱機械工程設(shè)計手冊，選擇 A 型普通平鍵 b 錯誤 !未找到引用源。在實際應(yīng)用中根據(jù)所傳遞轉(zhuǎn)矩大小分為重型、中型、輕型和小型。萬向聯(lián)軸器利用其機構(gòu)的特點，使兩軸不在同一軸線，存在軸線夾角的情況下能實現(xiàn)所聯(lián)接的兩軸連續(xù)回轉(zhuǎn)，并可靠地傳遞轉(zhuǎn)矩和運動。~45176。 應(yīng)用：正反向變化多，啟動頻繁的高速軸。 錯誤 !未找到引用源。 bS 帶入數(shù)值 錯誤 !未找到引用源。 = 錯誤 !未找到引用源。 彈性套的擠壓面積 AbS=b 錯誤 !未找到引用源。 = [錯誤 !未找到引用源。 =294N 錯誤 !未找到引用源。 Tca=KAT T=50Nm， KA= 帶入公式 Tca= 錯誤 !未找到引用源。 的范圍內(nèi)。 彈性套柱銷聯(lián)軸器制造容易，裝拆方便，成本較低，其彈性套易磨損，但更換方便，主要適用于起動頻繁、需要正反轉(zhuǎn)的中、小功率傳動，工作環(huán)境溫度應(yīng)在 20 錯誤 !未找到引用源。兩半聯(lián)軸器與軸配合的孔可做成圓柱形或圓錐形。另一端套裝有整體式彈性套，與另一半聯(lián)軸器凸緣上的圓柱形孔間隙配合。 (2)彈性聯(lián)軸器： 23 彈性套柱銷聯(lián)軸器的結(jié)構(gòu)與凸緣聯(lián)軸器的結(jié)構(gòu)相似，只是用套有彈性套的柱銷代替了連接螺栓。 根據(jù)聯(lián)軸器的工作情況系數(shù)表，選擇 KA=，磁粉制動器的最大轉(zhuǎn)矩為T=100Nm，帶入公式 Tca= 錯誤 !未找到引用源。 30 m/s 時可采用 HT200。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)裝拆時軸不需作軸向移動，只需拆卸螺栓即可，比較方便，可用于經(jīng)常裝拆的場合。兩半聯(lián)軸器分別用鍵與兩軸連接，同時它們再用螺栓相互連接。選擇時先應(yīng)根據(jù)工作要求選定合適的類型，然后按照軸的直徑計算扭矩和轉(zhuǎn)速，再從有關(guān)手冊中查出適用的型號，最后 對某些關(guān)鍵零件作必要的驗算。剛性可移式聯(lián)軸器利用聯(lián)軸器工作零件間構(gòu)成的動聯(lián)接具有某一方向或幾個方向的活動度來補償，如牙嵌聯(lián)軸器（允許軸向位移）、十字溝槽聯(lián)軸器（用來聯(lián)接平行位移或角位移很小的兩根軸）、萬向聯(lián)軸器（用于兩軸有較大偏斜角或在工作中有較大角位移的地方）、齒輪聯(lián)軸器（允許綜合位移）、鏈條聯(lián)軸器（允許有徑向位移）等，彈性可移式聯(lián)軸器（簡稱彈性聯(lián)軸器）利用彈性元 件的彈性變形來補償兩軸的偏斜和位移，同時彈性元件也具有緩沖和減振性能，如蛇形彈簧聯(lián)軸器、徑向多層板 彈 簧聯(lián)軸器、彈性圈栓銷聯(lián)軸器、尼龍栓銷聯(lián)軸器、22 橡膠套筒聯(lián)軸器等。 ② 可移式聯(lián)軸器。 聯(lián)軸器種類繁多，按照被聯(lián)接兩軸的相對位置和位置的變動情況，可以分為：① 固定式聯(lián)軸器。在高速重載的動力傳動中，有些聯(lián)軸器還有緩沖、減振和提高軸系動態(tài)性能的作用。如圖 41 從右到左為液壓缸，滑臺，轉(zhuǎn)向電動機，彈性聯(lián)軸器，轉(zhuǎn)矩傳感器，萬向節(jié)聯(lián)軸器，減速器，助力電機， 萬向聯(lián)軸器，轉(zhuǎn)矩傳感器，凸緣聯(lián)軸器，磁粉制動器，滑臺，液壓缸。% 錯誤 !未找到引用源。200Mo 20~60 錯誤 !未找到引用源。該傳感器還可同時實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)速的測量，從而可方便地計算出軸輸出功率，因此，利用該傳感器可實現(xiàn)轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速及軸功率的多參數(shù)輸出。選用的扭矩傳感器為是北京三晶創(chuàng)業(yè)集團的 JN338 數(shù)字轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器如圖 38 所示。 目前在轉(zhuǎn)矩測量中，傳遞類轉(zhuǎn)矩傳感器應(yīng)用十分廣泛。 (3)能量轉(zhuǎn)換法是根據(jù)能量轉(zhuǎn)換守恒定律的關(guān)系來測量轉(zhuǎn)矩的一種方法，它是一種間接測量方法。也稱反力法。 (2)平衡力法 (反力法 )對于任何一種勻速工作動力機械或制動機械，當(dāng)它的主軸受轉(zhuǎn)矩作用時，在它的機殼上必定同時作用著一個方向相反的平衡力矩 (或稱為支座反力矩 )，測量支座上的反力矩就 .用以確定機器主軸上作用轉(zhuǎn)矩的大小與方向。在本系統(tǒng)中主要用于測量轉(zhuǎn)向盤的主扭矩，轉(zhuǎn)向阻力矩和助力電機力矩。 傳遞法 轉(zhuǎn)矩傳感器 平衡力法 能量轉(zhuǎn)換法 圖 37 轉(zhuǎn)矩傳感器的分類 從傳感器的分類來說，以往所有的轉(zhuǎn)矩傳感器都屬于結(jié)構(gòu)型傳感器，由于都19 要利用彈性元件 的機械變形，因此轉(zhuǎn)矩傳感器具有體積大、耗材多等缺點。 轉(zhuǎn)矩傳感器 轉(zhuǎn)矩傳感器是測量各種電動機、內(nèi)燃機以及旋轉(zhuǎn)動力設(shè)備的輸出扭矩及功率的必備設(shè)備，從上世紀(jì)三四十年代發(fā)展至今己有數(shù)十種產(chǎn)品，從最初的光學(xué)機械變形類發(fā)展到電磁感應(yīng)類、相位差類，到現(xiàn)在應(yīng)用最廣泛的應(yīng)變測量類。 2)數(shù)字式傳感器是取其與被測轉(zhuǎn)速的頻率成正比的電脈沖作為輸出信號，按獲取轉(zhuǎn)速信號的方式可分為電渦流式，光電式和磁電式三種。 1)模擬式轉(zhuǎn)速傳感器是取其與被測轉(zhuǎn)速成正比的電壓幅度作為輸出信號，稱為測速發(fā)電機。 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機目標(biāo)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。具體體現(xiàn)在以下幾個方面： (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； (6)性能 :精度高、響應(yīng)快，從而滿足試驗臺實時采集數(shù)據(jù)的要求。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(qū)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。 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(zhuǎn)換成可用輸出信號的器件或裝置。使用轉(zhuǎn)速高時，需降低力矩使用。 (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。靜力矩和動力矩沒有差別。其特性如圖 33 所示。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(shù)參數(shù)如表 32。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(zhuǎn)向輕便性的影響。在該系統(tǒng)中，利用磁粉制動器來模擬汽車整個轉(zhuǎn)向裝置所受的阻力矩。 磁粉制動器 本系統(tǒng)中應(yīng) 用磁粉制動器來模擬轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的阻力矩。 =10Nm T 錯誤 !未找到引用源。 9550 錯誤 !未找到引用源。 選擇 Y90L4 電動機，將其有關(guān)參數(shù)帶入驗算 錯誤 !未找到引用源。本試驗臺的測試減速機構(gòu)為蝸輪蝸桿減速機構(gòu)，減速比為 。主要有兩種形式：蝸輪蝸桿減速機構(gòu)和雙行星齒輪減速機構(gòu)。雖然也可以用開關(guān)磁阻電動機，但是需要進行許多的研究來克服其缺點。考慮到汽車的特點，要求 EPS 選用的電動機應(yīng)該具有尺寸小、質(zhì)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(yīng)，包括對電源的需求等。 13 表 31 分析了不同電動機的技術(shù)特點及其滿足 EPS 使用要求的情況。 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(zhuǎn)矩，是 EPS 的動力源?？刂扑惴☉?yīng)快速正確，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。由于電動助力轉(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(guān)鍵之一。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(zhuǎn)變?yōu)槭謩愚D(zhuǎn)向狀態(tài)，同時 ECU 將進行故障診斷分析。 檢測的主要性能參數(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，電動機的電流、電壓和轉(zhuǎn)矩。所以本測試系統(tǒng)既可以用于研究開發(fā)人員對自己設(shè)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。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。 (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(shè)計，并且在實際中調(diào)整容易；曲線型助力特性復(fù)雜，數(shù)據(jù)存儲量大，調(diào)整不方便；折線型助力特性則介于兩者之間。 (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。 (22) 式中， I 為電動機目標(biāo)電流； Imax 為電動機最大工作電流； 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)開始助力時轉(zhuǎn)向盤輸入力矩； Tmax 為系統(tǒng)提供最大助力時的轉(zhuǎn)向盤輸入力矩。 圖 23