【正文】 ................. 9 轉(zhuǎn)向盤主扭矩與助力電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩的關(guān)系 ............................................. 9 第三章 電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向試驗(yàn)臺(tái)各部件的選用 ............................................. 12 系統(tǒng)主要部件 ................................................................................................. 12 電子控制單元 (ECU) ............................................................................ 12 電動(dòng)機(jī) ................................................................................................... 12 減速機(jī)構(gòu) ............................................................................................... 13 轉(zhuǎn)向電動(dòng)機(jī) ........................................................................................... 14 磁粉制動(dòng)器 ........................................................................................... 14 傳感器的選擇 ................................................................................................. 16 轉(zhuǎn)速傳感器 ........................................................................................... 18 轉(zhuǎn)矩傳感器 ........................................................................................... 18 第四章 試驗(yàn)臺(tái)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) ............................................................................. 21 試驗(yàn)臺(tái)的布置 ................................................................................................. 21 聯(lián)軸器的選擇與校核 ..................................................................................... 21 普通平鍵的選擇與校核 ................................................................................. 24 液壓滑臺(tái) ......................................................................................................... 25 磁粉制動(dòng)器支架 ............................................................................................. 26 減速機(jī)構(gòu)支架 ................................................................................................. 26 轉(zhuǎn)向電機(jī)支架 ................................................................................................. 26 第五章 結(jié) 論 ..................................................................................................... 27 結(jié)論 ................................................................................................................. 27 總結(jié) ................................................................................................................. 27 參考文獻(xiàn) ...................................................................................................................... 28 致 謝 ...................................................................................................................... 29 附錄 A：英文資料 ...................................................................................................... 30 附錄 B：英文資料翻譯 .............................................................................................. 36 1 第一章 緒 論 引言 汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是用于改變或保持汽車行駛方向的專門機(jī)構(gòu)。通過(guò)研究 EPS 的工作過(guò)程，進(jìn)行試驗(yàn)臺(tái)總體方案的設(shè)計(jì)，再對(duì)試驗(yàn)臺(tái)的總體結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)過(guò)程中參考了東華轉(zhuǎn)向器公司的產(chǎn)品，運(yùn)用 AutoCAD 畫(huà)出試驗(yàn)臺(tái)的裝配圖。 摘 要 本論文對(duì)電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向 (EPS)系統(tǒng)試驗(yàn)臺(tái)進(jìn)行了分析和設(shè)計(jì)。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)。在設(shè)計(jì)中采用了液壓滑臺(tái)設(shè)計(jì)，并對(duì)一些關(guān)鍵部件進(jìn)行了選擇、校核。其作用是使汽 車在行駛過(guò)程中能按照駕駛員的操作要求而適當(dāng)?shù)母淖兤湫旭偡较?，并在受到路面?zhèn)鱽?lái)的偶爾沖擊及汽車意外地偏離行駛方向時(shí)，能與行駛系統(tǒng)配合共同保持汽車的操縱穩(wěn)定性和安全性。特別是在車輛高速化、駕駛?cè)藛T非職業(yè)化、車流密集化的今天，針對(duì)更多不同水平的駕駛?cè)巳?，汽車的操縱設(shè)計(jì)顯得尤為重要。 1988 年日本鈴木 公司首次開(kāi)發(fā)出電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，并裝在其生產(chǎn)的 Cervo 車上，隨后又配備在Alto 上。日本的大發(fā)汽車公司、三菱汽車公司、本田汽車公司，美國(guó)的 Delphi 公司，英 國(guó) Lueas 公司，德國(guó)的 ZF 公司，都研制出了各自的 EPS。日本早期開(kāi)發(fā)的 EPS 僅僅在低速和停車時(shí)提供助力，高速時(shí) EPS 將停止工作。隨著電子技術(shù)的發(fā)展， EPS 技術(shù)日趨完善，并且其成本大幅度降低，因此其應(yīng)用范圍將越來(lái)越大。 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。電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)直接通過(guò)電動(dòng)機(jī)的輸出給駕駛員提供助力，電動(dòng)機(jī)只有在轉(zhuǎn)向時(shí)才工作 ，在不進(jìn)行轉(zhuǎn)向時(shí)幾乎沒(méi)有動(dòng)力消耗，提高了汽車的燃油經(jīng)濟(jì)性；同時(shí)由于不需要轉(zhuǎn)向油泵，油管及控制閥等液壓元件，不會(huì)發(fā)生液壓油的泄露和損耗，減少了對(duì)環(huán)境的污染。在 EPS 系統(tǒng)中，電動(dòng)機(jī)與助力機(jī)構(gòu)直接相連以使其能量直接用于車輪的轉(zhuǎn)向，增加了系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，減小了車輪的反轉(zhuǎn)和轉(zhuǎn)2 向前輪擺振，增強(qiáng)了轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的抗擾動(dòng)能力； EPS 旋轉(zhuǎn)力矩產(chǎn)生于助力電機(jī)，沒(méi)有液壓助力系統(tǒng)的轉(zhuǎn)向遲滯效應(yīng)，增強(qiáng)了轉(zhuǎn)向車輪對(duì)轉(zhuǎn)向盤的跟隨性能；電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)還可有各種安全保護(hù)措施和故障自診斷功能，使用可靠，維修方便 。對(duì)于傳統(tǒng)的液壓系統(tǒng)，可變轉(zhuǎn)向力矩獲得非常困難而且費(fèi)用很高，要想獲得可變轉(zhuǎn)向力矩，必須增加額外的控制器和其它硬件；電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的轉(zhuǎn)向力來(lái)自于助力電機(jī)，可變轉(zhuǎn)向力矩寫(xiě)入控制模塊中，通過(guò)對(duì)軟件的重新編寫(xiě)即可獲得，所需費(fèi)用很小。電動(dòng)機(jī)和減速機(jī)構(gòu)在轉(zhuǎn)向柱或轉(zhuǎn)向系內(nèi)，直接提供轉(zhuǎn)向助力，省去了液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)所必需的動(dòng)力轉(zhuǎn)向油泵、油管、液壓油、密封件、傳送帶和裝于發(fā)動(dòng)機(jī)上的皮帶輪等部件，因而其所占空間更小，質(zhì)量更輕、結(jié)構(gòu)更緊湊，在安裝位 置的選擇方面也更容易，裝配自動(dòng)化程度更高。如今，在國(guó)外己大規(guī)模采用 EPS，其應(yīng)用范圍也將進(jìn)一步拓寬，將作為標(biāo)準(zhǔn)件裝備在汽車上，并將在動(dòng)力轉(zhuǎn)向領(lǐng)域占據(jù)主導(dǎo)地位。按此速度發(fā)展，用不了幾年的時(shí)間，電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)將逐漸占領(lǐng)轎車市場(chǎng)，并向微型車、輕型車和中型車擴(kuò)展。實(shí)車試驗(yàn)需要消耗大量的財(cái)力、人力和物力，如果在實(shí)車試驗(yàn)之前進(jìn)行必要的臺(tái)架試驗(yàn)，為后續(xù)實(shí)車試驗(yàn)獲得某些基本參數(shù)和算法，是非常有益的，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。同時(shí)具有儲(chǔ)存、打印和再處理功能。 本文研究的內(nèi)容 (1)電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向試驗(yàn)臺(tái)總體方案設(shè)計(jì)； (2)電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向試驗(yàn)臺(tái)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)； 3 (3)電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向試驗(yàn)臺(tái)用傳感器的研究與選型； (4)非標(biāo)零件圖設(shè)計(jì)； (5)試驗(yàn)臺(tái)的布置。其中傳感器主要包括車速傳感器、轉(zhuǎn)矩傳感器、轉(zhuǎn) 向角傳感器；執(zhí)行器主要包括電動(dòng)機(jī)、電磁離合器和減速機(jī)構(gòu)。 EPS 系統(tǒng)還設(shè)有故障診斷模塊和保護(hù)措施，當(dāng) EPS 發(fā)生故障時(shí)，故障診斷及代碼顯示模塊發(fā)出報(bào)警信號(hào)，并且以故障代碼的形式指示故障類型同時(shí)， EPS 系統(tǒng)斷開(kāi)電磁離合器，轉(zhuǎn)為手動(dòng)純機(jī)械轉(zhuǎn)向狀態(tài)。 工作特點(diǎn) 對(duì)于電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)，電動(dòng)機(jī)僅在汽車轉(zhuǎn)向時(shí)才工作并消耗蓄電池能量；而對(duì)于常流式液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)，因液壓泵處于長(zhǎng)期工作狀態(tài)和內(nèi)泄漏等原因要消耗較多的能量。 液壓轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)內(nèi)的工作介質(zhì)是油，任何部位出現(xiàn)漏油，油壓將建立不起來(lái)，不僅失去助力效能，并對(duì)環(huán)境造成污染。電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)不存在漏油問(wèn)題，只要蓄電池內(nèi)有電提供給電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)，就能有助力作用，所以工作可靠。 電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向與液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向比較，轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)向盤時(shí)僅需克服轉(zhuǎn)向器的摩擦阻力，不存在回位彈簧阻力和反應(yīng)路感的油壓阻力。 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)。 ? 做功能試驗(yàn)時(shí)未滿足功能技術(shù)要求。 ? 試驗(yàn)后的助力電流特性曲線未滿足設(shè)計(jì)技術(shù)要求。 ? 回正試驗(yàn)時(shí)轉(zhuǎn)向器回不到中間位置，并未滿足回正特性技術(shù)要求。 ? 做電磁特性試驗(yàn)未滿足電磁特性技術(shù)要求。 ? 任何零件出裂紋和變形。 (2)輸入、輸出特性 按照不同的車速測(cè)量輸入、輸出力矩 /力并繪制力矩特性曲線，電動(dòng)助力裝置的助力特性應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求，各車速下的曲線對(duì)稱度不小于 85%。 (4)反向沖擊指標(biāo) 在轉(zhuǎn)向器輸出端施加沖擊力，電動(dòng)機(jī)應(yīng)迅速反應(yīng)制止轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)動(dòng)，沖擊時(shí)電流響應(yīng)時(shí)間不超過(guò) 10 毫秒，在轉(zhuǎn)向盤上不能產(chǎn)生大于 3 度的轉(zhuǎn)動(dòng)角度。 (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。 試驗(yàn)臺(tái)整體方案設(shè)計(jì) 查閱相關(guān)資料發(fā)現(xiàn)有多種電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向試驗(yàn)臺(tái)架。 參考東華轉(zhuǎn)向器公司的試驗(yàn)臺(tái)，我做了少許改變，得到下圖的總體設(shè)計(jì)框圖，此試驗(yàn)臺(tái)能滿足此次設(shè)計(jì)的要求，且自動(dòng)化程度高。電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的電子控制單元根據(jù)轉(zhuǎn)矩信號(hào)、模擬車速信號(hào)，模擬發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)來(lái)控制助力電機(jī)的電流大小，這時(shí)助力電機(jī)會(huì)給 EPSECU 一個(gè)反饋電流， EPSECU 會(huì)根據(jù)這個(gè)反饋電流和下面的轉(zhuǎn)矩傳感器的轉(zhuǎn)矩信號(hào)時(shí)時(shí)控制電流大小， EPSECU 會(huì)把這 些數(shù)據(jù)傳給數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，然后進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)會(huì)根據(jù)情況來(lái)控制磁粉制動(dòng)器的阻力矩，來(lái)模擬路面的阻力情況。此試驗(yàn)臺(tái)也可以作電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的耐久性試驗(yàn)。 汽車電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向試驗(yàn)臺(tái)的組成： 1)轉(zhuǎn)向電動(dòng)機(jī)； 2)直流電動(dòng)機(jī)，額定電壓 12V，額定轉(zhuǎn)矩 ，額定輸出功率 170W，額定轉(zhuǎn)速 1050r/min，額定電流 30A，通過(guò)減速機(jī)構(gòu)和轉(zhuǎn)向柱連接； 3)試驗(yàn)臺(tái)架，用于安裝固定各個(gè)部件； 8 4)模擬轉(zhuǎn)向負(fù)載的阻尼器，安裝在轉(zhuǎn)向軸徑上； 5)轉(zhuǎn)矩傳感器，電壓測(cè)量范圍 0~10V 6)車速信號(hào)模擬裝置和控制電路板； 7)電源，為系