【正文】 ，加大了能量消耗。 （2）減小了由于路面不平所引起的對轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的干擾，改善了汽車的轉(zhuǎn)向性能，減輕了汽車低速行駛時的轉(zhuǎn)向操縱力，提高了汽車高速行駛時的轉(zhuǎn)向穩(wěn)定性，進而提高汽車的主動安全性。 電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的工作原理 電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)主要由機械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、轉(zhuǎn)矩傳感器、車速傳感器、控制單元（ECU）、離合器、助力電動機及減速機構(gòu)等組成。圖14 EPS結(jié)構(gòu)示意圖 工作原理：汽車在運行過程中，扭矩傳感器、車速傳感器會產(chǎn)生各自的電信號，這些信號經(jīng)過濾波、信號電平調(diào)整后傳給ECU，ECU經(jīng)過分析處理后輸出控制信號給電機驅(qū)動模塊，實現(xiàn)對助力電機扭矩控制[2]。再者，這次設(shè)計的電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)主要是針對經(jīng)濟型轎車來進行開發(fā)的，其空間相對較小，空間問題是要考慮的重點問題。綜合以上原因，選擇轉(zhuǎn)向軸助力式。 機械部分設(shè)計要求分析 轉(zhuǎn)向系是用來保持或者改變汽車行駛方向的機構(gòu)，在汽車轉(zhuǎn)向行駛時，保證各轉(zhuǎn)向輪之間有協(xié)調(diào)的轉(zhuǎn)角關(guān)系。 （2）汽車在轉(zhuǎn)向行駛后，在駕駛員松開轉(zhuǎn)向盤的條件下，轉(zhuǎn)向輪有自動回正作用。 （4）保證汽車有較高的機動性，具有迅速和小轉(zhuǎn)彎能力。 （6）操縱輕便。 機械式轉(zhuǎn)向器方案分析 目前汽車上廣泛使用的是齒輪齒條式及循環(huán)球式。 齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器的主要缺點是：逆效率高達60%—70%。根據(jù)輸入齒輪位置和輸出特點不同，齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器有四種形式[4]：中間輸入，兩端輸出（圖21a）；側(cè)面輸入，兩端輸出（圖21b）；側(cè)面輸入，中間輸出（圖21c）；側(cè)面輸入，一端輸出（圖21d）。圖22 齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器的布置形式 齒條斷面有圓形、V形和Y形三種。 （2）循環(huán)球式循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器由螺桿和螺母共同形成的螺旋槽內(nèi)裝有鋼球構(gòu)成的傳動副，以及螺母上齒條與搖臂軸上齒扇構(gòu)成的傳動副組成[3]，如圖23所示。 循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器的主要缺點是：逆效率高，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造困難，制造精度要求高。 由于齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器與循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器相比[4]：結(jié)構(gòu)簡單，傳動效率高，操縱輕便，質(zhì)量輕；且不需要轉(zhuǎn)向搖臂和轉(zhuǎn)向直拉桿，使轉(zhuǎn)向傳動機構(gòu)得以簡化。 齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器布置和結(jié)構(gòu)形式的選擇 在前橋僅為轉(zhuǎn)向橋的情況下，由轉(zhuǎn)向橫拉桿和左、右梯形臂組成的轉(zhuǎn)向梯形一般布置在前橋之后。 在發(fā)動機位置較低或轉(zhuǎn)向橋兼充驅(qū)動橋的情況下，為避免運動干涉，往往將轉(zhuǎn)向梯形布置在前橋之前，此時上述交角＜90176。 圖24 轉(zhuǎn)向梯形前置 同時考慮到發(fā)動機前置前驅(qū)故采用如圖25所示的側(cè)面輸入兩端輸出的結(jié)構(gòu)形式。選擇該轉(zhuǎn)向梯形的方案時與懸架采用何種方案有關(guān)[4]。 控制部分系統(tǒng)方案設(shè)計 控制部分性能要求分析電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)除必須滿足車輛對轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的一切性能要求外，還應(yīng)滿足控制、控制系統(tǒng)、傳感器等性能要求，具體有以下幾點[11]： （1）具有良好的轉(zhuǎn)向助力特性轉(zhuǎn)向盤力是駕駛者輸入轉(zhuǎn)向盤用以操縱汽車的力。在低車速、低側(cè)向加速度行駛工況下，汽車應(yīng)具有適度的轉(zhuǎn)向盤力與轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角，還應(yīng)有良好的回正性能。轉(zhuǎn)向盤力的大小要適度，特別是隨著車速的提高，轉(zhuǎn)向盤力不宜過輕而要保持一定的數(shù)值；采用隨行駛車速而改變轉(zhuǎn)向盤操作力特性的電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，可以顯著地改善高速行駛時轉(zhuǎn)向盤力的品質(zhì)。圖26助力特性曲線 （2）應(yīng)具有良好的操縱穩(wěn)定性汽車行駛穩(wěn)定性的影響因素很多，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是其重要影響因素之一。轉(zhuǎn)向系一直存在著輕與靈的矛盾，在不同的工況下，對操作穩(wěn)定性要求的側(cè)重面是不一樣的。傳統(tǒng)液壓助力轉(zhuǎn)向由于不能對助力進行實時調(diào)節(jié)與控制。由于EPS由電機提供助力，助力大小由電控單元（ECU）實時調(diào)節(jié)與控制。（3）應(yīng)具有良好的跟隨性 EPS是一種電子控制電動助力轉(zhuǎn)向伺服系統(tǒng)，跟隨性問題十分重要[7][8]。例如，當(dāng)在方向盤上輸入一個偏轉(zhuǎn)角位移時，下部輸出軸要在直流電機的帶動下，按照給定的輸入角位移穩(wěn)定、準(zhǔn)確、快速地跟蹤上輸入偏轉(zhuǎn)角的位移。電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)電動機通過減速機構(gòu)作用到轉(zhuǎn)向機構(gòu)上，電動機和轉(zhuǎn)向機構(gòu)中不僅存在著摩擦損失轉(zhuǎn)矩，還有彈性和間隙。而在高速行駛時，為此，需要在常規(guī)轉(zhuǎn)向的基礎(chǔ)上增加回正控制功能。由于在EPS中采用了微電子技術(shù)，利用軟件控制電動機的動作，在最大限度內(nèi)調(diào)整設(shè)計參數(shù)以獲得最佳的回正特性。 （5）適合的轉(zhuǎn)向路感 對于EPS來說，其助力大小可根據(jù)不同車速、通過軟件的方式來控制電機電流來實現(xiàn)實時調(diào)節(jié)與控制，通過采用優(yōu)良的控制策略，來調(diào)整轉(zhuǎn)向路感，獲得滿意的轉(zhuǎn)向輕便性和操縱穩(wěn)定性，并保證駕駛員有足夠的路感，實現(xiàn)路感的優(yōu)化。 控制部分方案設(shè)計EPS具體的工作流程是[5]：當(dāng)車輛點火開關(guān)接通，發(fā)動機開始運轉(zhuǎn)后，電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的ECU發(fā)出指令使電源繼電器和故障保護繼電器閉合，讓整個EPS系統(tǒng)啟動，EPS程序一直監(jiān)控車速傳感器與轉(zhuǎn)矩傳感器輸入的車速和轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)矩信號，其中，轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)矩信號體現(xiàn)了轉(zhuǎn)向盤的轉(zhuǎn)矩大小及該時刻轉(zhuǎn)向盤的轉(zhuǎn)向和位置，從而能夠判斷轉(zhuǎn)向盤是順時針轉(zhuǎn)動還是逆時針轉(zhuǎn)動還是在中間位置保持不動，由車速與轉(zhuǎn)矩信號實時輸出相應(yīng)的控制電流驅(qū)動電機，實現(xiàn)不同大小不同方向的助力，當(dāng)點火開關(guān)斷開時，EPS系統(tǒng)停止工作。轉(zhuǎn)矩傳感器一般安裝在轉(zhuǎn)向小齒輪軸上，有的與電動機集成制造成一體；車速傳感器安裝在變速器輸出軸上；電流傳感器安裝在電動機里；電子控制單元安裝在轉(zhuǎn)向器上方或者安裝在駕駛員左側(cè)的儀表盤背板上；電動機與減速機構(gòu)集成制造在一起，一般根據(jù)不同的要求安裝在轉(zhuǎn)向柱、轉(zhuǎn)向小齒輪或者轉(zhuǎn)向齒條上。本次設(shè)計中，由于所選用的車型是小型車，故將電動機與減速機構(gòu)集成通過齒輪箱安裝在轉(zhuǎn)向柱上。欲驗算轉(zhuǎn)向系零件的強度，需首先確定作用在各零件上的力。為轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)向輪要克服的阻力，包括轉(zhuǎn)向輪繞主銷轉(zhuǎn)動的阻力、車輪穩(wěn)定阻力、輪胎變形阻力和轉(zhuǎn)向系中的內(nèi)摩擦阻力等[4]。 該車整車整備質(zhì)量為1095kg，所載人數(shù)為6人，每人質(zhì)量約60kg；前置前驅(qū)轉(zhuǎn)向軸負荷率為60% 故G1=（1095+606)%= （2）轉(zhuǎn)向器角傳動比的計算圖31 轉(zhuǎn)向器轉(zhuǎn)角關(guān)系圖 （32） 式中：L—汽車軸距，2500mm；R—汽車最小轉(zhuǎn)彎半徑，4940mm。 式中：L—汽車軸距，2500mm；R—汽車最小轉(zhuǎn)彎半徑，4940mm；B—前輪輪距，1490mm。；—轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)角（速度），α+β=。 因齒輪齒條式轉(zhuǎn)向傳動機構(gòu)無轉(zhuǎn)向搖臂和轉(zhuǎn)向節(jié)臂，故和不代入數(shù)值。因此，可以用此值作為計算載荷。 （5）梯形臂長度L2的計算 前輪輪胎規(guī)格為前輪175/65 R15，則輪輞直徑=15in==381mm。 （6）輪胎直徑的計算 輪胎直徑，取。 （8）主動齒輪軸的計算： （38） 取 式中：—方向盤扭矩， N 轉(zhuǎn)向器基本部件設(shè)計 （1）技術(shù)參數(shù)：表32 技術(shù)參數(shù)表名稱數(shù)值單位線角傳動比mm/rad 齒輪法向模數(shù)方向盤總?cè)?shù)3齒條行程160mm （2）齒輪 齒輪是一只切有齒形的軸。齒輪齒條上的齒可以是直齒也可以是斜齒。因此，轉(zhuǎn)向盤的旋轉(zhuǎn)使齒條橫向移動以操作前輪。斜齒的彎曲增加了一對嚙合齒輪參與嚙合的齒數(shù)。故齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器的齒輪多采用斜齒圓柱齒輪。主動小齒輪齒數(shù)在57個范圍變化，壓力角取值200，齒輪螺旋角多為90150。表33 齒輪軸的尺寸設(shè)計參數(shù)序號項目符號尺寸參數(shù)(mm)1總長1602齒寬303齒數(shù)64法向模數(shù)5螺旋角15176。轉(zhuǎn)向器殼體是安裝在前橫梁或前圍板的固定位置上的。齒條可以比作是梯形轉(zhuǎn)向桿系的轉(zhuǎn)向直拉桿。齒條的橫向運動拉動或推動轉(zhuǎn)向橫拉桿，使前輪轉(zhuǎn)向。即： 取齒條的模數(shù)：=，計算出齒條的壓力角為：=200， 取齒條的總廠L為735mm，直徑30mm，齒條行程為160mm。球頭銷通過螺紋與齒條連接。防塵套夾在轉(zhuǎn)向器兩側(cè)的殼體和轉(zhuǎn)向橫拉桿上，這些防塵套阻止雜物進入球銷和齒條中。這些端部與梯形轉(zhuǎn)向桿系的相似。表35 轉(zhuǎn)向橫拉桿及接頭的尺寸設(shè)計參數(shù)序號項目符號尺寸參數(shù)（mm)1橫拉桿總長2572橫拉桿直徑103螺紋長度484外接頭總長1005球頭銷總長526球頭銷螺紋公稱直徑M817外接頭螺紋公稱直徑M1018內(nèi)接頭總長609內(nèi)接頭螺紋公稱直徑M121 （5）齒條調(diào)整一個齒條導(dǎo)向座安裝在齒條光滑的一面。此調(diào)節(jié)螺塞由鎖緊螺母固定。圖32 自動消除間隙裝置 表36 齒條調(diào)整裝置的尺寸設(shè)計參數(shù)序號項目符號尺寸參數(shù)（mm)1導(dǎo)向座外徑402導(dǎo)向座高度303彈簧總?cè)?shù)4彈簧節(jié)距5彈簧外徑306彈簧安裝高度377螺塞螺紋公稱直徑M4428螺塞高度309鎖止螺塞高度1010轉(zhuǎn)向器殼體總長/高600/15011轉(zhuǎn)向器殼體內(nèi)/外徑40/56 （6）齒輪齒條的綜合分析設(shè)計及計算轉(zhuǎn)向器轉(zhuǎn)向盤的單位轉(zhuǎn)角增量與齒條位移增量的反比定義為齒輪齒條轉(zhuǎn)向器的線角傳動比。圖33 齒條嚙合長度計算圖 這時可以知道AB=πd，齒輪在齒條上移動了AC距離：式中：—齒輪安裝角，（0）；—齒輪分度圓直徑（mm）。只能是齒條沿其軸線移動，可見BC在實際工作中不存在，從中可知：；在齒輪轉(zhuǎn)動一周，齒條實際移動距離AD為：。AD就是齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器的線角傳動比，即 （311） 將設(shè)計數(shù)據(jù)：；；；代入上式，得=。將數(shù)據(jù)代入（312）式，得Z2=，取整數(shù)值Z2=21。 (c)計算許用應(yīng)力 取, = = 應(yīng)力修正系數(shù) = = ⑵初步確定齒輪的基本參數(shù)和主要尺寸 ①選擇齒輪類型 根據(jù)齒輪傳動的工作條件，選用斜齒圓柱齒輪與斜齒齒條嚙合傳動方案 ②選擇齒輪傳動精度等級 選用7級精度 ③ 初選參數(shù) 初選 =6 =21 = = = 按當(dāng)量齒數(shù) ④初步計算齒輪模數(shù) ==30850閉式硬齒面?zhèn)鲃樱待X根彎曲疲勞強度設(shè)計。 齒輪法面基圓齒距為 齒條法面基圓齒距為 取齒條法向模數(shù)為= ⑤ 齒條齒頂高 =(1+0)= ⑥齒條齒根高 =(1+)= ⑦法面齒距