電子動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的研究與設(shè)計開題報告.doc

電氣與信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）開題報告題目名稱：報告人：專業(yè)班級：指導(dǎo)教師：電子動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)研究與設(shè)計自動化04411電子動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)研究與設(shè)計開題報告一、課題的目的和意義為了減輕駕駛員轉(zhuǎn)動方向盤的操作力，利用動力產(chǎn)生輔助主力的裝置，稱為轉(zhuǎn)向助力機(jī)構(gòu)。動力轉(zhuǎn)向，是一種以駕駛員操作方向盤為輸入信號，以轉(zhuǎn)向輪的角位移為輸出信號的伺服機(jī)構(gòu)。動力部分跟手動操作，產(chǎn)生于轉(zhuǎn)向阻力相平衡的輔助力，使車輛進(jìn)行轉(zhuǎn)向運(yùn)動。與此同時，把部分輸出反饋給駕駛員，使其獲得適當(dāng)?shù)氖指?，?gòu)成所謂的雙動伺服機(jī)構(gòu)。隨著高速公路的不斷延伸與轎車的不斷提高，傳統(tǒng)的液壓動力轉(zhuǎn)向暴露出一個致命的弱點，即若要保證汽車在停車或低速掉頭時轉(zhuǎn)向輕便的話，那么當(dāng)汽車在高速行駛就會感到有“發(fā)飄“的感覺；反之，若保證汽車在高速行駛時操作有適度感的話，那么當(dāng)其要掉頭或停車時就會有感到轉(zhuǎn)向太重，兩者不兼顧，這是由于傳統(tǒng)的動力轉(zhuǎn)向的結(jié)構(gòu)決定的?，F(xiàn)在，動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)已成為一些轎車的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)置，全世界約有一半的轎車采用動力轉(zhuǎn)向。隨著汽車電子技術(shù)的發(fā)展，目前一些轎車已經(jīng)使用電動助力轉(zhuǎn)向器，使汽車的經(jīng)濟(jì)性、動力性和機(jī)動性都有所提高。電動助力轉(zhuǎn)向裝置是汽車上一種新的助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)裝置,近年來在國內(nèi)外發(fā)展迅速,由于它采用了可編程電子控制裝置,在帶來靈活性的同時也存在著安全隱患.在分析這種產(chǎn)品特殊性的基礎(chǔ)上,筆者結(jié)合電子控制裝置的特點,指出了事關(guān)安全性的因素,提出了處理安全性的措施,并討論了幾個事關(guān)安全性的具體問題.研究結(jié)果表明:現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)不能夠滿足電動助力轉(zhuǎn)向裝置安全性的需要；并提出了對電動助力轉(zhuǎn)向裝置進(jìn)行安全性測評的思想.研究工作對電動助力轉(zhuǎn)向裝置的開發(fā)以及評價具有參考意義.二、文獻(xiàn)綜述隨著近年來電子控制技術(shù)的成熟和成本的降低,EPS越來越受到人們的重視,并以其具有傳統(tǒng)動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)不可比擬的優(yōu)點,迅速邁向了應(yīng)用領(lǐng)域,部分取代了液壓動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)(HydraulicPowerSteering,簡稱HPS)。電子控制技術(shù)在汽車動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中的應(yīng)用,使汽車的駕駛性能達(dá)到令人滿意的程度。電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)(EPS)在汽車低速行駛轉(zhuǎn)向時減輕轉(zhuǎn)向力使轉(zhuǎn)向輕便、靈活；在汽車高速行駛轉(zhuǎn)向時,適當(dāng)加重轉(zhuǎn)向力,從而提高了高速行駛時的操縱穩(wěn)定性,增強(qiáng)了“路感”。不僅如此,EPS的能耗是HPS能耗的1/3以下,且前者比后者使整車油耗下降可達(dá)3%5%,因而,EPS將成為汽車傳統(tǒng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)理想的升級換代產(chǎn)品。自1953年美國通用汽車公司在別克轎車上使用液壓動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)以來,HPS給汽車帶來了巨大的變化,幾十年來的技術(shù)革新使液壓動力轉(zhuǎn)向技術(shù)發(fā)展異常迅速,出現(xiàn)了電控式液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)(ElectricHydraulicPowerSteering,簡稱EHPS)。1988年2月日本2鈴木公司首先在其Cervo車上裝備EPS,隨后又應(yīng)用在Alto汽車上；TRW公司繼推出EHPS后也迅速推出了技術(shù)上比較成熟的帶傳動EPS和轉(zhuǎn)向柱助力式EPS,并裝配在FordFiesta和Mazda323F等車上,此后EPS技術(shù)便得到了飛速的發(fā)展。在國外,EPS已進(jìn)入批量生產(chǎn)階段,并成為汽車零部件的高新技術(shù)產(chǎn)品,而我國動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)目前絕大部分采用機(jī)械轉(zhuǎn)向或液壓助力轉(zhuǎn)向,EPS的研究開發(fā)目前還處于起步階段,其產(chǎn)品、在2002年才有國內(nèi)企業(yè)進(jìn)行研制開發(fā)。目前,只有南摩股份有限公司能小批量生產(chǎn)用于汽車裝配,在昌河公司產(chǎn)的愛迪爾轎車、南京菲亞特公司產(chǎn)的新雅途轎車上使用。三、研究（設(shè)計）內(nèi)容和擬解決的關(guān)鍵問題3.1EPS系統(tǒng)電動助力式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)利用電動機(jī)產(chǎn)生的動力協(xié)助駕車者進(jìn)行動力轉(zhuǎn)向,不同車的EPS結(jié)構(gòu)部件盡管不一樣,但其基本原理是一致的。圖1為EPS系統(tǒng)控制框圖。圖1EPS系統(tǒng)控制框圖當(dāng)汽車處于直線行駛狀態(tài)時,EPS便處于Standy狀態(tài),電動機(jī)停止工作,只有在汽車轉(zhuǎn)向時,系統(tǒng)才實時的實現(xiàn)助力控制作用。因而,EPS可以很容易的實現(xiàn)在全速范圍內(nèi)的最佳助力控制,在低速行駛時保證汽車的轉(zhuǎn)向靈活輕便,在高速行駛時保證汽車轉(zhuǎn)向穩(wěn)定可靠。EPS的主要部件包括扭矩傳感器、車速傳感器、電動機(jī)、電子控制單元、減速機(jī)構(gòu)和電磁離合器,其工作原理如下:21311扭矩傳感器、車速傳感器EPS中扭矩傳感器主要有:電阻式轉(zhuǎn)向傳感器、非接觸式電感扭矩傳感器和其他類型傳感器,也有很多廠家采用在轉(zhuǎn)向軸位置加一扭桿,通過測量扭桿的變形轉(zhuǎn)化得到扭矩的大小和方向。電阻式轉(zhuǎn)向傳感器實際上是個滑動可變電阻器,其滑動觸電固定在輸出軸上,電阻線部分固定在輸入軸上。當(dāng)操作方向盤時,滑動觸點在電阻線上的移動使得電位計的電阻值隨之變化,最終近集成電路IC處理以變化電流的形式將方向盤信號送至ECU。電阻式傳感器在早期EPS中應(yīng)用較多,這種傳感器價格低,但體3積大,易于磨損。隨著非接觸式扭矩傳感器成本的降低,越來越多的廠商轉(zhuǎn)而采用這種精度高、體積小且壽命長的新型傳感器。圖3所示為KOYO公司研制的非接觸式EPS扭矩傳感器原理圖,改裝置由安裝在輸入軸上的探測環(huán)1和探測環(huán)2,安裝在輸出軸上的另一個探測環(huán)1,探測線圈和補(bǔ)償線圈組成。當(dāng)方向盤轉(zhuǎn)動時,扭桿受受轉(zhuǎn)動力矩作用發(fā)生扭轉(zhuǎn),此時由于線圈是固定不動的,探測線圈與探測環(huán)之間的位置發(fā)生變化從而導(dǎo)致線圈磁阻改變,并最終反映了扭矩的變化。另外,還有如美國AllegroMicrosystems公司開發(fā)的磁環(huán)式霍爾速度傳感器,它可以將轉(zhuǎn)向盤的扭矩、轉(zhuǎn)角、角速度大小及方向等信息轉(zhuǎn)化為電信號輸出。圖2為非接觸式扭矩傳感器。圖2非接觸式扭矩傳感器扭矩傳感器測量值的參考范圍為-12+12Nm,輸出電壓范圍0+5V；車速傳感器應(yīng)用較多的有輸出為脈沖信號或電壓信號兩種,輸出電壓值信號參考范圍為0+5V,輸出脈沖信號參考范圍為,檢測的車速范圍可達(dá)1200Km/h21312電動機(jī)助力電動機(jī)是EPS系統(tǒng)的動力源,它根據(jù)ECU輸出的控制指令,在不同的工況下輸出不同的助力轉(zhuǎn)矩,對整個EPS性能影響很大,因此需要具備良好的動態(tài)特性、調(diào)速特性和隨動特性并易于控制,而且要求輸出波動小、低轉(zhuǎn)速大轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)動慣量小、尺寸小質(zhì)量輕等,因此,常采用無刷式永磁直流電動機(jī)。為改善操縱感、降低噪音和減少振動,在電動機(jī)轉(zhuǎn)子外表面開出斜槽或螺旋槽,而改變定子磁鐵的中心處或端部厚度,將定子磁鐵設(shè)計成不等厚等。三菱Minica的EPS電動機(jī)主要參考參數(shù)為:永磁式直流電機(jī),額定電壓DC12V,最大工作電流30A,額定轉(zhuǎn)矩1Nm。TRW公司推出的帶傳動EPS在工作電壓1315V下,最大工作電流為85A,齒條輸出的最大功率為600W,齒條最大助力1