轉(zhuǎn)向系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、標(biāo)題轉(zhuǎn)向系統(tǒng)設(shè)計(jì)與優(yōu)化摘要汽車在行駛過程中，需要按照駕駛員的意志經(jīng)常改變行駛方向，即所謂汽車轉(zhuǎn)向。用來改變或保持汽車行駛方向的機(jī)構(gòu)稱為汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的功能就是按照駕駛員的意愿控制汽車的行駛方向。汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)對(duì)汽車的行駛安全是至關(guān)重要的。因此需要對(duì)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，從而使汽車操作起來更加方便、安全。本次設(shè)計(jì)是EPS電動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，即電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。該系統(tǒng)是由一個(gè)機(jī)械系統(tǒng)和一個(gè)電控的電動(dòng)馬達(dá)結(jié)合在一起而形成的一個(gè)動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。EPS系統(tǒng)主要是由扭矩傳感器、電動(dòng)機(jī)、電磁離合器、減速機(jī)構(gòu)和電子控制單元等組成。駕駛員在操縱方向盤進(jìn)行轉(zhuǎn)向時(shí)，轉(zhuǎn)矩傳感器檢測(cè)到轉(zhuǎn)向盤的轉(zhuǎn)向以及轉(zhuǎn)矩的大小，將電壓信

2、號(hào)輸送到電子控制單元，電子控制單元根據(jù)轉(zhuǎn)矩傳感器檢測(cè)到的轉(zhuǎn)距電壓信號(hào)、轉(zhuǎn)動(dòng)方向和車速信號(hào)等，向電動(dòng)機(jī)控制器發(fā)出指令，使電動(dòng)機(jī)輸出相應(yīng)大小和方向的轉(zhuǎn)向助力轉(zhuǎn)矩，從而產(chǎn)生輔助動(dòng)力。汽車不轉(zhuǎn)向時(shí)，電子控制單元不向電動(dòng)機(jī)控制器發(fā)出指令，電動(dòng)機(jī)不工作。該系統(tǒng)由電動(dòng)助力機(jī)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、軟管、液壓油、傳送帶和裝于發(fā)動(dòng)機(jī)上的皮帶輪，既節(jié)省能量，又保護(hù)了環(huán)境。另外，還具有調(diào)整簡單、裝配靈活以及在多種狀況下都能提供轉(zhuǎn)向助力的特點(diǎn)。因此，電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的發(fā)展方向。關(guān)鍵詞：機(jī)械系統(tǒng)，扭矩傳感器，電動(dòng)機(jī)，電磁離合器，減速機(jī)構(gòu)，電子控制單元。概述汽車在行使過

3、程中，需要經(jīng)常改變行駛方向，即所謂的轉(zhuǎn)向。這就需要有一套能夠按照司機(jī)意志來改變或恢復(fù)汽車行駛方向的專設(shè)機(jī)構(gòu)，它將司機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)方向盤的動(dòng)作轉(zhuǎn)變?yōu)檐囕喌钠D(zhuǎn)動(dòng)作，這就是所謂的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是用來改變汽車的行使方向和保持汽車直線行使的機(jī)構(gòu)，既要保持車輛沿直線行駛的穩(wěn)定性，又要保證車輛轉(zhuǎn)向的靈活性。轉(zhuǎn)向性能是保證車輛安全，減輕駕駛員勞動(dòng)強(qiáng)度和提高作業(yè)效率的重要因素。汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)可按轉(zhuǎn)向的能源不同分為機(jī)械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)和動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)兩類。機(jī)械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是依靠駕駛員操縱轉(zhuǎn)向盤的轉(zhuǎn)向力來實(shí)現(xiàn)車輪轉(zhuǎn)向，其中所有傳力件都是機(jī)械的；動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)則是一套兼用駕駛員體力和發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力為轉(zhuǎn)向能源的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，這樣駕駛員就可以輕便靈

4、活的操縱噸位較大的汽車轉(zhuǎn)向，大大減輕了勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了行使安全性。但是動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)一直存在“輕”與“靈”的矛盾。為緩和這一矛盾，過去人們將減速器設(shè)計(jì)成殼變速比，在轉(zhuǎn)向盤小轉(zhuǎn)角時(shí)，以“靈”為主，在轉(zhuǎn)向盤大轉(zhuǎn)角時(shí)，以“輕”為主。但“靈”的范圍只在轉(zhuǎn)向盤中間位置附近，僅對(duì)高速行駛有意義，并且傳動(dòng)比不能隨車速變化，所以這一方法不能根本解決矛盾。隨著動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的產(chǎn)生，液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)以其具有的轉(zhuǎn)向操縱靈活、輕便，設(shè)計(jì)汽車時(shí)對(duì)轉(zhuǎn)向器的結(jié)構(gòu)形式的選擇靈活性增大，并可以吸收路面對(duì)前輪產(chǎn)生的沖擊等優(yōu)點(diǎn)，自20世紀(jì)50年代以來，在各國的汽車上普遍采用。但是傳統(tǒng)的液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的油耗量是很大的，約占整車燃油消耗量的

5、3%，故這一弊端無法消除。后來隨著電子技術(shù)的發(fā)展，電控液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生，該系統(tǒng)的某些性能明顯的優(yōu)于傳統(tǒng)液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，但是仍然不發(fā)根除液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)所固有的遺憾。此外，液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)在設(shè)計(jì)完后，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的性能就確定了，不能在對(duì)其調(diào)節(jié)和控制。因此，傳統(tǒng)液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)協(xié)調(diào)轉(zhuǎn)向力與操縱“路感”的關(guān)系困難，很大程度上影響汽車的操縱穩(wěn)定性。電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（簡稱EPS)是繼液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)之后產(chǎn)生的新的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)由電動(dòng)機(jī)提供助力，助力大小由電控單元（ECU）實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)和控制，可以較好的解決液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)所不能解決的矛盾。電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)有其突出的特點(diǎn)：1、EPS系統(tǒng)能在各

6、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，減少汽車低速行駛的轉(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。2、提高汽車的燃油經(jīng)濟(jì)性。裝有電動(dòng)系統(tǒng)的車輛和裝有液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的車輛對(duì)比實(shí)驗(yàn)證明，在不轉(zhuǎn)向情況下、裝有電動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的車輛燃油消耗降低2.5%，在使用轉(zhuǎn)向的情況下，燃油消耗降低5.5%。3、增強(qiáng)了轉(zhuǎn)向跟隨性。在EPS中電動(dòng)機(jī)和助力機(jī)構(gòu)直接相連，以使其能量直接用于車輪轉(zhuǎn)向。這樣增加了系統(tǒng)的轉(zhuǎn)向慣量，電機(jī)部分的阻尼也使得車輪的反向和轉(zhuǎn)向前輪擺振大大減小。因此轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的抗擾動(dòng)能力大大增強(qiáng)。4、在EPS中由電動(dòng)機(jī)直接提供轉(zhuǎn)向助力

7、，在停車時(shí)間殼獲得最大的轉(zhuǎn)向動(dòng)力。同時(shí)省去了液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的所必須的轉(zhuǎn)向油泵、軟管、液壓油、密封件、傳送帶和裝于發(fā)動(dòng)機(jī)上的皮帶輪等。因此，其質(zhì)量更輕、結(jié)構(gòu)等緊湊，裝配自動(dòng)化程度高，維修簡單。（5）采用"綠色能源"，適應(yīng)現(xiàn)代汽車的要求。電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)應(yīng)用"最干凈"的電力作為能源，完全取締了液壓裝置，不存在液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中液態(tài)油的泄漏問題，可以說該系統(tǒng)順應(yīng)了"綠色化"的時(shí)代趨勢(shì)。該系統(tǒng)由于它沒有液壓油，沒有軟管、油泵和密封件，避免了污染。而液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)油管使用的聚合物不能回收，易對(duì)環(huán)境造成污染。（6）系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，占用空間小，布置方

8、便，性能優(yōu)越。由于該系統(tǒng)具有良好的模塊化設(shè)計(jì)，所以不需要對(duì)不同的系統(tǒng)重新進(jìn)行設(shè)計(jì)、試驗(yàn)、加工等,不但節(jié)省了費(fèi)用，也為設(shè)計(jì)不同的系統(tǒng)提供了極大的靈活性，而且更易于生產(chǎn)線裝配.該系統(tǒng)省去了裝于發(fā)動(dòng)機(jī)上皮帶輪和油泵，留出的空間可以用于安裝其它部件。許多消費(fèi)者在買車時(shí)非常關(guān)心車輛的維護(hù)與保養(yǎng)問題。裝有電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的汽車沒有油泵，沒有軟管連接，可以減少許多憂慮。實(shí)際上，傳統(tǒng)的液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中，液壓油泵和軟管的事故率占整個(gè)系統(tǒng)故障的53%，如軟管漏油和油泵漏油等.目前，電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)有取代機(jī)械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)和電控液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的趨勢(shì)，是一項(xiàng)緊扣現(xiàn)代汽車時(shí)代發(fā)展主題的高新技術(shù)，是現(xiàn)代轎車的

9、主要發(fā)展方向。目錄1. 電動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的來源及發(fā)展趨勢(shì)。2. 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)方案的分析。1. 工作原理的分析。2. 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)機(jī)械部分工作條件。3. 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)關(guān)鍵部件的分析。4. 轉(zhuǎn)向器的功用及類型。5. 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)類型。6. 轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的功用和類型。3 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的主要性能參數(shù)。1. 轉(zhuǎn)向系的效率。2. 傳動(dòng)系統(tǒng)傳動(dòng)比的計(jì)算。3. 轉(zhuǎn)向器的嚙合特征。4. 轉(zhuǎn)向盤的自由行程。4 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與計(jì)算。1. 轉(zhuǎn)向輪側(cè)偏角的計(jì)算。2. 轉(zhuǎn)向器參數(shù)的選取。3. 動(dòng)力轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)。4. 轉(zhuǎn)向梯形的計(jì)算和設(shè)計(jì)。5 結(jié)論。6 謝辭。7 參考文獻(xiàn)。正文一電動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的來源及發(fā)展趨勢(shì)。電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是于20世紀(jì)

10、80年代中期提出來的。電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)符合現(xiàn)代汽車機(jī)電一體化的設(shè)計(jì)思想，該系統(tǒng)由轉(zhuǎn)向傳感裝置、車速傳感器、助力機(jī)械裝置、提供轉(zhuǎn)向助力電機(jī)及微電腦控制單元組成。作為汽車的一個(gè)重要組成部分，汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是決定汽車主動(dòng)安全性的關(guān)鍵總成，如何設(shè)計(jì)汽車的轉(zhuǎn)向特性，使汽車具有良好的操縱性能，始終是各汽車生產(chǎn)廠家和科研機(jī)構(gòu)的重要研究課題。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。汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)經(jīng)歷了純機(jī)械式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)3個(gè)基本發(fā)展階段。機(jī)械式的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，由于采用純粹的機(jī)械解決方案，為了產(chǎn)生足夠大的轉(zhuǎn)向扭矩需要

11、使用大直徑的轉(zhuǎn)向盤，這樣一來，占用駕駛室的空間很大，整個(gè)機(jī)構(gòu)顯得比較笨拙，駕駛員負(fù)擔(dān)較重，特別是重型汽車由于轉(zhuǎn)向阻力較大，單純靠駕駛員的轉(zhuǎn)向力很難實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向，這就大大限制了其使用范圍。但因結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠、造價(jià)低廉，目前在一部分轉(zhuǎn)向操縱力不大、對(duì)操控性能要求不高的微型轎車、農(nóng)用車上仍有使用。1953年通用汽車公司首次使用了液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，此后該技術(shù)迅速發(fā)展，使得動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)在體積、功率消耗和價(jià)格等方面都取得了很大的進(jìn)步。80年代后期，又出現(xiàn)了變減速比的液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。在接下來的數(shù)年內(nèi)，動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的技術(shù)革新差不多都是基于液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，比較有代表性的是變流量泵液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)和電動(dòng)液壓助力轉(zhuǎn)

12、向系統(tǒng)。變流量泵助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)在汽車處于比較高的行駛速度或者不需要轉(zhuǎn)向的情況下，泵的流量會(huì)相應(yīng)地減少，從而有利于減少不必要的功耗。電動(dòng)液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)采用電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)向泵，由于電機(jī)的轉(zhuǎn)速可調(diào)，可以即時(shí)關(guān)閉，所以也能夠起到降低功耗的功效。液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)使駕駛室變得寬敞，布置更方便，降低了轉(zhuǎn)向操縱力，也使轉(zhuǎn)向系統(tǒng)更為靈敏。由于該類轉(zhuǎn)向系統(tǒng)技術(shù)成熟、能提供大的轉(zhuǎn)向操縱助力，目前在部分乘用車、大部分商用車特別是重型車輛上廣泛應(yīng)用。但是液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)在系統(tǒng)布置、安裝、密封性、操縱靈敏度、能量消耗、磨損與噪聲等方面存在不足的問題。 因此電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（簡稱EPS）應(yīng)運(yùn)而生，它是繼液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)之后產(chǎn)生的

13、新的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)由電動(dòng)機(jī)提供助力，助力大小由電控單元（ECU）實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)和控制，可以較好的解決液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)所不能解決的矛盾。且擁有許多液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)沒有的優(yōu)勢(shì)，所以電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)有取代機(jī)械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)和電控液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的趨勢(shì)，是一項(xiàng)緊扣現(xiàn)代汽車時(shí)代發(fā)展主題的高新技術(shù)，是現(xiàn)代轎車的主要發(fā)展方向。二轉(zhuǎn)向系統(tǒng)方案的分析。1.工作原理的分析。首先，轉(zhuǎn)矩傳感器測(cè)出駕駛員施加在轉(zhuǎn)向盤上的操縱力矩，車速傳感器測(cè)出車輛當(dāng)前的行駛速度，然后將這兩個(gè)信號(hào)傳遞給ECU；ECU根據(jù)內(nèi)置的控制策略，計(jì)算出理想的目標(biāo)助力力矩，轉(zhuǎn)化為電流指令給電機(jī)；然后，電機(jī)產(chǎn)生的助力力矩經(jīng)減速機(jī)構(gòu)放大作

14、用在機(jī)械式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)上，和駕駛員的操縱力矩一起克服轉(zhuǎn)向阻力矩，實(shí)現(xiàn)車輛的轉(zhuǎn)向。2. 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)機(jī)械部分工作條件。電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的基本組成包括扭距傳感器、車速傳感器、控制單元（ECU）、電動(dòng)機(jī)、減速機(jī)構(gòu)和離合器等，如圖所示。在EPS系統(tǒng)中，傳感器主要應(yīng)用了扭距傳感器、轉(zhuǎn)速傳感器、速度傳感器。扭距傳感器時(shí)刻檢測(cè)轉(zhuǎn)向盤的運(yùn)動(dòng)狀況，將駕駛員轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)向盤的方向、角度、信息傳送給控制單元作輸入信號(hào)。轉(zhuǎn)速傳感器用于測(cè)量轉(zhuǎn)向盤的旋轉(zhuǎn)速度，速度傳感器測(cè)量車輛的行駛速度，兩者的測(cè)量結(jié)果同樣送到控制單元作為輸入?？刂茊卧荅PS系統(tǒng)的核心部分，也是EPS系統(tǒng)研究的重點(diǎn)。目前普遍將控制單元設(shè)計(jì)為數(shù)字化，一般以一個(gè)八位或十

15、六位微處理器為核心，外圍集成A/D電路、輸入信號(hào)接口電路、報(bào)警電路、電源。要求具有簡單計(jì)算、查表、故障診斷處理、儲(chǔ)存、報(bào)警、驅(qū)動(dòng)等功能。電動(dòng)機(jī)的功能是根據(jù)控制單元的指令輸出適宜的輔助扭矩，是EPS的動(dòng)力源。電動(dòng)機(jī)對(duì)EPS的性能有很大的影響，是EPS的關(guān)鍵部件之一，所以EPS對(duì)電動(dòng)機(jī)很重要。不僅要求低轉(zhuǎn)速大扭矩、波動(dòng)小、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小、尺寸小、質(zhì)量輕，而且要求可靠性高、易控制。在現(xiàn)有設(shè)計(jì)中電動(dòng)機(jī)主要采用直流電動(dòng)機(jī)和無刷永磁式電動(dòng)機(jī)，驅(qū)動(dòng)電路根據(jù)采用的電動(dòng)機(jī)和控制策略不同而不同。EPS的減速機(jī)構(gòu)與電動(dòng)機(jī)相連，起減速增扭作用。常采用渦輪蝸桿機(jī)構(gòu)，也有采用行星齒輪機(jī)構(gòu)。EPS的離合器，裝在減速機(jī)構(gòu)的一側(cè)，

16、是為了保證EPS只有在預(yù)先設(shè)定的車速行駛范圍內(nèi)起作用。當(dāng)車速達(dá)到某一值時(shí)，離合器分離，電動(dòng)機(jī)停止工作，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)轉(zhuǎn)為手動(dòng)轉(zhuǎn)向。另外，當(dāng)電動(dòng)機(jī)發(fā)生故障時(shí)離合器將自動(dòng)分離。由圖可見，電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是在傳統(tǒng)機(jī)械轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)基礎(chǔ)上增加信號(hào)傳感裝置、控制單元和轉(zhuǎn)向助力機(jī)構(gòu)。EPS的轉(zhuǎn)向軸由靠扭桿相連的輸入軸和輸出軸組成。輸出軸通過傳動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)轉(zhuǎn)向拉桿使車輪轉(zhuǎn)向，輸出軸除通過扭桿與輸入軸相連外，還經(jīng)行星齒輪減速機(jī)構(gòu)離合器與主力電動(dòng)機(jī)相連。駕駛者在操縱轉(zhuǎn)向盤時(shí)，給輸入軸輸入了一個(gè)角位移，輸入軸和輸出軸之間的相對(duì)角位移使扭桿受扭，扭距傳感器將扭桿所受到的扭矩轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào)輸入電控單元；與此同時(shí)，車速傳感器檢測(cè)到的

17、車速信號(hào)頁輸入電控單元，電控單元綜合轉(zhuǎn)向盤的輸入力矩、轉(zhuǎn)向方向以及車速等信號(hào)，判斷是否需要力矩以及力矩的方向。若需要力矩，則依照既定的助力控制策略來計(jì)算電動(dòng)機(jī)助力轉(zhuǎn)矩的大小并輸出相應(yīng)的信號(hào)給驅(qū)動(dòng)電路，驅(qū)動(dòng)電路提供相應(yīng)的電壓或電流給電動(dòng)機(jī)，電動(dòng)機(jī)輸出相應(yīng)的轉(zhuǎn)矩由蝸輪蝸桿傳動(dòng)裝置放大再施加給轉(zhuǎn)向軸起助力作用，從而完成實(shí)時(shí)控制助力轉(zhuǎn)向；若出現(xiàn)故障或超出設(shè)定值則停止給電動(dòng)機(jī)供電，系統(tǒng)不提供助力，同時(shí)，離合器切斷，以避免轉(zhuǎn)向系統(tǒng)受電動(dòng)機(jī)慣性力矩的影響。系統(tǒng)轉(zhuǎn)為人工手動(dòng)助力。工作過程如圖所示。3.轉(zhuǎn)向系統(tǒng)關(guān)鍵部件的分析。（1） 轉(zhuǎn)矩傳感器。轉(zhuǎn)矩傳感器是測(cè)量駕駛員作用在轉(zhuǎn)向盤上的力矩的大小和方向的，有的轉(zhuǎn)矩

18、傳感器還能測(cè)量轉(zhuǎn)向盤的轉(zhuǎn)角的大小和方向。轉(zhuǎn)矩傳感器有接觸式和非接觸式兩種。二者比較起來，由于非接觸式轉(zhuǎn)矩傳感器體積小，而且精度高，所以采用非接觸式轉(zhuǎn)矩傳感器。（2） 電磁離合器。EPS系統(tǒng)助力一般都是在一個(gè)設(shè)定的范圍，當(dāng)車速低于某一個(gè)特定值時(shí)，系統(tǒng)提供轉(zhuǎn)向助力，保證轉(zhuǎn)向的輕便性；當(dāng)車速處于設(shè)定值之間時(shí)，電動(dòng)機(jī)停止工作，系統(tǒng)處于休眠狀態(tài)，離合器分離，以切斷輔助動(dòng)力，另外，當(dāng)EPS系統(tǒng)發(fā)生故障的時(shí)候，離合器自動(dòng)分離，此時(shí)仍然可利用手動(dòng)控制轉(zhuǎn)向，保障系統(tǒng)的安全性，EPS系統(tǒng)中電磁離合器應(yīng)用較多的為單片干式電磁離合器。（3） 電動(dòng)機(jī)。助力電動(dòng)機(jī)是EPS系統(tǒng)的主要?jiǎng)恿υ?，它根?jù)ECU的控制指令在不同的工

19、況下輸出不同的助力力矩，對(duì)整個(gè)EPS系統(tǒng)性能影響很大。對(duì)電動(dòng)機(jī)的選擇要求是：有良好的動(dòng)態(tài)特性、調(diào)速特性和隨動(dòng)特性并易控制，還要求輸出波動(dòng)小、低轉(zhuǎn)速大轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小、尺寸質(zhì)量輕等，因此常采用有刷式永磁直流電動(dòng)機(jī)。（4） 減速機(jī)構(gòu)。減速機(jī)構(gòu)是EPS中不可缺少的組件，它把電動(dòng)機(jī)的輸出減速放大后再傳遞給執(zhí)行部件。目前實(shí)用的減速機(jī)構(gòu)有多種組合方式，采用較多的是蝸輪蝸桿與轉(zhuǎn)向軸驅(qū)動(dòng)組合式。4.轉(zhuǎn)向器的功用及類型。轉(zhuǎn)向器是轉(zhuǎn)向系中減速增大轉(zhuǎn)矩的裝置，其功能是增大轉(zhuǎn)向盤傳到轉(zhuǎn)向節(jié)的力并改變力的傳遞方向。它實(shí)質(zhì)上是一個(gè)減速器，以達(dá)到駕駛員駕駛省力，減輕其疲勞程度之目的。轉(zhuǎn)向器的結(jié)構(gòu)形式很多，通常按其傳動(dòng)幅結(jié)構(gòu)

20、形式來分類。常見的有齒輪齒條式、循環(huán)球式、球面蝸桿滾輪式、蝸桿指銷式。5.轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)類型。根據(jù)助力電動(dòng)機(jī)助力位置不同，可分為轉(zhuǎn)向軸式電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、齒輪軸式電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)及齒條軸式電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。轉(zhuǎn)向軸助力式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的電動(dòng)機(jī)固定在轉(zhuǎn)向軸的一側(cè)，通過減速機(jī)構(gòu)與轉(zhuǎn)向軸相連，直接驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)向軸助力轉(zhuǎn)向，如圖所示。 齒輪助力式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的電動(dòng)機(jī)和減速機(jī)構(gòu)與小齒輪相連，直接驅(qū)動(dòng)齒輪助力轉(zhuǎn)向，如圖所示。與轉(zhuǎn)向軸助力式相比，可以提供較大的轉(zhuǎn)向力，適用于中型車。其助力控制特性方面增加了難度。齒條助力式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的電動(dòng)機(jī)和減速機(jī)構(gòu)直接驅(qū)動(dòng)齒條提供助力，與轉(zhuǎn)向器小齒輪助力式相比，齒條助力式可以提供更大的轉(zhuǎn)向力，

21、適用于大型車。對(duì)原有的轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)有較大的改變。6.轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的功用和類型。它的功用將轉(zhuǎn)向器輸出的力和運(yùn)動(dòng)傳到轉(zhuǎn)向橋兩側(cè)的轉(zhuǎn)向節(jié)，使兩側(cè)轉(zhuǎn)向輪偏轉(zhuǎn)，且使兩轉(zhuǎn)向輪偏轉(zhuǎn)角按一定關(guān)系變化，以保證汽車轉(zhuǎn)向時(shí)車輪與地面的相對(duì)滑動(dòng)盡可能小。同時(shí)，還承受由于路面不平而引起的沖擊振動(dòng)，以穩(wěn)定汽車方向，避免轉(zhuǎn)向盤由于路面的沖擊而出現(xiàn)的打滑現(xiàn)象。轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)形式因行駛懸架的不同，可分為非獨(dú)立懸架轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和獨(dú)立懸架轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。3 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的主要性能參數(shù)。1. 轉(zhuǎn)向系的效率。根據(jù)效率定義，因功率輸入來源不同，轉(zhuǎn)向器的效率有正、逆效率之分。功率由轉(zhuǎn)向軸輸入，經(jīng)轉(zhuǎn)向搖臂輸出所求得的效率稱為正效率，用符號(hào)+表

22、示，反之稱為逆效率，用符號(hào)-表示。影響轉(zhuǎn)向系的正效率的因素有：轉(zhuǎn)向器的類型、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、結(jié)構(gòu)參數(shù)和質(zhì)量制造等，同一類型的轉(zhuǎn)向器因結(jié)構(gòu)不同，效率也有較大的差別。轉(zhuǎn)向系的逆效率影響汽車的使用性能和駕駛員的安全。對(duì)于逆效率高的轉(zhuǎn)向器而言，路面作用在車輪上的力，經(jīng)過轉(zhuǎn)向系統(tǒng)可大部分傳遞到方向盤，這種轉(zhuǎn)向器稱為可逆式的。2. 傳動(dòng)系統(tǒng)傳動(dòng)比的計(jì)算。汽車在瀝青或者混凝土路面的原地轉(zhuǎn)向阻力矩，可用下面的半經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算： = (3-9)式中 前軸靜負(fù)荷，； 輪胎和地面間的滑動(dòng)摩擦系數(shù)，一般在0.7左右； 輪胎氣壓，。由于滿載時(shí)，前軸負(fù)荷45-49.5；空載時(shí)，51-56，所以 =1700×55

23、5;9.8=9163 即 =由于輪胎選用205/55R16V型號(hào)，其寬度為205，那么，=0.4×205=82;=N取=200，則=45.6由于=，即=45.6×18.73. 轉(zhuǎn)向器的嚙合特征。嚙合間隙是指各種轉(zhuǎn)向器中傳動(dòng)副之間的間隙。嚙合間隙又稱為傳動(dòng)間隙。研究嚙合特性的意義，在于它與直線行駛狀態(tài)的穩(wěn)定性和轉(zhuǎn)向器的使用壽命有密切關(guān)系。汽車處于直線行駛狀態(tài)時(shí)，轉(zhuǎn)向器傳動(dòng)副的嚙合間隙可能有兩種情況：沒有間隙或者有間隙。在后一種情況下，一旦轉(zhuǎn)向器受到側(cè)向力的作用，就能在間隙的范圍內(nèi)，允許轉(zhuǎn)向輪偏離原來的行駛位置，而使汽車失去安穩(wěn)性。為了防止出現(xiàn)這樣的情況，要求傳動(dòng)副的嚙合間隙在

24、方向盤處于中間或附近位置上時(shí)要極小，最好無間隙，以保證汽車直線行駛的穩(wěn)定性。 因?yàn)槠囉眯∞D(zhuǎn)彎行駛的次數(shù)多于大轉(zhuǎn)彎，所以轉(zhuǎn)向器傳動(dòng)副工作表面磨損不均勻。傳動(dòng)副中間位置的磨損要大于兩端的磨損。當(dāng)中間位置的間隙達(dá)到一定程度的時(shí)，駕駛員將無法確保行駛的穩(wěn)定性，此時(shí)要對(duì)間隙進(jìn)行重新調(diào)整，借以消除所產(chǎn)生的間隙，調(diào)整后要求方向盤能及時(shí)圓滑地從中間位置轉(zhuǎn)到兩端，而無卡住現(xiàn)象。如果設(shè)計(jì)的是使轉(zhuǎn)向器的傳動(dòng)副各處具有均勻的間隙，就不能達(dá)到上述的要求，因?yàn)楫?dāng)中間位置磨損出現(xiàn)間隙后，經(jīng)過調(diào)整，該處的間隙雖然可以消除，但是在方向盤轉(zhuǎn)到底以前必然要卡住，使之不能繼續(xù)使用。為了延長轉(zhuǎn)向器的使用壽命，應(yīng)當(dāng)使傳動(dòng)副的嚙合間隙在

25、離開中間位置以后逐漸增大。4. 轉(zhuǎn)向盤的自由行程。就轉(zhuǎn)向操縱機(jī)構(gòu)的靈敏度而言，最好是轉(zhuǎn)向盤和轉(zhuǎn)向節(jié)運(yùn)動(dòng)能同步開始并能同步結(jié)束。然而，這在實(shí)際上是不可能的，因?yàn)樵谡麄€(gè)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中，各個(gè)傳動(dòng)件之間必存在著轉(zhuǎn)配間隙，而且，這些間隙將隨著零件的磨損而逐漸增大。在轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)動(dòng)的開始階段，駕駛員對(duì)轉(zhuǎn)向盤的轉(zhuǎn)向力矩很小，因?yàn)橹挥脕砜朔D(zhuǎn)向系的內(nèi)部摩擦，稱為轉(zhuǎn)向盤的空轉(zhuǎn)階段。此后，才需要對(duì)轉(zhuǎn)向盤施加更大的力來克服從車輪傳到轉(zhuǎn)向節(jié)的阻力矩，從而實(shí)現(xiàn)汽車的轉(zhuǎn)向。轉(zhuǎn)向盤在空轉(zhuǎn)階段的角行程，稱為轉(zhuǎn)向盤的自由行程。4 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與計(jì)算。1. 轉(zhuǎn)向輪側(cè)偏角的計(jì)算。（以下圖為例）sin = ° tan 36.25

26、45°2. 轉(zhuǎn)向器參數(shù)的選取。轉(zhuǎn)向器的齒輪采用斜齒輪，齒輪模數(shù)在之間，主動(dòng)小齒輪齒數(shù)在之間，壓力角取，螺旋角在之間。故取小齒輪，右旋，壓力角，精度等級(jí)8級(jí)。3. 動(dòng)力轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)。（1） .轉(zhuǎn)矩傳感器的選擇。本此設(shè)計(jì)選擇非接觸式轉(zhuǎn)矩傳感器。它主要由滑塊、鋼球、環(huán)和電位器組成。鋼球通過螺旋球表面固定在輸入軸外側(cè)的螺旋球槽盒和滑體內(nèi)側(cè)的球洞里?；瑝K相對(duì)于輸入軸可以在螺旋方向上移動(dòng)。同時(shí)滑塊通過一個(gè)銷安裝到輸出軸，使它僅可以相對(duì)輸出軸在垂直方向上移動(dòng)。因此，當(dāng)輸入軸相對(duì)輸出軸移動(dòng)時(shí)，滑塊按照輸入軸旋轉(zhuǎn)的方向和輸出軸的旋轉(zhuǎn)量，垂直移動(dòng)。當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)方向盤，轉(zhuǎn)矩被傳遞到扭力桿時(shí)，輸入軸和輸出軸出現(xiàn)

27、偏差，這些偏差使滑塊在軸方向移動(dòng)，這些軸方向的移動(dòng)轉(zhuǎn)化為所示的控制桿力電位器的旋轉(zhuǎn)角度。結(jié)果，轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷鹤兓?，并傳送到控制器ECU.送到控制器的轉(zhuǎn)矩信號(hào)為主、副兩路。當(dāng)方向盤處于中間位置時(shí)，主，副兩路輸出的信號(hào)都為2.5V；當(dāng)方向盤右轉(zhuǎn)時(shí)，主轉(zhuǎn)矩信號(hào)大于2.5V;當(dāng)方向盤左轉(zhuǎn)時(shí)，主要轉(zhuǎn)矩信號(hào)小于2.5V，輔轉(zhuǎn)矩信號(hào)大于2.5V。系統(tǒng)利用主、副轉(zhuǎn)矩信號(hào)即可判斷方向盤轉(zhuǎn)向的方向和轉(zhuǎn)矩大小。（2） .車速傳感器的選擇。車速傳感器也是系統(tǒng)控制的主要依據(jù)之一，一方面它與轉(zhuǎn)矩信號(hào)結(jié)合用于確定系統(tǒng)控制的目標(biāo)電流，一方面用于保證系統(tǒng)的安全性和可靠性，即當(dāng)車速超出系統(tǒng)設(shè)定的助力范圍時(shí)，系統(tǒng)將要停止助力，改為

28、手動(dòng)操作。車速信號(hào)由車速傳感器測(cè)得，車速傳感器也有多種類型，主要是利用電磁原理和光學(xué)原理制成。常見的車速傳感器工作原理是車速傳感器由永久磁鐵，鐵芯和線圈組成。由于傳感器的頂端設(shè)置在附有齒的轉(zhuǎn)子附近，當(dāng)附有齒的轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)，從傳感器的永久磁鐵的磁通量發(fā)生變化，在線圈上就會(huì)產(chǎn)生交流電流。（3） 直流電動(dòng)機(jī)的選擇。本次設(shè)計(jì)采用的是無刷式永磁直流電動(dòng)機(jī)。作為EPS系統(tǒng)的助力的提供者，直流電動(dòng)機(jī)應(yīng)該具有較好的機(jī)械特性和調(diào)速特性。一般應(yīng)該滿足如下要求：盡可能寬的調(diào)速范圍；較小的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；良好的調(diào)速平穩(wěn)性；體積小，質(zhì)量輕、噪聲低，過載能力強(qiáng)。（4） .減速機(jī)構(gòu)的選擇。減速機(jī)構(gòu)使電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中不可缺少的部件

29、，它的作用是降低電動(dòng)機(jī)輸出軸的轉(zhuǎn)速，從而將電動(dòng)機(jī)輸出軸的輸出轉(zhuǎn)矩放大后作用于轉(zhuǎn)向輸出軸。（5） .電子控制單元ECU.ECU的功能是根據(jù)扭矩傳感器的信號(hào)和車速傳感器的信號(hào)，進(jìn)行邏輯分析與計(jì)算后，發(fā)出指令，控制離合器和電動(dòng)機(jī)的動(dòng)作。由于EPS系統(tǒng)處理的數(shù)據(jù)量還不是很大，所以目前控制器核心一般采用8位的單片機(jī)。其結(jié)構(gòu)如下圖所示，其原理：ECU控制模塊接受到A1的點(diǎn)火信號(hào)后，接通蓄電池電源，系統(tǒng)開始工作。根據(jù)扭矩傳感器A8（主信號(hào)），A10（副信號(hào)）和車速傳感器A2的輸入信號(hào)，確定助力的控制的大小和方向，驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)（B1、B3）和離合器（A6、A11）的開斷除此之外，P/S控制模板還具有故障自我診

30、斷（A12）和安全防護(hù)功能。當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障報(bào)警時(shí)，系統(tǒng)將停止助力控制，并顯示故障代碼。4. 轉(zhuǎn)向梯形的計(jì)算和設(shè)計(jì)。（1） .轉(zhuǎn)向梯形的功用及分類。轉(zhuǎn)向梯形用來保證汽車轉(zhuǎn)彎行駛時(shí)，所有車輪都能在一個(gè)瞬時(shí)轉(zhuǎn)向中心，在不同的圓周上做無滑動(dòng)的純滾動(dòng)。同時(shí)為達(dá)到總體布置要求的最小轉(zhuǎn)彎半徑，轉(zhuǎn)向輪應(yīng)該有足夠大的轉(zhuǎn)角。轉(zhuǎn)向梯形有整體式和斷開式的兩種，選擇整體式或斷開式轉(zhuǎn)向梯形方案與懸架采用何種方案有聯(lián)系，當(dāng)汽車的前懸架采用非獨(dú)立懸架時(shí)，應(yīng)采用整體式轉(zhuǎn)向梯形；當(dāng)汽車的前懸架采用獨(dú)立懸架時(shí)，應(yīng)采用斷開式轉(zhuǎn)向梯形。(2) .最小轉(zhuǎn)彎半徑。為了避免在汽車轉(zhuǎn)向時(shí)產(chǎn)生的路面對(duì)汽車行駛的附加阻力和輪胎過快的摩擦，要求轉(zhuǎn)向

31、系能保證在汽車轉(zhuǎn)向時(shí)所有的車輪均做純滾動(dòng)，這只是在所有車輪的軸線都相交與一點(diǎn)方能實(shí)現(xiàn)，內(nèi)轉(zhuǎn)向輪偏轉(zhuǎn)角應(yīng)大于外轉(zhuǎn)向輪偏轉(zhuǎn)角。在汽車轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)角最大位置的條件下以低速轉(zhuǎn)彎時(shí)的半徑稱為最小轉(zhuǎn)彎半徑。在車輪絕對(duì)剛體的條件下。角與角的理想關(guān)系是：式子中 兩側(cè)主銷軸線與地面交點(diǎn)的距離； 汽車軸距。 由轉(zhuǎn)向中心到外轉(zhuǎn)向輪與地面的接觸點(diǎn)的距離為汽車的轉(zhuǎn)彎半徑，轉(zhuǎn)彎半徑越小，汽車轉(zhuǎn)向所需要的場(chǎng)地就越小。當(dāng)外轉(zhuǎn)向輪偏轉(zhuǎn)角達(dá)到最大時(shí)，轉(zhuǎn)彎半徑最小。轉(zhuǎn)彎半徑越小，汽車的機(jī)動(dòng)性越好。最小轉(zhuǎn)彎半徑與的關(guān)系為： （4-4） 其中 汽車軸距，=2687； 車輪轉(zhuǎn)臂，=18；根據(jù)設(shè)計(jì)要求，；計(jì)算得 27036。五結(jié)論此次畢業(yè)設(shè)計(jì)

32、是在我們掌握了相關(guān)基礎(chǔ)課程如：理論力學(xué)、材料力學(xué)、機(jī)械原理、機(jī)械設(shè)計(jì)及專業(yè)課程如：汽車構(gòu)造、汽車?yán)碚?、汽車設(shè)計(jì)的后所做的一次綜合性的設(shè)計(jì)，不僅是對(duì)我們大學(xué)所學(xué)知識(shí)的一個(gè)檢驗(yàn)，更是一次實(shí)戰(zhàn)練兵。使我們對(duì)所學(xué)的一些基本理論得到了培養(yǎng)，并且使我們更加理解本專業(yè)的一些原理、設(shè)計(jì)方法和思路，為我們以后在自己專業(yè)領(lǐng)域內(nèi)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。在本次設(shè)計(jì)中，我設(shè)計(jì)的是越野車的的動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，采用斷開式電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是在原有機(jī)械式轉(zhuǎn)向器的基礎(chǔ)上添加了動(dòng)力裝置而實(shí)現(xiàn)動(dòng)力轉(zhuǎn)向，減輕駕駛員負(fù)擔(dān)的一種轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)正在從液壓氣壓式向著電控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)方向發(fā)展，在以后的設(shè)計(jì)和運(yùn)用中將要廣泛的應(yīng)用新技術(shù)新知識(shí)。這次設(shè)計(jì)