電動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)試驗(yàn)臺(tái)設(shè)計(jì)

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1、長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)畢業(yè)論文 摘 要 電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是一種新型的汽車(chē)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，具有以往任何助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)所不具備的助力效果和車(chē)速感應(yīng)能力，其核心部件電控單元能根據(jù)車(chē)速和方向盤(pán)操控力矩的不同決定是否助力以及助力的大小。電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向技術(shù)已日趨成熟，且有取代液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向的趨勢(shì)，它是一項(xiàng)緊扣當(dāng)今汽車(chē)發(fā)展主題，符合未來(lái)汽車(chē)發(fā)展趨勢(shì)的高新技術(shù)。 本文簡(jiǎn)單介紹EPS系統(tǒng)背景及發(fā)展現(xiàn)狀，通過(guò)對(duì)電動(dòng)助力系統(tǒng)的工作原理和特點(diǎn)、整體性能技術(shù)要求的分析，設(shè)計(jì)了轉(zhuǎn)向系統(tǒng)阻力矩、電動(dòng)機(jī)的各項(xiàng)參數(shù)和試驗(yàn)臺(tái)各部件，并對(duì)電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向試驗(yàn)臺(tái)進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。 (1)檢測(cè)試驗(yàn)簡(jiǎn)單，結(jié)構(gòu)緊湊 (2)裝夾控制方便 (3)改進(jìn)方便

2、，便于升級(jí)改裝 關(guān)鍵詞：EPS；試驗(yàn)臺(tái)；AutoCAD；液壓滑臺(tái) Automotive electric power steering system test bench ABSTRACT Electric power steering system is a new type of vehicle steering system, has the past does not have any power steering system of effect and speed sensor, electroni

3、c control unit (ECU) for the core components can depending on the speed and the steering wheel control moment deciding whether or not the size of the power and dynamical. Electric power steering technology is mature, and has a tendency to replace hydraulic power steering, it is a theme, stick to the

4、 current auto industry development in line with the future development trend of high and new technology. This paper mainly introduces the background and current situation of the development of EPS system, based on the working principle and characteristics of electric power system, the overall perfo

5、rmance, the analysis of the technical requirements, design the steering resistance moment, the parameters of the motor and each component of a test rig and structure design of electric power steering test rig. The advantages of my design are as follows: (1)Testing simple, structure compacted (2)E

6、asy to clamping and control (3) Easy to be improved and updated. Keywords：EPS；test platform；AutoCAD；hydraulic slider 目錄 摘 要 1 Automotive electric power steering system test bench 2 ABSTRACT 2 1緒論 5 1.1選題背景與意義 5 1.2 電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)介紹 6 1.3 電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向的發(fā)展現(xiàn)狀 9 1.3.1國(guó)內(nèi)電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向的

7、發(fā)展現(xiàn)狀 9 1.3.2 國(guó)外電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向的發(fā)展現(xiàn)狀 10 1.4 本文的主要研究?jī)?nèi)容 11 2 電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向試驗(yàn)臺(tái)的總體組成 12 2.1 電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的工作原理 12 2.1.1工作原理 12 2.1.2工作特點(diǎn) 12 2.2 電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的分類(lèi) 13 2.3 電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)試驗(yàn)臺(tái)的核心部件 13 2.3.1 扭矩傳感器 18 2.3.2 車(chē)速傳感器 20 2.3.4 電子控制單元 20 2.3.5 阻力模擬裝置 21 2.4 本章小結(jié) 23 3 EPS系統(tǒng)匹配分析 24 3.1 EPS助力電機(jī)的匹配 24 3.1.1電機(jī)的布置形式 24

8、3.1.2助力電機(jī)類(lèi)型匹配 24 3.1.3助力電機(jī)參數(shù)匹配 25 3.2 減速機(jī)構(gòu)的匹配 28 3.3扭矩傳感器的匹配 29 3.4 匹配結(jié)果 30 3.5 本章小結(jié) 30 4 試驗(yàn)臺(tái)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 31 4.1 試驗(yàn)臺(tái)的整體布置 31 4.2聯(lián)軸器的選擇與校核 31 4.3普通平鍵的選擇與校核 34 4.4轉(zhuǎn)向阻力模擬機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 35 4.5試驗(yàn)臺(tái)固定支架的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 35 總 結(jié) 37 致 謝 38 參考文獻(xiàn) 39 1緒論 1.1選題背景與意義 汽車(chē)電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)(EPS)在日本最先獲得實(shí)際應(yīng)用

9、。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(chē)上，隨后又配備在Alto上。此后，電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向技術(shù)得到迅速發(fā)展，其應(yīng)用范圍已經(jīng)從微型轎車(chē)向大型轎車(chē)和客車(chē)方向發(fā)展。日本的大發(fā)汽車(chē)公司、三菱汽車(chē)公司、本田汽車(chē)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。 EPS的助力形式也從低速范圍助力型向全速范圍助力型發(fā)展，并且其控制形式與功能也進(jìn)一步加強(qiáng)。日本早期開(kāi)發(fā)的EPS僅僅在低速和停車(chē)時(shí)提供助力，高速時(shí)EPS將停止工作。新一代的EPS則不僅在低速和停車(chē)時(shí)提供助力，而且還能在高速時(shí)提高汽車(chē)的操縱穩(wěn)定性。隨著電子技術(shù)的發(fā)展，EPS技

10、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。電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在： (1) 提高了汽車(chē)的操縱性能。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(chē)的轉(zhuǎn)向特性，減小汽車(chē)低速行駛時(shí)的轉(zhuǎn)向操縱力，提高汽車(chē)高速行駛時(shí)的轉(zhuǎn)向穩(wěn)定性，進(jìn)而提高汽車(chē)的主動(dòng)安全性。 (2) 提高了汽車(chē)的燃油經(jīng)濟(jì)性，減少了對(duì)環(huán)境的污染。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(chē)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

11、染。 (3) 增強(qiáng)了轉(zhuǎn)向跟隨性和可靠性。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(chē)輪的轉(zhuǎn)向，增加了系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，減小了車(chē)輪的反轉(zhuǎn)和轉(zhuǎn)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(chē)輪對(duì)轉(zhuǎn)向盤(pán)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。 (4) 能夠提供可變的轉(zhuǎn)向助力。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

12、寫(xiě)即可獲得，所需費(fèi)用很小。 (5) 占用空間更小，質(zhì)量更輕，結(jié)構(gòu)更緊湊。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。 1.2 電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)介紹 英文全稱(chēng)是Electronic Power Steering，簡(jiǎn)稱(chēng)EPS，它利用電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的動(dòng)力協(xié)助駕車(chē)者進(jìn)行動(dòng)力轉(zhuǎn)向。EPS的構(gòu)成，不同的車(chē)盡管結(jié)構(gòu)部件不一樣，但大體是雷同。一般是由轉(zhuǎn)矩(轉(zhuǎn)向)傳感器、電子控制單元、電動(dòng)機(jī)、減速器、機(jī)械轉(zhuǎn)向

13、器、以及畜電池電源所構(gòu)成。 主要工作原理：汽車(chē)在轉(zhuǎn)向時(shí)，轉(zhuǎn)矩(轉(zhuǎn)向)傳感器會(huì)“感覺(jué)”到轉(zhuǎn)向盤(pán)的力矩和擬轉(zhuǎn)動(dòng)的方向，這些信號(hào)會(huì)通過(guò)數(shù)據(jù)總線(xiàn)發(fā)給電子控制單元，電控單元會(huì)根據(jù)傳動(dòng)力矩、擬轉(zhuǎn)的方向等數(shù)據(jù)信號(hào)，向電動(dòng)機(jī)控制器發(fā)出動(dòng)作指令，從而電動(dòng)機(jī)就會(huì)根據(jù)具體的需要輸出相應(yīng)大小的轉(zhuǎn)動(dòng)力矩，從而產(chǎn)生了助力轉(zhuǎn)向。如果不轉(zhuǎn)向，則本套系統(tǒng)就不工作，處于standby(休眠)狀態(tài)等待調(diào)用。由于電動(dòng)電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向的工作特性，你會(huì)感覺(jué)到開(kāi)這樣的車(chē)，方向感更好，高速時(shí)更穩(wěn)，俗話(huà)說(shuō)方向不發(fā)飄。又由于它不轉(zhuǎn)向時(shí)不工作，所以，也多少程度上節(jié)省了能源。一般高檔轎車(chē)使用這樣的助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的比較多。 汽車(chē)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)可按轉(zhuǎn)向的能源

14、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(lèi)。機(jī)械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是依靠駕駛員操縱轉(zhuǎn)向盤(pán)的轉(zhuǎn)向力來(lái)實(shí)現(xiàn)車(chē)輪轉(zhuǎn)向；動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)則是在駕駛員的控制下，借助于汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的液體壓力或電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)力來(lái)實(shí)現(xiàn)車(chē)輪轉(zhuǎn)向。所以動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)也稱(chēng)為轉(zhuǎn)向動(dòng)力放大裝置。 動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)由于使轉(zhuǎn)向操縱靈活、輕便，在設(shè)計(jì)汽車(chē)時(shí)對(duì)轉(zhuǎn)向器結(jié)構(gòu)形式的選擇靈活性增大，能吸收路面對(duì)前輪產(chǎn)生的沖擊等優(yōu)點(diǎn)，因此已在各國(guó)的汽車(chē)制造中普遍采用。但是，具有固定放大倍率的動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的主要缺點(diǎn)是：如果所設(shè)計(jì)的固定放大倍率的動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是為了減小汽車(chē)在停車(chē)或低速行駛狀態(tài)下轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)向盤(pán)的力，則當(dāng)汽車(chē)以高速行駛時(shí)，這一固定放大倍率的動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)會(huì)使轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)向盤(pán)的力

15、顯得太小，不利于對(duì)高速行駛的汽車(chē)進(jìn)行方向控制；反之，如果所設(shè)計(jì)的固定放大倍率的動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是為了增加汽車(chē)在高速行駛時(shí)的轉(zhuǎn)向力，則當(dāng)汽車(chē)停駛或低速行駛時(shí)，轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)向盤(pán)就會(huì)顯得非常吃力。電子控制技術(shù)在汽車(chē)動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的應(yīng)用，使汽車(chē)的駕駛性能達(dá)到令人滿(mǎn)意的程度。電子控制動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)在低速行駛時(shí)可使轉(zhuǎn)向輕便、靈活；當(dāng)汽車(chē)在中高速區(qū)域轉(zhuǎn)向時(shí)，又能保證提供最優(yōu)的動(dòng)力放大倍率和穩(wěn)定的轉(zhuǎn)向手感，從而提高了高速行駛的操縱穩(wěn)定性。 電子控制動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（簡(jiǎn)稱(chēng)EPS-Electronic Control Power Steering），根據(jù)動(dòng)力源不同又可分為液壓式電子控制動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（液壓式EPS）和電動(dòng)式

16、電子控制動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（電動(dòng)式EPS）。液壓式EPS是在傳統(tǒng)的液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的基礎(chǔ)上增設(shè)了控制液體流量的電磁閥、車(chē)速傳感器和電子控制單元等，電子控制單元根據(jù)檢測(cè)到的車(chē)速信號(hào)，控制電磁閥，使轉(zhuǎn)向動(dòng)力放大倍率實(shí)現(xiàn)連續(xù)可調(diào)，從而滿(mǎn)足高、低速時(shí)的轉(zhuǎn)向助力要求。電動(dòng)式EPS是利用直流電動(dòng)機(jī)作為動(dòng)力源，電子控制單元根據(jù)轉(zhuǎn)向參數(shù)和車(chē)速等信號(hào)，控制電動(dòng)機(jī)扭矩的大小和方向。電動(dòng)機(jī)的扭矩由電磁離合器通過(guò)減速機(jī)構(gòu)減速增扭后，加在汽車(chē)的轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)上，使之得到一個(gè)與工況相適應(yīng)的轉(zhuǎn)向作用力。 電子控制動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（EPS）可以在低速時(shí)減輕轉(zhuǎn)向力以提高轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的操縱性；在高速時(shí)則可適當(dāng)加重轉(zhuǎn)向力，以提高操縱穩(wěn)定性。液壓式電

17、子控制動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是在傳統(tǒng)的液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的基礎(chǔ)上增設(shè)電子控制裝置而構(gòu)成的。根據(jù)控制方式的不同，液壓式電子控制動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)又可分為流量控制式、反力控制式和閥靈敏度控制式三種形式。 （1）流量控制式EPSTO 凌志牌轎車(chē)采用的流量控制式動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要由車(chē)速傳感器、電磁閥、整體式動(dòng)力轉(zhuǎn)向控制閥、動(dòng)力轉(zhuǎn)向油泵和電子控制單元等組成。電磁閥安裝在通向轉(zhuǎn)向動(dòng)力缸活塞兩側(cè)油室的油道之間，當(dāng)電磁閥的閥針完全開(kāi)啟時(shí)，兩油道就被電磁閥旁路。流量控制式動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)就是根據(jù)車(chē)速傳感器的信號(hào)，控制電磁閥閥針的開(kāi)啟程度，從而控制轉(zhuǎn)向動(dòng)力缸活塞兩側(cè)油室的旁路液壓油流量，來(lái)改變轉(zhuǎn)向盤(pán)上的轉(zhuǎn)向力。車(chē)速越高

18、，流過(guò)電磁閥電磁線(xiàn)圈的平均電流值越大，電磁閥閥針的開(kāi)啟程度越大，旁路液壓油流量越大，液壓助力作用越小，使轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)向盤(pán)的力也隨之增加。這就是流量控制式動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的工作原理。 電磁閥的結(jié)構(gòu)。驅(qū)動(dòng)電磁閥電磁線(xiàn)圈的脈沖電流信號(hào)頻率基本不變，但隨著車(chē)速增大，脈沖電流信號(hào)的占空比將逐漸增大，使流過(guò)電磁線(xiàn)圈的平均電流值隨車(chē)速的升高而增大。 （2）反力控制式EPSTOP 反力控制式動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，系統(tǒng)主要由轉(zhuǎn)向控制閥、分流閥、電磁閥、轉(zhuǎn)向動(dòng)力缸、轉(zhuǎn)向油泵、儲(chǔ)油箱、車(chē)速傳感器及電子控制單元等組成。 轉(zhuǎn)向控制閥是在傳統(tǒng)的整體轉(zhuǎn)閥式動(dòng)力轉(zhuǎn)向控制閥的基礎(chǔ)上增設(shè)了油壓反力室而構(gòu)成。扭力桿的上端通過(guò)

19、銷(xiāo)子與轉(zhuǎn)閥閥桿相連，下端與小齒輪軸用銷(xiāo)子連接。小齒輪軸的上端部通過(guò)銷(xiāo)子與控制閥閥體相連。轉(zhuǎn)向時(shí)，轉(zhuǎn)向盤(pán)上的轉(zhuǎn)向力通過(guò)扭力桿傳遞給小齒輪軸。當(dāng)轉(zhuǎn)向力增大，扭力桿發(fā)生扭轉(zhuǎn)變形時(shí)，控制閥體和轉(zhuǎn)閥閥桿之間將發(fā)生相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，于是就改變了閥體和閥桿之間油道的通、斷關(guān)系和工作油液的流動(dòng)方向，從而實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向助力作用。 分流閥是把來(lái)自轉(zhuǎn)向油泵的機(jī)油向控制閥一側(cè)和電磁閥一側(cè)進(jìn)行分流的閥。按照車(chē)速和轉(zhuǎn)向要求，改變控制閥一側(cè)與電磁閥一側(cè)的油壓，確保電磁閥一側(cè)具有穩(wěn)定的機(jī)油流量。 固定小孔的作用是把供給轉(zhuǎn)向控制閥的一部分流量分配到油壓反力室一側(cè)。 電磁閥的作用是根據(jù)需要將油壓反力室一側(cè)的機(jī)油流回儲(chǔ)油箱電

20、子控制單元（ECU）根據(jù)車(chē)速的高低線(xiàn)性控制電磁閥的開(kāi)口面積。當(dāng)車(chē)輛停駛或速度較低時(shí)，ECU使電磁線(xiàn)圈的通電電流增大，電磁閥開(kāi)口面積增大，經(jīng)分流閥分流的機(jī)油，通過(guò)電磁閥重新回流到儲(chǔ)油箱中，所以作用于柱塞的背壓（油壓反力室壓力）降低。于是柱塞推動(dòng)控制閥轉(zhuǎn)閥閥桿的力（反力）較小，因此只需要較小的轉(zhuǎn)向力就可使扭力桿扭轉(zhuǎn)變形，使閥體與閥桿發(fā)生相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)而實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向助力作用。 當(dāng)車(chē)輛在中高速區(qū)域轉(zhuǎn)向時(shí)，ECU使電磁線(xiàn)圈的通電電流減小，電磁閥開(kāi)口面積減小，所以油壓反力室的油壓升高，作用于柱塞的背壓增大，于是柱塞推動(dòng)轉(zhuǎn)閥閥桿的力增大，此時(shí)需要較大的轉(zhuǎn)向力才能使閥體與閥桿之間作相對(duì)轉(zhuǎn) （相當(dāng)于增加了扭力桿

21、的扭轉(zhuǎn)剛度），而實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向助力作用，所以在中高速時(shí)可使駕駛員獲得良好的轉(zhuǎn)向手感和轉(zhuǎn)向特性。 （3）閥靈敏度控制式EPSTOP 閥靈敏度控制式EPS是根據(jù)車(chē)速控制電磁閥，直接改變動(dòng)力轉(zhuǎn)向控制閥的油壓增益（閥靈敏度）來(lái)控制油壓的方法。這種轉(zhuǎn)向系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、部件少、價(jià)格便宜，而且具有較大的選擇轉(zhuǎn)向力的自由度，可以獲得自然的轉(zhuǎn)向手感和良好的轉(zhuǎn)向特性。 89型地平線(xiàn)牌轎車(chē)所采用的閥靈敏度控制式動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。該系統(tǒng)在轉(zhuǎn)向控制閥的轉(zhuǎn)子閥作了局部改進(jìn)，并增加了電磁閥、車(chē)速傳感器和電子控制單元等。 轉(zhuǎn)子閥的可變小孔分為低速專(zhuān)用小孔（lR、1L、2R、2L）和高速專(zhuān)用小孔（3R、3L

22、）兩種，在高速專(zhuān)用可變孔的下邊設(shè)有旁通電磁閥回路。該系統(tǒng)的閥部等效液壓回路，其工作過(guò)程如下： 當(dāng)車(chē)輛停止時(shí)，電磁閥完全關(guān)閉，如果此時(shí)向右轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)向盤(pán)，則高靈敏度低速專(zhuān)用小孔1R及2R在較小的轉(zhuǎn)向扭矩作用下即可關(guān)閉，轉(zhuǎn)向油泵的高壓油液經(jīng)lL流向轉(zhuǎn)向動(dòng)力缸右腔室，其左腔室的油液經(jīng)3L、2L流回儲(chǔ)油箱。所以此時(shí)具有輕便的轉(zhuǎn)向特性。而且施加在轉(zhuǎn)向盤(pán)上的轉(zhuǎn)向力矩越大，可變小孔lL、2L的開(kāi)口面積越大，節(jié)流作用越小，轉(zhuǎn)向助力作用越明顯。 隨著車(chē)輛行駛速度的提高，在電子控制單元的作用下，電磁閥的開(kāi)度也線(xiàn)性增加，如果向右轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)向盤(pán)，則轉(zhuǎn)向油泵的高壓油液經(jīng)lL、3R旁通電磁閥流回儲(chǔ)油箱。此時(shí)，

23、轉(zhuǎn)向動(dòng)力缸右腔室的轉(zhuǎn)向助力油壓就取決于旁通電磁閥和靈敏度低的高速專(zhuān)用可變孔3R的開(kāi)度。車(chē)速越高，在電子控制單元的控制下，電磁閥的開(kāi)度越大，旁路流量越大，轉(zhuǎn)向助力作用越小；在車(chē)速不變的情況下，施加在轉(zhuǎn)向盤(pán)上的轉(zhuǎn)向力越小，高速專(zhuān)用小孔3R的開(kāi)度越大，轉(zhuǎn)向助力作用也越小，當(dāng)轉(zhuǎn)向力增大時(shí)，3R的開(kāi)度逐漸減小，轉(zhuǎn)向助力作用也隨之增大。由此可見(jiàn)，閥靈敏度控制式動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)可使駕駛員獲得非常自然的轉(zhuǎn)向手感和良好的速度轉(zhuǎn)向特性。 液壓式動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)由于工作壓力和工作靈敏度較高，外廓尺寸較小，因而獲得了廣泛的應(yīng)用。在采用氣壓制動(dòng)或空氣懸架的大型車(chē)輛上，也有采用氣壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向的。但這類(lèi)動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的共同缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)

24、復(fù)雜、消耗功率大，容易產(chǎn)生泄漏，轉(zhuǎn)向力不易有效控制等。近年來(lái)隨著微機(jī)在汽車(chē)上的廣泛應(yīng)用，出現(xiàn)了電動(dòng)式電子控制動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，簡(jiǎn)稱(chēng)電動(dòng)式EPS。 1.3 電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向的發(fā)展現(xiàn)狀 電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)自生產(chǎn)至今，經(jīng)過(guò)幾十年的應(yīng)用與發(fā)展，已取得了較大的進(jìn)步。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(chē)上，并將在動(dòng)力轉(zhuǎn)向領(lǐng)域占據(jù)主導(dǎo)地位。目前，在全世界汽車(chē)行業(yè)中，電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)每年正以90%~10%的增長(zhǎng)速度發(fā)展，年增長(zhǎng)量達(dá)130萬(wàn)~150萬(wàn)套，2008年將超過(guò)1000萬(wàn)套。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(chē)市場(chǎng)，并向微型車(chē)、輕型車(chē)和中型

25、車(chē)擴(kuò)展。 EPS是汽車(chē)關(guān)鍵零部件之一，其質(zhì)量對(duì)汽車(chē)轉(zhuǎn)向有著重要的影響。實(shí)車(chē)試驗(yàn)需要消耗大量的財(cái)力、人力和物力，如果在實(shí)車(chē)試驗(yàn)之前進(jìn)行必要的臺(tái)架試驗(yàn)，為后續(xù)實(shí)車(chē)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(chē)進(jìn)行路試的危險(xiǎn)性和研究成本。 汽車(chē)EPS試驗(yàn)臺(tái)就是針對(duì)這一情況研制的，它采用微機(jī)為控制核心，采用傳感器對(duì)EPS系統(tǒng)輸入端的扭矩、輸入端的轉(zhuǎn)角、輸出端的扭矩進(jìn)行檢測(cè)，實(shí)現(xiàn)EPS性能和可靠性試驗(yàn)的自動(dòng)測(cè)量和圖形的動(dòng)態(tài)顯示，數(shù)據(jù)及特性曲線(xiàn)的自動(dòng)記錄輸出。同時(shí)具有儲(chǔ)存、打印和再處理功能。汽車(chē)EPS試驗(yàn)臺(tái)的使用將會(huì)大大提高產(chǎn)品的裝配質(zhì)量和檢測(cè)精度，為質(zhì)量管理提供了統(tǒng)計(jì)資料，且使產(chǎn)品

26、的裝配、調(diào)試、檢測(cè)工作變得十分簡(jiǎn)單，生產(chǎn)效率大幅度提高。 1.3.1國(guó)內(nèi)電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向的發(fā)展現(xiàn)狀 從國(guó)內(nèi)外的研究來(lái)看，EPS今后的研究主要集中在以下幾方面： (1)EPS助力控制策略。助力控制是在轉(zhuǎn)向過(guò)程中為減輕轉(zhuǎn)向盤(pán)的操縱力，通過(guò)減速機(jī)構(gòu)把助力電機(jī)的力矩作用到機(jī)械轉(zhuǎn)向系上的一種基本控制模式。助力控制策略的主要目的是根據(jù)轉(zhuǎn)向助力特性曲線(xiàn)確定助力電動(dòng)機(jī)的助力大小，輔助駕駛員實(shí)現(xiàn)汽車(chē)轉(zhuǎn)向?？刂撇呗允荅PS研究的重點(diǎn)。 (2)系統(tǒng)匹配技術(shù)。助力特性的匹配、電機(jī)及減速機(jī)構(gòu)的匹配、傳感器的匹配以及EPS系統(tǒng)與其它子系統(tǒng)進(jìn)行匹配，是使整車(chē)性能達(dá)到最優(yōu)的關(guān)鍵。 (3)可靠性。轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是駕乘人員的“生

27、命線(xiàn)”之一，必須保證高度可靠性。EPS除了應(yīng)有良好的硬件保證外，還需要良好的軟件做支撐，因此對(duì) EPS的可靠性提出了很高的要求。 電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)經(jīng)過(guò)近二十多年的發(fā)展，技術(shù)日趨成熟，其應(yīng)用范圍從最初的前軸負(fù)荷較小的轉(zhuǎn)向柱助力式EPS微型轎車(chē)向前軸負(fù)荷較大的大型轎車(chē)、商用客車(chē)、貨車(chē)方向發(fā)展，EPS系統(tǒng)的助力形式也由低速、轉(zhuǎn)向柱助力型向全速、齒條助力型發(fā)展。 由于技術(shù)、制造和維修成本等原因，目前汽車(chē)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)仍以液壓助力的HPS(包括 ECHPS、EHPS)為主。線(xiàn)控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)由于成本高以及現(xiàn)有法規(guī)限制等原因，在近期很難在車(chē)輛上裝配。EPS具有節(jié)能與環(huán)保等諸多優(yōu)點(diǎn)，EPS取代HPS是今后一段時(shí)間內(nèi)

28、汽車(chē)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)發(fā)展的趨勢(shì)。 1.3.2 國(guó)外電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向的發(fā)展現(xiàn)狀 雖然EPS系統(tǒng)在操作輕便、節(jié)能等一些方面呈現(xiàn)了優(yōu)越性，它已經(jīng)得到人們的廣泛認(rèn)可，可是還有一些問(wèn)題需要解決，如以下幾點(diǎn)。 （1）電動(dòng)機(jī)的性能與ERS系統(tǒng)能否匹配 電動(dòng)機(jī)的性能及其與EPS系統(tǒng)的匹配是影響控制系統(tǒng)性能、轉(zhuǎn)向操縱力、轉(zhuǎn)向路感等問(wèn)題的主要原因，所以改善電動(dòng)機(jī)的性能和整個(gè)EPS系統(tǒng)的匹配是主要的問(wèn)題[11~12]。 （2）助力特性是否合理 　　助力特性的好壞關(guān)鍵在于轉(zhuǎn)向的輕便性和路感。然而在目前國(guó)內(nèi)對(duì)于路感問(wèn)題并沒(méi)有成熟的理論研究成果，研究手段依然在以試驗(yàn)為主，所以需要確定合理的助力特性； （3）抗干擾

29、度的問(wèn)題 　　EPS不但要有良好的硬件保證外，還需要良好的軟件控制做支撐，EPS的安裝一般在發(fā)動(dòng)機(jī)附近，所以還會(huì)有熱輻射與電磁干擾的影響，所以對(duì)EPS的控制策略提出了很高的要求。 相比于國(guó)內(nèi)EPS的研發(fā)落后，國(guó)外近些年來(lái)開(kāi)始針對(duì)于電動(dòng)助力系統(tǒng)的不足，開(kāi)始探索其他助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。 電磁助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)： 電磁助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)主要就是由車(chē)速傳感器、扭矩傳感器、控制單元、電磁力發(fā)生裝置這些組成的。電磁助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)與簡(jiǎn)便的電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)最大的不同就是產(chǎn)生助力的裝置不一樣：電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的助力由電動(dòng)機(jī)所給予的，然而電磁助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的助力是通過(guò)電磁力發(fā)生裝置。電磁助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)與電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)之間的

30、差于是少了電動(dòng)機(jī)、電磁離合器及減速機(jī)構(gòu)，結(jié)構(gòu)比以前更加的簡(jiǎn)單、價(jià)格更加的低，再而就是能較佳地減少地面沖擊對(duì)系統(tǒng)的作用，所以廣泛應(yīng)用于輕型汽車(chē)及普通型轎車(chē)上。 線(xiàn)控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)： EPS它是根據(jù)人力與電機(jī)助力兩部分去驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)向。經(jīng)過(guò)技術(shù)的不斷創(chuàng)新，汽車(chē)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)會(huì)向全助力電動(dòng)轉(zhuǎn)向的方向發(fā)展，它就是；驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)向的力完全用電機(jī)提供；轉(zhuǎn)向盤(pán)只作為一個(gè)控制電機(jī)的信號(hào)發(fā)生器。線(xiàn)控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（Steering ByWire，簡(jiǎn)稱(chēng)SBW）它作為該技術(shù)的典型代表，減去了轉(zhuǎn)向盤(pán)與轉(zhuǎn)向輪的機(jī)械連接，完全通過(guò)電能實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向。 1.4 本文的主要研究?jī)?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

31、力轉(zhuǎn)向試驗(yàn)臺(tái)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)； (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)零件圖設(shè)計(jì)； (5)試驗(yàn)臺(tái)的布置。 2 電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向試驗(yàn)臺(tái)的總體組成 2.1 電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的工作原理 2.1.1工作原理 電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)主要由傳感器、電子控制器ECU、執(zhí)行器三個(gè)部分組成。其中傳感器主要包括車(chē)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)。 其工作原理為：電子控制單元(ECU)根據(jù)車(chē)速傳感器和轉(zhuǎn)向盤(pán)轉(zhuǎn)矩傳感器的信號(hào)計(jì)算所需的轉(zhuǎn)向助力的大小，通過(guò)功率放大模

32、塊控制直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)，助力電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩經(jīng)過(guò)減速機(jī)構(gòu)減速增扭后，驅(qū)動(dòng)齒輪齒條轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)，產(chǎn)生相應(yīng)的轉(zhuǎn)向助力。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(lèi)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)。 電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)不同車(chē)速下實(shí)時(shí)地為汽車(chē)轉(zhuǎn)向提供不同的助力效果，減輕了汽車(chē)低速時(shí)的轉(zhuǎn)向盤(pán)操縱力，提高了操縱的靈便性和高速行駛的穩(wěn)定性。 2.1.2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(chē)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

33、較多的能量。兩者比較，電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向的燃料消耗率僅為液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向的16%~20%。 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。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)出現(xiàn)故障停止工作時(shí)，液壓泵也不工作，結(jié)果也會(huì)喪失助力效能，這就降低工作可靠性。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。若液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的油路進(jìn)入空氣或者貯油罐油面過(guò)低，工作時(shí)將產(chǎn)生較大噪聲，在排除氣體之前會(huì)影響助力效果；而電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向僅在電動(dòng)機(jī)工作時(shí)有輕微的噪聲。 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(pán)時(shí)僅需克服轉(zhuǎn)向器的摩擦阻力，不存

34、在回位彈簧阻力和反應(yīng)路感的油壓阻力。電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向還有整體結(jié)構(gòu)緊湊、部件少、占用的空間尺寸小、質(zhì)量比液壓式動(dòng)力轉(zhuǎn)向約輕20%~25%以及在車(chē)上容易布置等優(yōu)點(diǎn)。 2.2 電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的分類(lèi) EPS在日本最先獲得實(shí)際應(yīng)用。此后,電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向技術(shù)得到迅速發(fā)展。據(jù)統(tǒng)計(jì), 2008年我國(guó)汽車(chē)市場(chǎng)上EPS 轉(zhuǎn)向器的裝車(chē)量已經(jīng)占了19% , 根據(jù)助力的施加位置和機(jī)械結(jié)構(gòu)不同, EPS分為: 管柱助力式( CEPS ) 、小齒輪助力式( PEPS) 、雙小齒輪式(DEPS) 、和滾珠絲杠式(APA2EPS) 。 管柱助力電機(jī)安裝于轉(zhuǎn)向管柱上,助力和駕駛員操縱力矩一同經(jīng)過(guò)中間轉(zhuǎn)向軸作用于轉(zhuǎn)向小齒輪。這種

35、結(jié)構(gòu)的最大優(yōu)點(diǎn)是電機(jī)、ECU、減速機(jī) 構(gòu)都安裝于駕駛艙內(nèi),電機(jī)、ECU 的工作環(huán)境較好,方便發(fā)動(dòng)機(jī)艙布置。缺點(diǎn)是所有助力都通過(guò)轉(zhuǎn)向管柱傳遞到轉(zhuǎn)向小齒輪和齒條,轉(zhuǎn)向管柱部件受力較大,因而助力大小受到限制;同時(shí)由于其電機(jī)和蝸輪蝸桿減速機(jī)構(gòu)安裝于駕駛艙內(nèi),更容易引起駕駛室內(nèi)噪聲。因而這種結(jié)構(gòu)的EPS主要適用于車(chē)重較輕、發(fā)動(dòng)機(jī)艙較小且對(duì)噪聲要求相對(duì)不高的微型轎車(chē)。 小齒輪式EPS助力電機(jī)和蝸輪蝸桿減速器布置在轉(zhuǎn)向小齒輪附近。這種結(jié)構(gòu)的EPS,助力不需要管柱部件傳遞,因而電機(jī)可以提供更大的助力。小齒輪式EPS可以應(yīng)用到需要助力較大,而布置相對(duì)方便的中級(jí)轎車(chē)上。雙小齒輪式EPS能提供的齒條力比小齒輪式

36、EPS略大,由于增加了一對(duì)齒輪齒條嚙合副,制造成本也比小齒輪助力式略高,但能夠滿(mǎn)足助力大小和車(chē)輛總布置的特別需求。 滾珠絲杠式EPS由于滾珠絲杠比齒輪齒條具有更高的承載能力,這種EPS能夠提供更大的助力,應(yīng)用于載荷較大的豪華轎車(chē)或商務(wù)車(chē)領(lǐng)域。 各類(lèi)型的EPS原理基本相似,由電機(jī)、傳感器、ECU、離合器、減速機(jī)構(gòu)和其它一些輔助機(jī)構(gòu)組成,結(jié)構(gòu)形式的選擇很大程度上受需求的助力大小和 空間布置的影響。由于齒輪齒條嚙合副所能承受的載荷有限,無(wú)論是管柱式、小齒輪式,還是雙小齒輪式EPS,所能達(dá)到的齒條力都在10 kN 以下;而滾珠絲杠較強(qiáng)的承載特性使?jié)L珠絲杠式EPS的齒條力能夠達(dá)到14 kN或更大。

37、滾珠絲杠式EPS所適用車(chē)型的前軸載荷也由齒輪式EPS的700～900 kg增大到1 000 kg或更大。 2.3 電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)試驗(yàn)臺(tái)的核心部件 系統(tǒng)主要核心部件 測(cè)控系統(tǒng)主要有電子控制單元(ECU)，電動(dòng)機(jī)，減速機(jī)構(gòu)，磁粉制動(dòng)器，多功能數(shù)據(jù)采集卡，車(chē)速傳感器，轉(zhuǎn)矩傳感器等部件組成。 檢測(cè)的主要性能參數(shù)為：汽車(chē)的車(chē)速，轉(zhuǎn)向盤(pán)的主扭矩和角度及車(chē)輪的阻力矩，電動(dòng)機(jī)的電流、電壓和轉(zhuǎn)矩。 電子控制單元(ECU) ECU的功能是根據(jù)車(chē)速信號(hào)、轉(zhuǎn)向盤(pán)扭矩信號(hào)，進(jìn)行邏輯分析與計(jì)算后，發(fā)出指令，控制電動(dòng)機(jī)和離合器的動(dòng)作。此外，ECU還有安全保護(hù)和自我診斷功能， ECU通過(guò)采集電動(dòng)機(jī)的電流、電動(dòng)機(jī)

38、電壓、發(fā)動(dòng)機(jī)工況等信號(hào)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(dòng)取消，系統(tǒng)轉(zhuǎn)變?yōu)槭謩?dòng)轉(zhuǎn)向狀態(tài)，同時(shí)ECU將進(jìn)行故障診斷分析。 ECU通常是一個(gè)8位單片機(jī)系統(tǒng)或者是16位電動(dòng)機(jī)控制專(zhuān)用微處理器芯片，也可采用數(shù)字信號(hào)處理器 (Digital Signal Processing，簡(jiǎn)稱(chēng)DSP)作為控制單元。由于電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)存在非線(xiàn)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(huì)給系統(tǒng)帶來(lái)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?？刂葡到y(tǒng)應(yīng)有較強(qiáng)抗干擾能力，以適應(yīng)汽車(chē)復(fù)雜的行駛環(huán)境?？刂扑惴☉?yīng)快速正確，滿(mǎn)足實(shí)時(shí)控制的要求，并能有效地實(shí)現(xiàn)理想的助力規(guī)

39、律與特性。它是本系統(tǒng)檢測(cè)的關(guān)鍵部件。 電動(dòng)機(jī) 電動(dòng)機(jī)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(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)有很高的要求，這些要求主要有： (1)由于大多車(chē)載電源為12V直流電，因此要求助力電動(dòng)機(jī)的工作電壓低和具有足夠大的額定功率和額定電流； (2)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小，寬廣的調(diào)速范圍，控制特性好，低速運(yùn)行平穩(wěn)，力矩波動(dòng)小； (3)大的齒輪傳動(dòng)比將增加機(jī)械慣量，降低EPS系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能，所以齒輪傳動(dòng)比較小，因此，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速不能太高； (4)為減小轉(zhuǎn)子的慣性力矩，電動(dòng)機(jī)的體積應(yīng)盡可能小； (5)在堵轉(zhuǎn)時(shí)也

40、要能夠提供助力作用，對(duì)于大型的車(chē)輛，甚至要求電動(dòng)機(jī)能夠提供與轉(zhuǎn)動(dòng)方向相反的助力轉(zhuǎn)矩。 表2-1分析了不同電動(dòng)機(jī)的技術(shù)特點(diǎn)及其滿(mǎn)足EPS使用要求的情況。這幾種電動(dòng)機(jī)不僅在結(jié)構(gòu)方面有各自的特點(diǎn)，而且在效率、功率密度、力矩波動(dòng)等技術(shù)參數(shù)也互不相同。考慮到汽車(chē)的特點(diǎn)，要求EPS選用的電動(dòng)機(jī)應(yīng)該具有尺寸小、質(zhì)量輕、效率高、力矩波動(dòng)與噪聲小，可靠性高、能與汽車(chē)使用環(huán)境相適應(yīng)，包括對(duì)電源的需求等。 表2-1 不同類(lèi)型電動(dòng)機(jī)技術(shù)特點(diǎn)比較 電機(jī)類(lèi)型 項(xiàng)目 感應(yīng)電動(dòng)機(jī) 永磁有刷電動(dòng)機(jī) 永磁無(wú)刷電動(dòng)機(jī) 開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī) 結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 三相定子 鋁或銅籠轉(zhuǎn)子無(wú)永磁體

41、 轉(zhuǎn)動(dòng)繞組 機(jī)械換向器 三相定子 永磁轉(zhuǎn)子 電子換向 四相定子 鋼鐵轉(zhuǎn)子 無(wú)轉(zhuǎn)子繞組 無(wú)永磁體 負(fù)荷效率(%) 90-92 85-97 85-97 78-86 系統(tǒng)復(fù)雜程度 驅(qū)動(dòng)電路復(fù)雜 控制器簡(jiǎn)單 控制器簡(jiǎn)單 高度復(fù)雜 使用技術(shù) 成熟 成熟 仍在發(fā)展 仍在發(fā)展 可靠性 一般 較好 優(yōu) 較好 力矩波動(dòng) 小 電動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)時(shí)考慮 基本通過(guò)電磁設(shè)計(jì)考慮 由電磁設(shè)計(jì)和電子控制考慮 功率密度 中 中 高 中 對(duì)助力大小要求較低的汽車(chē)，選用永磁有刷直流電動(dòng)機(jī)是一個(gè)好的選擇，因?yàn)橛兴⒅绷麟妱?dòng)機(jī)技術(shù)成熟、控制器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低；

42、對(duì)要求助力較大的轎車(chē)，應(yīng)選擇永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)，因?yàn)橛来艧o(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)比其它類(lèi)型電動(dòng)機(jī)更具有優(yōu)勢(shì)。雖然也可以用開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)，但是需要進(jìn)行許多的研究來(lái)克服其缺點(diǎn)。 減速機(jī)構(gòu) EPS的減速機(jī)構(gòu)與電動(dòng)機(jī)相連，用來(lái)增大電動(dòng)機(jī)的輸出扭矩。主要有兩種形式：蝸輪蝸桿減速機(jī)構(gòu)和雙行星齒輪減速機(jī)構(gòu)。前者主要用于轉(zhuǎn)向軸助力式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，后者主要用于齒輪助力式和齒條助力式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。本試驗(yàn)臺(tái)的測(cè)試減速機(jī)構(gòu)為蝸輪蝸桿減速機(jī)構(gòu)，減速比為16.5。 圖2-1 蝸輪蝸桿減速機(jī)構(gòu) 轉(zhuǎn)向電動(dòng)機(jī) 磁粉制動(dòng)器的阻力矩最大值Tc=100Nm，i=16.5，轉(zhuǎn)向盤(pán)所需施加的轉(zhuǎn)矩 Td=Tc/i=100/16.5

43、=6.06Nm PW錯(cuò)誤！未找到引用源。 選擇Y90L-4電動(dòng)機(jī)，將其有關(guān)參數(shù)帶入驗(yàn)算 錯(cuò)誤！未找到引用源。取0.98，n=1400 r/min T=1.5錯(cuò)誤！未找到引用源。9550錯(cuò)誤！未找到引用源。0.98錯(cuò)誤！未找到引用源。=10Nm T錯(cuò)誤！未找到引用源。Td 所以轉(zhuǎn)向電動(dòng)機(jī)選Y90L-4。 傳感器的選擇 傳感器是能夠感受規(guī)定的被測(cè)量并按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號(hào)的器件或裝置。一般來(lái)講傳感器的選用與以下幾個(gè)方面密切相關(guān)： u 控制方面的要求：涉及測(cè)定的目的、測(cè)量的對(duì)象、測(cè)量的范圍以及精度要求等； u 今傳感器的性質(zhì)：包括精度等級(jí)、穩(wěn)定性、對(duì)象的特性影響等；

44、u 使用條件：主要涉及應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)的環(huán)境因素； u 供求水平和維護(hù)：也即經(jīng)濟(jì)性和良好的維護(hù)性。同時(shí)試驗(yàn)臺(tái)系統(tǒng)的工作環(huán)境的多變性，以及來(lái)自電動(dòng)機(jī)和功率驅(qū)動(dòng)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。 表2-2 現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)清單 序號(hào) 信號(hào)名稱(chēng) 信號(hào)類(lèi)型 信號(hào)源 路數(shù) 信號(hào)標(biāo)準(zhǔn) 1 車(chē)速信號(hào) 模擬量輸入 波形發(fā)生器 1 方波 2 角度信號(hào) 數(shù)字量輸入 角度傳感器 1 方波 3 轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)矩 模擬量輸入 扭矩傳感器 1 方波 4 電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩 模擬量輸入 扭矩傳感器 1 方波 5 轉(zhuǎn)向阻力矩 模擬量輸入 扭矩傳感器 1 方波

45、 6 電動(dòng)機(jī)電流 模擬量輸入 電動(dòng)機(jī)輸出端子 1 -5~+5v 7 電動(dòng)機(jī)電壓 模擬量輸入 電動(dòng)機(jī)輸出端子 1 -5~+5v 試驗(yàn)臺(tái)用傳感器也有其自身的特殊要求。具體體現(xiàn)在以下幾個(gè)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(qiáng)； (6)性能:精度高、響應(yīng)快，從而滿(mǎn)足試驗(yàn)臺(tái)實(shí)時(shí)采集數(shù)據(jù)的要求。 從表3-3中可以看出，本系統(tǒng)中待檢測(cè)的信號(hào)比較多，而且信號(hào)的種類(lèi)又不同，主要有轉(zhuǎn)矩信號(hào)、速度信號(hào)、轉(zhuǎn)角信號(hào)、電流信號(hào)、電壓信號(hào)等。 在該系統(tǒng)中，最主要的性

46、能參數(shù)為汽車(chē)的車(chē)速，轉(zhuǎn)向盤(pán)的主扭矩和電動(dòng)機(jī)目標(biāo)電流，下面對(duì)這三者所用的傳感器和檢測(cè)方法加以詳細(xì)的說(shuō)明。 轉(zhuǎn)速傳感器 (1)轉(zhuǎn)速傳感器的分類(lèi)及特點(diǎn) 速度傳感器是將機(jī)械運(yùn)動(dòng)速度這個(gè)非電量變換成電量信號(hào)的傳感器，如果按輸出信號(hào)的模式可分為模擬式和數(shù)字式兩種，按工作原理又可分為電容式、光電式、磁電式等，其分類(lèi)方法如圖3-6所示。 1)模擬式轉(zhuǎn)速傳感器是取其與被測(cè)轉(zhuǎn)速成正比的電壓幅度作為輸出信號(hào)，稱(chēng)為測(cè)速發(fā)電機(jī)。測(cè)速發(fā)電機(jī)的構(gòu)造簡(jiǎn)單可靠，耐振動(dòng)沖擊，速度范圍小，但溫漂較大，不適于高溫環(huán)境。 2)數(shù)字式傳感器是取其與被測(cè)轉(zhuǎn)速的頻率成正比的電脈沖作為輸出信號(hào)，按獲取轉(zhuǎn)速信號(hào)的方式可分為電渦流式，光

47、電式和磁電式三種。 直流測(cè)速機(jī) 模擬式轉(zhuǎn)速傳感器 同步型 轉(zhuǎn)速傳感器 交流測(cè)速機(jī) 電渦流式 數(shù)字式轉(zhuǎn)速傳感器 光電式 異步型 磁電式 圖2-2 車(chē)速傳感器的分類(lèi) 汽車(chē)上的速度傳

48、感器一般用的是數(shù)字式傳感器，它以集電極開(kāi)路形式輸出的脈沖表示車(chē)速，在本測(cè)試系統(tǒng)中可以用基本輸入輸出系統(tǒng)輸出的脈沖來(lái)模擬，把這脈沖分別傳送給ECU和測(cè)試微機(jī)系統(tǒng)。 2.3.1 扭矩傳感器 轉(zhuǎn)矩傳感器是測(cè)量各種電動(dòng)機(jī)、內(nèi)燃機(jī)以及旋轉(zhuǎn)動(dòng)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(jī)械變形類(lèi)發(fā)展到電磁感應(yīng)類(lèi)、相位差類(lèi)，到現(xiàn)在應(yīng)用最廣泛的應(yīng)變測(cè)量類(lèi)。隨著低功耗微電子技術(shù)的發(fā)展，各類(lèi)轉(zhuǎn)矩傳感器被賦予了新的生命，其性能也越來(lái)越好可測(cè)的精度與轉(zhuǎn)速也越來(lái)越高。 傳遞法 轉(zhuǎn)矩傳感器 平衡力法 能量轉(zhuǎn)換法

49、圖2-3 轉(zhuǎn)矩傳感器的分類(lèi) 從傳感器的分類(lèi)來(lái)說(shuō)，以往所有的轉(zhuǎn)矩傳感器都屬于結(jié)構(gòu)型傳感器，由于都要利用彈性元件的機(jī)械變形，因此轉(zhuǎn)矩傳感器具有體積大、耗材多等缺點(diǎn)。但由于上藝成熟、牢固、可靠、價(jià)格低廉，與微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)結(jié)合后易實(shí)現(xiàn)數(shù)字化、自動(dòng)化，所以仍有十分廣闊的應(yīng)用前景。在本系統(tǒng)中主要用于測(cè)量轉(zhuǎn)向盤(pán)的主扭矩，轉(zhuǎn)向阻力矩和助力電機(jī)力矩。 轉(zhuǎn)矩傳感器按測(cè)量原理的分類(lèi)如下所示: (1)傳遞法(扭軸法)是根據(jù)彈性元件在傳遞轉(zhuǎn)矩時(shí)由于彈性元件的變形、應(yīng)力或應(yīng)變而引起機(jī)械、液壓、氣動(dòng)、電阻、電容、電感、光學(xué)、光電、振弦等物理參數(shù)的變化而形成的轉(zhuǎn)矩傳感器，目前此類(lèi)傳感器占轉(zhuǎn)矩測(cè)量的絕大部分。

50、 (2)平衡力法(反力法)對(duì)于任何一種勻速工作動(dòng)力機(jī)械或制動(dòng)機(jī)械，當(dāng)它的主軸受轉(zhuǎn)矩作用時(shí)，在它的機(jī)殼上必定同時(shí)作用著一個(gè)方向相反的平衡力矩(或稱(chēng)為支座反力矩)，測(cè)量支座上的反力矩就.用以確定機(jī)器主軸上作用轉(zhuǎn)矩的大小與方向。此種測(cè)量方法就是平人衡力法。也稱(chēng)反力法。常用這種方法的有電力測(cè)功機(jī)、水力測(cè)功機(jī)和空氣、磁粉等測(cè)功機(jī)類(lèi)。 (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(lái)測(cè)量轉(zhuǎn)矩的一種方法，它是一種間接測(cè)量方法。一般來(lái)說(shuō)誤差較大，故很少采用，只有在直接測(cè)量無(wú)法進(jìn)行的時(shí)候才考慮此法。 目前在轉(zhuǎn)矩測(cè)量中，傳遞類(lèi)轉(zhuǎn)矩傳感器應(yīng)用十分廣泛。 轉(zhuǎn)矩傳感器用來(lái)檢測(cè)電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向器輸入軸扭矩和轉(zhuǎn)向阻力矩，是

51、系統(tǒng)中一個(gè)非常重要的檢測(cè)部件。選用的扭矩傳感器為是北京三晶創(chuàng)業(yè)集團(tuán)的JN338數(shù)字轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器如圖2-4所示。 圖2-4 JN338型數(shù)字轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器 該傳感器采用兩組特殊環(huán)形旋轉(zhuǎn)變壓器來(lái)實(shí)現(xiàn)能源的輸入及轉(zhuǎn)矩信號(hào)的輸出，從而解決了旋轉(zhuǎn)動(dòng)力傳遞系統(tǒng)中能源及信號(hào)可靠地在旋轉(zhuǎn)部分與靜止部分之間的傳遞問(wèn)題。該傳感器還可同時(shí)實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)速的測(cè)量，從而可方便地計(jì)算出軸輸出功率，因此，利用該傳感器可實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速及軸功率的多參數(shù)輸出。 主要技術(shù)參數(shù)如下: 表2-3 JN338傳感器主要技術(shù)參數(shù) 參數(shù) 轉(zhuǎn)矩準(zhǔn)確度 過(guò)載能力 絕緣電阻 工作溫度 線(xiàn)性 相對(duì)濕度 指標(biāo) >

52、0.5% 150%F.S 200Mo -20~60 ℃ 0.5%F.S 90%RH 2.3.2 車(chē)速傳感器 由于車(chē)速傳感器的信號(hào)經(jīng)過(guò)整形后發(fā)出的是脈沖信號(hào)，每個(gè)脈沖表示磁電式車(chē)速傳感器的被測(cè)齒盤(pán)輪齒轉(zhuǎn)過(guò)一齒，那么汽車(chē)的行駛速度就可以用單位時(shí)間內(nèi)的脈沖數(shù)、被測(cè)齒盤(pán)齒輪齒數(shù)與車(chē)輪的行駛半徑計(jì)算出來(lái)。 其計(jì)算公式如下： (2-1) 其中：V-汽車(chē)行駛速度 n-測(cè)量的脈沖數(shù) Z-被測(cè)齒盤(pán)的齒輪齒數(shù) T-測(cè)量時(shí)間周期 rd-車(chē)輪的滾動(dòng)半徑 2.3.4 電子控制單元 電

53、子控制單元(ECU) ECU的功能是根據(jù)車(chē)速信號(hào)、轉(zhuǎn)向盤(pán)扭矩信號(hào)，進(jìn)行邏輯分析與計(jì)算后，發(fā)出指令，控制電動(dòng)機(jī)和離合器的動(dòng)作。此外，ECU還有安全保護(hù)和自我診斷功能， ECU通過(guò)采集電動(dòng)機(jī)的電流、電動(dòng)機(jī)電壓、發(fā)動(dòng)機(jī)工況等信號(hào)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(dòng)取消，系統(tǒng)轉(zhuǎn)變?yōu)槭謩?dòng)轉(zhuǎn)向狀態(tài)，同時(shí)ECU將進(jìn)行故障診斷分析。 ECU通常是一個(gè)8位單片機(jī)系統(tǒng)或者是16位電動(dòng)機(jī)控制專(zhuān)用微處理器芯片，也可采用數(shù)字信號(hào)處理器 (Digital Signal Processing，簡(jiǎn)稱(chēng)DSP)作為控制單元。由于電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)存在非線(xiàn)性元件(如摩擦和阻尼)，另外元件的磨損、路面條件的變

54、化和傳感器噪聲也會(huì)給系統(tǒng)帶來(lái)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。控制系統(tǒng)應(yīng)有較強(qiáng)抗干擾能力，以適應(yīng)汽車(chē)復(fù)雜的行駛環(huán)境?？刂扑惴☉?yīng)快速正確，滿(mǎn)足實(shí)時(shí)控制的要求，并能有效地實(shí)現(xiàn)理想的助力規(guī)律與特性。它是本系統(tǒng)檢測(cè)的關(guān)鍵部件。 2.3.5 阻力模擬裝置 本系統(tǒng)中應(yīng)用磁粉制動(dòng)器來(lái)模擬轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的阻力矩。磁粉制動(dòng)器是利用電磁效應(yīng)下的磁粉來(lái)傳遞轉(zhuǎn)矩的，具有激磁電流和傳遞轉(zhuǎn)矩基本成線(xiàn)性關(guān)系、響應(yīng)速度快、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、無(wú)沖擊、無(wú)振動(dòng)、無(wú)噪音、無(wú)污染等優(yōu)點(diǎn)，是一種多用途性能優(yōu)越的自動(dòng)控制元件，廣泛應(yīng)用于各種行業(yè)中機(jī)械的加載、制動(dòng)以及卷繞系統(tǒng)中收卷和放卷的張力控制。在該系統(tǒng)中，利用磁粉制動(dòng)器來(lái)模擬

55、汽車(chē)整個(gè)轉(zhuǎn)向裝置所受的阻力矩。盡管磁粉制動(dòng)器難以精確模擬行駛路況，但是可以實(shí)現(xiàn)磁粉制動(dòng)器負(fù)載的變化趨勢(shì)與路面行駛一致。因此，通過(guò)磁粉制動(dòng)器研究可以探索電動(dòng)機(jī)的助力規(guī)律，檢驗(yàn)助力控制程序的運(yùn)行效果，分析EPS對(duì)汽車(chē)轉(zhuǎn)向輕便性的影響。同時(shí)也可以降低直接裝車(chē)進(jìn)行路試的危險(xiǎn)性和研究成本。本試驗(yàn)臺(tái)采用瑞安市中瑞控制器廠生產(chǎn)的CZ型磁粉制動(dòng)器(如圖3-2)，其技術(shù)參數(shù)如表3-2。 圖2-5 CZ型磁粉制動(dòng)器 表2-4 CZ磁粉制動(dòng)器技術(shù)參數(shù) 參數(shù) 額定轉(zhuǎn)矩N.M 激磁電流A 允許滑差功率KW 冷卻方式 磁粉量g 指標(biāo) 100 1 8 單雙水冷 150 其主要有激磁電流

56、-力矩、轉(zhuǎn)速-力矩和負(fù)載三個(gè)特性： (1) 激磁電流-力矩特性 激磁電流與轉(zhuǎn)矩基本成線(xiàn)性關(guān)系，通過(guò)調(diào)節(jié)激磁電流可以控制力矩的大小。其特性如圖3-3所示。 圖2-6 激磁電流-力矩特性 圖2-7 轉(zhuǎn)速-力矩特性 (2) 轉(zhuǎn)速-力矩特性 力矩與轉(zhuǎn)速無(wú)關(guān)，保持定值。靜力矩和動(dòng)力矩沒(méi)有差別。特性如圖3-4所示。 (3) 負(fù)載特性 磁粉制動(dòng)器的允許滑差功率在散熱條件一定時(shí)是定值。其連續(xù)運(yùn)行時(shí)，實(shí)際滑差需在允許滑差功率以?xún)?nèi)。使用轉(zhuǎn)速高時(shí)，需降低力矩使用。其特性如圖3-5所示。 圖2-8 負(fù)載特性 2.4 本章小結(jié) 測(cè)控系統(tǒng)主要有電子控制單元(ECU)，電動(dòng)機(jī)，減速機(jī)

57、構(gòu)，磁粉制動(dòng)器，多功能數(shù)據(jù)采集卡，車(chē)速傳感器，轉(zhuǎn)矩傳感器等部件組成。 檢測(cè)的主要性能參數(shù)為：汽車(chē)的車(chē)速，轉(zhuǎn)向盤(pán)的主扭矩和角度及車(chē)輪的阻力矩，電動(dòng)機(jī)的電流、電壓和轉(zhuǎn)矩。 3 EPS系統(tǒng)匹配分析 3.1 EPS助力電機(jī)的匹配 助力電機(jī)是電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的核心部件，系統(tǒng)就是依靠助力電機(jī)提供轉(zhuǎn)向助力，從而改善轎車(chē)在低速行駛時(shí)的轉(zhuǎn)向輕便性和高速行駛時(shí)的路感信息，它的性能決定著整個(gè)系統(tǒng)的性能，所以電機(jī)的匹配十分重要。助力電機(jī)的匹配問(wèn)題包括結(jié)構(gòu)選擇和參數(shù)匹配兩大問(wèn)題。結(jié)構(gòu)選擇問(wèn)題包括：電機(jī)的布置形式（助力

58、形式）和電機(jī)類(lèi)型的選擇。參數(shù)匹配包括:電機(jī)尺寸、電機(jī)輸出扭矩、電機(jī)轉(zhuǎn)速、電機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量、電機(jī)的阻尼、電機(jī)軸的剛度。 3.1.1電機(jī)的布置形式 電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)根據(jù)電動(dòng)機(jī)布置位置不同，分為軸助力式、齒輪助力式、齒條助力式三種。具體車(chē)型采用何種形式主要依據(jù)汽車(chē)前軸的空間大小、前軸荷、電動(dòng)機(jī)的特性等來(lái)確定。一般來(lái)說(shuō)，從整車(chē)排量考慮，1.5L以下的中小車(chē)型可以選擇軸助力式電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，2L以上的大型轎車(chē)可以選擇齒條助力式電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)；從轉(zhuǎn)向器的齒條輸出力考慮，8000N以下的可以選擇軸助力或者小齒輪助力式電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，8000N以上的可以選擇齒條助力式電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)；從整車(chē)前軸軸

59、荷考慮，9000N以下的可以選擇軸助力或者小齒輪助力式電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，9000N以下的可以選擇齒條助力式電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。本車(chē)型基本參數(shù)如表1所示。 表3-1 電機(jī)布置形式選型 排量 齒條輸出力（N） 前軸軸荷（N） 電機(jī)布置形式 1.5L 最大7000~8000 滿(mǎn)載7800 轉(zhuǎn)向軸助力式 因此，選擇轉(zhuǎn)向軸助力式電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。這種EPS的電動(dòng)機(jī)固定在轉(zhuǎn)向柱上，并通過(guò)減速機(jī)構(gòu)與轉(zhuǎn)向軸相連，直接驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)向軸實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向助力。該方案的助力輸入將經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)向器傳遞，所以對(duì)電動(dòng)機(jī)的最大輸出力矩的要求相對(duì)較?。浑妱?dòng)機(jī)布置在駕駛室內(nèi)，工作環(huán)境較好；另外由于電機(jī)的安裝位置離駕駛員比較近，

60、需要注意電動(dòng)機(jī)的噪聲。 3.1.2助力電機(jī)類(lèi)型匹配 助力電機(jī)的功能是根據(jù)電子控制單元的指令輸出適宜的輔助扭矩，它是系統(tǒng)的動(dòng)力源，也是整個(gè)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的關(guān)鍵部件之一。對(duì)電機(jī)有如下要求：起動(dòng)迅速，伺服性能好，低速下具有較大扭矩，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小，噪聲低，具有良好的機(jī)械特性；易控制，可靠性和安全性高，維護(hù)方便，對(duì)其它控制電路的電磁干擾盡量??；尺寸小，質(zhì)量輕，盡可能節(jié)省空間大小并降低重量，使用12V的直流車(chē)載電源。因此選擇12V直流電機(jī)作為助力電機(jī)。直流電機(jī)分為有刷直流電機(jī)和無(wú)刷直流電機(jī)，對(duì)于本車(chē)型，屬于中小型乘用車(chē)，所以選擇永磁有刷直流電機(jī)。采用的永磁有刷直流電機(jī)包括轉(zhuǎn)動(dòng)繞組、機(jī)械換向器，電機(jī)的技術(shù)成熟，

61、控制器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低，對(duì)于助力要求較低的汽車(chē)，一般采用永磁有刷直流電機(jī)，符合本車(chē)型要求。 表3-2 電機(jī)類(lèi)型匹配 電機(jī)類(lèi)型 額定電壓 永磁有刷直流電機(jī) 12V 3.1.3助力電機(jī)參數(shù)匹配 電機(jī)參數(shù)匹配本報(bào)告的重要部分，匹配內(nèi)容包括電機(jī)尺寸、轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速、功率、PWM驅(qū)動(dòng)頻率及轉(zhuǎn)動(dòng)慣量等內(nèi)容。 3.1.3.1助力電機(jī)的尺寸匹配 由于本車(chē)型屬于發(fā)動(dòng)機(jī)前置前驅(qū)動(dòng)乘用車(chē)，駕駛室內(nèi)空間相對(duì)緊張，并且附近有踏板機(jī)構(gòu)及其附件，因此原則上電機(jī)的尺寸應(yīng)盡可能小，電機(jī)長(zhǎng)度和直徑協(xié)調(diào)設(shè)計(jì)使之與整車(chē)前軸布置相適應(yīng)。 3.1.3.2助力電機(jī)的轉(zhuǎn)矩匹配 a) 對(duì)于選定的轉(zhuǎn)向軸助力式電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，

62、主力電機(jī)的轉(zhuǎn)矩主要取決于汽車(chē)在原地轉(zhuǎn)向時(shí)的轉(zhuǎn)向阻力矩，即取決于前軸載荷的大小。汽車(chē)在瀝青或者混凝土路面上的原地轉(zhuǎn)向阻力矩可以按下面的半經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算： (3-1) 其中：為輪胎和路面之間的滑動(dòng)摩擦系數(shù)，一般取0.7；為轉(zhuǎn)向軸負(fù)荷（N）；為輪胎氣壓（MPa）。 經(jīng)過(guò)驗(yàn)算，此半經(jīng)驗(yàn)公式誤差較大，而且存在未知的機(jī)械參數(shù)。又因?yàn)樵幸簤簷C(jī)構(gòu)的參數(shù)未知，且即使參數(shù)已知液壓保護(hù)系數(shù)的影響而使存在一定誤差。在這里使用一種對(duì)比參照的方法，比較一種成型的同車(chē)型乘用車(chē)，結(jié)合本車(chē)參數(shù)對(duì)電機(jī)助力轉(zhuǎn)矩進(jìn)行匹配。參考車(chē)型參數(shù)如表3-3所示。 表3-3 參考車(chē)型齒條力

63、參數(shù) 滿(mǎn)載前軸載荷 齒條力 974kg 9600N 根據(jù)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)機(jī)械結(jié)構(gòu)有 (3-2) 其中為齒條力，為轉(zhuǎn)向節(jié)臂長(zhǎng)。 而且因?yàn)榭紤]車(chē)型與參考車(chē)型轉(zhuǎn)向節(jié)臂長(zhǎng)基本相同，結(jié)合(1)(2)得所考慮的車(chē)型的齒條力， (3-3) 轉(zhuǎn)化為助力電機(jī)經(jīng)過(guò)減速器減速后在轉(zhuǎn)向柱上的扭矩，為轉(zhuǎn)向軸齒輪節(jié)圓半徑 (3-4) 要求方向盤(pán)力矩不超過(guò)，考慮電機(jī)從方向盤(pán)力矩為零開(kāi)始滿(mǎn)足轉(zhuǎn)矩條件，因此，助力電機(jī)的轉(zhuǎn)矩匹配如表3-4所示。 表3-4 助力電機(jī)的轉(zhuǎn)矩匹配 滿(mǎn)載前軸載荷(kg) 最大

64、齒條力(N) 助力電機(jī)經(jīng)減速機(jī)構(gòu)輸出最大轉(zhuǎn)矩(Nm) 785 6946 53.5 3.1.3.3助力電機(jī)的轉(zhuǎn)速匹配 對(duì)于選定的助力電機(jī)類(lèi)型，永磁有刷直流電機(jī)的機(jī)械特性曲線(xiàn)如圖3-1所示。為了滿(mǎn)足轉(zhuǎn)向輕便性要求，需要使在方向盤(pán)轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)，電機(jī)減速后都能輸出一定的轉(zhuǎn)矩，即。 圖3-1 助力電機(jī)機(jī)械特性曲線(xiàn) 因此得到電機(jī)轉(zhuǎn)速匹配要求， (3-5) 其中為方向盤(pán)最高轉(zhuǎn)速，為助力電機(jī)減速機(jī)構(gòu)的減速比，為電機(jī)最高轉(zhuǎn)速。 在我國(guó)，操縱穩(wěn)定性試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的方向盤(pán)轉(zhuǎn)速不小于，而美國(guó)的ESV試驗(yàn)為不小于；實(shí)際試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，在駕駛員進(jìn)行緊急避讓時(shí)，

65、可以比這個(gè)還要大很多，例如，根據(jù)美國(guó)國(guó)家公路交通安全管理局(NHTSA)的調(diào)查，駕駛員在進(jìn)行緊急避讓的時(shí)候，可以達(dá)到左右。 這里用到了助力電機(jī)減速機(jī)構(gòu)的減速比，它對(duì)電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩起到放大作用，同時(shí)對(duì)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量等參數(shù)也起到放大作用，因此影響系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能；減速比還會(huì)影響減速機(jī)構(gòu)的尺寸、布置空間和傳動(dòng)效率等。因此在減速機(jī)構(gòu)匹配中進(jìn)行設(shè)計(jì)。 3.1.3.4助力電機(jī)的功率匹配及驗(yàn)算 選擇助力電機(jī)額定功率一般分為三個(gè)步驟：一、計(jì)算電動(dòng)機(jī)的負(fù)載功率，進(jìn)行預(yù)選；二、助力電機(jī)的過(guò)熱驗(yàn)算；三、助力電機(jī)的過(guò)載驗(yàn)算。由于汽車(chē)的駕駛情況及行使工況的不同，電動(dòng)機(jī)的工作負(fù)載也表現(xiàn)出不同的負(fù)載類(lèi)型。匹配選擇時(shí)，應(yīng)

66、綜合考慮各種不同的負(fù)載情況，選擇略大的電動(dòng)機(jī)功率。 一、電動(dòng)機(jī)負(fù)載功率的計(jì)算 電動(dòng)機(jī)的負(fù)載功率要根據(jù)具體的負(fù)載功率及效率來(lái)進(jìn)行計(jì)算。電動(dòng)機(jī)的負(fù)載功率可采用下式來(lái)估算， (3-6) 其中，為轉(zhuǎn)向柱轉(zhuǎn)矩；為轉(zhuǎn)向盤(pán)最高轉(zhuǎn)速；為考慮電動(dòng)機(jī)、減速器的等效功率系數(shù)，一般的取值范圍為1.2~2.5。 考慮到電動(dòng)機(jī)的連續(xù)工作制運(yùn)行工況，電動(dòng)機(jī)的額定功率應(yīng)滿(mǎn)足： (3-7) 考慮到電機(jī)功率的利用效率，取為1.2，則額定功率 (3-8) 二、助力電機(jī)的過(guò)熱驗(yàn)算和過(guò)載驗(yàn)算（因?yàn)橐A(yù)選電機(jī)，所以暫時(shí)無(wú)法計(jì)算） 若預(yù)選的電動(dòng)機(jī)過(guò)熱、過(guò)載能力不夠，則要重選助力電機(jī)及額定功率，直到滿(mǎn)足要求為止。 3.1.3.5助力電機(jī)PWM驅(qū)動(dòng)頻率及轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的匹配 1、助力電機(jī)PWM驅(qū)動(dòng)頻率的匹配 電動(dòng)機(jī)端電壓由PWM方式獲得，PWM頻率對(duì)電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的工作具有重要的影響。PWM的驅(qū)動(dòng)頻率要考慮與機(jī)械系統(tǒng)固有頻率的關(guān)系、對(duì)電樞電流紋波的影響及對(duì)人的噪聲影響，同時(shí)還要考慮開(kāi)關(guān)時(shí)電流脈