汽車(chē)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)設(shè)計(jì)

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1、 摘要 汽車(chē)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是用于改變或保持汽車(chē)行駛方向的專門(mén)機(jī)構(gòu)，以其卓越的性能，成為轉(zhuǎn)向技術(shù)研究的重點(diǎn)和熱點(diǎn)。其作用是使汽車(chē)在行駛過(guò)程中能按照駕駛員的操縱要求而適時(shí)地改變其行駛方向，并在受到路面?zhèn)鱽?lái)的偶然沖擊及汽車(chē)意外地偏離行駛方向時(shí)，能于行駛系統(tǒng)配合保持汽車(chē)能繼續(xù)穩(wěn)定行駛。因此，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的性能直接影響著汽車(chē)的操縱穩(wěn)定性和安全性。本文針對(duì)電子助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)在汽車(chē)上應(yīng)用的日趨廣泛和普及，對(duì)其原理、工作特點(diǎn)，各部件的組成及其配合進(jìn)行解剖和分析，并對(duì)電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)試驗(yàn)臺(tái)架進(jìn)行介紹，分析了EPS關(guān)鍵技術(shù)的性能特點(diǎn)以及發(fā)展趨勢(shì)。 關(guān)鍵字：EPS，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，發(fā)展，工作原理，基

2、本結(jié)構(gòu) Abstract The car turned system is used to change or remain with the car in the direction of specialized agencies. its function is to the car in the process to be in accordance with the pilot's control demand and time to change its speed and direction under t

3、he road to the shocks and the car accident knocked off the road in be able to keep the road system to continue steady cooperation. therefore, to the system of the performance of the direct impact on the manipulation of stability and security. The paper against the power steering system in the car is

4、 wide application of standards and popularization of its principles, work, and the parts of the anatomy and coordination on and analysis, and the electric power steering system a review. Keywords：EPS,steering system，tracert，Makefile，test-bed 目 錄 摘要.................

5、.............................................................................................................Ⅰ Abstract………………………………………………………………………...........Ⅱ 1 設(shè)計(jì)總則....................................................................................................................1 1.1 課題的來(lái)源..

6、.............................................................................................1 1.2 設(shè)計(jì)背景...................................................................................................1 1.2.1 EPS原理介紹..........................................................................

7、....1 1.2.2 國(guó)內(nèi)外發(fā)展的狀況…….……………………………………….3 1.3 特點(diǎn)綜合分析以及設(shè)計(jì)目的……...……………………………………8 　　 1.4 EPS的關(guān)鍵部件及關(guān)鍵技術(shù)……………………………………………10 1.4.1 扭距傳感器…………....……………………………….……...…13 1.4.2 電磁離合器………..…....………………………………………..13 1.4.3 減速機(jī)構(gòu)…...………….…………………………………………14 1.4.4 電動(dòng)機(jī)…......……….....………………………………………….15 1.4.5

8、 電子控制單元..............................................................................16 1.5 電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向的控制方法.....................................................................16 1.5.1 阻尼控制.......................................................................................20 1.5.2 回正控制............

9、...........................................................................20 1.5.3 助力控制.....................................................................................20 1.6 電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的故障現(xiàn)以及正確使用方法................................22 1.7 EPS試驗(yàn)臺(tái)架的介紹................................................

10、.............................23 1.7.1 臺(tái)架的主要部件裝置.................................................................24 1.7.2 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的采集.........................................................................25 1.7.3 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?..................................................................................

11、..25 1.7.4 電動(dòng)機(jī)電流傳感器的標(biāo)定.........................................................26 1.7.5 轉(zhuǎn)矩傳感器輸出特性.................................................................26 1.7.6 電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)臺(tái)架試驗(yàn)的結(jié)論.........................................27 致謝.......................................................

12、.............................................28 參考文獻(xiàn)......................................................................................29 1.1 課題來(lái)源 本課題《汽車(chē)電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的綜合分析》來(lái)源于十堰職業(yè)技術(shù)學(xué)院圖書(shū)館 1.2 設(shè)計(jì)背景 1.2.1 EPS原理介紹 汽車(chē)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)一直存在著“輕”與“靈”的矛盾，即汽車(chē)低速時(shí)需要“輕” 的轉(zhuǎn)向力，高速時(shí)需要“靈”的轉(zhuǎn)向效果。同時(shí)，轉(zhuǎn)向力與路感也相互制約

13、。 本課題將通過(guò)合適的綜合控制方法，設(shè)計(jì)合適的控制系統(tǒng)，以提高汽車(chē)轉(zhuǎn)向系統(tǒng) 的操縱穩(wěn)定性和路感，并為以后的深入研究EPS的工作打下良好的基礎(chǔ)。 EPS的英文全稱是英文全稱是Electronic Power Steering，中文翻譯為電子控制動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。 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。目前市場(chǎng)市場(chǎng)上的EPS結(jié)構(gòu)都大致相同。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)向器、以及畜電池電源所構(gòu)成。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

14、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。 而且EPS直接依靠電機(jī)提供輔助扭矩的動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng), 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(jiǎn)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)。 與傳統(tǒng)的液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)HPS(hydraulicpowersteering)相比,EPS系統(tǒng)還具有其他很多優(yōu)點(diǎn)：僅在需要轉(zhuǎn)向時(shí)才啟動(dòng)電機(jī)產(chǎn)生助力,能減少發(fā)動(dòng)機(jī)燃油消耗；能在各種行駛工況下提供最佳助力，減小由路面不平所引起電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩通過(guò)傳動(dòng)裝置的作用而助力向系的擾動(dòng)，改善汽車(chē)的轉(zhuǎn)向特性,提高汽

15、車(chē)的主動(dòng)安全性；沒(méi)有液壓回路,調(diào)整和檢測(cè)更容易,裝配自動(dòng)化程度更高,且可通過(guò)設(shè)置不同的程序，快速與不同車(chē)型匹配,縮短生產(chǎn)和開(kāi)發(fā)周期；不存在漏油問(wèn)題,減小對(duì)環(huán)境的污染。 正是有了這些優(yōu)點(diǎn)，電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)作為一種新的轉(zhuǎn)向技術(shù)，將挑戰(zhàn)大家都非常熟知的、已具有50多年歷史的液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。EPS電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是未來(lái)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的發(fā)展方向。 1.2.2 國(guó)內(nèi)外發(fā)展的狀況 電動(dòng)式EPS是汽車(chē)技術(shù)發(fā)展的研究熱點(diǎn)和前沿技術(shù)之一，有利于汽車(chē)在不 同車(chē)速下獲得不同的靜態(tài)助力特性，提高駕駛員轉(zhuǎn)向時(shí)的路感和操縱穩(wěn)定性。 EPS不僅能使系統(tǒng)的低速和高速性能都得到明顯改善，而且還能能提高燃油經(jīng)濟(jì) 性，可

16、節(jié)約燃料3％～5％。顯然，EPS的研究與汽車(chē)發(fā)展中的安全、環(huán)保、節(jié)能 三大主題相吻合。據(jù)美國(guó)TRW公司估計(jì)，到2010年，全世界轎車(chē)的動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中，EPS占1/3。英圍盧卡斯公司認(rèn)為，EPS在轎車(chē)上正在成為標(biāo)準(zhǔn)配置，而不是選裝件，自1996至2006年，歐洲市場(chǎng)上的A、B、C級(jí)轎車(chē)安裝EPS的比例將由35％增加到70％。據(jù)報(bào)導(dǎo)，到2005年，EPS的產(chǎn)量由目前的150萬(wàn)套增加到800萬(wàn)套，2007年將達(dá)到1140萬(wàn)套，即產(chǎn)量正以以130—150萬(wàn)套/年的速度在增加，按此增長(zhǎng)速度發(fā)展下去，用不了幾年EPS將完全占領(lǐng)轎車(chē)市場(chǎng)，并向微型車(chē)、輕型車(chē)和中型車(chē)擴(kuò)展。 2000年9月，我國(guó)科技部、財(cái)政

17、部和國(guó)家稅務(wù)總局聯(lián)合公布，將EPS列為 汽車(chē)零部件“高新技術(shù)產(chǎn)品”之一。該項(xiàng)目是與國(guó)際同步雖屬于國(guó)際前沿的研究課題之一，不僅具有較高的學(xué)術(shù)價(jià)值，丙且有著廣闊的產(chǎn)業(yè)化前景。因此，更有效的將先進(jìn)使用的控制理論與方法運(yùn)用到EPS及控制系統(tǒng)中，自主創(chuàng)新汽車(chē)及電 子控制技術(shù)的知識(shí)，為EPS的實(shí)際應(yīng)用奠定理論基礎(chǔ)，是國(guó)內(nèi)在汽車(chē)工程界面臨的重大課題，這必須將對(duì)提升我國(guó)汽車(chē)產(chǎn)品的質(zhì)量起積極推動(dòng)作用，帶來(lái)顯著的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。 目前各大汽車(chē)公司對(duì)汽車(chē)電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的研究有20多年的歷史。隨著近年來(lái)電子控制技術(shù)的成熟和成本的降低，EPS越來(lái)越受到人們的重視，并以其具有傳統(tǒng)動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)不可比擬的優(yōu)點(diǎn)，迅速邁

18、向了應(yīng)用領(lǐng)域，部分取代了傳統(tǒng)液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)(Hydraulic Power Steering，簡(jiǎn)稱HPS)。 在汽車(chē)的發(fā)展歷程中，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)經(jīng)歷了四個(gè)發(fā)展階段：從最初的機(jī)械式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)(Manual Steering，簡(jiǎn)稱MS)發(fā)展為液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)(Hydraulic Power Steering，簡(jiǎn)稱HPS)，然后又出現(xiàn)了電控液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)(Electro Hydraulic Power Steering，簡(jiǎn)稱EHPS)和電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)(Electric Power Steering，簡(jiǎn)稱EPS)。 裝配機(jī)械式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的汽車(chē)，在泊車(chē)和低速行駛時(shí)駕駛員的轉(zhuǎn)向操縱負(fù)擔(dān)過(guò)于沉

19、重，為了解決這個(gè)問(wèn)題，美國(guó)GM公司在20世紀(jì)50年代率先在轎車(chē)上采用了液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。但是，液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)無(wú)法兼顧車(chē)輛低速時(shí)的轉(zhuǎn)向輕便性和高速時(shí)的轉(zhuǎn)向穩(wěn)定性，因此在1983年日本Koyo公司推出了具備車(chē)速感應(yīng)功能的電控液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。這種新型的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)可以隨著車(chē)速的升高提供逐漸減小的轉(zhuǎn)向助力，但是結(jié)構(gòu)復(fù)雜、造價(jià)較高，而且無(wú)法克服液壓系統(tǒng)自身所具有的許多缺點(diǎn)，是一種介于液壓助力轉(zhuǎn)向和電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向之間的過(guò)渡產(chǎn)品。到了1988年，日本Suzuki公司首先在小型轎車(chē)Cervo上配備了Koyo公司研發(fā)的轉(zhuǎn)向柱助力式電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng);1990年，日本Honda公司也在運(yùn)動(dòng)型轎車(chē)NSX上采用了自主研發(fā)

20、的齒條助力式電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，1993年本田汽車(chē)公司在愛(ài)克NSX跑車(chē)上裝備EPS并取得了良好的市場(chǎng)效果；1999年奔馳和西門(mén)子公司開(kāi)始投巨資開(kāi)發(fā)EPS。上世紀(jì)九十年代初期，日本鈴本、本田，三菱、美國(guó)Delphi汽車(chē)公司、德國(guó)ZF等公司相繼推出了自己的EPS，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(dòng)EPS和轉(zhuǎn)向柱助力式EPSTM，并裝配在Ford Fiesta和Mazda 323F等車(chē)上，此后EPS技術(shù)得到了飛速的發(fā)展。 在國(guó)外，EPS已進(jìn)入批量生產(chǎn)階段，并成為汽車(chē)零部件高新技術(shù)產(chǎn)品，而我國(guó)動(dòng)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(kāi)發(fā)處于起步階段。

21、電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)自20世紀(jì)80年代中期初提出以來(lái)，已大量裝備于日本美國(guó)歐洲的中小排量車(chē)中，國(guó)內(nèi)的本田飛度，昌河北斗星，夏利，吉利等車(chē)型也采用電動(dòng)助力系統(tǒng)EPS。作為今后汽車(chē)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的發(fā)展方向，必將取代現(xiàn)有的機(jī)械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)和電控制液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。 EPS使用量分布圖 1.3 特點(diǎn)綜合分析以及設(shè)計(jì)目的 電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)將最新的電力電子技術(shù)和高性能的電機(jī)控制技術(shù)應(yīng)用于汽車(chē)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，能顯著改善汽車(chē)動(dòng)態(tài)性能和靜態(tài)性能、提高行駛中駕駛員的舒適性和安全性、減少環(huán)境的污染等。因此，該系統(tǒng)一經(jīng)提出，就受到許多大汽車(chē)公司的重視，并進(jìn)行開(kāi)發(fā)和研究，未來(lái)的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向?qū)⒊蔀檗D(zhuǎn)向系

22、統(tǒng)主流，與其它轉(zhuǎn)向系統(tǒng)相比，該系統(tǒng)突出的優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)在： (1)．降低了燃油消耗。液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)需要發(fā)動(dòng)機(jī)帶動(dòng)液壓油泵，使液壓油不停地流動(dòng)，浪費(fèi)了部分能量。相反電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（EPS）僅在需要轉(zhuǎn)向操作時(shí)才需要電機(jī)提供的能量，該能量可以來(lái)自蓄電池，也可來(lái)自發(fā)動(dòng)機(jī)。而且，能量的消耗與轉(zhuǎn)向盤(pán)的轉(zhuǎn)向及當(dāng)前的車(chē)速有關(guān)。當(dāng)轉(zhuǎn)向盤(pán)不轉(zhuǎn)向時(shí)，電機(jī)不工作，需要轉(zhuǎn)向時(shí)，電機(jī)在控制模塊的作用下開(kāi)始工作，輸出相應(yīng)大小及方向的轉(zhuǎn)矩以產(chǎn)生助動(dòng)轉(zhuǎn)向力矩，而且，該系統(tǒng)在汽車(chē)原地轉(zhuǎn)向時(shí)輸出最大轉(zhuǎn)向力矩，隨著汽車(chē)速度的改變，輸出的力矩也跟隨改變。該系統(tǒng)真正實(shí)現(xiàn)了“按需供能”，是真正的“按需供能型”（on-demand）系統(tǒng)。汽

23、車(chē)在較冷的冬季起動(dòng)時(shí)，傳統(tǒng)的液壓系統(tǒng)反應(yīng)緩慢，直至液壓油預(yù)熱后才能正常工作。由于電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)不依賴于發(fā)動(dòng)機(jī)而且沒(méi)有液壓油管，對(duì)冷天氣不敏感，系統(tǒng)即使在-40℃時(shí)也能工作，所以提供了快速的冷起動(dòng)。由于該系統(tǒng)沒(méi)有起動(dòng)時(shí)的預(yù)熱，節(jié)省了能量。不使用液壓泵，避免了發(fā)動(dòng)機(jī)的寄生能量損失，提高了燃油經(jīng)濟(jì)性，裝有電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的車(chē)輛和裝有液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的車(chē)輛對(duì)比實(shí)驗(yàn)表明，在不轉(zhuǎn)向情況下，裝有電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的國(guó)輛燃油消耗降低2.5%，在使用轉(zhuǎn)向情況下，燃油消耗降低了5.5%。 (2)．增強(qiáng)了轉(zhuǎn)向跟隨性。在電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中，電動(dòng)助力機(jī)與助力機(jī)構(gòu)直接相連可以使其能量直接用于車(chē)輪的轉(zhuǎn)向。該系統(tǒng)利

24、用慣性減振器的作用，使車(chē)輪的反轉(zhuǎn)和轉(zhuǎn)向前輪擺振大大減水。因此轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的抗擾動(dòng)能力大大增強(qiáng)和液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)相比，旋轉(zhuǎn)力矩產(chǎn)生于電機(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。 (3)．改善了轉(zhuǎn)向回正特性。直到今天，動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)性能的發(fā)展已經(jīng)到了極限，電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的回正特性改變了這一切。當(dāng)駕駛員使轉(zhuǎn)向盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)一角度后松開(kāi)時(shí)，該系統(tǒng)能夠自動(dòng)調(diào)整使車(chē)輪回到正中。該系統(tǒng)還可以讓工程師們利用軟件在最大限度內(nèi)調(diào)整設(shè)計(jì)參數(shù)以獲得最佳的回正特性。從最低車(chē)速到最高車(chē)速，可得到一簇回正特性曲線。通過(guò)靈活的軟件編程，容易得到電機(jī)在不同車(chē)速及不同車(chē)況下的轉(zhuǎn)矩特性，這種轉(zhuǎn)矩特性使得該系統(tǒng)能

25、顯著地提高轉(zhuǎn)向能力，提供了與車(chē)輛動(dòng)態(tài)性能相機(jī)匹配的轉(zhuǎn)向回正特性。而在傳統(tǒng)的液壓控制系統(tǒng)中，要改善這種特性必須改造底盤(pán)的機(jī)械結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)起來(lái)有一定困難。 (4)．提高了操縱穩(wěn)定性。通過(guò)對(duì)汽車(chē)在高速行駛時(shí)過(guò)度轉(zhuǎn)向的方法測(cè)試汽車(chē)的穩(wěn)定特性。采用該方法，給正在高速行駛（100km/h）的汽車(chē)一個(gè)過(guò)度的轉(zhuǎn)角迫使它側(cè)傾，在短時(shí)間的自回正過(guò)程中，由于采用了微電腦控制，使得汽車(chē)具有更高的穩(wěn)定性，駕駛員有更舒適的感覺(jué)。 (5)．提供可變的轉(zhuǎn)向助力。電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的轉(zhuǎn)向力來(lái)自于電機(jī)。通過(guò)軟件編程和硬件控制，可得到覆蓋整個(gè)車(chē)速的可變轉(zhuǎn)向力?？勺冝D(zhuǎn)向力的大小取決于轉(zhuǎn)向力矩和車(chē)速。無(wú)論是停車(chē)，低速或高速行駛時(shí)，它

26、都能提供可靠的，可控性好的感覺(jué)，而且更易于車(chē)場(chǎng)操作。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。但在電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中，可變轉(zhuǎn)向力矩通常寫(xiě)入控制模塊中，通過(guò)對(duì)軟件的重新編寫(xiě)就可獲得，并且所需費(fèi)用很小。 (6)．采用“綠色能源”，適應(yīng)現(xiàn)代汽車(chē)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(wèn)題，可以說(shuō)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(méi)有液壓油，沒(méi)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。 (7)．系

27、統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，占用空間小，布置方便，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。由于沒(méi)有油泵、油管和發(fā)動(dòng)機(jī)上的皮帶輪，使得工程師們?cè)O(shè)計(jì)該系統(tǒng)時(shí)有更大的余地，而且該系統(tǒng)的控制模塊可以和齒輪齒條設(shè)計(jì)在一起或單獨(dú)設(shè)計(jì)，發(fā)動(dòng)機(jī)部件的空間利用率極高。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(mǎi)車(chē)時(shí)非常關(guān)心車(chē)輛的維護(hù)與保養(yǎng)問(wèn)題。裝有電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的汽車(chē)沒(méi)有油泵，沒(méi)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

28、占整個(gè)系統(tǒng)故障的53%，如軟管漏油和油泵漏油等。 (8)．生產(chǎn)線裝配性好。電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)沒(méi)有液壓系統(tǒng)所需要的油泵、油管、流量控制閥、儲(chǔ)油罐等部件，零件數(shù)目大大減少，減少了裝配的工作量，節(jié)省了裝配時(shí)間，提高了裝配效率。 (9)．裝配性好且易于布置。因?yàn)镋PS系統(tǒng)零部件數(shù)目少，主要部件均可以組合在一起，所以整體外形尺寸比HPS小，這位整車(chē)布置帶來(lái)方便，且易于在裝配線上安裝。 電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)自20世紀(jì)80年代中期初提出以來(lái)，已大量裝備于日本美國(guó)歐洲的中小排量車(chē)中，國(guó)內(nèi)的本田飛度，昌河北斗星，夏利，吉利等車(chē)型也采用電動(dòng)助力系統(tǒng)EPS。作為今后汽車(chē)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的發(fā)展方向，必將取代現(xiàn)有的機(jī)械轉(zhuǎn)向系

29、統(tǒng)、液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)和電控制液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。 本課題研究的重點(diǎn)是對(duì)汽車(chē)EPS電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)進(jìn)行詳細(xì)解析。 1.4 EPS的關(guān)鍵部件及關(guān)鍵技術(shù) EPS主要由扭距傳感器、車(chē)速傳感器、電子控制單元、電磁離合器 、減速機(jī)構(gòu)、電動(dòng)機(jī)、等組成。 (1). 高性價(jià)比的傳感器技術(shù) EPS要向駕駛員提供良好的駕駛路感，提高輛行駛安全性，必須以獲得準(zhǔn)確的車(chē)輛狀態(tài)信息和駕駛員指令為前提。因而可靠而耐用且成本低廉的傳感器成為影響EPS成本和性能的重要因素。 （2）．控制策略開(kāi)發(fā) 傳統(tǒng)的液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)主要起到助力轉(zhuǎn)向、降低駕駛員負(fù)荷的作用，而車(chē)輛高速行駛時(shí)轉(zhuǎn)向過(guò)輕等一些影響車(chē)輛高速行駛穩(wěn)定性

30、和安全性的問(wèn)題在液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中難以解決。而在EPS中，這一問(wèn)題可以通過(guò)合理設(shè)計(jì)控制策略來(lái)解決。 （3）. 助力電機(jī) 隨著EPS逐漸在中高級(jí)轎車(chē)上的應(yīng)用，電機(jī) 的輸出扭矩和輸出功率也越來(lái)越大，而車(chē)輛所能提供安裝空間的有限性和車(chē)輛輕量化設(shè)計(jì)的要求使得減小電機(jī)體積、提高電機(jī)比功率成為EPS電機(jī)開(kāi)發(fā)的重要課題?；贓PS對(duì)電機(jī)高比功率和低噪聲的特殊要求，無(wú)刷直流電機(jī)已經(jīng)成為各中高檔EPS的必然選擇，開(kāi)發(fā)高性價(jià)比的無(wú)刷電機(jī)將是影響EPS應(yīng)用范圍的重要因素之一。 （4）. ECU硬件開(kāi)發(fā) ECU是EPS的核心控制部件，ECU故障直接影響車(chē)輛的行駛安全和使用。有由于車(chē)輛布置的需要，ECU不得不布

31、置在發(fā)動(dòng)機(jī)艙內(nèi)，車(chē)外環(huán)境溫度也隨季節(jié)和輛所處的地理位置在大范圍內(nèi)變化，同時(shí)由于ECU本身的工作電流導(dǎo)致其發(fā)熱，ECU必須能在一40～125℃ 甚至150 oC下穩(wěn)定工作，此外ECU必須具有良好的防水性能。 (5). 故障診斷和處理技術(shù) EPS需要根據(jù)來(lái)自車(chē)速傳感器、方向盤(pán)扭矩傳感器、方向盤(pán)力矩傳感器的各種信號(hào)決定控制策略。高端的EPS甚至可能用到車(chē)輛側(cè)向加速度信號(hào)、車(chē)輛橫擺角速度信號(hào)，以及來(lái)自ABS、ESP的各種信號(hào)。每種傳感器信號(hào)甚至控制器本身都有一定的故障概率，EPS必須能夠識(shí)別各種可能的故障，區(qū)分故障等級(jí)，并做出適當(dāng)處理，以保證車(chē)輛的行駛安全性。 (6). 蝸輪蝸桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu) 電機(jī)

32、特性決定其高效率輸出區(qū)域?yàn)楦咚俚团ぞ?，同時(shí)由于電機(jī)體積的限制，其輸出扭矩不可能很大，要滿足轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的要求必須對(duì)其進(jìn)行減速增扭，蝸輪蝸桿減速機(jī)構(gòu)以其較小的體積和大減速比而成為EPS減速機(jī)構(gòu)的唯一選擇。但是蝸輪蝸桿減速機(jī)構(gòu)的效率較低、磨損嚴(yán)重等因素成為影響EPS性能的重要因素。為了提高其傳動(dòng)效率、降低磨損，EPS用蝸輪蝸桿減速機(jī)構(gòu)都采用雙頭蝸桿。在設(shè)計(jì)時(shí)，合理選擇蝸輪蝸桿嚙合區(qū)域、調(diào)整嚙合線形狀，使之更容易形成承載油膜。目 前EPS用蝸輪多采用具有良好潤(rùn)滑性和耐磨性的尼龍材料制造。 (7). 齒輪齒條嚙合設(shè)計(jì) EPS中齒輪齒條的受力狀態(tài)與傳統(tǒng)的液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)有非常大的區(qū)別。在傳統(tǒng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中，多

33、數(shù)情況下駕駛員的轉(zhuǎn)向力矩只有3～5 Nm，齒輪與齒條之間的接觸力只有600—1 000 N。而在管柱式、小齒輪式、雙小齒輪式EPS中齒輪與齒條之間的接觸力將達(dá)到5 000 N甚至10 000 N。因而EPS對(duì)齒輪的強(qiáng)度和齒輪齒條耐磨性能的要求將遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。在參數(shù)設(shè)計(jì)、材料選擇、制造工藝控制等方面也需要更加嚴(yán)格。 電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)在汽車(chē)上的布置圖 1.4.1扭矩傳感器 扭矩傳感器的功能是測(cè)量駕駛員作用在轉(zhuǎn)向盤(pán)上的力矩大小與方向，以及轉(zhuǎn)向盤(pán)轉(zhuǎn)角的大小和方向。車(chē)速傳感器的功能是測(cè)量汽車(chē)行駛速度。這些信號(hào)都是 的控制信號(hào)。扭矩測(cè)量系統(tǒng)比較復(fù)

34、雜且成本較高，所以精確、可靠、低成本的扭 矩傳感器是決定能否占領(lǐng)市場(chǎng)的關(guān)鍵因素之一。目前采用較多的是在轉(zhuǎn)向軸位置加一扭桿，通過(guò)測(cè)量扭桿的變形得到扭矩。另外也有采用非接觸式扭矩傳感器所示的非接觸式扭矩傳感器中有一對(duì)磁極環(huán)，其原理是：當(dāng)輸入軸與輸出軸之間發(fā)生相對(duì)扭轉(zhuǎn)位移時(shí)，磁極環(huán)之間的空氣間隙發(fā)生變化，從而引起電磁感應(yīng)系數(shù)變化。非接觸式扭矩傳感器的優(yōu)點(diǎn)是體積小，精度高，缺點(diǎn)是成本較高。

35、 非接觸式扭矩傳感器 1.4.2電磁離合器 離合器采用干式電磁離合器，其功用是保證EPS在預(yù)先設(shè)定的車(chē)速范圍內(nèi)閉合。當(dāng)車(chē)速超出設(shè)定范圍時(shí)，離合器斷開(kāi)，電動(dòng)機(jī)不再提供

36、助力，轉(zhuǎn)入手動(dòng)狀態(tài)。為了提高性能，離合器設(shè)計(jì)成具有辭遲滯特性，并可實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)離合。干式單片電磁離合器的工作原理如圖所示。工作電壓為DC12V,額定轉(zhuǎn)速時(shí)傳遞的轉(zhuǎn)矩為15N.M,線圈電阻(20攝氏度時(shí))為19..5d。當(dāng)電流通過(guò)滑環(huán)進(jìn)入離合器線圈時(shí)，主動(dòng)輪產(chǎn)生電磁吸力，帶花鍵的壓板被吸引與主動(dòng)輪壓緊，電動(dòng)機(jī)的動(dòng)力經(jīng)過(guò)電動(dòng)機(jī)軸、主動(dòng)輪、壓板、花鍵、從動(dòng)軸傳遞給執(zhí)行機(jī)構(gòu)。 電磁離合器 由于轉(zhuǎn)向助力的工作范圍限定在某一定速度區(qū)域內(nèi)，所以離合器一般設(shè)定一個(gè)車(chē)速范圍，例如當(dāng)車(chē)速超過(guò)30KM/h時(shí)，離合器便分離，電動(dòng)機(jī)也停止了工作，這時(shí)就沒(méi)有輔助轉(zhuǎn)向的作用。當(dāng)電動(dòng)機(jī)停止了工作時(shí)，為了不使電動(dòng)機(jī)

37、和離合器的慣性影響轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的工作，離合器也應(yīng)及時(shí)分離，以切斷腹主動(dòng)力。當(dāng)系統(tǒng)中電動(dòng)機(jī)等發(fā)生故障時(shí)，離合器會(huì)自動(dòng)分離，這時(shí)仍可以恢復(fù)手動(dòng)控制轉(zhuǎn)向。為了減少與不加轉(zhuǎn)向助力時(shí)駕車(chē)感覺(jué)上的差異，離合器不僅具有滯后輸出的特性，同時(shí)還聚喲半離合器狀態(tài)區(qū)域。 1.4.3 減速機(jī)構(gòu) 減速機(jī)構(gòu)是用來(lái)增大電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)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)。前者主要是用于轉(zhuǎn)向柱助力式轉(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)。為了抑制噪聲和提高耐久性，減速機(jī)構(gòu)中的齒輪油的采用樹(shù)脂材料制成，有的采用特殊齒形。 1.4.4 電動(dòng)機(jī) EPS的動(dòng)力源是電動(dòng)機(jī)，通常采用無(wú)刷式用詞

38、式直流電動(dòng)機(jī)，其功用是根據(jù)ECU的指令產(chǎn)生相應(yīng)的輸出轉(zhuǎn)矩。電動(dòng)機(jī)是影響EPS性能的主要因素之一，不僅要求低轉(zhuǎn)速大轉(zhuǎn)矩、波動(dòng)小、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小、尺寸小、質(zhì)量輕。而且要求可靠性能高、控制性能好。在電動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)時(shí)。應(yīng)著重考慮如何提高路感、降低噪聲和振動(dòng)，如在電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子周緣開(kāi)設(shè)不對(duì)稱或螺旋狀的環(huán)巢、考特殊形狀的釘子產(chǎn)生不均勻磁場(chǎng)等來(lái)提高電動(dòng)機(jī)的性能。 轉(zhuǎn)向助力用的電動(dòng)機(jī)粗要正反轉(zhuǎn)控制。一種比較簡(jiǎn)單適用的轉(zhuǎn)向助力電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)控制電路如圖。 電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)控制電路 圖中Q4、Q2為觸發(fā)信號(hào)端，從微機(jī)系統(tǒng)的D/A轉(zhuǎn)換器得到俄直流信號(hào)輸入到Q4、Q2端，用以觸發(fā)電動(dòng)

39、機(jī)產(chǎn)生正反轉(zhuǎn)。當(dāng)Q2端得到輸出信號(hào)時(shí)，Q2處晶體管導(dǎo)通，Q3處得到基極電流而導(dǎo)通，電流經(jīng)Q3處晶體管的發(fā)射極和集電極、電動(dòng)機(jī)M、Q2的集電極和發(fā)射極搭鐵，電動(dòng)機(jī)有電流通過(guò)而正轉(zhuǎn)。當(dāng)Q4端得到輸入信號(hào)時(shí)，晶體管Q4晶體管導(dǎo)通歐冠，Q1晶體管得到基極電流而導(dǎo)通，電流經(jīng)過(guò)Q1晶體管的發(fā)射極和集電極、電動(dòng)機(jī)M、Q4晶體管的集電極和發(fā)射極搭鐵，電動(dòng)機(jī)有反向電流通過(guò)二反轉(zhuǎn)?？刂朴|發(fā)信號(hào)端的電流大小，就可以控制電動(dòng)機(jī)通過(guò)電流的大小。 1.4.5 電子控制單元 EPS的電子控制單元（ECU）通常是一個(gè)8位單片機(jī)系統(tǒng)，由一個(gè)8位單片機(jī)，另加一個(gè)256B的RAM、4KB的ROM及一個(gè)D/A 轉(zhuǎn)換器組成

40、。其工作過(guò)程是：當(dāng)轉(zhuǎn)矩信號(hào)和車(chē)速信號(hào)輸入單片機(jī)后，單片機(jī)根據(jù)這些信號(hào)計(jì)算出最優(yōu)化助力轉(zhuǎn)矩，然后輸出此值給D/A轉(zhuǎn)化器，輸出電流指令信號(hào)給電動(dòng)機(jī)控制電路，由控制電路決定電動(dòng)機(jī)作用的大小和方向。此外，ECU的關(guān)鍵之一，控制系統(tǒng)應(yīng)具有強(qiáng)抗干擾能力，控制算法應(yīng)快速準(zhǔn)確，以滿足實(shí)時(shí)控制的要求。ECU還具有安全保護(hù)和故障診斷功能。ECU通過(guò)采集電動(dòng)機(jī)電壓、轉(zhuǎn)速等信號(hào)判斷其系統(tǒng)工作狀況是否正常，一旦系統(tǒng)工作異常，ECU將進(jìn)行故障診斷分析，單片機(jī)將記錄下故障類型，電量?jī)x表盤(pán)上的故障燈，同時(shí)ECU上的故障碼顯示燈點(diǎn)亮，離合器斷開(kāi)，助力被取消，系統(tǒng)轉(zhuǎn)入人工轉(zhuǎn)向狀態(tài)。 1.5電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向的控制方法 電子控制

41、電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向的控制系統(tǒng)如圖所示。該系統(tǒng)的核心是一個(gè)有4KB ROM和256B RAM的8bit微機(jī)。 轉(zhuǎn)矩傳感器 車(chē)速傳感器 電子控制單元 A/D 接口電路 接口電路 接口電路 車(chē)載電源 電磁離合器 故障診斷 助力電機(jī) 電源電壓反饋信號(hào) 電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)控制框圖 轉(zhuǎn)向盤(pán)轉(zhuǎn)矩信號(hào)和車(chē)速信號(hào)經(jīng)過(guò)輸入接口送入微機(jī)，隨著車(chē)速的升高，微機(jī)控制相應(yīng)的降低助力電動(dòng)機(jī)電流，以減小助力轉(zhuǎn)矩。發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)也被送入微機(jī)，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)處于怠速時(shí)，由于供電不足，助力電動(dòng)機(jī)和離合器不工作。點(diǎn)火開(kāi)關(guān)的通斷（ON/O

42、FF）信號(hào)經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換接口送入電動(dòng)機(jī)和離合器的驅(qū)動(dòng)放大電路中，控制電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)向和離合器的離合。電動(dòng)機(jī)的電流經(jīng)驅(qū)動(dòng)放大回路、電流表A、A/D轉(zhuǎn)換接口反饋給微機(jī)，將電動(dòng)機(jī)的實(shí)際電流與按微機(jī)指令應(yīng)給的電流相比較，調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的實(shí)際電流，是兩者接近一致。隨著汽車(chē)車(chē)速和轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)矩的變化，助力電動(dòng)機(jī)通過(guò)的電流也應(yīng)變化。 EPS系統(tǒng)可以對(duì)轉(zhuǎn)向過(guò)程中的每個(gè)環(huán)節(jié)（轉(zhuǎn)向、回正、中間位置）進(jìn)行精確控制，從而提高汽車(chē)轉(zhuǎn)向助力性能。微機(jī)可以根據(jù)各種傳感器的信號(hào)，判斷轉(zhuǎn)向狀態(tài)，選擇執(zhí)行不同控制模式，并根據(jù)這些要求制定EPS的控制策略。 開(kāi)始 選擇采樣通道 設(shè)置采樣通道 啟動(dòng)A/D 轉(zhuǎn)換 轉(zhuǎn)換是否結(jié)束？ 保存

43、轉(zhuǎn)換結(jié)果到P[i] 采樣次數(shù)大于5？ 加權(quán)平均數(shù)字慮波 返回轉(zhuǎn)換結(jié)果 A/D轉(zhuǎn)換 A/D采集程序流程圖 1.5.1阻尼控制 阻尼控制是汽車(chē)運(yùn)行時(shí)為提高高速直線行駛穩(wěn)定性的一種控制模式。汽車(chē)在高速行駛時(shí)，如果轉(zhuǎn)向過(guò)于靈敏，駕駛員就會(huì)有通常說(shuō)的“飄”的感覺(jué),這給駕駛帶來(lái)很大的危險(xiǎn)。為提高高速行駛時(shí)駕駛的穩(wěn)定性,在方向盤(pán)轉(zhuǎn)矩處于死區(qū)范圍(方向盤(pán)接近或已回到中間位置)內(nèi)進(jìn)行阻尼控制,適當(dāng)加重方向盤(pán)的阻力,增加駕駛員在高速轉(zhuǎn)向時(shí)的手感。同時(shí),高速行駛時(shí),由于路面偶然因素的干擾引起的側(cè)向加速度較大,傳到方向盤(pán)的力矩比低速行駛時(shí)要大,為了抑制這種橫擺振動(dòng),必須采

44、用主動(dòng)阻尼控制。當(dāng)方向盤(pán)轉(zhuǎn)向后回到中間位置時(shí),由于電動(dòng)機(jī)的慣性存在,在不加其它控制的情況下,助力系統(tǒng)的慣性比機(jī)械式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的慣性大,轉(zhuǎn)向回正時(shí)不容易收斂,此時(shí)也需采用阻尼控制。采用阻尼控制時(shí),只需將電動(dòng)機(jī)輸出為制動(dòng)狀態(tài),就可使電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生阻尼效果,即利用電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的反電動(dòng)勢(shì)形成阻礙電動(dòng)機(jī)繼續(xù)旋轉(zhuǎn)的阻尼轉(zhuǎn)矩。 1.5.2回正控制 回正控制是為改善轉(zhuǎn)向回正特性的一種控制模式。汽車(chē)在行駛過(guò)程中轉(zhuǎn)向時(shí)，由于轉(zhuǎn)向輪注銷(xiāo)后傾角和主銷(xiāo)內(nèi)傾角的存在，使得轉(zhuǎn)向輪具有自動(dòng)回正的作用。隨著車(chē)速的提高，回正轉(zhuǎn)矩增大，而輪胎與地面的側(cè)向附著系數(shù)卻減小，二者綜合作用使得回正性能提高。根據(jù)轉(zhuǎn)向盤(pán)轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)動(dòng)的方向可

45、以判斷轉(zhuǎn)向盤(pán)是否處于回正狀態(tài)。回正控制主要是用于低速行駛，此時(shí)電動(dòng)機(jī)控制電路實(shí)行斷路，即四個(gè)晶體管均處于截止?fàn)顟B(tài)，保持機(jī)械系統(tǒng)原有的回正特性。對(duì)于高速行駛，為防治轉(zhuǎn)向戶政超調(diào)，采用阻尼控制方式。 1.5.3 助力控制 助力控制是在轉(zhuǎn)向過(guò)程（轉(zhuǎn)向角增大）中為減輕轉(zhuǎn)向盤(pán)的操縱力，通過(guò)減速機(jī)構(gòu)把電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩作用到機(jī)械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（轉(zhuǎn)向軸、齒輪、齒條）上的一種基本控制模式。該控制利用電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩和電動(dòng)機(jī)電流成比例的特性，有轉(zhuǎn)向盤(pán)轉(zhuǎn)矩傳感器檢測(cè)的轉(zhuǎn)矩信號(hào)和由車(chē)速傳感器檢測(cè)的車(chē)速信號(hào)輸入控制器單片機(jī)中，根據(jù)預(yù)測(cè)的不同車(chē)速下“轉(zhuǎn)矩-電動(dòng)機(jī)助力轉(zhuǎn)向目標(biāo)電流表”，確定電動(dòng)機(jī)助力的目標(biāo)電流，通過(guò)對(duì)反饋電流與電動(dòng)機(jī)

46、目標(biāo)電流相比較，利用PID調(diào)節(jié)器進(jìn)行調(diào)節(jié)，輸出PWM信號(hào)到驅(qū)動(dòng)回路，以驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生合適的助力。 開(kāi) 始 輸入比較緩沖寄存器1的值 初始化定時(shí)器端口 使能中斷 定時(shí)器1中斷設(shè)置 設(shè)定定時(shí)器1配置寄存器 設(shè)定計(jì)數(shù)緩沖寄存器1的值 設(shè)定緩沖寄存器1的值 更新倒計(jì)時(shí)寄存器1的值 定時(shí)器1使能 結(jié) 束 PWM控制程序流程圖 1．6 電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的故障現(xiàn)象以及正確使用方法 轉(zhuǎn)向沉重多是由于轉(zhuǎn)向助力系統(tǒng)不起作用引起的，它與轉(zhuǎn)向機(jī)械部分無(wú) 關(guān)。導(dǎo)致轉(zhuǎn)向沉重的具體原因有： 1．液壓系統(tǒng)油量不足、油路密封

47、性能差、有空氣進(jìn)入液壓系統(tǒng)內(nèi)部、液壓泵的齒輪泵腔磨損嚴(yán)重或帶動(dòng)液壓泵的皮帶齒輪損壞，這些都可導(dǎo)致轉(zhuǎn)向助力系統(tǒng)不起作用。 2．轉(zhuǎn)向跑偏現(xiàn)象多是由于檢修轉(zhuǎn)向機(jī)時(shí)裝配或調(diào)整不當(dāng)引起的，特別是轉(zhuǎn)向機(jī)渦輪蝸桿及液壓油分配閥的裝配與調(diào)整不當(dāng)，都能引起轉(zhuǎn)向跑偏。 3．轉(zhuǎn)向發(fā)擺現(xiàn)象多是由于轉(zhuǎn)向鏈接機(jī)構(gòu)松曠、前輪定位不當(dāng)及兩前輪胎的差異引起的。 4．轉(zhuǎn)向時(shí)有異響噪聲多是由于驅(qū)動(dòng)皮帶輪松曠、固定轉(zhuǎn)向泵的螺栓松動(dòng)或儲(chǔ)寸 器的頁(yè)面過(guò)低引起的。 不少司機(jī)在駕駛帶有助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的車(chē)輛時(shí)，時(shí)常會(huì)將方向打死，這樣做很容易對(duì)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)造成損失。 使用液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（包括機(jī)械式液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)和電控式液壓助力轉(zhuǎn)向

48、），若將方向打到頭，助力系統(tǒng)內(nèi)的液壓油因方向打死，通道接近封閉，造成泵軸轉(zhuǎn)動(dòng)皮帶傳遞至發(fā)動(dòng)機(jī)。如果這是發(fā)動(dòng)機(jī)是怠速情況，很容易造成怠速不穩(wěn)或熄火。通常在液壓助力轉(zhuǎn)向泵上有一個(gè)壓力感應(yīng)器，它會(huì)把壓力情況傳到行車(chē)電腦（ECU），行車(chē)電腦會(huì)加大發(fā)動(dòng)機(jī)的噴油量，提高轉(zhuǎn)速，防止熄，但行車(chē)電腦所給出的加大噴油量是有限的，如果方向打死時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，發(fā)動(dòng)機(jī)最終還是會(huì)因轉(zhuǎn)速過(guò)低而熄火，這時(shí)，駕駛員通常會(huì)人為地加大油門(mén)，這樣做會(huì)使助力泵的油路系統(tǒng)壓力過(guò)高，造成助力泵壽命減短或損壞。而使用電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，若方向長(zhǎng)時(shí)間處于打死狀態(tài)，極易造成電動(dòng)機(jī)燒毀。 正確使用轉(zhuǎn)向助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的方法為：打方向時(shí)不要將方向打死，如果發(fā)

49、現(xiàn)方向打到死，要稍微回一下方向，這樣不僅不影響轉(zhuǎn)向效果，而且還能保護(hù)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)不受損壞。如果注意聽(tīng)的話，當(dāng)把方向打死時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)的聲音和助力泵（或電動(dòng)機(jī)）的聲音會(huì)和平常情況下有所不同，稍微會(huì)一點(diǎn)兒方向，這種聲音就會(huì)消失。無(wú)論是液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，海華絲電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，若遇到必須將方向打死的情況， 打死方向的時(shí)間盡量不要超過(guò)5S。 1.7 EPS試驗(yàn)臺(tái)架的介紹 電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)試驗(yàn)臺(tái)架可以精確地模擬在高速中不同路面狀況下，路面對(duì)輪胎的沖擊作用以及由此而引起的輪胎動(dòng)載荷的變化：可以測(cè)量不同車(chē)速、級(jí)路面狀況下的輪胎回正力矩的大小，據(jù)此可以重新設(shè)計(jì)EPS的助力特性。通過(guò)臺(tái)架實(shí)驗(yàn)可以探索電動(dòng)機(jī)的

50、助力規(guī)律，檢驗(yàn)助力控制程序的運(yùn)行效果，分析EPS與汽車(chē)協(xié)調(diào)性能之間的關(guān)系。電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向?qū)嶒?yàn)臺(tái)包括三個(gè)部分，分別為臺(tái)架部分、助力電動(dòng)機(jī)的控制系統(tǒng)和信號(hào)采樣分析系統(tǒng)。 1、輪胎負(fù)重加載箱 2、前輪定位均分梁 3、動(dòng)力輸入裝置 4、輪距測(cè)量滾動(dòng)臺(tái) 5、滾動(dòng)臺(tái)限位導(dǎo)向機(jī)構(gòu) 6、激振器 7、齒輪齒條轉(zhuǎn)向裝置 電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向機(jī)械結(jié)構(gòu)圖 臺(tái)架試驗(yàn)總體結(jié)構(gòu)框圖 1.7.1 臺(tái)架的主要部件裝置包括： 1．一套齒輪齒條式電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向裝置（帶轉(zhuǎn)矩傳感器和助理電動(dòng)機(jī)） 2．自行設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)的EPS控制器ECU 3．研究PCI-1713數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)一套 4．帶調(diào)速控制器的調(diào)速電機(jī)

51、一臺(tái)，用于驅(qū)動(dòng)輪胎的轉(zhuǎn)動(dòng) 5．脈沖信號(hào)發(fā)生器，用于產(chǎn)生與調(diào)速電機(jī)相應(yīng)的車(chē)速信號(hào) 6．用于測(cè)量輪胎唉轉(zhuǎn)向力矩和回正力矩大小的轉(zhuǎn)矩測(cè)量滾動(dòng)臺(tái) 7．附屬設(shè)備，包括蓄電池、電源開(kāi)關(guān)等 實(shí)驗(yàn)開(kāi)始后，信號(hào)采樣分析系統(tǒng)自動(dòng)啟動(dòng)。采樣系統(tǒng)的PC機(jī)兼視試驗(yàn)臺(tái)的各種傳感器的信號(hào)變化。一旦轉(zhuǎn)動(dòng)方向盤(pán)，齒條帶動(dòng)輪胎主銷(xiāo)作相應(yīng)的轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)矩測(cè)量滾動(dòng)臺(tái)的四根拉力彈簧被拉緊，轉(zhuǎn)向負(fù)荷隨著轉(zhuǎn)向盤(pán)轉(zhuǎn)角的變化而變化，直至達(dá)到該行駛工況下所能達(dá)到的最大值。隨著轉(zhuǎn)向盤(pán)轉(zhuǎn)角的增加，轉(zhuǎn)向盤(pán)轉(zhuǎn)矩信號(hào)逐漸增大，當(dāng)其超過(guò)開(kāi)始助力的門(mén)限制時(shí)，電控系統(tǒng)指令電動(dòng)機(jī)開(kāi)始助力，電動(dòng)機(jī)的工作電流的大小由控制程序根據(jù)轉(zhuǎn)矩信號(hào)、車(chē)輛行駛速度、車(chē)輛負(fù)重載

52、荷、路況確定。當(dāng)一個(gè)轉(zhuǎn)向周期結(jié)束后數(shù)據(jù)集系統(tǒng)會(huì)繪制出轉(zhuǎn)向盤(pán)轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)角以及電流變化，在不同負(fù)重載荷、路況情況下的變化曲線。分析電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的助力效果、助力特性曲線的變化情況。 1.7.2 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的采集 對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的采集和分析是臺(tái)架試驗(yàn)的重要環(huán)節(jié)，是分析和改進(jìn)所研究的EPS系統(tǒng)的重要依據(jù)。一般使用的數(shù)據(jù)采集卡是臺(tái)灣研發(fā)的PCI-1713數(shù)據(jù)采集卡。PCI-1713具有12位的A/D轉(zhuǎn)換器，最高采樣數(shù)據(jù)達(dá)到100KHZ，它可用作32個(gè)單通道的數(shù)據(jù)采集，也可用作16個(gè)雙通道的數(shù)據(jù)采集。同時(shí)，還配有相應(yīng)的開(kāi)發(fā)程序，用戶可在此基礎(chǔ)上進(jìn)行采樣的相關(guān)設(shè)置，如采樣通道的選取、采樣的頻率以及

53、觸發(fā)方式等。 1.7.3 實(shí)驗(yàn)?zāi)康? 臺(tái)架實(shí)驗(yàn)主要目的是所設(shè)計(jì)的控制器的可行性和所研究的控制策略的有效性。在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，一方面可以發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)的控制器存在的問(wèn)題，改進(jìn)控制器的功能；調(diào)試所編寫(xiě)的軟件，完善系統(tǒng)軟件功能。另一方面可以研究分析所采用的控制策略的有效性和穩(wěn)定性，為EPS控制策略的進(jìn)一步研究奠定基礎(chǔ)。此外還要對(duì)設(shè)計(jì)的EPS進(jìn)行以下規(guī)定的性能實(shí)驗(yàn)。 (1) .輸入、輸出特性實(shí)驗(yàn) 將被試裝置安裝在試驗(yàn)臺(tái)架上，系統(tǒng)工作正常，吧輸出端剛性固定或加彈性 載荷，設(shè)定不同車(chē)速，分別向兩個(gè)方向勻速轉(zhuǎn)動(dòng)輸入軸，轉(zhuǎn)到輸入力矩至設(shè)定值位止，同時(shí)記錄各個(gè)車(chē)速下輸入力矩與輸出力矩關(guān)系曲線。做出不同車(chē)速

54、下的轉(zhuǎn)向手動(dòng)特性；分別測(cè)出不同車(chē)速下左右最大轉(zhuǎn)動(dòng)力矩；分別計(jì)算出各車(chē)速下曲線的對(duì)稱度。 (2) .助力電流特性實(shí)驗(yàn) 將被實(shí)驗(yàn)裝置安裝在試驗(yàn)臺(tái)架上，系統(tǒng)工作正常。勻速轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)向盤(pán)，使輸入端載荷達(dá)到額定載荷，設(shè)定不同車(chē)速，記錄輸入載荷與電流變化關(guān)系。做出不同車(chē)速下的電流特性；分別測(cè)出各車(chē)速下最大行程時(shí)的左右最大電流。 (3) .反向沖擊實(shí)驗(yàn) 將被試裝置安裝在試驗(yàn)臺(tái)架上，系統(tǒng)工作正常，當(dāng)轉(zhuǎn)向盤(pán)處于直線行駛位置時(shí)，在轉(zhuǎn)向器輸入端施加一個(gè)角階躍輸入，時(shí)間不超過(guò)10毫秒，記錄沖擊時(shí)的電流響應(yīng)時(shí)間和方向。 1.7.4 電動(dòng)機(jī)電流傳感器的標(biāo)定 由直流電動(dòng)機(jī)特性可知，電動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩與電樞電流成正比

55、，因此助力電流 是表征電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)特性的重要參數(shù)之一。被試電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)ECU，在其與電動(dòng)機(jī)連接的回路中串聯(lián)一精密電阻，通過(guò)運(yùn)算放大電路來(lái)測(cè)量該電阻兩端電壓即得到參與控制計(jì)算的反饋Md, 所以要求與電動(dòng)機(jī)串聯(lián)的電阻阻值很小，且阻值不隨環(huán)境溫度的變化而產(chǎn)生較大變化。 1.7.5 轉(zhuǎn)矩傳感器輸出特性 電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng) 根據(jù)作用轉(zhuǎn)向盤(pán)上的轉(zhuǎn)矩信號(hào)和車(chē)速信號(hào)控制電動(dòng)機(jī)沉聲相應(yīng)的助力轉(zhuǎn)矩，因此轉(zhuǎn)矩傳感器的輸出特性（轉(zhuǎn)向盤(pán)輸入轉(zhuǎn)矩Ts與輸出電壓Uo的關(guān)系）對(duì)電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的性能至關(guān)重要。進(jìn)行轉(zhuǎn)矩傳感器輸出特性試驗(yàn)時(shí)，固定轉(zhuǎn)向管柱下端，將轉(zhuǎn)矩標(biāo)定盤(pán)固定在轉(zhuǎn)向盤(pán)上，左右連續(xù)加載和卸載，

56、測(cè)得該系統(tǒng)轉(zhuǎn)矩傳感器輸出電壓與加載轉(zhuǎn)矩Ts的關(guān)系。 該傳感器的輸出特性呈良性的線性，轉(zhuǎn)向盤(pán)在中間位置（未施加作用力）時(shí)，傳感器的輸出電壓為2.5V ；轉(zhuǎn)向盤(pán)轉(zhuǎn)到左、右極限位置時(shí)，傳感器的輸出電壓分別為1.1V和3.9V，轉(zhuǎn)矩傳感器的標(biāo)定系數(shù)為10N.m/V。電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)控制器可根據(jù)轉(zhuǎn)矩傳感器輸出地電壓的大小（=2.5V、>2.5V或<2.5V）判斷是否在進(jìn)行轉(zhuǎn)向及其轉(zhuǎn)動(dòng)的方向。 1.7.6 電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)臺(tái)架試驗(yàn)的結(jié)論： (1).相同車(chē)速下，電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)助力值從死區(qū)至飽和點(diǎn)隨轉(zhuǎn)向盤(pán)轉(zhuǎn)矩的增加 基本呈現(xiàn)性增大。 (2).相同負(fù)載下，電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的助力曲線斜率隨車(chē)速

57、的增加而減小。當(dāng)車(chē) 速超過(guò)80KM/H，電動(dòng)機(jī)助力很小，且?guī)缀醪浑S車(chē)速而變化。 (3).電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)轉(zhuǎn)矩傳感器以2.5V作為輸出零點(diǎn)，左右呈線性變化，轉(zhuǎn)向盤(pán)轉(zhuǎn)到左右極限位置時(shí)，輸出電壓分別為1.1V和3.9V。 (4).為提高轉(zhuǎn)向盤(pán)中間位置時(shí)的路感，電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)設(shè)定轉(zhuǎn)向盤(pán)轉(zhuǎn)矩死區(qū)范圍為+-1N.M，及在此轉(zhuǎn)矩范圍內(nèi)，電動(dòng)機(jī)不提供助力。 致 謝 本文在劉偉濤老師的悉心指導(dǎo)下完成的，他嚴(yán)謹(jǐn)治學(xué)態(tài)度令我深感欽佩，對(duì)我學(xué)習(xí)上的幫助使我終身難忘，在論文完成之際表示衷心的感謝和誠(chéng)摯的敬意。在畢業(yè)設(shè)計(jì)期間，老師淵

58、博的理論知識(shí)和敏捷的思維，嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)、刻意創(chuàng)新的治學(xué)精神，工作踏實(shí)、對(duì)事業(yè)無(wú)私奉獻(xiàn)的作風(fēng)，使我受益匪淺。在此向劉老師表示衷心的感謝，并致崇高的敬意！ 感謝老師提供此課題，給我提供了一個(gè)做關(guān)于汽車(chē)電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)科學(xué)研究的機(jī)會(huì)。感謝汽車(chē)教研室的老師們，為我提供了良好的學(xué)習(xí)研究環(huán)境！他們誨人不倦的敬業(yè)，深深的感染了我。從他們身上我學(xué)會(huì)了該如何去做科學(xué)研究，并體會(huì)到了科學(xué)研究的真正意義和價(jià)值。他們不但是傳授科學(xué)知識(shí)的導(dǎo)師，同時(shí)也是傳授人生觀、價(jià)值觀的良師益友。 同時(shí)，感謝在論文撰寫(xiě)過(guò)程中提出過(guò)寶貴的建議的陸興旺同學(xué)，在計(jì)算機(jī)、英語(yǔ)方面給與的幫助的錢(qián)杰和雷虎、夏楠同學(xué)，對(duì)所有在完成論文過(guò)程中提供過(guò)幫

59、助和支持老師和同學(xué)們表示深深的謝意。 最后，我要向百忙之中抽時(shí)間對(duì)本文進(jìn)行審閱、評(píng)議和參與論文答辯的各位老師表示深深感謝。 僅以此文獻(xiàn)給所有曾經(jīng)關(guān)心和幫助過(guò)我的老師和朋友們! 參考文獻(xiàn) 1．余卓平，孟濤等。電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)[J]汽車(chē)技術(shù)，2005(9)． 2．吳浩。電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)建模及其助力特性的研究[D]吉林大學(xué)碩士論文，2003(2) 3．吳定才．汽車(chē)電子控制系統(tǒng)構(gòu)造與維護(hù)。北京-人民交通出版社，2000年9月 4．麻有良，丁家棟。汽車(chē)電器與電子控制系統(tǒng)，北京-機(jī)械工業(yè)出版社，2003年1月 5．楊孝劍，何仁，苗立東。電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)分析與控制研究

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