電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)試驗臺結(jié)構(gòu)設(shè)計畢業(yè)設(shè)計論文

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1、摘 要 本論文對電動助力轉(zhuǎn)向(EPS)系統(tǒng)試驗臺進行了分析和設(shè)計。在本文中，對EPS試驗臺的兩種布置形式進行了對比和選擇，結(jié)合現(xiàn)代EPS系統(tǒng)試驗臺的發(fā)展趨勢，對EPS系統(tǒng)試驗臺進行了分析和設(shè)計。通過研究EPS的工作過程，進行試驗臺總體方案的設(shè)計，再對試驗臺的總體結(jié)構(gòu)進行設(shè)計，設(shè)計過程中參考了東華轉(zhuǎn)向器公司的產(chǎn)品，運用AutoCAD畫出試驗臺的裝配圖。在設(shè)計中采用了液壓滑臺設(shè)計，并對一些關(guān)鍵部件進行了選擇、校核。 本文設(shè)計的試驗臺的優(yōu)點： (1)檢測試驗簡單，結(jié)構(gòu)緊湊 (2)裝夾控制方便 (3)改進方便，便于升級改裝 關(guān)鍵詞：EPS；試驗臺；AutoCAD；液壓滑臺

2、ABSTRACT This paper aims to do some analysis and design of electric power steer (EPS) system test platform, two forms of which are compared and selected in this context. Through learning the trend of modern EPS system test platform, it includes analysis and design of EPS test platform. By studyin

3、g the work process of EPS, and then design the overall structure of EPS test platform with the reference to Dong Hua steering company’s products. The assembly drawing of EPS test platform is drawn by AutoCAD. In this design, hydraulic slider is selected, and some key parts are selected and checked.

4、 The advantages of my design are as follows: (1)Testing simple, structure compacted (2)Easy to clamping and control (3) Easy to be improved and updated. Keywords：EPS；test platform；AutoCAD；hydraulic slider 目 錄 第一章 緒 論 1 1.1引言 1 1.2選題背景與意義 1 1.3研究現(xiàn)狀 2 1.4本文研究的內(nèi)容 2 第二章 電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)試驗臺的總

5、體設(shè)計 4 2.1電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng) 4 2.1.1工作原理 4 2.1.2工作特點 4 2.2典型試驗介紹 5 2.2.1名詞定義 5 2.2.2 特性試驗的性能技術(shù)要求 5 2.3試驗臺整體方案設(shè)計 6 2.4試驗臺測試項目 8 2.4.1車速 8 2.4.2系統(tǒng)的阻力矩 8 2.4.3電動機的各項參數(shù) 9 2.4.4轉(zhuǎn)向盤主扭矩與助力電動機轉(zhuǎn)矩的關(guān)系 9 第三章 電動助力轉(zhuǎn)向試驗臺各部件的選用 12 3.1系統(tǒng)主要部件 12 3.1.1電子控制單元(ECU) 12 3.1.2電動機 12 3.1.3減速機構(gòu) 13 3.1.4轉(zhuǎn)向電動機 14 3.1.

6、5磁粉制動器 14 3.2傳感器的選擇 16 3.2.1轉(zhuǎn)速傳感器 18 3.2.2轉(zhuǎn)矩傳感器 18 第四章 試驗臺的結(jié)構(gòu)設(shè)計 21 4.1試驗臺的布置 21 4.2聯(lián)軸器的選擇與校核 21 4.3普通平鍵的選擇與校核 24 4.4液壓滑臺 25 4.5磁粉制動器支架 25 4.6減速機構(gòu)支架 26 4.7轉(zhuǎn)向電機支架 26 第五章 結(jié) 論 27 5.1結(jié)論 27 5.2總結(jié) 27 參考文獻 28 致 謝 29 附錄A：英文資料 30 附錄B：英文資料翻譯 36 第一章 緒 論 1.1引言 汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是用于改變或保持汽

7、車行駛方向的專門機構(gòu)。其作用是使汽車在行駛過程中能按照駕駛員的操作要求而適當?shù)母淖兤湫旭偡较?，并在受到路面?zhèn)鱽淼呐紶枦_擊及汽車意外地偏離行駛方向時，能與行駛系統(tǒng)配合共同保持汽車的操縱穩(wěn)定性和安全性。汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是決定汽車主動安全性的關(guān)鍵總成，如何設(shè)計汽車的轉(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，針對更多不同水平的駕駛?cè)巳?，汽車的操縱設(shè)計顯得尤為重要。 1.2選題背景與意義 汽車電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)(EPS)在日本最先獲得實際應(yīng)用。1988年日本鈴木公司首次開發(fā)出電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，并裝在其生產(chǎn)的Ce

8、rvo車上，隨后又配備在Alto上。此后，電動助力轉(zhuǎn)向技術(shù)得到迅速發(fā)展，其應(yīng)用范圍已經(jīng)從微型轎車向大型轎車和客車方向發(fā)展。日本的大發(fā)汽車公司、三菱汽車公司、本田汽車公司，美國的Delphi公司，英國Lueas公司，德國的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一步加強。日本早期開發(fā)的EPS僅僅在低速和停車時提供助力，高速時EPS將停止工作。新一代的EPS則不僅在低速和停車時提供助力，而且還能在高速時提高汽車的操縱穩(wěn)定性。隨著電子技術(shù)的發(fā)展，EPS技術(shù)日趨完善，并且其成本大幅度降低，因此其應(yīng)用范圍將越來越大。電動助力轉(zhuǎn)

9、向系統(tǒng)的優(yōu)勢主要體現(xiàn)在： (1) 提高了汽車的操縱性能。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轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的擾動，改善汽車的轉(zhuǎn)向特性，減小汽車低速行駛時的轉(zhuǎn)向操縱力，提高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。 (2) 提高了汽車的燃油經(jīng)濟性，減少了對環(huán)境的污染。電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)直接通過電動機的輸出給駕駛員提供助力，電動機只有在轉(zhuǎn)向時才工作，在不進行轉(zhuǎn)向時幾乎沒有動力消耗，提高了汽車的燃油經(jīng)濟性；同時由于不需要轉(zhuǎn)向油泵，油管及控制閥等液壓元件，不會發(fā)生液壓油的泄露和損耗，減少了對環(huán)境的污染。 (3) 增強了轉(zhuǎn)向跟隨性和可靠性。在EPS系統(tǒng)中，電動機與助力

10、機構(gòu)直接相連以使其能量直接用于車輪的轉(zhuǎn)向，增加了系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動慣量，減小了車輪的反轉(zhuǎn)和轉(zhuǎn)向前輪擺振，增強了轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的抗擾動能力；EPS旋轉(zhuǎn)力矩產(chǎn)生于助力電機，沒有液壓助力系統(tǒng)的轉(zhuǎn)向遲滯效應(yīng)，增強了轉(zhuǎn)向車輪對轉(zhuǎn)向盤的跟隨性能；電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)還可有各種安全保護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；電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的轉(zhuǎn)向力來自于助力電機，可變轉(zhuǎn)向力矩寫入控制模塊中，通過對軟件的重新編寫即可獲得，所需費用很小。 (5) 占用空間更小，質(zhì)量更輕，結(jié)構(gòu)更緊

11、湊。電動機和減速機構(gòu)在轉(zhuǎn)向柱或轉(zhuǎn)向系內(nèi)，直接提供轉(zhuǎn)向助力，省去了液壓動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)所必需的動力轉(zhuǎn)向油泵、油管、液壓油、密封件、傳送帶和裝于發(fā)動機上的皮帶輪等部件，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，裝配自動化程度更高。 1.3研究現(xiàn)狀 電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)自生產(chǎn)至今，經(jīng)過幾十年的應(yīng)用與發(fā)展，已取得了較大的進步。如今，在國外己大規(guī)模采用EPS，其應(yīng)用范圍也將進一步拓寬，將作為標準件裝備在汽車上，并將在動力轉(zhuǎn)向領(lǐng)域占據(jù)主導(dǎo)地位。目前，在全世界汽車行業(yè)中，電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)每年正以90%~10%的增長速度發(fā)展，年增長量達130萬~150萬套，2008年將超過1000萬

12、套。按此速度發(fā)展，用不了幾年的時間，電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)將逐漸占領(lǐng)轎車市場，并向微型車、輕型車和中型車擴展。 EPS是汽車關(guān)鍵零部件之一，其質(zhì)量對汽車轉(zhuǎn)向有著重要的影響。實車試驗需要消耗大量的財力、人力和物力，如果在實車試驗之前進行必要的臺架試驗，為后續(xù)實車試驗獲得某些基本參數(shù)和算法，是非常有益的，同時也可以降低直接裝車進行路試的危險性和研究成本。 汽車EPS試驗臺就是針對這一情況研制的，它采用微機為控制核心，采用傳感器對EPS系統(tǒng)輸入端的扭矩、輸入端的轉(zhuǎn)角、輸出端的扭矩進行檢測，實現(xiàn)EPS性能和可靠性試驗的自動測量和圖形的動態(tài)顯示，數(shù)據(jù)及特性曲線的自動記錄輸出。同時具有儲存、打印和再處理功能

13、。汽車EPS試驗臺的使用將會大大提高產(chǎn)品的裝配質(zhì)量和檢測精度，為質(zhì)量管理提供了統(tǒng)計資料，且使產(chǎn)品的裝配、調(diào)試、檢測工作變得十分簡單，生產(chǎn)效率大幅度提高。 1.4本文研究的內(nèi)容 (1)電動助力轉(zhuǎn)向試驗臺總體方案設(shè)計； (2)電動助力轉(zhuǎn)向試驗臺總體結(jié)構(gòu)設(shè)計； (3)電動助力轉(zhuǎn)向試驗臺用傳感器的研究與選型； (4)非標零件圖設(shè)計； (5)試驗臺的布置。 第二章 電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)試驗臺的總體設(shè)計 2.1電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng) 2.1.1工作原理 電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)主要由傳感器、電子控制器ECU、執(zhí)行器三個部分組成。其中傳感器主要包括車速傳感器、轉(zhuǎn)矩傳感器、轉(zhuǎn)向角傳感器；執(zhí)行器主要包括

14、電動機、電磁離合器和減速機構(gòu)。 其工作原理為：電子控制單元(ECU)根據(jù)車速傳感器和轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)矩傳感器的信號計算所需的轉(zhuǎn)向助力的大小，通過功率放大模塊控制直流電動機的轉(zhuǎn)動，助力電動機的轉(zhuǎn)矩經(jīng)過減速機構(gòu)減速增扭后，驅(qū)動齒輪齒條轉(zhuǎn)向機構(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措施，當EPS發(fā)生故障時，故障診斷及代碼顯示模塊發(fā)出報警信號，并且以故障代碼的形式指示故障類型同時，EPS系統(tǒng)斷開電磁離合器，轉(zhuǎn)為手動純機械轉(zhuǎn)向狀態(tài)。 電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)不同車速下實時地為汽車轉(zhuǎn)向提供不同的助力效果，減輕了汽車低速時的轉(zhuǎn)向盤操縱力，提高了操縱的靈便性和高速行駛的穩(wěn)定性。 2.1.2工作

15、特點 對于電動助力轉(zhuǎn)向機構(gòu)，電動機僅在汽車轉(zhuǎn)向時才工作并消耗蓄電池能量；而對于常流式液壓動力轉(zhuǎn)向機構(gòu)，因液壓泵處于長期工作狀態(tài)和內(nèi)泄漏等原因要消耗較多的能量。兩者比較，電動助力轉(zhuǎn)向的燃料消耗率僅為液壓動力轉(zhuǎn)向的16%~20%。 液壓轉(zhuǎn)向機構(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，不僅失去助力效能，并對環(huán)境造成污染。當發(fā)動機出現(xiàn)故障停止工作時，液壓泵也不工作，結(jié)果也會喪失助力效能，這就降低工作可靠性。電動助力轉(zhuǎn)向機構(gòu)不存在漏油問題，只要蓄電池內(nèi)有電提供給電動助力轉(zhuǎn)向機構(gòu)，就能有助力作用，所以工作可靠。若液壓動力轉(zhuǎn)向機構(gòu)的油路進入空氣或者貯油罐油面過低，工作時將產(chǎn)生較大噪聲，在排

16、除氣體之前會影響助力效果；而電動助力轉(zhuǎn)向僅在電動機工作時有輕微的噪聲。 電動助力轉(zhuǎn)向與液壓動力轉(zhuǎn)向比較，轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)向盤時僅需克服轉(zhuǎn)向器的摩擦阻力，不存在回位彈簧阻力和反應(yīng)路感的油壓阻力。電動助力轉(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)量比液壓式動力轉(zhuǎn)向約輕20%~25%以及在車上容易布置等優(yōu)點。 2.2典型試驗介紹 2.2.1名詞定義 國家標準《汽車電動助力轉(zhuǎn)向裝置技術(shù)條件與臺架試驗方法》中對循環(huán)和損壞有如下定義： 循環(huán)：轉(zhuǎn)向器輸入端由中間位置向一個方向旋轉(zhuǎn)至規(guī)定的角度后，返回中間位置再向另外一個方向旋轉(zhuǎn)之規(guī)定角度后，再回到中間位置為1個循環(huán)。 損壞：被試總成按規(guī)定的可靠性試

17、驗項目完成試驗后，有下列情況之一出現(xiàn)，則認為己損壞。 u 做功能試驗時未滿足功能技術(shù)要求。 u 試驗后的輸入、輸出特性曲線未滿足輸入、輸出特性技術(shù)要求。 u 試驗后的助力電流特性曲線未滿足設(shè)計技術(shù)要求。 u 做反向沖擊試驗，喪失反向接通能力，并未滿足反向沖擊指標技術(shù)要求。 u 回正試驗時轉(zhuǎn)向器回不到中間位置，并未滿足回正特性技術(shù)要求。 u 做噪聲試驗時未滿足噪音指標的要求。 u 做電磁特性試驗未滿足電磁特性技術(shù)要求。 u 單個電器元器件損壞。 u 任何零件出裂紋和變形。 2.2.2 特性試驗的性能技術(shù)要求 國家標準《汽車電動助力轉(zhuǎn)向裝置技術(shù)條件與臺架試驗方法》中對電動助力

18、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)性能技術(shù)條件有如下： (1)功能要求 模擬不同車速轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)向盤的過程中感覺在轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)向盤的過程中應(yīng)平滑、無卡滯；轉(zhuǎn)向盤無明顯振動，轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)向盤至任意角度停下時轉(zhuǎn)向器輸出端不應(yīng)有慣性延時現(xiàn)象。 (2)輸入、輸出特性 按照不同的車速測量輸入、輸出力矩/力并繪制力矩特性曲線，電動助力裝置的助力特性應(yīng)符合設(shè)計要求，各車速下的曲線對稱度不小于85%。 (3)助力電流特性 按照不同的車速，測量輸入軸力矩并繪制助力電流特性曲線，該特性應(yīng)符合設(shè)計要求。 (4)反向沖擊指標 在轉(zhuǎn)向器輸出端施加沖擊力，電動機應(yīng)迅速反應(yīng)制止轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)動，沖擊時電流響應(yīng)時間不超過10毫秒，在轉(zhuǎn)向盤上不能產(chǎn)生大于3度的

19、轉(zhuǎn)動角度。 (5)空載轉(zhuǎn)動力矩 檢查電動助力轉(zhuǎn)向裝置在電源關(guān)閉和接通狀態(tài)下轉(zhuǎn)動的機械摩擦以及任何可能的機械阻力，轉(zhuǎn)動阻力矩及其波動應(yīng)符合設(shè)計要求。 (6)回正特性 1)低速行駛回正時，回正特性曲線應(yīng)通過原點； 2)高速行駛回正時，回正特性曲線允許有殘留角，該值不大于5度。 (7)報警要求 任一元件及線路損壞，故障代碼或故障報警顯示燈應(yīng)立即顯示。 2.3試驗臺整體方案設(shè)計 查閱相關(guān)資料發(fā)現(xiàn)有多種電動助力轉(zhuǎn)向試驗臺架。 圖2-1 EPS試驗臺 如圖2-1所示，此試驗臺架結(jié)構(gòu)簡單，體積小，占用空間小；不過只能完成相對較簡單的電動助力轉(zhuǎn)向試驗，自動化程度低，無法通過工業(yè)計算

20、機操作試驗，觀察試驗的圖像，而且車輪不能模擬多種路況的轉(zhuǎn)向阻力矩，更不能滿足電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)出廠時的耐久性檢測，綜合以上幾個方面，此種方案不能滿足此次設(shè)計的要求。 參考東華轉(zhuǎn)向器公司的試驗臺，我做了少許改變，得到下圖的總體設(shè)計框圖，此試驗臺能滿足此次設(shè)計的要求，且自動化程度高。 圖2-2 試驗臺總體設(shè)計框圖 試驗臺總體設(shè)計框圖如圖2-2所示。電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的電子控制單元根據(jù)轉(zhuǎn)矩信號、模擬車速信號，模擬發(fā)動機轉(zhuǎn)速信號來控制助力電機的電流大小，這時助力電機會給EPSECU一個反饋電流，EPSECU會根據(jù)這個反饋電流和下面的轉(zhuǎn)矩傳感器的轉(zhuǎn)矩信號時時控制電流大小，EPSECU會把這些數(shù)據(jù)

21、傳給數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，然后進行數(shù)據(jù)處理，數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)會根據(jù)情況來控制磁粉制動器的阻力矩，來模擬路面的阻力情況。本試驗臺會把助力電動機的電流和轉(zhuǎn)向盤的轉(zhuǎn)矩曲線圖與數(shù)據(jù)庫中的曲線圖進行比較，來判定電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的好壞。此試驗臺也可以作電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的耐久性試驗。 整個試驗臺主要有三個部分： (1)是機械部分，包括EPS轉(zhuǎn)向機械系統(tǒng)和驅(qū)動電動機； (2)是控制部分，包括電子控制系統(tǒng)以及程序調(diào)試系統(tǒng)； (3)是數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng)。 汽車電動助力轉(zhuǎn)向試驗臺的組成： 1)轉(zhuǎn)向電動機； 2)直流電動機，額定電壓12V，額定轉(zhuǎn)矩1.6N.m，額定輸出功率170W，額定轉(zhuǎn)速1050r/min，額定電

22、流30A，通過減速機構(gòu)和轉(zhuǎn)向柱連接； 3)試驗臺架，用于安裝固定各個部件； 4)模擬轉(zhuǎn)向負載的阻尼器，安裝在轉(zhuǎn)向軸徑上； 5)轉(zhuǎn)矩傳感器，電壓測量范圍0~10V 6)車速信號模擬裝置和控制電路板； 7)電源，為系統(tǒng)提供所需電壓380V/220V，電源總電流DC50A，臺架人體可觸及部分元器件配電：24V； 8)多功能數(shù)據(jù)采集卡：PCI-8310數(shù)據(jù)采集卡。 試驗臺系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框圖如圖2-1所示，通過傳感器來測量一些電量和非電量，這些量為：車速、EPS裝置中轉(zhuǎn)向盤的主扭矩、轉(zhuǎn)向盤的轉(zhuǎn)向角度和制動器阻力矩，助力電動機的電流、電壓和轉(zhuǎn)矩等。把這些量以及ECU(電子控制器)中的一些控制量

23、一起，通過PCI-8310多功能板傳送到工業(yè)控制計算機上，并適時顯示系統(tǒng)運行各項數(shù)據(jù)及主要參數(shù)曲線，并最終存到數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中，據(jù)此來分析EPS的性能，然后通過改變EPS裝置中ECU(電子控制器)硬件和軟件的某些方面，從而能使該裝置達到最佳的工作狀態(tài)，為以后汽車電動助力轉(zhuǎn)向裝置的研制提供可借鑒的數(shù)據(jù)和經(jīng)驗。 2.4試驗臺測試項目 2.4.1車速 由于車速傳感器的信號經(jīng)過整形后發(fā)出的是脈沖信號，每個脈沖表示磁電式車速傳感器的被測齒盤輪齒轉(zhuǎn)過一齒，那么汽車的行駛速度就可以用單位時間內(nèi)的脈沖數(shù)、被測齒盤齒輪齒數(shù)與車輪的行駛半徑計算出來。 其計算公式如下：

24、 (2-1) 其中：V-汽車行駛速度 n-測量的脈沖數(shù) Z-被測齒盤的齒輪齒數(shù) T-測量時間周期 rd-車輪的滾動半徑 2.4.2系統(tǒng)的阻力矩 駕駛員在轉(zhuǎn)向時所需克服的阻力矩包括兩個主要部分：一是回正力矩，二是摩擦力矩。汽車轉(zhuǎn)彎時，前輪上作用著與轉(zhuǎn)向力相應(yīng)的“繞主銷的阻力矩”，通?；\統(tǒng)地稱為回正力矩?；卣爻詡鲃颖?，就是駕駛員為了使汽車轉(zhuǎn)彎所經(jīng)常需要克服的力矩。除了回正力矩以外，駕駛員還需要克服主銷的摩擦阻力矩，轉(zhuǎn)向機構(gòu)的摩擦力矩(其大小取決于轉(zhuǎn)向機效率)，各個球頭的摩擦力矩以及原地轉(zhuǎn)向時輪胎與地面的摩擦力矩等。 通?！稗D(zhuǎn)向阻力矩”按汽車不同的行車方

25、式分成“原地轉(zhuǎn)向阻力矩”和“行車轉(zhuǎn)向阻力矩”兩種。原地轉(zhuǎn)向:指對靜止不動的汽車進行轉(zhuǎn)向時，首先是輪胎發(fā)生扭轉(zhuǎn)變形，繼之以路面和路面之間發(fā)生滑移，稱這一情況所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)向阻力矩為原地轉(zhuǎn)向阻力矩。行車轉(zhuǎn)向阻力矩指對行駛時的汽車進行轉(zhuǎn)向時產(chǎn)生的阻力矩。行車轉(zhuǎn)向比原地轉(zhuǎn)向車速增加了，接地面積滾動成分增加，轉(zhuǎn)向阻力矩也突然減小。 因此影響“阻力矩”的因素有輪胎接地的單位面積壓力、接地面積、摩擦系數(shù)等。顯然，負荷愈大，輪胎氣壓愈低，原地轉(zhuǎn)向阻力矩也將愈大。同時輪胎和路面間的摩擦系數(shù)增大，原地轉(zhuǎn)向阻力矩也將增大。 2.4.3電動機的各項參數(shù) 電動機助力轉(zhuǎn)矩是電動機為了提高汽車操縱的輕便性而對轉(zhuǎn)向系外加的

26、力矩，其大小由EPS的ECU根據(jù)傳感器傳來的車速信號、轉(zhuǎn)向盤扭矩等參數(shù)決定。 在本測試系統(tǒng)中除了對轉(zhuǎn)向盤的主扭矩、電動機的助力轉(zhuǎn)矩和整個轉(zhuǎn)向裝置所受的阻力矩的采集以外，還對車速和轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角進行采集，對車速進行采集是因為一般的汽車電動助力轉(zhuǎn)向裝置EPS中的電子控制單元ECU需要車速這個量；而采集汽車轉(zhuǎn)向盤角這個量是為了測量助力轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角的關(guān)系。同時也對助力電動機的電流、電壓、輸出轉(zhuǎn)矩這些量進行采集，以此來檢測電動機的工作狀態(tài)。 2.4.4轉(zhuǎn)向盤主扭矩與助力電動機轉(zhuǎn)矩的關(guān)系 此處省略?NNNNNNNNNNNN字。如需要完整說明書和設(shè)計圖紙等.請聯(lián)系?扣扣：九七一九二零八零

27、零 另提供全套機械畢業(yè)設(shè)計下載！該論文已經(jīng)通過答辯 助力特性對電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的性能，包括輕便性、回正性、路感等有重要影響。在傳統(tǒng)液壓動力轉(zhuǎn)向中助力特性主要由閥的結(jié)構(gòu)決定，調(diào)整困難，且設(shè)計完成助力特性便確定，不隨車速變化；而EPS不同，助力特性曲線是電動助力轉(zhuǎn)向的控制目標，由軟件來設(shè)置，可以設(shè)計成車速感應(yīng)型特性曲線，并可方便地進行調(diào)節(jié)。圖2-3所示為傳統(tǒng)液壓動力轉(zhuǎn)向的助力特性曲線，俗稱盆形曲線。圖2-4為幾種典型EPS助力特性曲線。對于永磁直流電動機，電磁轉(zhuǎn)矩與電樞電流成比例，因此EPS的助力特性常用電動機電流與轉(zhuǎn)向盤輸入力矩之間的關(guān)系曲線表示。 圖2-3 傳統(tǒng)液壓動力轉(zhuǎn)向助力特

28、性曲線 (a)直線型 (b)折線型 (c)曲線型 圖2-4 助力特性曲線 助力特性曲線有以下幾種類型： (1)直線型助力特性 圖2-4(a)為典型直線型助力特性。該助力特性曲線可用下式函數(shù)表示 (2-2) 式中，I為電動機目標電流；Imax為電動機最大工作電流；Td為轉(zhuǎn)向盤輸入矩；K(v)為助力特性曲線的梯度，隨車速增加而減??；Td0為系統(tǒng)開始助力時轉(zhuǎn)向盤輸入力矩；Tmax為系統(tǒng)提供最大助力時的轉(zhuǎn)向盤輸入力矩。 (2)折線型助力特性 圖2-4(b)所示為典型折線型

29、助力特性。該助力特性曲線可用下式函數(shù)表示 (2-3) 式中，K1(v)、K2(v)分別為助力特性曲線梯度，隨車速增加而減??；Td1為助力特性曲線梯度增大為K2(v)時的轉(zhuǎn)向盤輸入力矩。 (3)曲線型助力特性 圖2-4(c)所示為典型曲線型助力特性。該助力特性曲線可用下式函數(shù)表示 (2-4) 比較上述3種助力特性曲線，直線型助力特性最簡單，數(shù)據(jù)量小，存儲方便，有利于控制系統(tǒng)設(shè)計，并且在實際中調(diào)整容易；曲線型助力特性復(fù)雜，數(shù)據(jù)存儲量大，調(diào)整不方便；折線型助力特性則介于兩者之間。助力

30、特性曲線特征與參數(shù)的確定要與車型、駕駛員的要求相匹配。一般直線型助力特性適用于前軸負荷較小的車型，曲線型助力特性適用于前軸負荷較大的車型，折線型助力特性則介于兩者之間。 我們根據(jù)采集的電動機電流、轉(zhuǎn)向盤主扭矩和車速的數(shù)據(jù)畫成與助力特性類似的曲線，然后和助力特性曲線比較，如果與之比較相符的話，就說明汽車電動助力轉(zhuǎn)向裝置的性能比較好；反之，就說明性能不是很好，針對這些就應(yīng)該對電子控制器進行硬件和軟件上的修改。所以本測試系統(tǒng)既可以用于研究開發(fā)人員對自己設(shè)計的EPS系統(tǒng)進行檢測；也可以用于成品的檢查，這樣可以使不符合要求的產(chǎn)品從性能良好的產(chǎn)品中分離出去。 第三章 電動助力轉(zhuǎn)向試驗臺各部件的選

31、用 3.1系統(tǒng)主要部件 測控系統(tǒng)主要有電子控制單元(ECU)，電動機，減速機構(gòu)，磁粉制動器，多功能數(shù)據(jù)采集卡，車速傳感器，轉(zhuǎn)矩傳感器等部件組成。 檢測的主要性能參數(shù)為：汽車的車速，轉(zhuǎn)向盤的主扭矩和角度及車輪的阻力矩，電動機的電流、電壓和轉(zhuǎn)矩。 3.1.1電子控制單元(ECU) ECU的功能是根據(jù)車速信號、轉(zhuǎn)向盤扭矩信號，進行邏輯分析與計算后，發(fā)出指令，控制電動機和離合器的動作。此外，ECU還有安全保護和自我診斷功能， ECU通過采集電動機的電流、電動機電壓、發(fā)動機工況等信號判斷其系統(tǒng)工作狀況是否正常，一旦系統(tǒng)工作異常，助力將自動取消，系統(tǒng)轉(zhuǎn)變?yōu)槭謩愚D(zhuǎn)向狀態(tài)，同時ECU將進行故障診斷分

32、析。 ECU通常是一個8位單片機系統(tǒng)或者是16位電動機控制專用微處理器芯片，也可采用數(shù)字信號處理器 (Digital Signal Processing，簡稱DSP)作為控制單元。由于電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)存在非線性元件(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給系統(tǒng)帶來不確定性，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)有較強抗干擾能力，以適應(yīng)汽車復(fù)雜的行駛環(huán)境。控制算法應(yīng)快速正確，滿足實時控制的要求，并能有效地實現(xiàn)理想的助力規(guī)律與特性。它是本系統(tǒng)檢測的關(guān)鍵部件。 3.1.2電動機 電動機的功能是根據(jù)電子控制單元的指令輸出適宜的輔助轉(zhuǎn)矩，是EPS的動力源。

33、電動機對EPS的性能有很大的影響，是EPS的關(guān)鍵部件之一，所以EPS對電動機有很高的要求，這些要求主要有： (1)由于大多車載電源為12V直流電，因此要求助力電動機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)動慣量小，寬廣的調(diào)速范圍，控制特性好，低速運行平穩(wěn)，力矩波動??； (3)大的齒輪傳動比將增加機械慣量，降低EPS系統(tǒng)的動態(tài)性能，所以齒輪傳動比較小，因此，電動機轉(zhuǎn)速不能太高； (4)為減小轉(zhuǎn)子的慣性力矩，電動機的體積應(yīng)盡可能??； (5)在堵轉(zhuǎn)時也要能夠提供助力作用，對于大型的車輛，甚至要求電動機能夠提供與轉(zhuǎn)動方向相反的助力轉(zhuǎn)矩。 表3-1分析了不同電動機的技術(shù)特點及

34、其滿足EPS使用要求的情況。這幾種電動機不僅在結(jié)構(gòu)方面有各自的特點，而且在效率、功率密度、力矩波動等技術(shù)參數(shù)也互不相同。考慮到汽車的特點，要求EPS選用的電動機應(yīng)該具有尺寸小、質(zhì)量輕、效率高、力矩波動與噪聲小，可靠性高、能與汽車使用環(huán)境相適應(yīng)，包括對電源的需求等。 表3-1 不同類型電動機技術(shù)特點比較 電機類型 項目 感應(yīng)電動機 永磁有刷電動機 永磁無刷電動機 開關(guān)磁阻電動機 結(jié)構(gòu)特點 結(jié)構(gòu)簡單 三相定子 鋁或銅籠轉(zhuǎn)子無永磁體 轉(zhuǎn)動繞組 機械換向器 三相定子 永磁轉(zhuǎn)子 電子換向 四相定子 鋼鐵轉(zhuǎn)子 無轉(zhuǎn)子繞組 無永磁體 負荷效率(%)

35、 90-92 85-97 85-97 78-86 系統(tǒng)復(fù)雜程度 驅(qū)動電路復(fù)雜 控制器簡單 控制器簡單 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 小 電動機設(shè)計時考慮 基本通過電磁設(shè)計考慮 由電磁設(shè)計和電子控制考慮 功率密度 中 中 高 中 對助力大小要求較低的汽車，選用永磁有刷直流電動機是一個好的選擇，因為有刷直流電動機技術(shù)成熟、控制器結(jié)構(gòu)簡單、成本低；對要求助力較大的轎車，應(yīng)選擇永磁無刷直流電動機，因為永磁無刷直流電動機比其它類型電動機更具有優(yōu)勢。雖然也可以用開關(guān)磁阻電動機，但是需要

36、進行許多的研究來克服其缺點。 3.1.3減速機構(gòu) EPS的減速機構(gòu)與電動機相連，用來增大電動機的輸出扭矩。主要有兩種形式：蝸輪蝸桿減速機構(gòu)和雙行星齒輪減速機構(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)。本試驗臺的測試減速機構(gòu)為蝸輪蝸桿減速機構(gòu)，減速比為16.5。 圖3-1 蝸輪蝸桿減速機構(gòu) 3.1.4轉(zhuǎn)向電動機 磁粉制動器的阻力矩最大值Tc=100Nm，i=16.5，轉(zhuǎn)向盤所需施加的轉(zhuǎn)矩 Td=Tc/i=100/16.5 =6.06Nm PW 選擇Y90L-4電動機，將其有關(guān)參數(shù)帶入驗算 取0.98，n=1400 r/min

37、T=1.595500.98=10Nm TTd 所以轉(zhuǎn)向電動機選Y90L-4。 3.1.5磁粉制動器 本系統(tǒng)中應(yīng)用磁粉制動器來模擬轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的阻力矩。磁粉制動器是利用電磁效應(yīng)下的磁粉來傳遞轉(zhuǎn)矩的，具有激磁電流和傳遞轉(zhuǎn)矩基本成線性關(guān)系、響應(yīng)速度快、結(jié)構(gòu)簡單、無沖擊、無振動、無噪音、無污染等優(yōu)點，是一種多用途性能優(yōu)越的自動控制元件，廣泛應(yīng)用于各種行業(yè)中機械的加載、制動以及卷繞系統(tǒng)中收卷和放卷的張力控制。在該系統(tǒng)中，利用磁粉制動器來模擬汽車整個轉(zhuǎn)向裝置所受的阻力矩。盡管磁粉制動器難以精確模擬行駛路況，但是可以實現(xiàn)磁粉制動器負載的變化趨勢與路面行駛一致。因此，通過磁粉制動器研究可以探索電動機的助力

38、規(guī)律，檢驗助力控制程序的運行效果，分析EPS對汽車轉(zhuǎn)向輕便性的影響。同時也可以降低直接裝車進行路試的危險性和研究成本。本試驗臺采用瑞安市中瑞控制器廠生產(chǎn)的CZ型磁粉制動器(如圖3-2)，其技術(shù)參數(shù)如表3-2。 圖3-2 CZ型磁粉制動器 表3-2 CZ磁粉制動器技術(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 100 1 8 單雙水冷 150 其主要有激磁電流-力矩、轉(zhuǎn)速-力矩和負載三個特性： (1) 激磁電流-力矩特性 激磁電流與轉(zhuǎn)矩基本成線性關(guān)系，通過調(diào)節(jié)激磁電流可以控制力矩的大小。其特性如圖3-3

39、所示。 圖3-3 激磁電流-力矩特性 圖3-4 轉(zhuǎn)速-力矩特性 (2) 轉(zhuǎn)速-力矩特性 力矩與轉(zhuǎn)速無關(guān)，保持定值。靜力矩和動力矩沒有差別。特性如圖3-4所示。 (3) 負載特性 磁粉制動器的允許滑差功率在散熱條件一定時是定值。其連續(xù)運行時，實際滑差需在允許滑差功率以內(nèi)。使用轉(zhuǎn)速高時，需降低力矩使用。其特性如圖3-5所示。 圖3-5 負載特性 3.2傳感器的選擇 傳感器是能夠感受規(guī)定的被測量并按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號的器件或裝置。一般來講傳感器的選用與以下幾個方面密切相關(guān)： u 控制方面的要求：涉及測定的目的、測量的對象、測量的范圍以及精度要求等；

40、 u 今傳感器的性質(zhì)：包括精度等級、穩(wěn)定性、對象的特性影響等； u 使用條件：主要涉及應(yīng)用現(xiàn)場的環(huán)境因素； u 供求水平和維護：也即經(jīng)濟性和良好的維護性。同時試驗臺系統(tǒng)的工作環(huán)境的多變性，以及來自電動機和功率驅(qū)動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3-3 現(xiàn)場信號清單 序號 信號名稱 信號類型 信號源 路數(shù) 信號標準 1 車速信號 模擬量輸入 波形發(fā)生器 1 方波 2 角度信號 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 電動機轉(zhuǎn)矩 模擬量輸入 扭矩傳感器 1 方

41、波 5 轉(zhuǎn)向阻力矩 模擬量輸入 扭矩傳感器 1 方波 6 電動機電流 模擬量輸入 電動機輸出端子 1 -5~+5v 7 電動機電壓 模擬量輸入 電動機輸出端子 1 -5~+5v 試驗臺用傳感器也有其自身的特殊要求。具體體現(xiàn)在以下幾個方面： (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； (6)性能:精度高、響應(yīng)快，從而滿足試驗臺實時采集數(shù)據(jù)的要求。 從表3-3中可以看出，本系統(tǒng)中待檢測的信號比較多，而且信號的種類又不同，主要有轉(zhuǎn)矩信號、速

42、度信號、轉(zhuǎn)角信號、電流信號、電壓信號等。 在該系統(tǒng)中，最主要的性能參數(shù)為汽車的車速，轉(zhuǎn)向盤的主扭矩和電動機目標電流，下面對這三者所用的傳感器和檢測方法加以詳細的說明。 3.2.1轉(zhuǎn)速傳感器 (1)轉(zhuǎn)速傳感器的分類及特點 速度傳感器是將機械運動速度這個非電量變換成電量信號的傳感器，如果按輸出信號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，其分類方法如圖3-6所示。 1)模擬式轉(zhuǎn)速傳感器是取其與被測轉(zhuǎn)速成正比的電壓幅度作為輸出信號，稱為測速發(fā)電機。測速發(fā)電機的構(gòu)造簡單可靠，耐振動沖擊，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

43、轉(zhuǎn)速的頻率成正比的電脈沖作為輸出信號，按獲取轉(zhuǎn)速信號的方式可分為電渦流式，光電式和磁電式三種。 直流測速機 模擬式轉(zhuǎn)速傳感器 同步型 轉(zhuǎn)速傳感器 交流測速機 電渦流式 數(shù)字式轉(zhuǎn)速傳感器 光電式 異步型

44、 磁電式 圖3-6 車速傳感器的分類 汽車上的速度傳感器一般用的是數(shù)字式傳感器，它以集電極開路形式輸出的脈沖表示車速，在本測試系統(tǒng)中可以用基本輸入輸出系統(tǒng)輸出的脈沖來模擬，把這脈沖分別傳送給ECU和測試微機系統(tǒng)。 3.2.2轉(zhuǎn)矩傳感器 轉(zhuǎn)矩傳感器是測量各種電動機、內(nèi)燃機以及旋轉(zhuǎn)動力設(shè)備的輸出扭矩及功率的必備設(shè)備，從上世紀三四十年代發(fā)展至今己有數(shù)十種產(chǎn)品，從最初的光學(xué)機械變形類發(fā)展到電磁感應(yīng)類、相位差類，到現(xiàn)在應(yīng)用最廣泛的應(yīng)變測量類。隨著低功耗微電子技術(shù)的發(fā)展，各類轉(zhuǎn)矩傳感器被賦予了新的生命，其性能也越來越好可測的精度與轉(zhuǎn)速也越來越高。 傳遞法 轉(zhuǎn)矩傳感器 平

45、衡力法 能量轉(zhuǎn)換法 圖3-7 轉(zhuǎn)矩傳感器的分類 從傳感器的分類來說，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械變形，因此轉(zhuǎn)矩傳感器具有體積大、耗材多等缺點。但由于上藝成熟、牢固、可靠、價格低廉，與微電子技術(shù)和計算機技術(shù)結(jié)合后易實現(xiàn)數(shù)字化、自動化，所以仍有十分廣闊的應(yīng)用前景。在本系統(tǒng)中主要用于測量轉(zhuǎn)向盤的主扭矩，轉(zhuǎn)向阻力矩和助力電機力矩。 轉(zhuǎn)矩傳感器按測量原理的分類如圖3-7所示: (1)傳遞法(扭軸法)是根據(jù)彈性元件在傳遞轉(zhuǎn)矩時由于彈性元件的變形、應(yīng)力或應(yīng)變而引起機械、液壓、氣動、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

46、前此類傳感器占轉(zhuǎn)矩測量的絕大部分。 (2)平衡力法(反力法)對于任何一種勻速工作動力機械或制動機械，當它的主軸受轉(zhuǎn)矩作用時，在它的機殼上必定同時作用著一個方向相反的平衡力矩(或稱為支座反力矩)，測量支座上的反力矩就.用以確定機器主軸上作用轉(zhuǎn)矩的大小與方向。此種測量方法就是平人衡力法。也稱反力法。常用這種方法的有電力測功機、水力測功機和空氣、磁粉等測功機類。 (3)能量轉(zhuǎn)換法是根據(jù)能量轉(zhuǎn)換守恒定律的關(guān)系來測量轉(zhuǎn)矩的一種方法，它是一種間接測量方法。一般來說誤差較大，故很少采用，只有在直接測量無法進行的時候才考慮此法。 目前在轉(zhuǎn)矩測量中，傳遞類轉(zhuǎn)矩傳感器應(yīng)用十分廣泛。 轉(zhuǎn)矩傳感器用來檢測電動

47、助力轉(zhuǎn)向器輸入軸扭矩和轉(zhuǎn)向阻力矩，是系統(tǒng)中一個非常重要的檢測部件。選用的扭矩傳感器為是北京三晶創(chuàng)業(yè)集團的JN338數(shù)字轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器如圖3-8所示。 圖3-8 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)變壓器來實現(xiàn)能源的輸入及轉(zhuǎn)矩信號的輸出，從而解決了旋轉(zhuǎn)動力傳遞系統(tǒng)中能源及信號可靠地在旋轉(zhuǎn)部分與靜止部分之間的傳遞問題。該傳感器還可同時實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)速的測量，從而可方便地計算出軸輸出功率，因此，利用該傳感器可實現(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3-4 JN338傳感器主要技術(shù)參數(shù) 參數(shù) 轉(zhuǎn)矩準確度 過載能力 絕緣電阻 工作溫

48、度 線性 相對濕度 指標 >0.5% 150%F.S 200Mo -20~60 0.5%F.S 90%RH 第四章 試驗臺的結(jié)構(gòu)設(shè)計 4.1試驗臺的布置 由試驗臺的總體方案設(shè)計，運用CAD軟件設(shè)計試驗臺架。如圖4-1從右到左為液壓缸，滑臺，轉(zhuǎn)向電動機，彈性聯(lián)軸器，轉(zhuǎn)矩傳感器，萬向節(jié)聯(lián)軸器，減速器，助力電機，萬向聯(lián)軸器，轉(zhuǎn)矩傳感器，凸緣聯(lián)軸器，磁粉制動器，滑臺，液壓缸。 圖4-1 試驗臺的布置 4.2聯(lián)軸器的選擇與校核 聯(lián)軸器是用來聯(lián)接不同機構(gòu)中的兩根軸（主動軸和從動軸）使之共同旋轉(zhuǎn)以傳遞扭矩的機械零件。在高速重載的動力傳動中，有些聯(lián)軸器還有緩沖、減振和

49、提高軸系動態(tài)性能的作用。聯(lián)軸器由兩半部分組成，分別與主動軸和從動軸聯(lián)接。 聯(lián)軸器種類繁多，按照被聯(lián)接兩軸的相對位置和位置的變動情況，可以分為：①固定式聯(lián)軸器。主要用于兩軸要求嚴格對中并在工作中不發(fā)生相對位移的地方，結(jié)構(gòu)一般較簡單，容易制造，且兩軸瞬時轉(zhuǎn)速相同，主要有凸緣聯(lián)軸器、套筒聯(lián)軸器、夾殼聯(lián)軸器等。②可移式聯(lián)軸器。主要用于兩軸有偏斜或在工作中有相對位移的地方，根據(jù)補償位移的方法又可分為剛性可移式聯(lián)軸器和彈性可移式聯(lián)軸器。剛性可移式聯(lián)軸器利用聯(lián)軸器工作零件間構(gòu)成的動聯(lián)接具有某一方向或幾個方向的活動度來補償，如牙嵌聯(lián)軸器（允許軸向位移）、十字溝槽聯(lián)軸器（用來聯(lián)接平行位移或角位移很小的兩根軸）

50、、萬向聯(lián)軸器（用于兩軸有較大偏斜角或在工作中有較大角位移的地方）、齒輪聯(lián)軸器（允許綜合位移）、鏈條聯(lián)軸器（允許有徑向位移）等，彈性可移式聯(lián)軸器（簡稱彈性聯(lián)軸器）利用彈性元件的彈性變形來補償兩軸的偏斜和位移，同時彈性元件也具有緩沖和減振性能，如蛇形彈簧聯(lián)軸器、徑向多層板彈簧聯(lián)軸器、彈性圈栓銷聯(lián)軸器、尼龍栓銷聯(lián)軸器、橡膠套筒聯(lián)軸器等。聯(lián)軸器有些已經(jīng)標準化。選擇時先應(yīng)根據(jù)工作要求選定合適的類型，然后按照軸的直徑計算扭矩和轉(zhuǎn)速，再從有關(guān)手冊中查出適用的型號，最后對某些關(guān)鍵零件作必要的驗算。 典型聯(lián)軸器： (1)凸緣聯(lián)軸器： 凸緣聯(lián)軸器由兩個帶凸緣的半聯(lián)軸器和聯(lián)接螺栓組成。兩半聯(lián)軸器分別用鍵與兩軸

51、連接，同時它們再用螺栓相互連接。凸緣聯(lián)軸器有兩種對中方式：一種是利用兩個半聯(lián)軸器接合端面上凸出的對中榫和凹入的榫槽相配合對中，其對中精度高，工作中靠預(yù)緊普通螺栓在兩個半聯(lián)軸器的接觸面間產(chǎn)生的摩擦力來傳遞轉(zhuǎn)矩，拆裝時軸必須作軸向移動，不太方便，多用于不常拆裝的場合；另一種是采用鉸制孔用螺栓對中，工作中靠螺栓桿的剪切和螺栓桿與孔壁間的擠壓來傳遞轉(zhuǎn)矩，其傳遞轉(zhuǎn)矩的能力較大。若傳遞的轉(zhuǎn)矩不大，可以一半采用鉸制孔用螺栓，另一半采用普通螺栓，這種結(jié)構(gòu)裝拆時軸不需作軸向移動，只需拆卸螺栓即可，比較方便，可用于經(jīng)常裝拆的場合。 圖4-2 凸緣聯(lián)軸器 制造凸緣聯(lián)軸器的材料可采用35、45鋼或ZG310

52、-570，當外緣圓周速度v30 m/s時可采用HT200。 考慮到機器啟動、停車和工作中不穩(wěn)定運轉(zhuǎn)的動載荷影響，計算轉(zhuǎn)矩Tca可按下式計算 Tca=KAT 式中 T—聯(lián)軸器傳遞的名義轉(zhuǎn)矩，單位為Nm； KA—聯(lián)軸器的工作情況系數(shù)。 根據(jù)聯(lián)軸器的工作情況系數(shù)表，選擇KA=1.3，磁粉制動器的最大轉(zhuǎn)矩為T=100Nm，帶入公式 Tca=1.3100=130Nm 磁粉制動器的輸入軸的直徑d=38mm，根據(jù)《機械工程及自動化簡明設(shè)計手冊》選取凸緣聯(lián)軸器YL7，其額定轉(zhuǎn)矩為160Nm,大于130Nm，滿足要求，轉(zhuǎn)速較小，所以選取材料為HT200。 (2)彈性聯(lián)軸器：

53、彈性套柱銷聯(lián)軸器的結(jié)構(gòu)與凸緣聯(lián)軸器的結(jié)構(gòu)相似，只是用套有彈性套的柱銷代替了連接螺栓。柱銷的一端以圓錐面與一半聯(lián)軸器上的圓錐孔相配合，并用螺母固定。另一端套裝有整體式彈性套，與另一半聯(lián)軸器凸緣上的圓柱形孔間隙配合。因彈性套的彈性變形和間隙配合，從而使聯(lián)軸器具有補償兩軸相對位移的能力和緩沖吸陣的功能。兩半聯(lián)軸器與軸配合的孔可做成圓柱形或圓錐形。 半聯(lián)軸器的材料常用TH200，有時也采用ZG310-570，柱銷材料多用45鋼，彈性套采用耐油橡膠制成。 彈性套柱銷聯(lián)軸器制造容易，裝拆方便，成本較低，其彈性套易磨損，但更換方便，主要適用于起動頻繁、需要正反轉(zhuǎn)的中、小功率傳動，工作環(huán)境溫度應(yīng)在-20~

54、+70的范圍內(nèi)。 彈性套柱銷聯(lián)軸器可從有關(guān)標準中選用，必要時應(yīng)驗算彈性套與孔壁的擠壓強度和柱銷的剪切強度。 Tca=KAT T=50Nm，KA=1.3 帶入公式 Tca=1.350=65Nm 現(xiàn)在計算柱銷的剪切應(yīng)力，看能否滿足要求 T= 2FS D1 聯(lián)軸器TL4的D1為85mm柱銷直徑d=12mm FS=500.085=294N =294=2.6MPa 2.6MPa<[]=30MPa 可以選用TL4型彈性套柱銷聯(lián)軸器。 彈性套的擠壓面積AbS=bd 查手冊b=23mm，d=12mm AbS=0.023=2.76m2 F=FS=AbSbS 帶入數(shù)值 bS=

55、2942.76=0.1MPa 滿足要求 特點：緩沖吸振，可補償較大的軸向位移，微量的徑向位移和角位移。 應(yīng)用：正反向變化多，啟動頻繁的高速軸。 圖4-3 彈性套柱銷聯(lián)軸器 (3)萬向聯(lián)軸器 萬向聯(lián)軸器有多種結(jié)構(gòu)型式，例如：十字軸式、球籠式、球叉式、凸塊式、球銷式、球鉸式、球鉸柱塞式、三銷式、三叉桿式、三球銷式、鉸桿式等，最常用的為十字軸式，其次為球籠式，萬向聯(lián)軸器的共同特點是角向補償量較大，不同結(jié)構(gòu)型式萬向聯(lián)軸器兩軸線夾角不相同，一般≤5°~45°之間。萬向聯(lián)軸器利用其機構(gòu)的特點，使兩軸不在同一軸線，存在軸線夾角的情況下能實現(xiàn)所聯(lián)接的兩軸連續(xù)回轉(zhuǎn)，并可靠地傳遞轉(zhuǎn)矩和運動。萬

56、向聯(lián)軸器最大的特點是具有較大的角向補償能力，結(jié)構(gòu)緊湊，傳動效率高。在實際應(yīng)用中根據(jù)所傳遞轉(zhuǎn)矩大小分為重型、中型、輕型和小型。 圖4-4 萬向聯(lián)軸器 萬向聯(lián)軸器與EPS系統(tǒng)連接，可以補償各部件高度上的微小差別，保證試驗臺的正常運轉(zhuǎn)。 4.3普通平鍵的選擇與校核 根據(jù)彈性套柱銷聯(lián)軸器的尺寸，查閱機械工程設(shè)計手冊，選擇A型普通平鍵b87，材料為45號鋼。鍵的許用應(yīng)力[]=60MPa，[]=100MPa?？紤]到磁粉制動器的輸出轉(zhuǎn)矩為100Nm，所以應(yīng)校核此處的平鍵。下面對鍵的強度進行校核。 首先校核鍵的剪切強度。將平鍵沿n-n截面分成兩部分，并把n-n以下部分和軸作為一個整體來考慮。因

57、為假設(shè)在n-n截面上切應(yīng)力均勻分布，故n-n截面上的剪力FS為 FS=A=bl 對軸心取矩，由平衡方程，得 FS=bl 式中l(wèi)=38mm， 故有 可見平鍵滿足剪切強度條件。 其次校核鍵的擠壓強度?？紤]鍵在n-n截面以上部分的平衡，在n-n截面上的剪力FS=bl，一側(cè)面上的擠壓力為 F 投影于水平方向，由平衡方程得 FS=F 或 bl 由此求得 故平鍵也滿足擠壓強度要求。 可選用此平鍵。 4.4液壓滑臺 液壓滑臺可以實現(xiàn)試驗部件的移動，方便裝夾，這也是本設(shè)計的一個亮點，在參考東華轉(zhuǎn)向器試驗臺的時候，發(fā)現(xiàn)他的滑臺是手動的，如果改成液壓的會方便許多。液壓

58、滑臺如圖4-5，通過控制電磁閥來控制液壓缸，實現(xiàn)滑臺的運動，在此就不設(shè)計液壓缸了。 圖4-5 液壓滑臺 4.5磁粉制動器支架 根據(jù)磁粉制動器的參數(shù)，設(shè)計了磁粉制動器的支架。如圖4-6，用于固定磁粉制動器，使其能正常工作。 圖4-6 磁粉制動器支架 4.6減速機構(gòu)支架 磁粉制動器支架已設(shè)計好，根據(jù)磁粉制動器裝配好的軸線高度設(shè)計減速機構(gòu)支架，如圖4-7使用最簡單的支架結(jié)構(gòu)，關(guān)鍵保證支架的高度，使減速機構(gòu)裝配好后，其軸線高度與磁粉制動器的高度差上下不超過10mm，滿足機構(gòu)能正常運行。 4-7 減速機構(gòu)支架 4.7轉(zhuǎn)向電機支架 轉(zhuǎn)向電機支架和減速機構(gòu)支架相似，但要滿

59、足轉(zhuǎn)向電機的要求，如圖4-8。 圖4-8 轉(zhuǎn)向電機支架 第五章 結(jié) 論 5.1結(jié)論 汽車電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是汽車的關(guān)鍵部件之一，在汽車特別是乘用車上的應(yīng)用和普及，是大勢所趨。本文對電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的工作原理進行了分析。在對汽車電動助力轉(zhuǎn)向裝置技術(shù)條件與臺架試驗方法標準理解的基礎(chǔ)上，研究了性能測試技術(shù)和方法，設(shè)計了汽車動力轉(zhuǎn)向器試驗臺。 主要完成以下工作： 完成了電動助力試驗臺總體方案的確定和設(shè)計，根據(jù)需要選擇了試驗臺用轉(zhuǎn)矩傳感器，磁粉制動器，聯(lián)軸器，電動機，液壓滑臺。 在分析了減速器的結(jié)構(gòu)尺寸后，設(shè)計了夾具，能把減速器夾緊在試驗臺上，在試驗時起固定作用。 用CAD設(shè)計了

60、試驗臺總框架圖和總裝配圖，非標準的零件圖。 本試驗臺能幫助廠家測試剛出廠的電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，測試助力特性，工業(yè)計算機會生成助力特性曲線，并與數(shù)據(jù)庫中的標注助力特性曲線進行比較，評價EPS系統(tǒng)的好壞。 5.2總結(jié) 本設(shè)計只是對電動助力轉(zhuǎn)向試驗臺機械結(jié)構(gòu)的設(shè)計，軟件設(shè)計和硬件設(shè)計由另外兩位同學(xué)來完成。試驗臺根據(jù)車速信號來控制助力電動機的電流，以此來控制施加的助力轉(zhuǎn)矩的大小，可以得到電流與轉(zhuǎn)矩的關(guān)系曲線，然后與數(shù)據(jù)庫中的曲線相比較，可檢測助力性能的好壞；次試驗臺也可以做轉(zhuǎn)向器的疲勞實驗，作為剛出廠時的檢測。由于本人能力有限，所以不足之處還請大家?guī)兔χ赋?。汽車電動助力轉(zhuǎn)向試驗臺涉及機械、汽車、電

61、子和軟件設(shè)計等多學(xué)科領(lǐng)域，它的發(fā)展一定會促進EPS產(chǎn)品質(zhì)量的提高，對中國汽車工業(yè)產(chǎn)生一定影響。 參考文獻 1.陳家瑞主編.汽車構(gòu)造(第三版下冊)[M].北京: 機械工業(yè)出版社,2009.2 2.王望予主編.汽車設(shè)計(第四版)[M].北京: 機械工業(yè)出版社,2004.8 3.余志生主編. 汽車理論(第三版)[M].北京: 機械工業(yè)出版社,2004 4.林逸,施國標.汽車電動助力轉(zhuǎn)向技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢[J].公路交通科技,2001(3): 23-28 5.苗立東,何仁.汽車電動轉(zhuǎn)向技術(shù)發(fā)展綜述[J].長安大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版), 2004(24): 34-37 6.肖生發(fā),馮櫻.電

62、子控制式電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的開發(fā)前景[J].汽車科技2001.(3): 17-22 7.陳于萍,周兆元主編.互換性與測量技術(shù)基礎(chǔ)(第二版)[M].北京: 機械工業(yè)出版社，2005.10 8.謝家瀛主編.組合機床設(shè)計簡明手冊[M].北京: 機械工業(yè)出版社,1992.10 9.楊孝劍.汽車電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的動力學(xué)分析與控制研究[D].合肥工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文,2003 10.Jeonghoon song, Kwangsuck Boo. Model development and control methodology of a new electric power steering syst

63、em[J].Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers. Part D, Journal of Automobile Engineering, 2004, 218? 11.陳于萍,周兆元主編.互換性與測量技術(shù)基礎(chǔ)(第二版)[M].北京: 機械工業(yè)出版社,2005.10 12.肖生發(fā),馮櫻,劉洋.電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)助力特性的研究[J].湖北汽車工業(yè)學(xué)報, 2001(15): 12-17 13.葉偉昌,陳遼軍.機械工程及自動化簡明設(shè)計手冊(第二版上冊)[M].北京: 機械工業(yè)出版社,2007.6 14.徐錦康主編.機械設(shè)計[M

64、].北京: 高等教育出版社,2004.4 15.Xu Hanbin, Zhang Zhongfu. Offline Detection of Electric Power Steering[J].Wuhan: School of Mechantronic Engineering Wuhan University of Technology 致 謝 光陰荏苒，時光如梭，轉(zhuǎn)眼間，四年的大學(xué)學(xué)習(xí)生活已進入尾聲，往日的求學(xué)生活及知識的積累，將成為我心底最難忘的回憶和一筆終生的財富。汽車電動助力轉(zhuǎn)向試驗臺的研究啟迪了我的思維，開拓了我的視野，鍛煉了我的能力。自身能力的提高離不開我的指導(dǎo)老

65、師羅紹新副教授的悉心指導(dǎo)和關(guān)懷。在此論文完成之際，謹向您致以最誠摯的敬意！您淵博的學(xué)識、求實的作風、具有開拓性的科學(xué)研究和對事業(yè)的執(zhí)著追求精神，讓我體會到了現(xiàn)代學(xué)者的風采，同樣感到親人般的溫暖和關(guān)愛。我從你身上不僅學(xué)到了很多專業(yè)知識，而且學(xué)會了很多做人道理，這將是一筆永恒的財富，使我終生受益。還要感謝東華轉(zhuǎn)向器公司對我的幫助。 在多年的學(xué)習(xí)生活中，還得到了許多車輛系領(lǐng)導(dǎo)和老師的熱情關(guān)心和幫助，在這里我要感謝你們。 在這里我還要感謝我的父母，感謝你們對我養(yǎng)育，感謝各位老師，感謝你們傳授我知識，教我做人，感謝同學(xué)陪伴，感謝所有幫助過我的人，感謝你們讓我順利完成了大學(xué)學(xué)習(xí)以及生活。 最后，向?qū)?/p>

66、閱本文的老師們致敬！ 周云鵬 2011年6月 于南京 附錄A：英文資料 Offline Detection of Electric Power Steering (EPS) Xu Hanbin Zhang Zhongfu School of Mechantronic Engineering Wuhan University of Technology. Wuhan 430070, CHINA\ Abstract: Increasing use of electric power steering (EPS) systems, which affect vehicle dynamic behavior, has prompted the need for a more effective method of testing electric power steering systems, especially to electric control unit (ECU) in EPS. This research aims at