汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)畢業(yè)設(shè)計論文

1、<p>　　汽車電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)機械本體的設(shè)計</p><p><b>　　1 緒論</b></p><p>　　1 汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)作用及簡要介紹</p><p>　　作為汽車的一個重要組成部分, 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</p><p>　　何設(shè)計汽車的轉(zhuǎn)向特性, 使汽車具有良好的操縱性

2、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。汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)經(jīng)歷了純機械式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)3 個基本發(fā)展階段。</p><p>　　機械式的轉(zhuǎn)向系統(tǒng), 由于采用純粹的機械解決方案, 為了產(chǎn)生足夠大的轉(zhuǎn)向扭矩需要使用大直徑的轉(zhuǎn)向盤, 這樣一來, 占用駕駛室的空間很大,

3、整個機構(gòu)顯得比較笨拙, 駕駛員負擔較重, 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、造價低廉, 目前在一部分轉(zhuǎn)向操縱力不大、對操控性能要求不高的微型轎車、農(nóng)用車上仍有使用。</p><p>　　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, 使得動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)在體積、功率消耗和價格等方面都取得了很大的進步。80

4、年代后期, 又出現(xiàn)了變減速比的液壓動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。在接下來的數(shù)年內(nèi), 動力轉(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力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)( Variable Displacement Power Steering Pump) 和電動液壓助力轉(zhuǎn)向( Electric Hydraulic PowerSteering, 簡稱EHPS) 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

5、量會相應(yīng)地減少, 從而有利于減少不必要的功耗。電動液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)采用電動機驅(qū)動轉(zhuǎn)向泵, 由于電機的轉(zhuǎn)速可調(diào), 可以即時關(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。</p><p>　　但是液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)在系統(tǒng)布置、安裝、密

6、封性、操縱靈敏度、能量消耗、磨損與</p><p>　　噪聲等方面存在不足。</p><p>　　電動助力系統(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)出一種全新的電子控制式電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng), 并裝在其生產(chǎn)的Cervo 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

7、汽車公司、本田汽車公司, 美國的Delphi公司, 英國的Lucas 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

8、低, 為此其應(yīng)用范圍將越來越大。</p><p>　　1.2汽車電動助力式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的國內(nèi)外發(fā)展概況  自1953年美國通用汽車公司在別克轎車上使用液壓動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)以來，HPS給汽車帶來了巨大的變化，幾十年來的技術(shù)革新使液壓動力轉(zhuǎn)向技術(shù)發(fā)展異常迅速，出現(xiàn)了電控式液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)(Electric Hydraulic Power Steering，簡稱EHPS)。1988年2月日本鈴木公司首先在

9、其Cervo車上裝備EPSTM，隨后又應(yīng)用在Alto汽車上；1993年本田汽車公司在愛克NSX跑車上裝備EPS并取得了良好的市場效果[4]；1999年奔馳和西門子公司開始投巨資開發(fā)EPS。上世紀九十年代初期，日本鈴本、本田，三菱、美國Delphi汽車公司、德國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 EPS和轉(zhuǎn)向柱助力式EPSTM，并裝配在Ford Fiesta和Mazda 323

10、F等車上，此后EPS技術(shù)得到了飛速的發(fā)展。 在國外，EPS已進入批量生產(chǎn)階段，并成為汽車零部件高新技術(shù)產(chǎn)品，而我國動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)目前絕大部分采用機械轉(zhuǎn)向或液壓助力轉(zhuǎn)向，EPS的研究開發(fā)處于起步階段。</p><p>　　試驗表明，EPS還具有高效節(jié)能和環(huán)保的優(yōu)點。與傳統(tǒng)HPS相比，沒有系統(tǒng)要求的常運轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)向油泵，且電動機只是在需要轉(zhuǎn)向時才接通電源，所以動力消耗和燃油消耗均可降到最低，還消除了由于轉(zhuǎn)向油泵帶來的

11、噪音污染。在不轉(zhuǎn)向情況下，裝有EPS的汽車燃油消耗降低了2．5％，在使用轉(zhuǎn)向情況下，降低了5．5％[10]。此外，EPS的重復利用率高，組件的95％可以再回收利用，而傳統(tǒng)的液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的回收利用率只有85％[1]。</p><p>　　EPS系統(tǒng)控制的核心ECU具有故障自診斷功能，當ECU檢測到某一組件工作異常，如系統(tǒng)各傳感器、電動機、電磁離合器、電源系統(tǒng)及汽車點火系統(tǒng)等，便能立即控制電磁離合器分離，停止助力

12、，顯示相應(yīng)故障代碼，轉(zhuǎn)為手動轉(zhuǎn)向，按普通轉(zhuǎn)向控制方式工作，以確保行車安全可靠。</p><p>　　EPS當前已經(jīng)較多應(yīng)用在排量在1．3L - 1．6L的各類輕型轎車上，其性能已經(jīng)得到廣泛的認可。隨著直流電機性能的提高和42V電源在汽車組件上的應(yīng)用，其應(yīng)用范圍將進一步擴寬，并逐漸向微型車、輕型車和中型車擴展。目前，在全世界汽車行業(yè)中，EP8系統(tǒng)每年正以9％ - 10％的增長速度發(fā)展，年增長量達130萬 - 150

13、萬套。據(jù)TRW公司預(yù)測，到2010年全世界生產(chǎn)的轎車中每3輛就有1輛裝備EPS，到2010年，全球EPS產(chǎn)量將達到2500萬套。因而，EPS將具有十分廣闊的發(fā)展和應(yīng)用前景。</p><p>　　1.3汽車動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的構(gòu)造</p><p>　　電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)按照電動機布置位置的不同，可以分為：轉(zhuǎn)向柱助力式(Column-assisttype EPS)、齒輪助力式(Pinion-assis

14、ttype EPS)、齒條助力式(Rack—assisttype EPS)、直接助力式(Direct-drivetype EPS)四種。</p><p>　　轉(zhuǎn)向柱助力式電動助力轉(zhuǎn)向器(C-EPS)的助力電機固定在轉(zhuǎn)向柱的一側(cè)，通過減速增扭機構(gòu)與轉(zhuǎn)向軸相連，直接驅(qū)動轉(zhuǎn)向軸助力轉(zhuǎn)向。這種形式的電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單緊湊、易于安裝?，F(xiàn)在多數(shù)EPS就是采用這種形式。此外，C-EPS的助力提供裝置可以設(shè)計成適用于各種轉(zhuǎn)

15、向柱，如固定式轉(zhuǎn)向柱、斜度可調(diào)式轉(zhuǎn)向柱以及其它形式的轉(zhuǎn)向柱。但由于助力電機安裝在駕駛艙內(nèi)，受到空間布置和噪聲的影響，電機的體積較小，輸出扭矩不大，一般只用在小型及緊湊型車輛上。</p><p>　　齒輪助力式電動助力轉(zhuǎn)向器(P—EPS)的助力電機和減速增扭機構(gòu)與小齒輪相連，直接驅(qū)動齒輪實現(xiàn)助力轉(zhuǎn)向。由于助力電機不是安裝在乘客艙內(nèi)，因此可以使用較大的電機以獲得較高的助力扭矩，而不必擔心電機轉(zhuǎn)動慣量太大產(chǎn)生的噪聲。該

16、類型轉(zhuǎn)向器可用于中型車輛，以提供較大的助力。</p><p>　　齒條助力式電動助力轉(zhuǎn)向器(R-EPS)的助力電機和減速增扭機構(gòu)則直接驅(qū)動齒條提供助力。由于助力電機安裝于齒條上的位置比較自由，因此在汽車的底盤布置時非常方便。同時，同C—EPS和P-EPS相比，可以提供更大的助力值，所以一般用于大型車輛上。 </p><p>　　直接助力式電動助力轉(zhuǎn)向器(D-EPS)的助力電機和減速增扭機構(gòu)

17、同轉(zhuǎn)向齒輪形成了一個獨立的單元。它與日—EPS比較相似，兩者的主要區(qū)別是扭矩傳感器的安裝位置有所不同。通過優(yōu)化電控單元(ECU)內(nèi)部的算法，讓電機向齒條直接提供轉(zhuǎn)向助力可以獲得良好的轉(zhuǎn)向路感。</p><p>　　汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)可按轉(zhuǎn)向能源不同分為機械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)和動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)兩類。動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)根據(jù)動力源不同又可分為機械式的液壓動力轉(zhuǎn)向系、電控式液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)(EHPS)和電動助力式動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)(EPS)。

18、0; 機械式的液壓動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)一般由液壓泵、油管、壓力流量控制閥體、V型傳動皮帶、儲油罐等部件構(gòu)成。無論車是否轉(zhuǎn)向，系統(tǒng)總處于工作狀態(tài)，能耗較高，又由于液壓泵的壓力很大，比較容易損害助力系統(tǒng)，且不易安裝和維護。其共同缺點是結(jié)構(gòu)復雜、消耗功率大，容易產(chǎn)生泄漏，轉(zhuǎn)向力不易有效控制等。  EHPS是在傳統(tǒng)的液壓動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的基礎(chǔ)上增設(shè)電子控制裝置而構(gòu)成的。它采用的液壓泵是一個電動泵，其工作狀態(tài)是由電子控制單元根據(jù)車速、

19、轉(zhuǎn)向等信號計算出的理想狀態(tài)，并控制電磁閥，使轉(zhuǎn)向動力放大倍率實現(xiàn)連續(xù)可調(diào)，從而滿足高、低速時的轉(zhuǎn)向助力要求，但即使是最新的EH— PS也無法根除液壓助力系統(tǒng)在布置、安裝、密封性、操控性、能量消耗、磨損與噪音的固有缺陷。  新一代的EPS是利用直流電動機作為動力源，電子控制單元根據(jù)轉(zhuǎn)向參數(shù)和車速等信號，控制電動機輸出扭矩的大小和方向，使之得到一個與工況相適應(yīng)的轉(zhuǎn)向作用力。它將電動機、離</p><

20、p><b>　　圖 1</b></p><p>　　當汽車處于直線行駛狀態(tài)時，EPS便處于 Standy狀態(tài)，電動機停止工作，只有在汽車轉(zhuǎn)向時，系統(tǒng)才實時的實現(xiàn)助力控制作用。  因而，EPS可以很容易的實現(xiàn)在全速范圍內(nèi)的最佳助力控制，在低速行駛時保證汽車的轉(zhuǎn)向靈活輕便，在高速行駛時保證汽車轉(zhuǎn)向穩(wěn)定可靠。在系統(tǒng)的某一部件發(fā)生故障時，可以斷開電磁離合器使助力系統(tǒng)脫離機

21、械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，并同時驅(qū)動故障信號指示燈，保障駕駛的安全性。所以，EPS可以在各種路況和車速下，給駕駛員提供一個安全、穩(wěn)定、輕便、舒適的駕駛環(huán)境。</p><p>　　本次設(shè)計在于完成電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)機械本體部分的設(shè)計及適當改進?；谀壳拔④嚻毡椴捎玫姆桨福敬伪疽言O(shè)計采用的助力方案是齒條助力式。</p><p>　　2 汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)方案的選擇</p><p><

22、b>　　1 汽車參數(shù)的確定</b></p><p>　　本次畢業(yè)設(shè)計選擇的針對車型是長安汽車奔奔mini舒適型，其相關(guān)參數(shù)如下：</p><p><b>　　對轉(zhuǎn)向系的要求</b></p><p>　　1.汽車轉(zhuǎn)彎行駛時，全部車輪應(yīng)繞瞬時轉(zhuǎn)向中心旋轉(zhuǎn)，任何車輪不應(yīng)有側(cè)滑。不滿足這項要求會加速輪胎磨損，并降低汽車的行駛穩(wěn)定性。&

23、lt;/p><p>　　2.汽車轉(zhuǎn)向行駛時，在駕駛員松開轉(zhuǎn)向盤條件下，轉(zhuǎn)向輪能自動返回到直線行駛位置，并穩(wěn)定行駛。</p><p>　　3.汽車在任何行駛狀態(tài)下，轉(zhuǎn)向輪不得產(chǎn)生自振，轉(zhuǎn)向盤沒有擺動。</p><p>　　4.轉(zhuǎn)向傳動機構(gòu)和懸架導向裝置共同工作時，由于運動不協(xié)調(diào)使車輪產(chǎn)生的擺動應(yīng)最小。</p><p>　　5.保證汽車有較高的機動性

24、，具有迅速和小轉(zhuǎn)彎行駛能力。</p><p><b>　　6.操縱輕便。</b></p><p>　　7.轉(zhuǎn)向輪碰撞到障礙物以后，傳給轉(zhuǎn)向盤的反沖力要盡可能小。</p><p>　　8.轉(zhuǎn)向器和轉(zhuǎn)向傳動機構(gòu)的球頭處，有消除因磨損而產(chǎn)生間隙的調(diào)整機構(gòu)。</p><p>　　9.在車禍中，當轉(zhuǎn)向軸和轉(zhuǎn)向盤由于車架或車身變形而

25、共同后移時，轉(zhuǎn)向系應(yīng)有能使駕駛員免遭或減輕傷害的防傷裝置。</p><p>　　10.進行運動校核，保證轉(zhuǎn)向輪和轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)動方向一致。</p><p><b>　　轉(zhuǎn)向操縱機構(gòu)</b></p><p>　　轉(zhuǎn)向操縱機構(gòu)包括轉(zhuǎn)向盤，轉(zhuǎn)向軸，轉(zhuǎn)向管柱。為了布置方便，減小由于裝置位置誤差及部件相對運動引起的附加載荷，提高汽車正面碰撞的安全性以及便于拆裝

26、，在轉(zhuǎn)向軸與轉(zhuǎn)向器的輸入端之間安裝轉(zhuǎn)向萬向節(jié)。采用柔性萬向節(jié)可減少傳至轉(zhuǎn)向軸上的振動，但柔性萬向節(jié)如果過軟，則會影響轉(zhuǎn)向系的剛度。采用動力轉(zhuǎn)向，還應(yīng)有轉(zhuǎn)向動力系統(tǒng)扭矩和轉(zhuǎn)角感應(yīng)裝置。</p><p><b>　　轉(zhuǎn)向傳動機構(gòu)</b></p><p>　　轉(zhuǎn)向傳動機構(gòu)包括轉(zhuǎn)向臂、轉(zhuǎn)向操縱拉桿、轉(zhuǎn)向節(jié)臂、轉(zhuǎn)向梯形臂以及轉(zhuǎn)向橫拉桿等。</p><p>

27、;　　轉(zhuǎn)向傳動機構(gòu)用于把轉(zhuǎn)向器輸出的力和運動傳給左、右轉(zhuǎn)向輪按一定關(guān)系進行偏轉(zhuǎn)。</p><p><b>　　機械轉(zhuǎn)向器</b></p><p>　　機械轉(zhuǎn)向器是司機對轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)動變?yōu)檗D(zhuǎn)向搖臂的擺動（或齒條沿轉(zhuǎn)向車軸軸向的移動），并按一定的角轉(zhuǎn)動比進行傳遞的機構(gòu)。</p><p>　　本次畢業(yè)設(shè)計課題是電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，是將機械轉(zhuǎn)向器與動力系統(tǒng)相

28、結(jié)合而構(gòu)成。</p><p>　　機械轉(zhuǎn)向器分為齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器、循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器、蝸桿曲柄指銷式轉(zhuǎn)向器。由于齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器具有結(jié)構(gòu)簡單、緊湊；質(zhì)量輕，剛性大；正 、逆效率都高以及便于布置，傳動效率高達90％；齒輪與齒條之間因磨損出現(xiàn)間隙以后，利用裝在齒條背部、靠近主動小齒輪處的壓緊力可以調(diào)節(jié)的彈簧，能自動消除齒間間隙，這不僅可以提高轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的剛度，還可以防止工作時產(chǎn)生沖擊和噪聲；轉(zhuǎn)向器占用體積小適于在微車上采用

29、；沒有轉(zhuǎn)向搖臂和直拉桿，所以轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)角可以增大，轉(zhuǎn)向靈敏，制造容易，成本低。</p><p>　　而且適用于與長安奔奔mini所采用的麥弗遜式懸架配用。</p><p>　　根據(jù)輸入齒輪位置和輸出特點不同，齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器有四種形式：中間輸入，兩端輸出；側(cè)面輸入，兩端輸出；側(cè)面輸入，中間輸出；側(cè)面輸入，一端輸出。</p><p>　　采用側(cè)面輸入，中間輸出方案時，與齒

30、條連的左、右拉桿延伸到接近汽車縱向?qū)ΨQ平面附近。由于拉桿長度增加，車輪上、下跳動時拉桿擺角減小，有利于減少車輪上、下跳動時轉(zhuǎn)詳細與懸架系的運動干涉。拉桿與齒條用螺栓固定連接，因此，兩拉桿與齒條同時向左或向右移動，為此在轉(zhuǎn)向器殼體上開有軸向的長槽，從而降低了他的強度。</p><p>　　采用兩端輸出方案時，由于軸向拉桿長度受到限制，容易與懸架系統(tǒng)導向機構(gòu)產(chǎn)生運動干涉。</p><p>　　

31、側(cè)面輸入，一端輸出的齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器，常用在平頭貨車上。</p><p>　　由于齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器采用直齒圓柱齒輪與直齒齒條嚙合，則運轉(zhuǎn)平穩(wěn)降低，沖擊大，工作噪聲增加。此外，齒輪軸線與齒條軸線之間的夾角只能是直角，為此因與總體布置不適應(yīng)而淘汰。采用斜齒圓柱齒輪與斜齒齒條嚙合的齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器，重合度增加，運轉(zhuǎn)平穩(wěn)，沖擊與工作噪聲均下降，而且齒輪軸線與齒條軸線之間的夾角易于滿足總體設(shè)計的要求。因為斜齒工作時有軸向力

32、作用，所以轉(zhuǎn)向器應(yīng)該采用推力軸承，使軸承壽命降低，還有，斜齒輪的滑磨比較大是它的缺點。</p><p>　　齒條斷面形狀有圓形、V形和Y形三種。圓形斷面齒條的制作工藝比較簡單，V形和Y形斷面齒條與圓形斷面比較，消耗的材料少，約節(jié)省20％，故質(zhì)量?。晃挥邶X下面的兩斜面與齒條托座接觸，可用來防止齒條繞軸線轉(zhuǎn)動；Y形斷面齒條的齒寬可以做的寬些，因而強度得到增加。在齒條與托座之間通常裝有用減磨材料（如聚四氟乙烯）做的墊片

33、，以減少滑動摩擦。當車輪跳動、轉(zhuǎn)向或轉(zhuǎn)向器工作時，如在齒條上作用有能使齒條旋轉(zhuǎn)的力矩時，應(yīng)選用V形和Y形斷面齒條，用來防止因齒條旋轉(zhuǎn)而破壞齒輪、齒條的齒不能正確嚙合的情況出現(xiàn)。</p><p>　　為了防止齒條旋轉(zhuǎn)，也有在轉(zhuǎn)向器殼體上設(shè)計導向槽，槽內(nèi)鑲嵌導向塊，并將拉桿、導向塊與齒條固定在一起。齒條移動時導向塊在導向槽內(nèi)隨之移動，齒條旋轉(zhuǎn)時導向塊可</p><p>　　防止齒條旋轉(zhuǎn)。要求這

34、種結(jié)構(gòu)的導向滑塊與導向槽之間的配合要適當。配合過緊會為轉(zhuǎn)向和轉(zhuǎn)向輪回正帶來困難，配合過松齒條仍能旋轉(zhuǎn)，并伴有敲擊噪聲。</p><p>　　根據(jù)齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器廣泛應(yīng)用于乘用車上。載荷質(zhì)量不大，前輪采用獨立懸架的貨車和客車有些也用齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器。</p><p><b>　　動力系統(tǒng)</b></p><p>　　2.6.1轉(zhuǎn)矩傳感器</

35、p><p>　　扭矩傳感器用來檢測轉(zhuǎn)向盤扭矩的大小和方向，以及轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角的大小和方向，它是EPS的控制信號之一。扭矩傳感器主要有接觸式和非接觸式兩種。常用的接觸式（主要是電位計式）傳感器有擺臂式、雙排行星齒輪式和扭桿式三種類型，而非接觸式轉(zhuǎn)矩傳感器主要有光電式和磁電式兩種。前者的成本低，但受溫度與磨損影響易發(fā)生漂移、使壽命較低，需要對制造精度和扭桿剛度進行折中，難以實現(xiàn)絕對轉(zhuǎn)角和角速度的測量。后者的體積小，精度高，抗

36、干擾能力強、剛度相對較高，易實現(xiàn)絕對轉(zhuǎn)角和角速度的測量，但是成本較高。因此扭轉(zhuǎn)傳感器類型的選取根據(jù)EPS的性能要求中和考慮。</p><p><b>　　2.6.2減速機構(gòu)</b></p><p>　　減速機構(gòu)用來增大電動機傳遞給轉(zhuǎn)向器的轉(zhuǎn)矩。它主要有兩種形式：雙行星齒輪減速機構(gòu)和渦輪蝸桿減速機構(gòu)。由于減速機構(gòu)對系統(tǒng)工作性能的影響較大，因此在降低噪聲，提高效率和左右轉(zhuǎn)

37、向操作的對稱性方面對其提出了較高要求。裝配有離合器的EPS，多采用渦輪蝸桿減速機構(gòu)，裝配在減速機構(gòu)的一側(cè)。</p><p>　　2.6.3電磁離合器</p><p>　　電動式EPS轉(zhuǎn)向助力一般都是工作在一個設(shè)定的范圍。當車速低于某一設(shè)定值時，系統(tǒng)提供轉(zhuǎn)向助力，保證轉(zhuǎn)向的輕便性；當車速高于某一設(shè)定值時，系統(tǒng)提供阻尼控制，保證轉(zhuǎn)向的穩(wěn)定性；而當車速處于兩個設(shè)定值之間時，電動機停止工作，系統(tǒng)處

38、于Standy狀態(tài)，離合器分離，以切斷輔助動力。另外，當EPS系統(tǒng)發(fā)生故障時，離合器應(yīng)自動分離，此時仍可利用手動控制轉(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。</p><p><b>　　2.6.4電動機</b></p><p>　　電動機根據(jù)ECU的指令輸出適宜的轉(zhuǎn)矩，一般采用無刷永磁電動機，無刷永磁電機具有無激磁損耗、效率較高、

39、體積較小等特點。電機是EPS的關(guān)鍵部件之一，對EPS的性能有很大的影響。由于控制系統(tǒng)需要根據(jù)不同的工況產(chǎn)生不同的助力轉(zhuǎn)矩，具有良好的動態(tài)特性并容易控制，這些都要求助力電機具有線性的機械特性和調(diào)速特性。此外還要求電機低轉(zhuǎn)速、大轉(zhuǎn)矩、波動小、轉(zhuǎn)動慣量小、尺寸小、質(zhì)量輕、可靠性高、抗干擾能力強。</p><p>　　2.6.5車速傳感器</p><p>　　車速傳感器的輸出信號可以是磁電式交流信

40、號，也可以是霍爾式數(shù)字信號或者是光電式數(shù)字信號，車速傳感器通常安裝在驅(qū)動橋殼或變速器殼內(nèi)，車速傳感器信號線通常裝在屏蔽的外套內(nèi)，這是為了消除有高壓電火線及車載電話或其他電子設(shè)備產(chǎn)生的電磁及射頻干擾，用于保證電子通訊不產(chǎn)生中斷，防止造成駕駛性能變差或其他問題，在汽車上磁電式及光電式傳感器是應(yīng)用最多的兩種車速傳感器，在歐洲、北美和亞洲的各種汽車上比較廣泛采用磁電式傳感器來進行車速(VSS)、曲軸轉(zhuǎn)角(CKP)和凸輪軸轉(zhuǎn)角(CMP)的控制。&

41、lt;/p><p>　　2.6.5電子控制單元</p><p>　　電子控制單元的功能是根據(jù)轉(zhuǎn)矩傳感器和車速傳感器傳來的信號，進行邏輯分析和計算后發(fā)出指令，控制電動機和離合器的動作。</p><p>　　3 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的主要性能參數(shù)</p><p><b>　　3.1轉(zhuǎn)向系的效率</b></p><p>

42、;　　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。</p><p>　　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η+表示，反之稱為逆效率，用符號η-表示。</p><p>　　3.1.1 轉(zhuǎn)向系的正效率</p><p>　　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、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，

43、效率也有較大的差別。對于齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器，如果只考慮嚙合副的摩擦損失，忽略軸承和其它地方的摩擦損失。其效率可以用下式計算：</p><p>　　+= （3-1）</p><p>　　式中——齒輪的螺旋角（齒條的傾斜角）</p><p><b>　　——摩擦角</b></p><p&

44、gt;　　由于該轉(zhuǎn)向器為可逆轉(zhuǎn)向器，故摩擦角 要比齒輪螺旋角小，齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器的效率一般為70—80％。</p><p>　　取η+=75％ ，=10° 由于 = 則=4040‘</p><p>　　3.1.2 轉(zhuǎn)向系的逆效率</p><p>　　轉(zhuǎn)向系的逆效率影響汽車的使用性能和駕駛員的安全。對于逆效率高的轉(zhuǎn)向器而言，路面作用在車輪上的力，經(jīng)

45、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。齒輪齒條轉(zhuǎn)向器屬于可逆式的轉(zhuǎn)向器。設(shè)計的時候，為滿足操縱的方便性，希望轉(zhuǎn)向器的正逆效率要高。</p><p>　　和計算正效率的公式一樣，如果只考慮嚙合副的摩擦，忽略軸承和其他地方的摩擦損失。逆效率可用以下的公式計算：</p><p>　　-=％ （3-2）</p><p>　　3.2傳動比的

46、變化特性</p><p>　　3.2.1轉(zhuǎn)向系統(tǒng)傳動比的組成</p><p>　　轉(zhuǎn)向系的傳動比由轉(zhuǎn)向系的角傳動比和轉(zhuǎn)向系的力傳動比所組成。</p><p>　　從輪胎接地中心作用在兩個輪上的合力和與作用在方向盤上的手力之比稱為力傳動比。</p><p>　　方向盤的轉(zhuǎn)角和駕駛員同側(cè)的轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)角之比，稱為轉(zhuǎn)向系的角傳動比。</p>

47、<p>　　3.2.2轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的力傳動比和角傳動比的關(guān)系</p><p>　　如上所述，力傳動比可以用以下的式子表示：</p><p>　　= (3-3) </p><p>　　輪胎和地面之間的轉(zhuǎn)向阻力和作用在轉(zhuǎn)向節(jié)上的轉(zhuǎn)向阻力有以下關(guān)系：</p><p>　　

48、= （3-4）</p><p>　　——車輪轉(zhuǎn)臂，指主銷延長線至地面的交點到輪胎接地中心的距離。</p><p>　　作用在方向盤上的手力可以由下面的式子來表示：</p><p>　　= (3-5)</p><p>　　式中

49、 ——作用在方向盤上的力矩，</p><p>　　——方向盤的作用半徑。</p><p>　　將公式（3-4）和(3-5)代入(3-3)后，得</p><p>　　= (3-6)</p><p>　　如果忽略摩擦損失，可以表示：</p><p>　　==

50、 (3-7)</p><p>　　將(3-7)代入(3-6)之后，得到</p><p>　　=· (3-8)</p><p>　　由（3-8）可知，力傳動比與、和有關(guān)。車輪轉(zhuǎn)臂越小，力傳動比越大，轉(zhuǎn)向越輕便。但是a值過小的話，會由于車輪和路面的之間的表面摩擦力的增加，反而增大了轉(zhuǎn)向阻力。

51、對于一定的車型，可以用實驗方法確定值的最小極限值。通常貨車的值在40—60mm之間，轎車的值取0.4—0.6的輪胎胎面的寬度。對于一定的汽車而言，和都是一個常值，故力傳動比與角傳動比成正比關(guān)系。</p><p>　　3.2.3傳動系傳動比的計算</p><p>　　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)驗公式計算：</p><p>　　=

52、 (3-9)</p><p>　　式中 ——前軸靜負荷，；</p><p>　　——輪胎和地面間的滑動摩擦系數(shù)，一般在0.7左右；</p><p><b>　　——輪胎氣壓，。</b></p><p>　　由于滿載時，前軸負荷45---49.5％；空載時，51---56％，所以&

53、lt;/p><p>　　=870×55％×9.8=4689</p><p><b>　　即 =</b></p><p>　　由于輪胎選用155/65R13型號，其寬度為155，那么，</p><p>　　=0.4×155=62;</p><p><b>　　=

54、=</b></p><p><b>　　取=200，則</b></p><p><b>　　===22</b></p><p><b>　　由于=?，</b></p><p>　　即=?=22×6.82</p><p>　　3.3轉(zhuǎn)

55、向系傳動副的嚙合間隙</p><p>　　3.3.1轉(zhuǎn)向器的嚙合特征</p><p>　　所謂嚙合間隙是指各種轉(zhuǎn)向器中傳動副之間的間隙。嚙合間隙又稱為傳動間隙。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，轉(zhuǎn)向器傳動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

56、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，要求傳動副的嚙合間隙在方向盤處于中間或附近位置上時要極小，最好無間隙，以保證汽車直線行駛的穩(wěn)定性。</p><p>　　因為汽車用小轉(zhuǎn)彎行駛的次數(shù)多于大轉(zhuǎn)彎，所以轉(zhuǎn)向器傳動副工作表面磨損不均勻。傳動副中間位置的磨損要大于兩端的磨損。當中間位置的間隙達到一定程度的時，駕駛員將無法確保行駛的穩(wěn)定性，此時要對間隙進行重新調(diào)整，借以消除所產(chǎn)生的間隙，調(diào)整后

57、要求方向盤能及時圓滑地從中間位置轉(zhuǎn)到兩端，而無卡住現(xiàn)象。</p><p>　　如果設(shè)計的時使轉(zhuǎn)向器的傳動副各處具有均勻的間隙，就不能達到上述的要求，因為當中間位置磨損出現(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)當使傳動副的嚙合間隙在離開中間位置以后逐漸增大。</p><p>　　3.3.2轉(zhuǎn)向盤的自由行程&l

58、t;/p><p>　　就轉(zhuǎn)向操縱機構(gòu)的靈敏度而言，最好是轉(zhuǎn)向盤和轉(zhuǎn)向節(jié)運動能同步開始并能同步結(jié)束。然而，這在實際上是不可能的，因為在整個轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中，各個傳動件之間必存在著轉(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)動的開始階段，駕駛員對轉(zhuǎn)向盤的轉(zhuǎn)向力矩很小，因為只用來克服轉(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，從而實現(xiàn)汽車的轉(zhuǎn)向。轉(zhuǎn)向盤

59、在空轉(zhuǎn)階段的角行程，稱為轉(zhuǎn)向盤的自由行程。轉(zhuǎn)向盤的自由行程對于緩和路面沖擊及避免使駕駛員過度緊張是有利的，但不宜過大，以免影響靈敏度，一般來說，轉(zhuǎn)向盤從相應(yīng)于汽車直線行駛的中間位置向任何一方的自由行程最好也不超過10—15度，當零件磨損嚴重到轉(zhuǎn)向盤的自由行程超過25—30度時，必須進行調(diào)整。</p><p><b>　　3.4轉(zhuǎn)向系的剛度</b></p><p>　　

60、轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)向系的各個零、部件尤其是一些杠桿均具有一定的彈性，這就使轉(zhuǎn)向輪的實際轉(zhuǎn)角as要比司機盤并按照角傳動系傳動比換算至轉(zhuǎn)向輪的轉(zhuǎn)角a0要小，這樣就有轉(zhuǎn)向不足的趨勢。轉(zhuǎn)向系剛度Cs對輪胎的側(cè)片剛度影響也很大。如果為不考慮轉(zhuǎn)向系剛度時的輪胎側(cè)偏剛度，而為考慮轉(zhuǎn)向系剛度時的輪胎側(cè)偏剛度，則有以下關(guān)系式：</p><p>　　= （3-10）</p>&

61、lt;p>　　式子中——整個輪胎的剛度；</p><p>　　——拖后距（后傾拖距和輪胎拖距之和），由上面的式子可知道：當值很大的時，≈即前輪的側(cè)偏剛度近似為；當?shù)闹岛苄r，前輪的側(cè)偏剛度為且< 。后者表明：轉(zhuǎn)向系的剛度不足會使前輪的側(cè)偏剛度減小，并導致汽車不足轉(zhuǎn)向傾向的加劇。使汽車的轉(zhuǎn)向靈敏度變差。</p><p>　　3.5轉(zhuǎn)向盤的轉(zhuǎn)動的總?cè)?shù)</p><

62、;p>　　方向盤轉(zhuǎn)動總?cè)?shù)與轉(zhuǎn)向輪最大轉(zhuǎn)角及角傳動系的角傳動比有關(guān)，它影響著駕駛員的操縱的輕便性。對貨車和轎車轉(zhuǎn)向盤的轉(zhuǎn)動總?cè)?shù)有不同的要求。不裝動力轉(zhuǎn)向的重型汽車一般方向盤轉(zhuǎn)動的總?cè)?shù)不應(yīng)該超過7圈，對于轎車不宜超過3.6圈。</p><p>　　4.1齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器的設(shè)計和計算 </p><p>　　4.1.1 轉(zhuǎn)向輪側(cè)偏角的計算</p><p

63、>　　圖4-1 轉(zhuǎn)向側(cè)輪偏轉(zhuǎn)角計算圖[1]</p><p>　　sin （4-1） </p><p>　　= </p><p><b>　　o </b></p><p>　　tan （4-2）</p>

64、<p><b>　　38.2745</b></p><p>　　4.1.2 轉(zhuǎn)向器參數(shù)的選取</p><p>　　齒輪齒條轉(zhuǎn)向器的齒輪采用斜齒輪，齒輪模數(shù)在之間，主動小齒輪齒數(shù)在之，壓力角取，螺旋角在之間。故取小齒輪，，右旋，壓力角，精度等級8級。</p><p>　　1、轉(zhuǎn)向節(jié)原地轉(zhuǎn)向阻力矩的計算</p><p

65、>　　表4-1 轉(zhuǎn)向節(jié)原地轉(zhuǎn)向阻力距計算</p><p>　　設(shè)計計算和說明計算結(jié)果</p><p>　　式中的——輪胎和路面間的滑動摩擦因數(shù)；</p><p>　　——轉(zhuǎn)向軸負荷，單位是；=4689</p><p>　　——輪胎氣壓，單位為；</p><p>　　2、作用在方向盤的手力的計算（齒輪齒條式

66、轉(zhuǎn)向器傳動結(jié)構(gòu)沒有轉(zhuǎn)向搖臂和轉(zhuǎn)向節(jié)臂）</p><p>　　表4-2 方向盤的手力計算</p><p>　　設(shè)計說明和計算 計算結(jié)果</p><p>　　式子中——原地轉(zhuǎn)向阻力距，單位是; </p><p>　　——轉(zhuǎn)向盤直徑，單位是; </p><p>　

67、　——轉(zhuǎn)向器的角傳動比； </p><p>　　——轉(zhuǎn)向器的正效率； </p><p>　　3、齒輪和齒條的寬度</p><p>　　表4-3 齒輪和齒條的寬度</p><p>　　設(shè)計說明和計算計算結(jié)果</p><p>　　式子中——齒條的寬度，單位是；

68、 </p><p>　　——齒輪的寬度，單位是；</p><p>　　分度圓直徑，單位是;</p><p>　　4、齒輪齒條的基本參數(shù)如下表所示 </p><p>　　表4-4 齒輪齒條參數(shù)</p><p>　　5、選擇齒輪齒條材料</p><p>　　小齒輪：40C

69、r C-N共滲淬火、回火 43—53HRC</p><p>　　齒條： 45 調(diào)質(zhì)處理 229—286HBS </p><p><b>　　4.1.3強度校核</b></p><p>　　1、校核齒輪接觸疲勞強度</p><p>　　選取參數(shù)，按ME級質(zhì)量要求取值</p>&

70、lt;p><b>　　，；，，</b></p><p><b>　　故以計算</b></p><p><b>　　查得：， ，，；</b></p><p><b>　　，， ，則，</b></p><p>　　齒輪接觸疲勞強度合格</p>

71、<p>　　2、校核齒輪彎曲疲勞強度</p><p>　　選取參數(shù)，按ME級質(zhì)量要求取值；；；；；</p><p><b>　　故以計算</b></p><p>　　據(jù)齒數(shù)查表有：；； ；。則 </p><p>　　由上面可知道，齒輪彎曲疲勞強度合格。</p><p>　　4.1.4

72、 齒輪軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計</p><p>　　圖4-2 齒輪軸結(jié)構(gòu)圖[11]</p><p>　　4.1.5 軸承的選擇</p><p>　　軸承1 深溝球軸承6004 (GB/T276-1994) </p><p>　　軸承2 滾針軸承 NA4901 (GB/T5801-1994) </p><p>　　4.1.6

73、 轉(zhuǎn)向器的潤滑方式和密封類型的選擇</p><p>　　轉(zhuǎn)向器的潤滑方式：人工定期潤滑</p><p>　　潤滑脂：石墨鈣基潤滑脂（ZBE36002-88）中的ZG-S潤滑脂。</p><p><b>　　密封類型的選擇</b></p><p>　　密封件： 旋轉(zhuǎn)軸唇形密封圈 FB 16 30 GB 13871—19