越野車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的設計

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1、畢業(yè)設計 題目：越野車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)設計與優(yōu)化 學生姓名： 學號： 專業(yè): 年級: 指導老師: 完成日期: 目錄 第一章 電動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的來源及發(fā)展趨勢1 第二章 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)方案的分析3 1.工作原理的分析3 2. 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)機械部分工作條件3 3.轉(zhuǎn)向系統(tǒng)關鍵部件的分析4 4.轉(zhuǎn)向器的功用及類型5 5.轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)類型5 6.轉(zhuǎn)向傳動機構(gòu)的功用和類型7 第三章 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的主要性能參數(shù)8 1. 轉(zhuǎn)向系的效率8 2. 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)傳動比的組成8 3. 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的力傳動比與角傳動比的關系8 4. 傳動系統(tǒng)傳動比的計算9 5. 轉(zhuǎn)向器的嚙合特征10 6. 轉(zhuǎn)向盤的自由

2、行程11 第四章 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的設計與計算12 1. 轉(zhuǎn)向輪側(cè)偏角的計算（以下圖為例）12 2. 轉(zhuǎn)向器參數(shù)的選取12 3. 動力轉(zhuǎn)向機構(gòu)的設計12 4. 轉(zhuǎn)向梯形的計算和設計14 第五章 結(jié)論16 謝辭17 參考文獻18 附錄19 標題 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)設計與優(yōu)化 摘要 汽車在行駛過程中，需要按照駕駛員的意志經(jīng)常改變行駛方向，即所謂汽車轉(zhuǎn)向。用來改變或保持汽車行駛方向的機構(gòu)稱為汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的功能就是按照駕駛員的意愿控制汽車的行駛方向。汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)對汽車的行駛安全是至關重要的。因此需要對轉(zhuǎn)向系統(tǒng)進行優(yōu)化，從而使汽車操作起來更加方便、安全。本次設計是EPS電動轉(zhuǎn)向

3、系統(tǒng)，即電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。該系統(tǒng)是由一個機械系統(tǒng)和一個電控的電動馬達結(jié)合在一起而形成的一個動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。EPS系統(tǒng)主要是由扭矩傳感器、電動機、電磁離合器、減速機構(gòu)和電子控制單元等組成。駕駛員在操縱方向盤進行轉(zhuǎn)向時，轉(zhuǎn)矩傳感器檢測到轉(zhuǎn)向盤的轉(zhuǎn)向以及轉(zhuǎn)矩的大小，將電壓信號輸送到電子控制單元，電子控制單元根據(jù)轉(zhuǎn)矩傳感器檢測到的轉(zhuǎn)距電壓信號、轉(zhuǎn)動方向和車速信號等，向電動機控制器發(fā)出指令，使電動機輸出相應大小和方向的轉(zhuǎn)向助力轉(zhuǎn)矩，從而產(chǎn)生輔助動力。汽車不轉(zhuǎn)向時，電子控制單元不向電動機控制器發(fā)出指令，電動機不工作。該系統(tǒng)由電動助力機直接提供轉(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、軟管、液壓油

4、、傳送帶和裝于發(fā)動機上的皮帶輪，既節(jié)省能量，又保護了環(huán)境。另外，還具有調(diào)整簡單、裝配靈活以及在多種狀況下都能提供轉(zhuǎn)向助力的特點。因此，電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的發(fā)展方向。 關鍵詞：機械系統(tǒng)，扭矩傳感器，電動機，電磁離合器，減速機構(gòu)，電子控制單元。 概述 汽車在行使過程中，需要經(jīng)常改變行駛方向，即所謂的轉(zhuǎn)向。這就需要有一套能夠按照司機意志來改變或恢復汽車行駛方向的專設機構(gòu)，它將司機轉(zhuǎn)動方向盤的動作轉(zhuǎn)變?yōu)檐囕喌钠D(zhuǎn)動作，這就是所謂的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是用來改變汽車的行使方向和保持汽車直線行使的機構(gòu)，既要保持車輛沿直線行駛的穩(wěn)定性，又要保證車輛轉(zhuǎn)向的靈活性。轉(zhuǎn)向性能是保證車輛安全，減輕駕

5、駛員勞動強度和提高作業(yè)效率的重要因素。汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)可按轉(zhuǎn)向的能源不同分為機械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)和動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)兩類。機械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是依靠駕駛員操縱轉(zhuǎn)向盤的轉(zhuǎn)向力來實現(xiàn)車輪轉(zhuǎn)向，其中所有傳力件都是機械的；動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)則是一套兼用駕駛員體力和發(fā)動機動力為轉(zhuǎn)向能源的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，這樣駕駛員就可以輕便靈活的操縱噸位較大的汽車轉(zhuǎn)向，大大減輕了勞動強度，提高了行使安全性。 但是動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)一直存在“輕”與“靈”的矛盾。為緩和這一矛盾，過去人們將減速器設計成殼變速比，在轉(zhuǎn)向盤小轉(zhuǎn)角時，以“靈”為主，在轉(zhuǎn)向盤大轉(zhuǎn)角時，以“輕”為主。但“靈”的范圍只在轉(zhuǎn)向盤中間位置附近，僅對高速行駛有意義，并且傳動比不能隨車速變化，所以這一方

6、法不能根本解決矛盾。隨著動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的產(chǎn)生，液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)以其具有的轉(zhuǎn)向操縱靈活、輕便，設計汽車時對轉(zhuǎn)向器的結(jié)構(gòu)形式的選擇靈活性增大，并可以吸收路面對前輪產(chǎn)生的沖擊等優(yōu)點，自20世紀50年代以來，在各國的汽車上普遍采用。但是傳統(tǒng)的液壓動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的油耗量是很大的，約占整車燃油消耗量的3%，故這一弊端無法消除。后來隨著電子技術(shù)的發(fā)展，電控液壓動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)應運而生，該系統(tǒng)的某些性能明顯的優(yōu)于傳統(tǒng)液壓動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，但是仍然不發(fā)根除液壓動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)所固有的遺憾。此外，液壓動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)在設計完后，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的性能就確定了，不能在對其調(diào)節(jié)和控制。因此，傳統(tǒng)液壓動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)協(xié)調(diào)轉(zhuǎn)向力與操縱“路感”的關系困難，很

7、大程度上影響汽車的操縱穩(wěn)定性。 電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（簡稱EPS)是繼液壓動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)之后產(chǎn)生的新的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)由電動機提供助力，助力大小由電控單元（ECU）實時調(diào)節(jié)和控制，可以較好的解決液壓動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)所不能解決的矛盾。電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)有其突出的特點： 1、EPS系統(tǒng)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，減少汽車低速行駛的轉(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、提高汽車的燃油經(jīng)濟性。裝有電動系統(tǒng)的車輛和裝有液壓動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的車輛對比實驗證明，在不轉(zhuǎn)向情況下、裝有電動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的車輛燃油

8、消耗降低2.5%，在使用轉(zhuǎn)向的情況下，燃油消耗降低5.5%。 3、增強了轉(zhuǎn)向跟隨性。在EPS中電動機和助力機構(gòu)直接相連，以使其能量直接用于車輪轉(zhuǎn)向。這樣增加了系統(tǒng)的轉(zhuǎn)向慣量，電機部分的阻尼也使得車輪的反向和轉(zhuǎn)向前輪擺振大大減小。因此轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的抗擾動能力大大增強。 4、在EPS中由電動機直接提供轉(zhuǎn)向助力，在停車時間殼獲得最大的轉(zhuǎn)向 動力。同時省去了液壓動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的所必須的轉(zhuǎn)向油泵、軟管、液壓油、 密封件、傳送帶和裝于發(fā)動機上的皮帶輪等。因此，其質(zhì)量更輕、結(jié)構(gòu)等緊湊，裝配自動化程度高，維修簡單。 （5）采用"綠色能源"，適應現(xiàn)代汽車的要求。電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)應用"最干凈"的電力作為能源，

9、完全取締了液壓裝置，不存在液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中液態(tài)油的泄漏問題，可以說該系統(tǒng)順應了"綠色化"的時代趨勢。該系統(tǒng)由于它沒有液壓油，沒有軟管、油泵和密封件，避免了污染。而液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)油管使用的聚合物不能回收，易對環(huán)境造成污染。 （6）系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，占用空間小，布置方便，性能優(yōu)越。由于該系統(tǒng)具有良好的模塊化設計，所以不需要對不同的系統(tǒng)重新進行設計、試驗、加工等,不但節(jié)省了費用，也為設計不同的系統(tǒng)提供了極大的靈活性，而且更易于生產(chǎn)線裝配.該系統(tǒng)省去了裝于發(fā)動機上皮帶輪和油泵，留出的空間可以用于安裝其它部件。許多消費者在買車時非常關心車輛的維護與保養(yǎng)問題。裝有電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的汽車沒有油泵，沒有軟管連接

10、，可以減少許多憂慮。實際上，傳統(tǒng)的液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中，液壓油泵和軟管的事故率占整個系統(tǒng)故障的53%，如軟管漏油和油泵漏油等. 目前，電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)有取代機械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)和電控液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的趨勢，是一項緊扣現(xiàn)代汽車時代發(fā)展主題的高新技術(shù)，是現(xiàn)代轎車的主要發(fā)展方向。 正文 第一章 電動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的來源及發(fā)展趨勢 電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是于20世紀80年代中期提出來的。電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)符合現(xiàn)代汽車機電一體化的設計思想，該系統(tǒng)由轉(zhuǎn)向傳感裝置、車速傳感器、助力機械裝置、提供轉(zhuǎn)向助力電機及微電腦控制單元組成。 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鍵總成，如何設

11、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。 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，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

12、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。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)和電動液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。變流量泵助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)在汽車處于比較高的行駛速度或者不需要轉(zhuǎn)向的情況下，泵的流量會相應地減少，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)，可以即時關閉，所以也能夠起到降低功耗的功效

13、。 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用。但是液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)在系統(tǒng)布置、安裝、密封性、操縱靈敏度、能量消耗、磨損與噪聲等方面存在不足的問題。因此電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（簡稱EPS）應運而生，它是繼液壓動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)之后產(chǎn)生的新的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)由電動機提供助力，助力大小由電控單元（ECU）實時調(diào)節(jié)和控制，可以較好的解決液壓動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)所不能解決的矛盾。且擁有許多液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)沒有的優(yōu)勢，所以電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)有取代機械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、液壓助力轉(zhuǎn)向

14、系統(tǒng)和電控液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的趨勢，是一項緊扣現(xiàn)代汽車時代發(fā)展主題的高新技術(shù)，是現(xiàn)代轎車的主要發(fā)展方向。 第二章 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)方案的分析 1.工作原理的分析 首先，轉(zhuǎn)矩傳感器測出駕駛員施加在轉(zhuǎn)向盤上的操縱力矩，車速傳感器測出車輛當前的行駛速度，然后將這兩個信號傳遞給ECU；ECU根據(jù)內(nèi)置的控制策略，計算出理想的目標助力力矩，轉(zhuǎn)化為電流指令給電機；然后，電機產(chǎn)生的助力力矩經(jīng)減速機構(gòu)放大作用在機械式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)上，和駕駛員的操縱力矩一起克服轉(zhuǎn)向阻力矩，實現(xiàn)車輛的轉(zhuǎn)向。 2. 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)機械部分工作條件 電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的基本組成包括扭距傳感器、車速傳感器、控制單元（ECU）、電動機、減速機構(gòu)和離合器

15、等，如下圖所示。 在EPS系統(tǒng)中，傳感器主要應用了扭距傳感器、轉(zhuǎn)速傳感器、速度傳感器。扭距傳感器時刻檢測轉(zhuǎn)向盤的運動狀況，將駕駛員轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)向盤的方向、角度、信息傳送給控制單元作輸入信號。轉(zhuǎn)速傳感器用于測量轉(zhuǎn)向盤的旋轉(zhuǎn)速度，速度傳感器測量車輛的行駛速度，兩者的測量結(jié)果同樣送到控制單元作為輸入。 控制單元是EPS系統(tǒng)的核心部分，也是EPS系統(tǒng)研究的重點。目前普遍將控制單元設計為數(shù)字化，一般以一個八位或十六位微處理器為核心，外圍集成A/D電路、輸入信號接口電路、報警電路、電源。要求具有簡單計算、查表、故障診斷處理、儲存、報警、驅(qū)動等功能。 電動機的功能是根據(jù)控制單元的指令輸出適宜的輔助扭矩，是E

16、PS的動力源。電動機對EPS的性能有很大的影響，是EPS的關鍵部件之一，所以EPS對電動機很重要。不僅要求低轉(zhuǎn)速大扭矩、波動小、轉(zhuǎn)動慣量小、尺寸小、質(zhì)量輕，而且要求可靠性高、易控制。在現(xiàn)有設計中電動機主要采用直流電動機和無刷永磁式電動機，驅(qū)動電路根據(jù)采用的電動機和控制策略不同而不同。 EPS的減速機構(gòu)與電動機相連，起減速增扭作用。常采用渦輪蝸桿機構(gòu)，也有采用行星齒輪機構(gòu)。 EPS的離合器，裝在減速機構(gòu)的一側(cè)，是為了保證EPS只有在預先設定的車速行駛范圍內(nèi)起作用。當車速達到某一值時，離合器分離，電動機停止工作，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)轉(zhuǎn)為手動轉(zhuǎn)向。另外，當電動機發(fā)生故障時離合器將自動分離。 由圖可見，電動

17、助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是在傳統(tǒng)機械轉(zhuǎn)向機構(gòu)基礎上增加信號 傳感裝置、控制單元和轉(zhuǎn)向助力機構(gòu)。EPS的轉(zhuǎn)向軸由靠扭桿相連的輸入軸和輸出軸組成。輸出軸通過傳動機構(gòu)帶動轉(zhuǎn)向拉桿使車輪轉(zhuǎn)向，輸出軸除通過扭桿與輸入軸相連外，還經(jīng)行星齒輪減速機構(gòu)—離合器與主力電動機相連。駕駛者在操縱轉(zhuǎn)向盤時，給輸入軸輸入了一個角位移，輸入軸和輸出軸之間的相對角位移使扭桿受扭，扭距傳感器將扭桿所受到的扭矩轉(zhuǎn)化為電壓信號輸入電控單元；與此同時，車速傳感器檢測到的車速信號頁輸入電控單元，電控單元綜合轉(zhuǎn)向盤的輸入力矩、轉(zhuǎn)向方向以及車速等信號，判斷是否需要力矩以及力矩的方向。若需要力矩，則依照既定的助力控制策略來計算電動機助力轉(zhuǎn)矩的大小并

18、輸出相應的信號給驅(qū)動電路，驅(qū)動電路提供相應的電壓或電流給電動機，電動機輸出相應的轉(zhuǎn)矩由蝸輪蝸桿傳動裝置放大再施加給轉(zhuǎn)向軸起助力作用，從而完成實時控制助力轉(zhuǎn)向；若出現(xiàn)故障或超出設定值則停止給電動機供電，系統(tǒng)不提供助力，同時，離合器切斷，以避免轉(zhuǎn)向系統(tǒng)受電動機慣性力矩的影響。系統(tǒng)轉(zhuǎn)為人工手動助力。工作過程如圖所示。 3.轉(zhuǎn)向系統(tǒng)關鍵部件的分析 （1） 轉(zhuǎn)矩傳感器 轉(zhuǎn)矩傳感器是測量駕駛員作用在轉(zhuǎn)向盤上的力矩的大小和方向的，有的轉(zhuǎn)矩傳感器還能測量轉(zhuǎn)向盤的轉(zhuǎn)角的大小和方向。轉(zhuǎn)矩傳感器有接觸式和非接觸式兩種。二者比較起來，由于非接觸式轉(zhuǎn)矩傳感器體積小，而且精度高，所以采用非接觸式轉(zhuǎn)矩傳感器。 （2

19、） 電磁離合器 EPS系統(tǒng)助力一般都是在一個設定的范圍，當車速低于某一個特定值時，系統(tǒng)提供轉(zhuǎn)向助力，保證轉(zhuǎn)向的輕便性；當車速處于設定值之間時，電動機停止工作，系統(tǒng)處于休眠狀態(tài)，離合器分離，以切斷輔助動力，另外，當EPS系統(tǒng)發(fā)生故障的時候，離合器自動分離，此時仍然可利用手動控制轉(zhuǎn)向，保障系統(tǒng)的安全性，EPS系統(tǒng)中電磁離合器應用較多的為單片干式電磁離合器。 （3） 電動機 助力電動機是EPS系統(tǒng)的主要動力源，它根據(jù)ECU的控制指令在不同的工況下輸出不同的助力力矩，對整個EPS系統(tǒng)性能影響很大。對電動機的選擇要求是：有良好的動態(tài)特性、調(diào)速特性和隨動特性并易控制，還要求輸出波動小、低轉(zhuǎn)速大轉(zhuǎn)矩、

20、轉(zhuǎn)動慣量小、尺寸質(zhì)量輕等，因此常采用無刷式永磁直流電動機。 （4） 減速機構(gòu) 減速機構(gòu)是EPS中不可缺少的組件，它把電動機的輸出減速放大后再傳遞給執(zhí)行部件。目前實用的減速機構(gòu)有多種組合方式，采用較多的是蝸輪蝸桿與轉(zhuǎn)向軸驅(qū)動組合式。 4.轉(zhuǎn)向器的功用及類型 轉(zhuǎn)向器是轉(zhuǎn)向系中減速增大轉(zhuǎn)矩的裝置，其功能是增大轉(zhuǎn)向盤傳到轉(zhuǎn)向節(jié)的力并改變力的傳遞方向。它實質(zhì)上是一個減速器，以達到駕駛員駕駛省力，減輕其疲勞程度之目的。轉(zhuǎn)向器的結(jié)構(gòu)形式很多，通常按其傳動幅結(jié)構(gòu)形式來分類。常見的有齒輪齒條式、循環(huán)球式、球面蝸桿滾輪式、蝸桿指銷式。 5.轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)類型 根據(jù)助力電動機助力位置不同，可分為轉(zhuǎn)向軸式

21、電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、齒輪軸式電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)及齒條軸式電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。 轉(zhuǎn)向軸助力式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的電動機固定在轉(zhuǎn)向軸的一側(cè)，通過減速機構(gòu)與轉(zhuǎn)向軸相連，直接驅(qū)動轉(zhuǎn)向軸助力轉(zhuǎn)向，如圖所示。 齒輪助力式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的電動機和減速機構(gòu)與小齒輪相連，直接驅(qū)動齒輪助力轉(zhuǎn)向，如圖所示。與轉(zhuǎn)向軸助力式相比，可以提供較大的轉(zhuǎn)向力，適用于中型車。其助力控制特性方面增加了難度。 齒條助力式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的電動機和減速機構(gòu)直接驅(qū)動齒條提供助力，與轉(zhuǎn)向器小齒輪助力式相比，齒條助力式可以提供更大的轉(zhuǎn)向力，適用于大型車。對原有的轉(zhuǎn)向傳動機構(gòu)有較大的改變。 6.轉(zhuǎn)向傳動機構(gòu)的功用和類型 它的功用將轉(zhuǎn)向器輸出的力和運動傳到

22、轉(zhuǎn)向橋兩側(cè)的轉(zhuǎn)向節(jié)，使兩側(cè)轉(zhuǎn)向輪偏轉(zhuǎn)，且使兩轉(zhuǎn)向輪偏轉(zhuǎn)角按一定關系變化，以保證汽車轉(zhuǎn)向時車輪與地面的相對滑動盡可能小。同時，還承受由于路面不平而引起的沖擊振動，以穩(wěn)定汽車方向，避免轉(zhuǎn)向盤由于路面的沖擊而出現(xiàn)的打滑現(xiàn)象。 轉(zhuǎn)向傳動機構(gòu)的結(jié)構(gòu)形式因行駛懸架的不同，可分為獨立懸架轉(zhuǎn)向傳動機構(gòu)和非獨立懸架轉(zhuǎn)向傳動機構(gòu)。 第三章 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的主要性能參數(shù) 1. 轉(zhuǎn)向系的效率 根據(jù)效率定義，因功率輸入來源不同，轉(zhuǎn)向器的效率有正、逆效率之分。 功率由轉(zhuǎn)向軸輸入，經(jīng)轉(zhuǎn)向搖臂輸出所求得的效率稱為正效率，用符號η+表示，反之稱為逆效率，用符號η-表示。 影響轉(zhuǎn)向系的正效率的因素有：轉(zhuǎn)向器的類型、結(jié)構(gòu)特點

23、、結(jié)構(gòu)參數(shù)和質(zhì)量制造等，同一類型的轉(zhuǎn)向器因結(jié)構(gòu)不同，效率也有較大的差別。轉(zhuǎn)向系的逆效率影響汽車的使用性能和駕駛員的安全。對于逆效率高的轉(zhuǎn)向器而言，路面作用在車輪上的力，經(jīng)過轉(zhuǎn)向系統(tǒng)可大部分傳遞到方向盤，這種轉(zhuǎn)向器稱為可逆式的。 2. 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)傳動比的組成 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。從輪胎接地中心作用在兩個輪上的合力與作用在方向盤上的手力之比稱為力傳動比。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。 3. 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的力傳動比與角傳動比的關系 如上所述，力傳動比可以用以下的式子表示： =

24、 （1） 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)向阻力有以下關系： = （2） —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。 作用在方向盤上的手力可以由下面的式子來表示： = （3） 式中 —作用在方向盤上的力矩， —方向盤的作用半徑。 將公式（2）和(3)代入(1)后，得 = （4） 如果忽略摩擦損失，可以表示： ==

25、 (5) 將(5)代入(4)之后，得到 =· (6) 由（6）可知，力傳動比與、和有關。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。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系。 4. 傳動系統(tǒng)傳動比的計算 汽車在瀝青或者混凝土路面的原地轉(zhuǎn)向阻力矩，可用下面的半經(jīng)驗公式計算： =

26、 (7) 式中 ——前軸靜負荷，； ——輪胎和地面間的滑動摩擦系數(shù)，一般在0.7左右； ——輪胎氣壓，。 由于滿載時，前軸負荷45---49.5％；空載時，51---56％，所以 =1700×55％×9.8=9163 即 = 由于輪胎選用205/55R16V型號，其寬度為205，那么， =0.4×205=82; ==N 取=200，則 ===45.6 由于=?， 即=?=45.6×18.7 5. 轉(zhuǎn)向器的嚙合特征 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

27、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。 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，

28、調(diào)整后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。 如果設計的是使轉(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，應當使傳動副的嚙合間隙在離開中間位置以后逐漸增大。 6. 轉(zhuǎn)向盤的自由行程 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)

29、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)向盤在空轉(zhuǎn)階段的角行程，稱為轉(zhuǎn)向盤的自由行程。 第四章 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的設計與計算 1. 轉(zhuǎn)向輪側(cè)偏角的計算（以下圖為例） sin = ° tan 36.2545° 2. 轉(zhuǎn)向器參數(shù)的選取 轉(zhuǎn)向器的齒輪采用斜齒輪，齒輪模數(shù)在之間，主動小齒輪齒數(shù)在之間，壓力角取，螺旋角在之間。故取小齒輪，，右旋，壓力角，精度等級8級。 3. 動力轉(zhuǎn)向機

30、構(gòu)的設計 （1） 轉(zhuǎn)矩傳感器的選擇 本此設計選擇非接觸式轉(zhuǎn)矩傳感器。它主要由滑塊、鋼球、環(huán)和電位器組成。鋼球通過螺旋球表面固定在輸入軸外側(cè)的螺旋球槽盒和滑體內(nèi)側(cè)的球洞里?；瑝K相對于輸入軸可以在螺旋方向上移動。同時滑塊通過一個銷安裝到輸出軸，使它僅可以相對輸出軸在垂直方向上移動。因此，當輸入軸相對輸出軸移動時，滑塊按照輸入軸旋轉(zhuǎn)的方向和輸出軸的旋轉(zhuǎn)量，垂直移動。當轉(zhuǎn)動方向盤，轉(zhuǎn)矩被傳遞到扭力桿時，輸入軸和輸出軸出現(xiàn)偏差，這些偏差使滑塊在軸方向移動，這些軸方向的移動轉(zhuǎn)化為所示的控制桿力電位器的旋轉(zhuǎn)角度。結(jié)果，轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷鹤兓魉偷娇刂破鱁CU.送到控制器的轉(zhuǎn)矩信號為主、副兩路。當方向盤處

31、于中間位置時，主，副兩路輸出的信號都為2.5V；當方向盤右轉(zhuǎn)時，主轉(zhuǎn)矩信號大于2.5V;當方向盤左轉(zhuǎn)時，主要轉(zhuǎn)矩信號小于2.5V，輔轉(zhuǎn)矩信號大于2.5V。系統(tǒng)利用主、副轉(zhuǎn)矩信號即可判斷方向盤轉(zhuǎn)向的方向和轉(zhuǎn)矩大小。 （2） 車速傳感器的選擇 車速傳感器也是系統(tǒng)控制的主要依據(jù)之一，一方面它與轉(zhuǎn)矩信號結(jié)合用于確定系統(tǒng)控制的目標電流，一方面用于保證系統(tǒng)的安全性和可靠性，即當車速超出系統(tǒng)設定的助力范圍時，系統(tǒng)將要停止助力，改為手動操作。車速信號由車速傳感器測得，車速傳感器也有多種類型，主要是利用電磁原理和光學原理制成。常見的車速傳感器工作原理是車速傳感器由永久磁鐵，鐵芯和線圈組成。由于傳感器的頂端設

32、置在附有齒的轉(zhuǎn)子附近，當附有齒的轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時，從傳感器的永久磁鐵的磁通量發(fā)生變化，在線圈上就會產(chǎn)生交流電流。 （3） 直流電動機的選擇 本次設計采用的是無刷式永磁直流電動機。作為EPS系統(tǒng)的助力的提供者，直流電動機應該具有較好的機械特性和調(diào)速特性。一般應該滿足如下要求：盡可能寬的調(diào)速范圍；較小的轉(zhuǎn)動慣量；良好的調(diào)速平穩(wěn)性；體積小，質(zhì)量輕、噪聲低，過載能力強。 （4） 減速機構(gòu)的選擇 減速機構(gòu)使電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中不可缺少的部件，它的作用是降低電動機輸出軸的轉(zhuǎn)速，從而將電動機輸出軸的輸出轉(zhuǎn)矩放大后作用于轉(zhuǎn)向輸出軸。 （5） 電子控制單元ECU ECU的功能是根據(jù)扭矩傳感器的信號和車速傳感

33、器的信號，進行邏輯分析與計算后，發(fā)出指令，控制離合器和電動機的動作。由于EPS系統(tǒng)處理的數(shù)據(jù)量還不是很大，所以目前控制器核心一般采用8位的單片機。其結(jié)構(gòu)如下圖所示，其原理：ECU控制模塊接受到A1的點火信號后，接通蓄電池電源，系統(tǒng)開始工作。根據(jù)扭矩傳感器A8（主信號），A10（副信號）和車速傳感器A2的輸入信號，確定助力的控制的大小和方向，驅(qū)動電機轉(zhuǎn)動（B1、B3）和離合器（A6、A11）的開斷除此之外，P/S控制模板還具有故障自我診斷（A12）和安全防護功能。當系統(tǒng)出現(xiàn)故障報警時，系統(tǒng)將停止助力控制，并顯示故障代碼。 4. 轉(zhuǎn)向梯形的計算和設計 （1） 轉(zhuǎn)向梯形的功用及分類 轉(zhuǎn)向梯形用

34、來保證汽車轉(zhuǎn)彎行駛時，所有車輪都能在一個瞬時轉(zhuǎn)向中心，在不同的圓周上做無滑動的純滾動。同時為達到總體布置要求的最小轉(zhuǎn)彎半徑，轉(zhuǎn)向輪應該有足夠大的轉(zhuǎn)角。 轉(zhuǎn)向梯形有整體式和斷開式的兩種，選擇整體式或斷開式轉(zhuǎn)向梯形方案與懸架采用何種方案有聯(lián)系，當汽車的前懸架采用非獨立懸架時，應采用整體式轉(zhuǎn)向梯形；當汽車的前懸架采用獨立懸架時，應采用斷開式轉(zhuǎn)向梯形。 (2) 最小轉(zhuǎn)彎半徑 為了避免在汽車轉(zhuǎn)向時產(chǎn)生的路面對汽車行駛的附加阻力和輪胎過快的摩擦，要求轉(zhuǎn)向系能保證在汽車轉(zhuǎn)向時所有的車輪均做純滾動，這只是在所有車輪的軸線都相交與一點方能實現(xiàn)，內(nèi)轉(zhuǎn)向輪偏轉(zhuǎn)角應大于外轉(zhuǎn)向輪偏轉(zhuǎn)角。在汽車轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)角最大位置的

35、條件下以低速轉(zhuǎn)彎時的半徑稱為最小轉(zhuǎn)彎半徑。在車輪絕對剛體的條件下。角與角的理想關系是： 式子中 —兩側(cè)主銷軸線與地面交點的距離； —汽車軸距。 由轉(zhuǎn)向中心到外轉(zhuǎn)向輪與地面的接觸點的距離為汽車的轉(zhuǎn)彎半徑，轉(zhuǎn)彎半徑越小，汽車轉(zhuǎn)向所需要的場地就越小。當外轉(zhuǎn)向輪偏轉(zhuǎn)角達到最大時，轉(zhuǎn)彎半徑最小。轉(zhuǎn)彎半徑越小，汽車的機動性越好。最小轉(zhuǎn)彎半徑與的關系為： （4-4） 其中 —汽車軸距，=2687； —車輪轉(zhuǎn)臂，=18； 根據(jù)設計要求，； 計算得 27036‘ 第五章結(jié)論

36、 此次畢業(yè)設計是在我們掌握了相關基礎課程如：理論力學、材料力學、機械原理、機械設計及專業(yè)課程如：汽車構(gòu)造、汽車理論、汽車設計的后所做的一次綜合性的設計，不僅是對我們大學所學知識的一個檢驗，更是一次實戰(zhàn)練兵。使我們對所學的一些基本理論得到了培養(yǎng)，并且使我們更加理解本專業(yè)的一些原理、設計方法和思路，為我們以后在自己專業(yè)領域內(nèi)的發(fā)展奠定了基礎。 在本次設計中，我設計的是越野車的的動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，采用電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。 動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是在原有機械式轉(zhuǎn)向器的基礎上添加了動力裝置而實現(xiàn)動力轉(zhuǎn)向，減輕駕駛員負擔的一種轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)正在從液壓氣壓式向著電控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)方向發(fā)展，在以后的設計和運用中將要廣泛

37、的應用新技術(shù)新知識。 這次設計到現(xiàn)在基本是結(jié)束了，但是對于動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的認識還有待提高，由于過去的理論中缺乏這方面知識的培養(yǎng)，所以對于很多的電控動力轉(zhuǎn)向機構(gòu)原理的認識不是很透徹，這就給設計本身帶來了困難，所以設計的動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)可能在某些方面有漏洞和不足，但是它是對我自身能力的一種鍛煉，從中得到理論知識以外的實踐經(jīng)驗，覺得畢業(yè)設計收獲頗豐。 謝辭 本論文設計在老師的悉心指導和嚴格要求下完成的，從課題選擇到具體的寫作過程，無不凝聚著老師的心血和汗水，在我的畢業(yè)論文寫作期間，老師為我提供了種種專業(yè)知識上的指導和一些富于創(chuàng)造性的建議，沒有這樣的幫助和關懷，我不會這么順利的完成畢業(yè)論文。在此向老師

38、表示深深的感謝和崇高的敬意。 我還要感謝老師在畢業(yè)設計期間給予我的種種幫助與關懷，以及耐心的指導，使我學到了很多專業(yè)的知識，并運用到我的畢業(yè)設計中，增加了亮點。 在臨近論文完成之際，我還要借此機會向給予了我?guī)椭椭笇У乃欣蠋煴硎居芍缘闹x意，感謝他們的辛勤栽培和教育。不積跬步何以至千里，各位任課老師認真負責，在他們的悉心幫助和支持下，我能夠很好的掌握和運用專業(yè)知識，并在設計中得以體現(xiàn)，順利完成畢業(yè)論文。 同時，我還要感謝同組的各位同學，在畢業(yè)設計的這段時間里，你們給了我很多的啟發(fā)，提出了很多寶貴的意見，對于你們幫助和支持，在此我表示深深地感謝。 最后，在論文寫作過程中，我還參考了有關

39、的書籍和論文，在這里一并向有關的作者表示謝意。 參考文獻 1. 蔡春源.機械設計設計手冊.冶金工業(yè)出版社，1996 2.吉林工業(yè)大學汽車教研室.汽車設計.北京：機械工業(yè)出版社，1983 3.王望予.汽車設計（第四版）.機械工業(yè)出版社.北京：2004 4.羅玉濤.現(xiàn)代汽車電子控制技術(shù).北京：國防工業(yè)出版社，2007 5.崔勝民.現(xiàn)代汽車系統(tǒng)控制技術(shù).北京：北京大學出版社,2007 6.李書龍.汽車電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的研究與開發(fā)[D].東南大學，2004 7.劉照.汽車電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)動力學分析與控制方法研究[J].汽車研究與開發(fā)，2004 8.周冬林.電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)仿真及控制系

40、統(tǒng)設計[J].汽車技術(shù)，1991 9.張永輝.汽車電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)特性仿真研究[J].汽車科技，2009 10.姬廣斌.汽車電動助力轉(zhuǎn)向的系統(tǒng)仿真與控制器設計[J].汽車科技，2006 11.余樹洲.汽車電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)助力特性的仿真研究[M].吉林科學技術(shù)出版社，2006 12.徐漢斌.電動轉(zhuǎn)向器控制系統(tǒng)研究[M].山西科學技術(shù)出版社，2007 13.李偉光，李慧祺，王元聰.汽車電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的現(xiàn)狀與發(fā)展[D].華南理工大學，2005 附錄 本次設計所參考車型的技術(shù)參數(shù)： 名稱 整車質(zhì)量 2000 軸距 2687 輪距 1476 最小轉(zhuǎn)彎半徑 5800 最高車速 200 方向盤直徑 400 . 輪胎 205/55R16v