EPS裝置試驗臺設計

文檔從互聯網中收集，己重新修正排版，word格式支持編輯，如有幫助歡迎下載支持。EPS裝置試驗臺設計及測試數據分析摘要：電動助力轉向裝置（EPS）和液壓助力轉向（HPS）相比有環(huán)保、節(jié)能、體積小 和助力度可調等特點，因此EPS有取代HPS的趨勢。而我國在EPS產品還處在研制開 發(fā)階段，與國外存在著較大的差距。本課題所設計的EPS性能測試臺有助于EPS產品 的改善和研發(fā)，所以該測試系統(tǒng)式非常必要和有實用價值的。本文主要是在對EPS產品結構及其工作原理有深刻認知之后，制定一個EPS助力 性能檢測試驗臺。首先根據檢測項目要求確定試驗臺所要具備的功能；然后確定整個 試驗臺的整體規(guī)劃布局；再根據這個方案做出試驗臺架實物：最后建立在該試驗臺的 基礎之上，對EPS產品的助力性能進行檢測。我們所需的主要數據是各種狀態(tài)下的負 載扭矩和輸入扭矩，根據兩個扭矩數值的比較分析來判斷EPS產品的助力性能，同時 也制定助力測試效果圖來分析改試驗臺是否滿足測試穩(wěn)定可靠的要求。本課題所研制的性能檢測試驗臺經過實際檢測后證明是可行有效的，但是在檢測 過程中還存在著一點波動，不能完全保證穩(wěn)定，這需要進一步改進和完善。關鍵詞：電動助力轉向裝置;EPS控制仿真試驗臺IHword格式支持編輯，如有幫助歡迎下載支持。The Design of Test-Bed and Testing Data Analyse of ElectricPower Steering DeviceAbstract： Electric power steering is environmental protection, energy-conservation, small and adjustable dynamics when comparing with hydraulic power steering, so electric power steering has an advantage over hydraulic power steering and electric power steering must replace hydraulic power steering soon. And our EPS products are still in developing stages, which has a great size disparity with other countries The design of EPS performance test board in this paper contributes to the improvement and study of EPS products. So the testing system turns out to be a necessary and practical value.This article is mainly in drafting a EPS performance test board after having a profound understanding on EPS structure and works. First of all , according to the testing item requirements we determined the test board main function. And then set the overall arrangements of the test board. Under the scheme we made a real test board. Finally we test EPS product performance based on the test board. According to the torque comparison we can analysis the performance of EPS products comparative analysis to determine the performance of EPS products. The main data we need is the load torque and enter the torque. Also help to identify a bamboo forest test board test whether to meet the requirements of the test is reliable.The experiment proves that the testing system is feasible and effective. During the research there are some problems were found needed to be improved and consummated further.Keywords： Electric Power Steering： EPS control simulation testClassification: TH218目錄1緒論錯誤!未定義書簽。1.1 選題背景錯誤!未定義書簽。1.2 選題的目的和意義錯誤!未定義書簽。1.3 國內外研究現狀錯誤!未定義書簽。1.4本課題研究內容和預期目標錯誤!未定義書簽。1.4.1 研究方向與研究內容錯誤!未定義書簽。1.4.2 擬解決問題錯誤!未定義書簽。2電動助力轉向裝置(EPS)錯誤!未定義書簽。1.1 EPS裝置的結構錯誤!未定義書簽。1.2 EPS裝置類型錯誤!未定義書簽。1.3 EPS裝置工作原理錯誤!未定義書簽。1.4 主要參數和測試方法錯誤!未定義書簽。1.4.1 主要參數錯誤!未定義書簽。1.4.2 參數測試方法錯誤!未定義書簽。3 EPS裝置試驗臺設計錯誤!未定義書簽。3.1 EPS裝置試驗臺要具備的功能錯誤!未定義書簽。3.2 EPS裝置測試系統(tǒng)總體方案錯誤!未定義書簽。3.3 EPS裝置試驗臺主要部件布局錯誤!未定義書簽。3.4 EPS裝置測試系統(tǒng)試驗臺錯誤!未定義書簽。3.5 EPS裝置試驗臺的工作原理錯誤!未定義書簽。4 EPS裝置的性能測試和數據分析錯誤!未定義書簽。4.1 EPS裝置試驗臺的測試環(huán)境錯誤!未定義書簽。4.2 EPS裝置試驗臺的數據測試錯誤!未定義書簽。4.3 數據匯總錯誤!未定義書簽。4.4 EPS裝置試驗臺助力測試效果分析錯誤!未定義書簽。5總結與展望錯誤!未定義書簽。5.1 總結錯誤!未定義書簽。5.2 展望錯誤!未定義書簽。參考文獻錯誤!未定義書簽。學位論文學數據集錯誤!未定義書簽。1 .緒論1.1. 選題背景電動轉向系統(tǒng)(Electronic Power Steering, EPS)早在十九世紀八十年代 中期，天合(TRW)公司已經開始研究，并取得了一些成果。日本于九十年代初 制造出了真正意義上的電動轉向系統(tǒng)，如長安鈴木(Suzuki Alt。)，主要是因為 該車裝傳統(tǒng)轉向系統(tǒng)所用空間較大，適合于體積較小的電動轉向系統(tǒng)。1988年2 月日本鈴木公司首次在其牡鹿(Cerv。)車上裝備EPS ,隨后還用在了其奧拓 (Alto)車上。在此之后，電動助力轉向技術如雨后春筍般得到迅速發(fā)展。此后, 歐洲、日本、美國的許多汽車部件供應商都開發(fā)出了自己的電動轉向系統(tǒng)裝于不 同的汽車中。比如：三菱汽車公司則在其米尼卡(Minica)車上裝備了 EPS；德 爾福(Delphi)汽車系統(tǒng)公司已經為大眾的波羅(Polo)、歐寶的318i以及菲 亞特的eunto開發(fā)出EPSo TRW從1998年開始，便投入了大量人力、物力和財力 用于EPS的開發(fā)。他們最初針對客車開發(fā)出轉向柱助力式EPS。1999年3月，他 們的EPS已經裝備在轎車上，如Ford嘉年華(Fiesta)和Mazda 323F等。德爾福(Delphi)公司：該轉向器公司專門生產整合式電動轉向系統(tǒng)，該公 司把電動轉向系統(tǒng)稱為E*SS,于1999年8月首次研制成功并進入歐洲市場。TRW公司：TRW公司把成熟的航空技術應用于汽車，研制和開發(fā)了性能優(yōu)越 的電控液壓助力轉向系統(tǒng)和全電動轉向系統(tǒng)。Honda公司：該公司對電動轉向系統(tǒng)研究最早，早在十九世紀九十年代初， 該公司已經成功研制出電動轉向系統(tǒng)并裝于2. 5L和3.0L NSX車。隨著近年來電子控制技術的成熟和成本的降低，EPS越來越受到人們的重 視，并以其具有傳統(tǒng)動力轉向系統(tǒng)不可比擬的優(yōu)點，迅速邁向了應用領域，部分 取代了液壓動力轉向系統(tǒng)(Hydraulic Power Steering,簡稱HPS)。電子控制技 術在汽車動力轉向系統(tǒng)中的應用，使汽車的駕駛性能達到令人滿意的程度。電動 助力轉向系統(tǒng)(EPS)在汽車低速行駛轉向時減輕轉向力使轉向輕便、靈活；在汽 車高速行駛轉向時，適當加重轉向力，從而提高了高速行駛時的操縱穩(wěn)定性，增 強了 “路感”。不僅如此，EPS的能耗是HPS能耗的1/3以下，且前者比后者使 整車油耗下降可達3%-5機 因而，EPS將成為汽車傳統(tǒng)轉向系統(tǒng)理想的升級換代 產品。自1953年美國通用汽車公司在別克轎車上使用液壓動力轉向系統(tǒng)以來， HPS給汽車帶來了巨大的變化，幾十年來的技術革新使液壓動力轉向技術發(fā)展異 常迅速，出現了電控式液壓助力轉向系統(tǒng)(Electronic Hydraulic Power Steering,簡稱EHPS)。在國外，EPS已進入批量生產階段，并成為汽車零部件 的高新技術產品，而我國動力轉向系統(tǒng)目前絕大部分采用機械轉向或液壓助力轉 向，EPS的研究開發(fā)目前還處于起步階段，其產品在2002年才有國內企業(yè)進行 研制開發(fā)。目前.，只有南摩股份有限公司（生產轉向柱式的EPS產品）能小批量生 產用于汽車裝配，在昌河公司產的愛迪爾轎車、南京菲亞特公司產的新雅途轎車 上使用。1.2. 選題的目的和意義課題的目的是:研制汽車電動助力轉向裝置的性能測試系統(tǒng)，本測試系統(tǒng)要 求經濟實用、使用方便、界面友好，并且可靠性好、精度高和易于維護。本課題的意義是：為汽車電動助力轉向裝置的研制和改進提供準確全面的數 據和分析方法。本課題所研制的測試系統(tǒng)希望能給汽車電動助力轉向裝置的發(fā)展 和完善做理論上和實踐上的準備，從而能對我國汽車電動助力轉向裝置研制水平 的提高有所幫助。1.3. 國內外研究現狀目前，國內汽車動力轉向系統(tǒng)仍采用舊的模式一一液壓控制轉向系統(tǒng)。主要 原因是EPS產品還處在研制和開發(fā)階段。從國外購買該產品，乂難以承受高額的 價格。僅僅有一些高檔轎車為了上檔次，才能享有從國外購買的EPS產品的優(yōu)厚 待遇，然而無形中增加了成本的投入，加大了消費者的負擔。由于國外汽車公司 長期對此技術的壟斷，使得國內汽車工業(yè)的發(fā)展的步伐受到限制，一些汽車廠家 和科研機構紛紛聯合起來，共同參與EPS產品的研究開發(fā)。我國的FPS控制系統(tǒng)的研究與開發(fā)工作尚處在起步階段，僅僅少數高校和研 究機構從事該課題的研究。清華大學前幾年開展過該系統(tǒng)的結構方案設計、系統(tǒng)建模 和動力分析等研究，還未達到實用程度。廣州的某科研機構據說已經完成產品的 前期調試階段。由此看來，國內一方面是對此產品的需求日益迫切，而另一方面是在EPS的 投入方面力度不大，投入的資金很有限。這一現狀與當代我國汽車工業(yè)飛速發(fā)展 良好是勢頭格格不入，對推動和促進電動助力系統(tǒng)的發(fā)展將起到負面效應，對我 國汽車工業(yè)的發(fā)展也會造成不利影響。隨著生活水平與質量的提高，人們的消費水準、需求層次和消費能力在不斷 地變化，消費觀念也隨之發(fā)生改變。隨著汽車走入家庭，拉近了汽車與人之間的 關系，使人們與汽車的關系越來越密切。本著以人為本的宗旨，如何對汽車進行 最優(yōu)化設計，降低汽車生產成本，提高汽車使用性能成為當今汽車工業(yè)發(fā)展的趨 勢。自從美國汽車通用公司在1953年在凱迪萊克和別克轎車上首次批量使用液 壓轉向系統(tǒng)技術以來，它給汽車工業(yè)帶來了巨大的變化。人們不再需要靠大直徑 的轉向盤來產生足夠的轉向力矩。轉向盤的減小，乂同時使得駕駛室變得寬敞起 來，座椅布置也變得更為合理、舒適。八十年代末，乂曾開發(fā)出變減速比、電控液壓動力轉向系統(tǒng)，這一技術剛剛 問世，并成為當時發(fā)達國家汽車公司銷售汽車的標準設備，即使是現在的有些稍 微落后的汽車公司或廠家至今仍采用這一技術。雖然這僅僅是一個從純機械式轉向系統(tǒng)向液壓轉向系統(tǒng)的作的一次小小技 術改進，但人們從其中得到的不僅僅是一些好處和實惠，更主要的是使人們感受 到了技術更新帶來的巨大差異與震撼。在這個智慧的人類社會，似乎對技術的追 求是永無止盡的。汽車助力轉向系統(tǒng)是汽車方向的主宰，它直接影響到汽車的安全行駛。盡管 液壓轉向系統(tǒng)比純機械式轉向系統(tǒng)優(yōu)越很多，但它仍存在著許多的缺陷，因而給 駕駛人員帶來了許多麻煩，諸如:在啟動時由于扭矩大，難以操縱;尤其是大型貨 車轉向時著實讓人感到難以控制。于是一些汽車公司與生產廠家正在考慮用一種 性能更可靠更安全的新型轉向系統(tǒng)來替代液壓控制的轉向系統(tǒng)。由于電子技術的 飛速發(fā)展尤其是微電子技術的高速發(fā)展，一種新型的汽車轉向系統(tǒng)一電子控制 式助力轉向系統(tǒng)EPS (Electronic Power Steering簡稱EPS)并是在這一情形下 應運而生。1988年3月，日本的鈴木公司投入巨資，組織科技人員首先研制開發(fā)出這 種全新的電子控制式電動轉向系統(tǒng)，人們才真正從液壓動力轉向系統(tǒng)中擺脫出 來，從而進入了轉向系統(tǒng)由電子來控制的時代。1993年本田汽車公司首次將電 動助力轉向系統(tǒng)裝備于批量產生、在國際市場上同法拉利和波爾舍競爭的愛克 NSX跑車上：同年在歐洲市場上俏售的一種經濟轎車一亞特幫托也將美國德爾 費公司生產的電動助力轉向系統(tǒng)作為標準裝備。由于電動助力轉向系統(tǒng)完全不需要液壓裝置，用電能取代了液壓能，減少了 發(fā)電機的能量的消耗，加上其性能的優(yōu)越性，很快在越來越多的國外轎車上得到 了應用，如日本的本田推出的Insight轎車就廣泛采用自己生產的EPS產品。國 外的幾家大公司如德國的ZF公司、英國的RUCAS盧卡斯一偉利達、Saginaw, TRW、 日本的SK, KOYO等也不甘示弱，競相推出自己的EPS產品。目前，國外中型以 上的貨車和中級以上的轎車上幾乎都廣泛采用這一技術裝置。盡管當時人們非?？春肊PS產品，也知道該產品的功能非常誘人，但由于當 時 EPS產品投入成本太高，這在一定程度上，限制了其產品在實際生產中的應用。 直到近幾年，由于微電子產品價格暴跌，加上這十幾年來EPS技術發(fā)展日趨成熟, 使得人們在EPS產品研究上的投入的成本，也隨之大幅度地降低。另外，由于 EPS控制系統(tǒng)在一些生產廠家得到應用，加上其本身具有使人無法拒絕的誘惑 力，于是一些汽車集團公司與生產廠家，紛紛組織人員開發(fā)研究EPS產品，掀起 了乂一輪的開發(fā)新浪潮，使得EPS這一技術再次煥發(fā)出勃勃生機。圖L1是電動助力轉向裝置的大體結構簡圖。圖1.1電動助力轉向裝置1.4. 本課題研究內容和預期目標1.5. 1.研究方向與研究內容汽車電動助力轉向裝置系統(tǒng)的研究包括多方面的內容，包括轉向機構部分、 數據采集和傳輸處理部分、電動助力轉向測試部分（即試驗介）。在這里我們選 擇汽車電動助力轉向的測試系統(tǒng)作為研究的課題，對EPS裝置的檢測試驗臺進行 設計，并且側重于在設計的基礎上對電動助力轉向裝置進行性能測試（主要是助 力性能測試），同時對測試的數據進行分析，最后得出電動助力轉向裝置的助力 效果圖。此系統(tǒng)能否真實反映汽車電動助力轉向裝置的性能，不僅取決于在系統(tǒng) 研制過程中所選用的元器件的精度，更重要的是取決于研究方法和手段的科學 性。整個設計包括四個方面的內容：（1）電動助力轉向裝置總體結構設計；（2）電動助力轉向裝置測試系統(tǒng)試驗臺的設計；（3）利用電動助力轉向裝置試驗臺進行數據測試；（4）對所測的數據進行分析。1.4.2擬解決問題（1）電動助力轉向裝置各部件的布局；（2）硬件電路元氣件選型；（3）電動助力轉向裝置測試試驗臺各部件布局；（4）對測得的數據進行歸納；如何對測得的數據進行分析。2 .電動助力轉向裝置（EPS）2.1. EPS裝置的結構電動助力轉向裝置的簡稱是EPS,我們在接下去都簡寫為EPSo電動轉向助力裝置系統(tǒng)的部件有方向盤、轉向管柱、方向盤轉角傳感器、轉 向力矩傳感器、轉向齒輪、轉向助力電動機及轉向助力控制單元組成，如圖1 所示。圖2.1電動助力轉向裝置結構圖2. 2. EPS裝置類型根據電動機與轉軸之間布置位置不同，EPS可以分為：轉向柱助式、小齒 輪助力式、齒條助力式和直接驅動式四種類型。（1）轉向柱型EPS 這種結構型式的EPS,其動力輔助單元、控制器、 力矩傳感器等都裝在轉向柱上，系統(tǒng)結構緊湊，不論是固定式轉向柱或是傾斜式 轉向柱以及其它型式轉向柱，都能安裝，這種結構適用于中小型車輛。（2）齒條型EPS 這種結構型式的EPS,其動力輔助單元安裝在轉向 機構的齒條上，動力輔助單元可以裝在齒條的任何位置，增加了結構設計布置的 靈活性。動力輔助單元的大減速比，使得慣性很小同時打方向盤的感覺非常好。（3）小齒輪型EPS這種結構型式的EPS,其動力輔助單元安裝在轉向 機構的小齒輪軸上，由于動力輔助單元在車廂外面，使得即使輔助力矩有很大增加也不會增加車廂內的噪聲。如果再將它與可變速比的轉向器結合在一起，該系 統(tǒng)的操縱特性將會非常好。（4）直接驅動型EPS轉向齒條與動力輔助單元形成一個部件，該系統(tǒng) 很緊湊，而且容易將它布置在發(fā)動機艙內，由于直接對齒條通過助力，摩擦與慣 性都很小，進而打方向盤的感覺很理想。目前我們主要采用轉向柱型EPSo本測試系統(tǒng)的測試對象是轉向柱型EPSo2. 3. EPS裝置工作原理當駕駛員旋轉方向盤時，轉向助力系統(tǒng)開始工作。安裝于轉向柱上的方向盤 轉角傳感器將檢測到方向盤的旋轉角度和旋轉速度，以電信號的方式送至轉向助 力電子控制單元。與此同時.，作用在方向盤上的力矩經過傳遞驅動轉向小齒輪旋 轉，轉向力矩傳感器檢測到旋轉力矩并將其傳給控制單元。根據轉向力、發(fā)動機 轉速、車速、方向盤轉角、方向盤轉速以及存儲在控制單元中的信號，控制單元 計算出必要的助力力矩并控制電動機開始工作。G2S轉向柱 電子控制單元 .1527.1101.I220/J218數據總線診斷接口 均CANdrivr故障指示燈KM"組合儀表輸入信號輸出信號CAN15#正電一 轉向助力控制單元.周川轉向力矩傳感鑄G2G9圖2.2電動助力轉向系統(tǒng)工作原理圖轉向助力電動機¥1872. 4.主要參數和測試方法2.1.1. 主要參數由于測試系統(tǒng)所要測試出具體的數據，而這些參數主要都是通過一些傳感器 的測量來獲得的，所以在這里要介紹所選傳感器的種類和類型，測試系統(tǒng)檢測的主要性能參數有：汽車的車速，方向盤的主扭矩和轉角，車 輪的阻轉矩，電動機的溫度、電流、電壓和轉矩，汽車發(fā)動機的轉速。該系統(tǒng)的 最終目的是為了使駕駛員得到方向助力，因此扭矩傳感器是EPS系統(tǒng)中最重要的 器件之一。另外汽車的車速也是一個重要的參數量。2.1.2. 參數測試方法下面就對扭矩傳感器和速度傳感器的檢測方法加以詳細的說明。（1）轉矩傳感器是測量各種電動機、內燃機以及旋轉動力設備的輸出扭矩 的必備設備。從最初的機械變形發(fā)展到電磁感應類與相位差類，到現在的應變測 量類。在本系統(tǒng)中主要用于測量方向盤的主扭矩。目前EPS采用的扭矩傳感器主要有接觸式和非接觸式兩種形式.本系統(tǒng)采用 的是轉向管柱自帶的接觸式扭矩傳感器。圖2. 3為選用的扭矩傳感器的輸出特性. 該傳感器的輸出特性呈良好的線性，轉向盤在中間位置時，傳感器的輸出電壓為 25 V；轉向盤轉到左、右極限位置時，傳感器的輸出分別為0. 9V和4. 1 Vo EPS 控制器可根據轉矩傳感器輸出電壓的大?。ǘ?5、2-5、25）判斷是否進行 轉向及其轉動方向。主傳出器情助傳感器5 S 9 10 7轉據傳感器輸出電壓（V，主系統(tǒng)33軸助系統(tǒng)89圖2.3扭矩傳感器輸出特性（2）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字式兩種，按工作原理乂可分為電容 式、光電式、磁電式等。模擬式轉速傳感器是取其與被測轉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。數字式傳感器是取其與被測轉速的頻率成正比的電脈沖作為輸出信號， 按獲取轉速信號的方式可分為電渦流式，光電式和磁電式三種。汽車系統(tǒng)中，速度傳感器一般用的是數字式傳感器，它以集電極開路形式輸 出的脈沖表示車速。轉速測量方法有很多，有測頻率法、測周期法和自適應法。此系統(tǒng)根據試驗中設定的不同速度的車速信號來確定車速傳感器，乂根據車 速頻率與車速轉換的關系，得出所需的車速傳感器。243. EPS裝置試驗臺設計3.1. EPS裝置試驗臺要具備的功能EPS測試系統(tǒng)試驗臺的設計目的不僅僅是測試EPS測試系統(tǒng)的一些相關數 據，更主要的是利用測試所得的數據進行分析，為此系統(tǒng)的開發(fā)與設計提供建設 性的觀點和建議。由于車輛在行駛的過程中受到諸多的環(huán)境因素的影響，所以測試試驗臺的一 個重要功能是盡可能地模擬出車輛行駛是的實際情況，以使測得的試驗數據能夠 比較真實反映實際效果，分析結果具有說服力。使得試驗臺的設計能夠為系統(tǒng)的 研究與開發(fā)提供最直接的服務。EPS測試系統(tǒng)試驗臺必須要具備的功能：(1)要模擬出汽車在各種路況下行駛時產生對轉向系統(tǒng)的阻力汽車在行駛時，在不同的路況下汽車轉向系統(tǒng)受到的阻力是不相同的，所以 必須要考慮整個實際情況。由于汽車產生的阻力是扭矩信號，所以在進行試驗臺 零部件選型時，選擇的部件必須能夠產生不同的阻力扭矩。在這里我們選擇了磁粉制動器來作為產生阻力扭矩的零部件。我們選擇的依 據是：激磁電流與轉矩成線性關系，磁粉制動器是根據電磁原理并利用磁粉來 傳達轉矩的，其傳達之轉矩與激磁電流基本成線性關系。因此，只要改變激磁電 流之大小，便可輕易地控制轉矩之大小。正常情況下，在5%至100%的額定轉 矩范圍內穩(wěn)定的滑差轉矩，當激磁電流保持不變時，其傳達之轉矩不受傳動件與 從動件之間差速(滑差轉速)之影響，即靜力矩與動力矩無差別。因此可以穩(wěn)定 地傳達恒定之轉矩。此特性若運用于張力控制，則用戶只需調節(jié)激磁電流之大小, 便能準確控制并傳達所需轉矩，從而簡便、有效地達到控制卷料張力的目的。磁粉制動器的選型：在這里我們選擇磁粉制動器的是依據所需傳達的最大轉矩來選定，另外磁粉 制動器的一個重要參數是滑差功率，選擇的磁粉制動器要保證實際滑差功率小于 允許滑差功率。實際滑差功率：P=2X3. 14XMXn/60式中:M -實際工作轉矩(N.m) n-一 轉速(r/min)磁粉制動器在散熱條件一定時，其滑差功率是一定值，因此其實際工作轉矩 與轉速可以相互補償，即滑差轉速提高時，則許用轉矩將相應下降，但最高轉速 不得高于其許可轉速。最終我們選擇的磁粉制動器的型號是：FZ100,因為根據這個制動器的額定 轉速和滑差功率，它符合我們測試系統(tǒng)的要求，其具體參數如下：FZ100磁粉制動器，其額定轉矩 M=100N.m,滑差功率P=7KW則額定轉速 n=9550*P/M=9550*7/100=668.5r/min實際滑差轉速n=1500r/min（式中9550為常數系數）許用轉距應為 M=9550*P/n=9550*7/1500=44.6N.m（2）能模擬出汽車在不同車速下提供給測試系統(tǒng)的電源信號汽車EPS測試系統(tǒng)的輸入信號有兩路：一路是扭矩輸入信號，另一路則是 車速輸入信號。之前我們已經選擇了 FZ100磁粉制動器來作為此測試系統(tǒng)的扭 矩輸入信號，所以我們只要選擇模擬車速信號的發(fā)生器。車速與頻率之間的一個重要特性是頻率與轉速成正比。根據這一特性，我們 在這里選擇頻率發(fā)生器作為模擬車速信號的發(fā)生器。在汽車測試系統(tǒng)里一般都是選擇SKS-3OO5型號的頻率發(fā)生器，它采用單片 機技術，是一個專用信號發(fā)生器，信號幅值可以在5V和12V之間切換，能用于 各種車型。它的技術參數： 正弦波信號（20Hz-900Hz）,模擬車速、輪速等信號，5Vpp、12Vpp二 檔；方波信號QOHz-lOKHz）,模擬各種光電、霍爾、頻率型空氣流量等傳 感器的數字信號，5Vpp、12Vpp二檔；一路可變電阻信號（50歐-10千歐），模擬冷卻水溫、進氣溫度、油位信 號等；一路可變電壓信號（0-5V）,模擬各種電壓信號如氧傳感、節(jié)氣門、進氣 壓力、翼板式空氣流量計等。頻率與車速之間的轉換關系為：f=0.707Vo所以我們只要設定好所需車速所對應的頻率就能得到我們試驗所需的各種車速。（3）能夠顯示出汽車方向盤產生的助力扭矩和磁粉制動器產生的阻力距在解決了汽車兩路輸入信號即扭矩信號和車速信號的模擬仿真后，對產生的 助力效果的顯示則成為實驗臺設計時考慮的當務之急。助力轉向系統(tǒng)產生的助力 效果必須通過數據形式反映出來。由于EPS控制系統(tǒng)能對在不同的扭矩信號和車速信號下的助力，是通過傳 感器將信號傳送給電子控制單元ECU的，由軟件系統(tǒng)來執(zhí)行。所以進行在實際 試驗臺助力測試時，考慮到試驗臺結構的合理性等相關問題，可以利用傳動系統(tǒng) 的自身特點，在方向盤上安裝一個傳感器，清晰反映出方向盤在正反轉時，控制 系統(tǒng)產生的實際扭矩數值。為了能夠便于試驗測試后的數據處理工作，在這里我 們利用一個轉向扭矩測量儀，它可以顯示出方向盤上所施加的扭矩數值。另外對于磁粉制動器產生的阻力距的顯示，我們選擇扭矩傳感器和一個扭矩 顯示儀，扭矩傳感器的選擇依據是能滿足我們的測量需求，另外還要便于安裝。扭矩傳感器的選擇：扭矩傳感器在EPS的系統(tǒng)中起著關鍵作用，它以轉向扭矩數據的形式反映 出司機的轉向操作，并把該數據以信號的形式傳輸到電子控制單元（ECU）中。 電子控制單元依據車速信號和方向盤扭矩信號，通過給定的控制策略產生助力控 制信號。在這里我們選擇CS-101扭矩傳感器，它的技術參數：量程范圍：0100N. m輸出信號：515KHz 420mA 115V轉速：03000轉/分工作電壓：±15VDC 24VDC響應頻率：100 us環(huán)境溫度：-4060c扭矩過載：滿量程的L2倍精度： 0. 25% F. S滯后：WO. 1%FS線性：WO. 1%FS（4）提供人機交互界面，以便進行計算機后臺處理EPS測試系統(tǒng)的試驗臺的主要功能是要進行數據測試，而前面所說的一些基 本功能為實現數據測試這一最終的目的服務。將測試的實驗數據進行分析，得出一個正確的結論，對設計開發(fā)EPS測試系 統(tǒng)中存在的問題進行必要的改進與補充，以達到開發(fā)出一個理想的EPS系統(tǒng)，則 是建立測試系統(tǒng)試驗臺的主要目的。所以我們的試驗臺的一個重要功能是與具備 一個顯示系統(tǒng)來顯示各個所測出來的數據。以上就是EPS測試系統(tǒng)所要具備的功能。3. 2. EPS裝置測試系統(tǒng)總體方案如圖3.1所示是這個測試系統(tǒng)的總體設計框圖。在這個系統(tǒng)可以分為三個大塊：轉向機構部分、數據采集部分和數據傳輸處理部分。轉向機構部分：在這個部分里的主要部件有方向盤，轉向管柱，萬向節(jié)， 在這里只對數據的采集部分(通過各種傳感器)進行詳細地研究，利用EPS控 制系統(tǒng)試驗臺來測試各種數據，并且對所得的數據進行詳細分析，最后得出結論。3. 3. EPS裝置試驗臺主要部件布局該試驗臺主要有機械傳動部分、扭矩傳感器與扭矩顯示器、磁粉制動器及相 關設備、頻率信號發(fā)生器、電子控制單元ECU。(1)機械傳動部分包括傳動軸、電動機、減速器、離合器幾個部分，另一 端與制動器相連，它是動力的傳遞者，其中離合器在車速過高或電動機發(fā)生故障 時，會自動分離到助力保護的作用，不過此時的受動控制操作依然有效。傳動軸 一端與方向離合器與電動機鑲嵌在一起，切斷電動機的電源。試驗臺的助力電動機的型號:MPIZY06A,減速器的型號為:NSK0110-le。（2）扭矩傳感器與扭矩顯示器安裝在傳動軸的內部，通過扭桿變形來作為 輸出扭矩信號。它與方向盤緊緊地固定在一起，扭矩信號傳感扭矩信號可通過示 屏讀出扭矩數值，不過本實驗臺的扭矩精度不太高，無小數位，因此實驗數據存 在一定的誤差。在與實際負載扭矩相比的時候有一定的影響。（3）磁粉制動器是模擬汽車在不同的路況下受到的阻力，因此它主要是提 供不同的實際扭矩。磁粉制動器可在不同的電壓/電流情況下，產生不同的阻力, 所以它連接在電源上，為了能夠看出加載的負荷情況，電源帶有電壓與電流顯示。 另外，為了能夠精確測量出實際扭矩數值，也就是能對產生助力效果更直接的反 映出來，磁粉制動器上帶有一個傳感器它能直接與電子顯示屏相連，能夠把實際 的負載扭矩通過示屏顯示出來。（4）由于汽車車速信號是一個模擬信號，而且是一個電流信號，在實驗臺 上，乂不可能真正得到車速信號，所以就用頻率信號發(fā)生器產生汽車模擬車速的 信號，分別表示在不同的車速情況下車速信號的輸入，它一端接在電源上，另一 端連在電子控制單元ECU上。根據頻率與車速信號的轉換關系來設計的。（5）電子控制單元是整個系統(tǒng)的指揮中心，它主要將兩路信號車速信號與 扭矩信號接入其內，在對數據分析的基礎上，對電動機進行實時控制。電子控制 單元固定在實驗臺上，輸入與輸出通過接口，一個與頻率信號發(fā)生器（車速模擬 信號）相連，另一端與扭矩信號傳感器相連，同時還與電源和電動機相連。3.4. EPS裝置測試系統(tǒng)試驗臺圖3. 2 EPS測試臺上圖就是整個EPS裝置的測試臺，可見部分有方向盤、轉向管柱、電機、萬 向節(jié)、等速驅動軸、輪胎和前減震器總成；在方向盤下面裝有扭矩傳感器和角度 傳感器，電動機安裝在轉向管柱上，磁粉制動器、電子控制單元ECU、頻率信號 發(fā)生器、扭矩傳感器示數盤、制動器電流/電壓表、計算機CPU等一些測試儀器 都安裝在測試架上，并按照要求用線路連接好。圖3.3 ZX-2型轉向參數測試儀圖3. 3所示的儀器是ZX-2型轉向參數測試儀，用來測量方向盤上的扭矩值, 數值可以在表盤上直接讀數。下圖是根據圖3. 2的實物繪制出來的整體框架圖。圖3.4 EPS控制系統(tǒng)試驗臺的整體框架圖(1)、試驗臺固定架 (6)、汽車方向盤(2)、扭矩傳感器(3)、機械傳動系統(tǒng)(4)、磁粉式制動器(5)、扭矩傳感器示數盤(7)、電動機(8)、電子控制單元ECU(9)、頻率信號發(fā)生器(10)、制動器電流/電壓表3. 5. EPS裝置試驗臺的工作原理EPS控制系統(tǒng)的工作原理：用磁粉制動器模擬汽車的不同的路況下汽車受到的阻力，而且這一阻力可以 設定在不同的數值范圍內。用頻率信號發(fā)生器提供不同范圍內的頻率信號，頻率 發(fā)生器上有輸出接頭，模擬汽車在不同的行駛速度下的輸入信號。當在設定的不同阻力、不同速度的情況下，接好電路，開通電源，給阻力器 加載，并轉動汽車方向盤，迅速記錄下方向盤上的扭矩數值，同時記錄下制動器 上的實際負載扭矩數值，只要看看實際扭矩數值與方向盤上的助力扭矩的數值的 大小，它們的數值之差就是產生的助力大小值。在不同的情況下，分別設定不同的汽車行駛速度大小值，同時也只要記錄下 這些情況下的方向盤上的輸入扭矩就的數值大小。另外，由于制動器與方向盤上 的每個顯示器上的數據有跳躍，所以記錄時均取讀數的最大值。圖3.5 EPS控制系統(tǒng)試驗臺原理圖圖3.5是EPS控制系統(tǒng)試驗臺的原理框圖，我們根據原理框圖對整個試驗臺的工作原理進行詳細闡述。首先，EPS控制系統(tǒng)的電源系統(tǒng)在整個控制系統(tǒng)ECU的電路設計中，所有的 電器設備共同享用一個電源系統(tǒng)，電源電壓為12V直流電源，以車身為零電勢。 而EPS系統(tǒng)中除了電動機和電磁離合器采用12V電源外，單片機系統(tǒng)，傳感器電 源及集成芯片均采用5V電源，此外A/D轉換還需采用精密基準電源。所以系統(tǒng) 的電源系統(tǒng)電路包括12V電源、5V電源和精密基準電源。這就需要將220V的交 流電變壓為12V/5V的直流電。其次，是一定要將負教扭矩信號與車速輸入信號送往EPS控制系統(tǒng)的控制中 心一電子控制單元ECU,通過硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)的協(xié)作，在通過對不同車速模 擬行駛條件下，控制中心對助力電機進行實時控制，電動機產生的助力可直接由 方向盤上感覺出來。此外，兒路信號的輸出顯示裝置是測量數據的重要窗口，進行和計算機的連 接，讓計算機為試驗臺提供后置平臺服務是使數據分析走向程序化管理的重要途 徑。它不僅可以避免復雜而煩瑣的數據測試工作，從而提高工作效率，同時還可 以做出更為精確的分析結果，為提高分析的準確度提供一定的可靠保證。EPS控制系統(tǒng)試驗臺設計不僅僅是測試EPS控制系統(tǒng)的一些相關數據，更 主要地是能夠利用測試得到的數據進行分析，為系統(tǒng)開發(fā)與設計提供建設性的觀4. EPS裝置的性能測試和數據分析這里主要是對EPS裝置系統(tǒng)的試驗數據進行分析。由于數據測試時在各種 測試條件下進行的，分別模擬了在不同阻力情況不同車速行駛條件，所以控制系 統(tǒng)的試驗臺設計的好壞將直接影響到實驗數據的準確度。盡管如此，為了能夠真實模擬反映出試驗臺模擬車輛實際行駛狀況下的有關 數據，在試驗數據測試時，為保證測試的效果，對測試的試驗數據進行了必要的 處理安排，對測量的每組數據都按照一定的算法用圖形的形式表示出來。對試驗數據進行具體分析是進行試驗臺研究工作的最重要同時也是最關鍵 的一項工作。分析的結果將反映了研究工作中存在的問題，反映出設計中究竟還 存在著那些不足之處，是局部的問題還是整體的；是來自硬件系統(tǒng)的，還是軟件 設計方面的問題，了解這些問題軟件算法和進一步對控制系統(tǒng)的改進產生作用， 最終實現控制系統(tǒng)的日趨完善。4.1. EPS裝置試驗臺的測試環(huán)境因為汽車在行駛的過程中受到很多影響因素的制約，所以我們的試驗臺的測 試環(huán)境也要盡可能地做到與實際行駛環(huán)境相一致。但是要全部考慮到并且模擬出 逼真的環(huán)境的難度是相當大的。比如行駛過程中的空氣阻力，在雨天時的路面狀 況等，要模擬出這些環(huán)境因素的難度都是很大的。由于本測試介在測試的過程中 是處于靜態(tài)的，而且要考慮到保護測試臺的各個組件及維護，所以我們的測試過 程是在實驗室進行的。4 . 2. EPS裝置試驗臺的數據測試首先要能夠反映制動器的負載扭矩。它是助力產生的一個重要的比較數據， 只有和實際的負載扭矩進行比較才能得出助力的大小。其次要能夠反映出方向盤上實際轉動扭矩的數值。這也是一個非常重要的比 較數據，正是用這組數據同負我扭矩的比較，才能知道產生助力扭矩的效果。此外模擬試驗臺的速度信號是代表了在不同的速度信號下的測試情況，掌握 車速對控制系統(tǒng)產生助力的關系，對系統(tǒng)的研究開發(fā)將會起到推動作用。EPS控制系統(tǒng)獲得車速途徑：此試驗臺的測試獲得了在各種模擬車速行駛狀況下的數據結果，車速信號是 通過設計的頻率信號發(fā)生器確定的，為了能多反映出在各種速度下的助力效果， 分別設定了七種不同頻率信號，即分別代表了在七種車速行駛狀況下的助力數據 結果。根據車速頻率與車速轉換關系f=0.707V,由于設定了七種不同的速度，所 以七組數據圖中的頻率與車速關系可以得出：表1.頻率與車速的轉換關系表組號1234567頻率 (Hz)151014284256車速 km/h1.471420406080另外，七種不同的頻率下的測試數據組中，還按照制動器的負載電流從 0.1 A0.5A情況下進行測試（考慮方向盤順時針、逆時針轉動的情況）。EPS助力測試試驗臺得到的數據圖分別表示在七種車速下控制系統(tǒng)產生的 各種參數數值情況。包括：負載電流、順時針和逆時針情況下的負載扭矩、輸入 扭矩。（1）車速在1. 4km/h下的助力測試助力數據圖（1）是在車速為1.4km/h的狀態(tài)下測試得到的，從圖4.1中可 知：產生助力較為明顯的是從負載電流為0.15A,其后產生的助力扭矩數值維持 在5N.m左右。（3）車速為14km/h時的助力測試助力測試數據圖4. 3是在車速為14km/h的狀態(tài)下進行得到的，它與車速在 7km/h時的情形相似，由于測試的輸入扭矩傳感器的精度比較低，在一定程度上 產生了誤差，但不會影響到助力的測試效果。其后助力數值也不斷增大，但增大 的幅度不是很大。變化范圍在05Y.m左右。圖4.3助力測試數據圖(4)車速為20km/h時的助力測試助力測試數據圖4.4是在車速為20km/h的狀態(tài)下進行得到的，試驗數據比 較理想，一開始的助力效果在扭矩不大的情況下，提供較小的扭矩，其后隨著速 度的增加，助力有上升的趨勢。(5)車速為40km/h時的助力測試助力測試數據圖5.5是在40km/h的狀態(tài)下進行得到的，產生的助力效果也 較明顯，且在負載電流0.25A0. 4A時產生的助力扭矩很大，最大值為6N. m左 右。從助力測試數據中可以看出，初始階段出現的負扭矩可能是由于器件的精度 引起的，而其后的變化中，在整體扭矩增大的過程中，當負載電流為0.4A時， 助力有一點縮小，這種情況出現與其變化規(guī)律有點差異。圖4.5助力測試數據圖（6）車速為60km/h時的助力測試助力測試數據圖5.6是在車速為60km/h的狀態(tài)下進行的，從圖上反映的情 況來看，助力效果也是比較明顯的，而且在負載電流為0.15A后保持在37N.m 的正常范圍內。圖4.6助力測試數據圖(7)車速為80km/h時的助力測試試驗測試數據圖4. 7是在車速為80km/h的速度條件下，由于國內的許多研 究人員認為這一臨界速度是在45km/h,即達到這一速度時，EPS控制系統(tǒng)就指揮28看出在同一速度、同一負載電流下的順時針、逆時針產生助力情況比較。橫坐標是表示車速 縱坐標表示扭矩181614121086420-2一41.471420406080 0 0. 05A 0. 1A 0. 15A 0. 2A 0. 25A 0. 3A 0. 35A 0.4A 0.45A 0. 5A圖4. 8順時針時的助力測試效果圖橫坐標是表示車速 縱坐標表示扭矩8642086420241± 1± 1± 1± 1± 一 一41±41±4060 0 0. 05A 0. 1A 0. 15A 0. 2A 0. 25A 0. 3A 0. 35A 0. 4A 0. 45A 0. 5A圖4. 9逆時針時的助力測效果圖從上面的兩張效果圖中可以看出：在L4km/'h60km/h的速度下，均產生了 不同的助力效果，尤其式在車速為7km/h的時候，產生的主力效果最佳，助力扭 矩高達16N. mo到了 14km/h的時候，助力扭矩開始出現下降，而且下降的幅度比較大，一直 到速度為40km/h的時候，助力扭矩才開始有回升的跡象。在20km/h的時候，產生的助力扭矩一般維持在56sm左右，在這個期間， 即14km/h20km/h的范圍內，助力曲線出現回落，助力的變化比較大。其后維持在56. m的水平，當速度高達80km/h的時候可知系統(tǒng)幾乎不產生 助力。圖4.10助力扭矩特性曲線按照速度控制理論，助力扭矩與速度的關系應該如下圖曲線所反映的情況一 樣，速度越大助力反而越小，而在1420km/h的范圍內回落比較大，在0 1.4km/h的時候產生的助力是最大的，而實際結果卻只有56N.m,說明系統(tǒng)的 特性曲線變化規(guī)律不是很強。345 .總結與展望5.1. 總結論文詳細地闡述了 EPS控制系統(tǒng)軟整體框架的構造設計、系統(tǒng)仿真試驗臺的 構建、進行仿真試驗臺的數據分析以及EPS控制系統(tǒng)軟件設計。具體情況如下：首先介紹了 EPS裝置的結構及其幾種常見類型，對EPS裝置的工作原理和工 作流程根據原理圖做了簡單地敘述。并且對于一些用于信號接收的傳感器及其型 號的選擇做了簡要的介紹，同時列出了選擇的依據。其次，我們對EPS裝置的測試系統(tǒng)試驗臺進行了設計。列出了試驗臺必須要 具備的功能，再依據它的功能來決定主要部件的選型。通過磁粉制動器來模擬虛 擬的阻轉矩，利用信號發(fā)生器來模擬不同的車速，在選擇好正確的傳感器的前提 下，利用各種扭矩顯示儀來顯示各個扭矩數值。最后根據以上信息設計EPS裝置 的整體方案框圖，根據框圖來布局試驗臺所需的各個部件，最后制作出整個EPS 裝置的測試試驗臺。最后，我們利用EPS裝置測試的測試試驗臺對EPS產品進行測試，在這里我 們主要是設定車速，來測量順時針和逆時針時的負載扭矩和輸入扭矩，同時利用 負載電流的變化模擬出各種路況下的阻力矩，最后得出了七組數據。最后我們對 所得的數據進行了匯總和詳細的分析，制作助力測試數據圖和助力效果圖。我們得出的結論是：在不同的車速下，助力變化的階躍性比較大，跳動幅 度變化值也很大，而且正反轉的助力情況也有一點差距。按照速度控制理論，速 度越大助力反而越小，在。L4km/h時產生的助力應該是最大的，而實際情況 卻不是，在1420km/h的范圍內回落比較大，說明了該系統(tǒng)的特性曲線變化規(guī) 律不是很強。另外在速度為80km/h的時候基本上不會產生助力，可我們知道在 高速行駛的情況下，由于汽車方向盤上的助力已經很小，方向盤會有輕飄飄的感 覺，那我們是不是可以在高速的時候提供負助力，來幫助駕駛員更加容易控制方 向盤，使駕駛更有路感。5.2. 展望隨著社會的發(fā)展和人民生活水平的提高，全世界汽車產量逐年增加；并且我 們中國人口眾多，中國的汽車市場擁有廣闊的前景；因而汽車內部的一些零部件 也有很廣闊的市場前景。隨著技術的發(fā)展，產品的更新換代是在所難免的了，舊 的產品終究要被新的產品取代，所以傳統(tǒng)的HPS （液壓助力轉向）被EPS （電動 助力轉向）取代也在所難免。這樣汽車電動助力轉向裝置的性能測試系統(tǒng)的發(fā)展 也是在所難免。參考文獻|1陳典紅，楊其華，李海明.電動助力轉向器特性試驗研究幾 汽車科技報,2007.47(2):47-502馮櫻，肖生發(fā)，羅永革.汽車電子控制式電動助力轉向系統(tǒng)的發(fā)展J.湖北汽車工業(yè)學院 報,2001, (3)： 4-83林逸，施國標，鄒常豐等，汽車電動助力轉向技術的發(fā)展趨勢J.公路交通科技.2001 (6)： 79-81.4季學武，馬小平，陳奎元.EPS性能試驗研究J.江蘇大學學報(自然科學版)，2004, 25(2): 116-119.(5華江峰.汽車電動助力轉向裝置的性能測試系統(tǒng)D.南京工業(yè)大學碩士論文,2005.6季學武，劉學，孫凌玉.電動助力轉向系統(tǒng)電感式轉矩傳感器研究J,傳感器世 界,2007.2,11(04)11-147梁偉強.電動助力轉向試驗臺開發(fā)J.機電工程技術,2008, 37(7): 68-708鄧文才，王耘姚，棟偉，胡樹根，來明.電動助力轉向器性能試驗系統(tǒng)設計與實現，工業(yè)控制計 算機報2005J 8-20(9毛務本，馬謙.電動助力轉向系統(tǒng)硬件設計及試驗研究J,中文核心期刊微計算機信息 (嵌入式與 SOC)2008,24(22),238-24010王海洋，陳昕.汽車電動助力轉向阻力模擬試驗臺研究J,遼寧工學院學報, 200525(6),400-40211劉峰，丁能根,余貴珍，葛堯.EPS實車試驗輔助測試系統(tǒng)的設計J,車輛與動力技 術,20082110(2)31-3412林逸.電動助力轉向系統(tǒng)專項性能的客觀評價J.農業(yè)機械學報,2003, 34(4): 4-7.13 Jerems, FRachui ,D. 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