電動助力轉向系統試驗臺結構設計(EPS)【帶CAD圖紙和說明書】

電動助力轉向系統試驗臺結構設計(EPS)【帶CAD圖紙和說明書】,帶CAD圖紙和說明書,電動,助力,轉向,系統,試驗臺,結構設計,EPS,CAD,圖紙,說明書 畢業設計任務書車輛工程 系 機械設計制造及其自動化（汽車技術） 專業設 計 題 目 電動助力轉向系統試驗臺結構設計 學 生 姓 名班 級起 止 日 期設 計 地 點指 導 教 師教研室主任發任務書日期 1.畢業設計的原始數據：系統供電：380V/220V；臺架人體可觸及部分元器件配電：24V；總功率：最大5kW；輸入扭矩：量程50Nm；輸出扭矩：量程100Nm;電源總電流：量程DC50A，傳感器電壓：量程DC10V2.畢業設計(論文)的內容和要求(包括技術要求、圖表要求以及工作要求等)：電動助力轉向系統試驗臺是根據國家標準汽車電動助力轉向裝置技術條件與臺架試驗方法的基本要求來設計的，整個試驗臺主要有機械 部分和控制部分組成，本課題為試驗臺結構設計。調研，查閱、收集資料，完成英文資料翻譯，撰寫開題報告根據要求進行電動助力轉向系統試驗臺總體方案設計進行試驗臺結構設計撰寫畢業設計說明書3.畢業設計應完成的技術文件：開題報告、論文摘要250字（中、英文）、譯文3000字；總體方案原理圖1張試驗臺裝配圖1張部件圖和部分非標零件圖1套，所有圖紙折合0號 3張以上設計說明書1本，2萬字以上（計算機打?。?.主要參考文獻：汽車工程手冊設計篇；機械設計手冊；汽車電動助力轉向裝置技術條件和試驗方法（國家行業標準）電動助力轉向系統控制的臺架試驗研究(J)汽車電動助力轉向系統測試平臺的開發與研究(學位論文)汽車電動助力轉向系統試驗臺設計研究(學位論文)Offline Detection of Electric Power Steering(EPS) (J)A Vehicle State Detection Method Based on Estimated Aligning Torque Using EPS (J)-1-5.畢業設計(論文)進度計劃(以周為單位)：起 止 日 期工 作 內 容備 注2.21-2.272.28-3.063.07-3.133.14-3.203.21-3.273.28-4.034.04-4.104.11-4.174.18-4.244.25-5.015.02-5.085.09-5.155.16-5.225.23-5.295.30-6.056.06-6.12調研，查閱、收集資料調研，查閱、收集資料完成譯文編寫并完成開題報告進行系統分析、比較、計算、選擇試驗臺總體方案確定試驗臺總體方案設計試驗臺總體結構設計通用件、標準價的選用各部件裝配圖設計各部件裝配圖設計各部件裝配圖設計非標零件圖設計非標零件圖設計編寫設計說明書完成中英文摘要，完善設計說明書，準備答辯教研室審查意見：室主任 年 月 日系部審查意見：系主任 年 月 日-2車輛工程系本科畢業設計（論文）開題報告題目：電動助力轉向系統試驗臺 結構設計 專業： 機械設計制造及其自動化(汽車技術) 班 級：學生姓名：指導教師：2011年3月本科畢業設計(論文)開題報告學生姓名學 號專 業機械設計制造及其自動化（汽車技術）指導教師職 稱所在院系車輛工程課題來源自擬課題課題性質工程設計課題名稱電動助力轉向系統試驗臺結構設計畢業設計的內容和意義本課題的設計內容：EPS（電動助力轉向）系統在傳統的機械轉向系統的基礎上增加了傳感檢測裝置、控制單元以及轉向助力機構(包括電動機、減速機構、傳動裝置)，它是通過電動機產生的轉矩來幫助駕駛員進行轉向的。本課題是試驗臺的結構設計，需完成的主要內容如下：1. 試驗臺總體方案設計2. 試驗臺總體結構設計3. 通用件、標準件的選用4. 各部件裝配圖的設計5. 非標零件圖設計6. 編寫設計說明書本課題研究的意義：本課題對電動助力轉向系統試驗臺的機械系統進行了研究和設計，其意義如下：畢業設計的內容和意義電動助力轉向更能做到能量高效，環境相容。它消耗的能量約為傳統的液壓動力轉向系統的二十分之一，并且，它不含任何油，不論是生產還是報廢它都不污染環境。因此，這激發了越來越多地車輛裝備EPS。電動助力轉向(EPAS，electric power-assisted steering)是汽車動力轉向的新技術與新結構，近年來在國內外轎車上的應用逐漸增多。EPAS的成功開發必須進行大量的實車試驗，將系統的性能調整到最佳的工作狀態。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，為后續實車試驗獲得某些基本參數和算法，是非常有益的。通過臺架試驗研究可以探索電動機的助力規律，檢驗助力控制程序的運行效果，分析EPS對汽車轉向輕便性的影響。同時也可以降低直接裝車進行路試的危險性和研究成本。文獻綜述電動助力轉向系統最早應用在日本的微型轎車上，歐、美等國的汽車公司對EPS的開發研究比日本晚10年時間，但開發的力度比較大，目前，一些公司己經研發并將EPS作為其轎車的標準裝備1。在國內，隨著2000年昌河北斗星廂式車安裝進口電動助力轉向器，汽車轉向器歷史上掀開了新的一頁。由于國內的EPS起步比較晚，目前正處于技術開發和產業轉化的初期2。EPS以它的一系列優點以及它不斷擴大的市場吸引了國內越來越多的專家、學者以及有關企業的關注，在2005年12月的上海零部件展上，18家國內有成就的EPS相關企業聯合展出，組織了電動轉向聯合展臺。2005年國內電動助力轉向器裝車己達6萬臺(4個廠家)，預計2006年將達到12萬臺(廠家將達到810家)。國內生產的昌河北斗星、上海大眾途安、廣州本田飛度、吉利豪情等轎車上已經安裝了EPS系統。國內很多高校(如吉林大學、清華大學、江蘇大學等)也在這方面做了一系列的研究工作，在實驗室臺架試驗上取得了一些進展，但是在試驗車上轉向的效果有待改進，如轉向盤抖振、噪聲大、左右轉向不對稱等。在產業化方面，整車企業在電控技術及EPS的行業標準方面存在滯后性34。EPS試驗臺搭建的必要性：電動助力轉向系統關系到汽車的舒適性、安全性和可靠性，在開發前進行大量的實車試驗，將系統性能調整到最佳工作狀態是開發的必要要求。然而，在實車試驗中需要消耗大量的人力、物力和財力，為了在實車試驗前盡量的完善系統軟件、硬件設計，以減少設計中的某些不足導致實車試驗的失敗，在實車試驗之前的臺架試驗是非常必要的。電動助力轉向試驗臺可以通過模擬轉向的實際工況向轉向系統提供轉向阻力，并通過臺架中的傳感器收集相關數據，這些數據可用來研究系統的控制方法和參數，特別是轉矩傳感器的工作特性、直流電機轉矩的控制等。也可以用來初步研究EPS系統助力控制規律，確定助力控制規律將如何滿足駕駛員對汽車轉向輕便性的要求。還可以研究EPS系統的工作特性，深入了解EPS系統的基本結構、功能，以及為EPS系統的仿真研究提供實際試驗數據，以便驗證仿真模型。這些研究內容都是電動助力轉向技術的基本問題，能為將來的實車試驗提供必要的數據準備，是電動助力轉向產品化開發設計的前提和基礎。在試驗臺設計時有以下三點要求：(1)EPS系統試驗臺雖不同于實車上的EPS系統，但可用來研究系統的一些性能和控制算法，為實車試驗所需的一些數據做準備。(2)由于EPS系統與車輛的其他系統密切相關，且與行車環境等因素緊密聯系，所以，為了使臺架試驗數據比較真實、準確地反映實際情況，試驗結果有說服力，設計的試驗臺能夠更好的為系統的開發和研究提供幫助，臺架設計時，一定要盡可能的模擬出汽車行駛時的實際情況。(3)所設計的試驗臺要在滿足臺架最基本功能的基礎上，考慮投資成本問題，在選擇部件時盡可能選擇成本較低、性能適中的部件。設計試驗臺的目的是要驗證仿真模擬中的一些設計數據，本文中所設計的試驗臺主要是結構設計。在試驗臺的研究方面，國內外研制試驗臺的目的基本上都是滿足產品質量檢測的需要，并開發出了形式各異、種類繁多的試驗臺架。國外的幾家著名汽車零部件公司，如博世(BOSCH)、采埃孚(ZP)等，其開發的試驗臺在結構和測試方面并重。其在結構設計上充分考慮現場操作的實際情況，從人機工程學角度出發引導試驗臺的結構設計；當然，其結構設計的重點仍然是試驗臺結構的合理性和可靠性，同時還兼顧到臺架的美觀性5。文獻綜述EPS試驗臺的基本功能主要包括以下幾個方面：(1) 模擬出汽車在各種路況下行駛時產生對轉向系統的阻力。(2) 能模擬出汽車在不同車速下提供給控制系統的車速信號。(3) 能夠顯示出汽車方向盤產生的助力扭矩。(4) 能夠模擬出發動機信號和點火信號。(5) 提供人機交互界面，進行計算機后臺數據處理6。通過網上的查找，發現一些有關電動助力轉向試驗臺的研究，如：一汽集團的電動助力轉向試驗臺，其裝置包括有EPS系統總成、檢測系統，其特征是：它還包括有加載機構、測試裝置控制系統，EPS系統總成還包括右轉向前輪總成，右轉向前輪總成由轉向控制臂、轉向節臂和前輪組成，轉向控制臂和轉向節臂與前輪連接，轉向節臂的另一端和轉向橫拉桿連接，加載機構一部分與轉向齒條聯結，另一部分與轉向控制臂聯結，測試裝置控制系統與EPS系統總成、加載機構電連接。電動助力轉向試驗臺轉向阻力模擬精度高、控制系統實時性好、能提供實時的車輛動力學仿真環境7。還有長安大學的研究的試驗臺，其結構包括：阻力加載裝置、齒輪齒條傳動機構、聯軸器、轉向器、霍爾電流傳感器、霍爾電壓傳感器、助力電機、雙萬向節、固定座、轉矩傳感器、方向盤等。試驗臺的工作原理為：當手動輸入一定的轉矩，模擬駕駛員轉動方向盤時，方向盤上的力矩傳遞給轉向軸，帶動齒輪齒條壓縮彈簧，彈簧變形從而向轉向系統施加阻力。此時，轉向軸上的轉矩傳感器隨轉向軸轉動，獲得方向盤轉矩信號，傳遞給工控機，工控機由預先設定的理想助力轉矩算出電機的助力轉矩，控制電機輸出助力矩。助力電機的電流、電壓、助力矩由試驗臺的測控系統獲得。所測的所有信號測控系統都會記錄并保存，用于EPS系統的性能分析8。查閱有關書籍發現，一般電動助力轉向系統主要包括：機械式轉向器、轉矩傳感器、減速機構、離合器、電動機、電子控制單元和車速傳感器等9。翻閱大量資料后，對自己要設計的電動助力轉向試驗臺的結構也有了比較清晰的認識，在一般的電動助力轉向器上加上臺架，試驗板，阻力加載裝置等。重點參考南京東華轉向器廠的電動助力轉向試驗臺的機械結構設計。參考文獻1 Xu Hanbin,Zhang Zhongfu.Offline Detection of Electric Power Steering (EPS) J. Wuhan: School of Mechantronic Engineering Wuhan University of Technology.20052 施國標,林逸,陳萬忠,鄒常,潘海鵬.汽車電動助力轉向試驗臺測試系統開發J.測控技術,2005,24(3) : 23-253 王其東,楊孝劍,陳無畏,姜武華.電動助力轉向系統控制的臺架試驗研究J.汽車工程,2004,26(5): 553-5564 趙景波.汽車電動助力轉向系統的研制及臺架實驗研究D.江蘇: 江蘇大學, 20075 余敏.汽車動力轉向器試驗臺測試系統設計D.武漢: 武漢理工大學,20056 牛繼高.電動助力轉向系統測試平臺的開發與研究D.重慶: 重慶交通大學, 20097 http:/search.cnpat.com.cn/Search/CNViewSearch?wd=vdkvgwkey=200720094337&jsk=search_gb#8 梁爽.汽車電動助力轉向系統控制策略研究及試驗臺方案設計D.西安: 長安大學, 20109 陳家瑞. 汽車構造(第四版)M.北京: 機械工業出版社, 2009.6研究內容通過查閱有關電動助力轉向器試驗臺架的國內外資料，發現北京理工大學電動車輛工程技術中心和吉林大學汽車工程學院聯合進行汽車電動助力轉向試驗臺測試系統的開發研究，他們研制的試驗臺使用方便，運行穩定可靠，測試精度和效率均能滿足要求，適用于電動助力轉向基本特性的測試與控制系統的開發。根據掌握的資料，制定具體研究內容如下：1. 研究電動助力轉向器試驗臺的結構組成。2. 完成電動助力轉向器試驗臺的總體方案的設計。3. 結合電動助力轉向器的結構，完成其試驗臺架的結構設計。4. 采用CAD對電動助力轉向器各零件進行設計。5. 通過CAD生成電動助力轉向器試驗臺工程總裝圖、部件圖和非標零件圖。6. 撰寫畢業設計說明書。研究計劃3.01 - 3.14 調研，查閱、收集資料3.15 - 3.21 完成相關的英文資料翻譯3.22 - 3.28 編寫并完成開題報告3.29 - 4.04 進行系統分析、比較、計算、選擇4.05 - 4.18 試驗臺總體方案確定和方案設計4.19 - 4.25 通用件、標準價的選用4.26 - 5.16 各部件裝配圖設計5.17 - 5.23 非標零件圖設計5.24 - 5.30 部件圖生成5.31 - 6.06 非標零件圖生成6.07 - 6.13 編寫設計說明書6.14 - 6.18 完成中英文摘要，完善設計說明書，準備答辯特色與創新試驗臺采用液壓滑臺設計，軸向移動控制方便。指導教師意 見指導教師簽名：年 月 日教研室意見主任簽名：年 月 日系部意見教學主任簽名：年 月 日車輛工程系本科畢業設計（論文）材料清單專業： 機械設計制造及其自動化（汽車技術） 題目：電動助力轉向系統試驗臺結構設計序號本科畢業設計（論文）材料清單內容份數備 注1畢業設計(論文)選題、審題表1份2畢業設計(論文)任務書 1份3畢業設計(論文)開題報告1份4畢業設計成果正本(論文)1份5機械圖紙1套電動助力轉向試驗臺裝配圖#A01張部件裝配圖#A11張零件圖#A2#A35張試驗臺總體設計框圖#A31張6畢業設計（論文）評分標準1份7畢業設計指導教師審閱表1份8畢業設計評閱教師審閱表1份9畢業設計（論文）答辯及綜合成績評定表1份10畢業設計（論文）電子光盤1片填表人： 驗收人車輛工程系本科畢業設計（論文）題目： 電動助力轉向系統試驗臺結構設計 專業： 機械設計制造及其自動化（汽車技術）班 級：學生姓名：指導教師：起迄日期：設計地點：Electric Power Steering System Test Platform DesignBy 摘 要本論文對電動助力轉向(EPS)系統試驗臺進行了分析和設計。在本文中，對EPS試驗臺的兩種布置形式進行了對比和選擇，結合現代EPS系統試驗臺的發展趨勢，對EPS系統試驗臺進行了分析和設計。通過研究EPS的工作過程，進行試驗臺總體方案的設計，再對試驗臺的總體結構進行設計，設計過程中參考了東華轉向器公司的產品，運用AutoCAD畫出試驗臺的裝配圖。在設計中采用了液壓滑臺設計，并對一些關鍵部件進行了選擇、校核。本文設計的試驗臺的優點：(1)檢測試驗簡單，結構緊湊(2)裝夾控制方便(3)改進方便，便于升級改裝關鍵詞：EPS；試驗臺；AutoCAD；液壓滑臺ABSTRACTThis 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 studying the work process of EPS, and then design the overall structure of EPS test platform with the reference to Dong Hua steering companys 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.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11.1引言11.2選題背景與意義11.3研究現狀21.4本文研究的內容2第二章 電動助力轉向系統試驗臺的總體設計42.1電動助力轉向系統42.1.1工作原理42.1.2工作特點42.2典型試驗介紹52.2.1名詞定義52.2.2 特性試驗的性能技術要求52.3試驗臺整體方案設計62.4試驗臺測試項目82.4.1車速82.4.2系統的阻力矩82.4.3電動機的各項參數92.4.4轉向盤主扭矩與助力電動機轉矩的關系9第三章 電動助力轉向試驗臺各部件的選用123.1系統主要部件123.1.1電子控制單元(ECU)123.1.2電動機123.1.3減速機構133.1.4轉向電動機143.1.5磁粉制動器143.2傳感器的選擇163.2.1轉速傳感器183.2.2轉矩傳感器18第四章 試驗臺的結構設計214.1試驗臺的布置214.2聯軸器的選擇與校核214.3普通平鍵的選擇與校核244.4液壓滑臺254.5磁粉制動器支架254.6減速機構支架264.7轉向電機支架26第五章 結 論275.1結論275.2總結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36IV第一章 緒 論1.1引言汽車轉向系統是用于改變或保持汽車行駛方向的專門機構。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的改變其行駛方向，并在受到路面傳來的偶爾沖擊及汽車意外地偏離行駛方向時，能與行駛系統配合共同保持汽車的操縱穩定性和安全性。汽車轉向系統是決定汽車主動安全性的關鍵總成，如何設計汽車的轉向特性，使汽車具有良好的操縱性能，始終是各汽車生產廠家和科研機構的重要研究課題。特別是在車輛高速化、駕駛人員非職業化、車流密集化的今天，針對更多不同水平的駕駛人群，汽車的操縱設計顯得尤為重要。1.2選題背景與意義汽車電動助力轉向系統(EPS)在日本最先獲得實際應用。1988年日本鈴木公司首次開發出電動助力轉向系統，并裝在其生產的Cervo車上，隨后又配備在Alto上。此后，電動助力轉向技術得到迅速發展，其應用范圍已經從微型轎車向大型轎車和客車方向發展。日本的大發汽車公司、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展，并且其控制形式與功能也進一步加強。日本早期開發的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定性。隨著電子技術的發展，EPS技術日趨完善，并且其成本大幅度降低，因此其應用范圍將越來越大。電動助力轉向系統的優勢主要體現在：(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向系統的擾動，改善汽車的轉向特性，減小汽車低速行駛時的轉向操縱力，提高汽車高速行駛時的轉向穩定性，進而提高汽車的主動安全性。(2) 提高了汽車的燃油經濟性，減少了對環境的污染。電動助力轉向系統直接通過電動機的輸出給駕駛員提供助力，電動機只有在轉向時才工作，在不進行轉向時幾乎沒有動力消耗，提高了汽車的燃油經濟性；同時由于不需要轉向油泵，油管及控制閥等液壓元件，不會發生液壓油的泄露和損耗，減少了對環境的污染。(3) 增強了轉向跟隨性和可靠性。在EPS系統中，電動機與助力機構直接相連以使其能量直接用于車輪的轉向，增加了系統的轉動慣量，減小了車輪的反轉和轉向前輪擺振，增強了轉向系統的抗擾動能力；EPS旋轉力矩產生于助力電機，沒有液壓助力系統的轉向遲滯效應，增強了轉向車輪對轉向盤的跟隨性能；電動助力轉向系統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) 能夠提供可變的轉向助力。對于傳統的液壓系統，可變轉向力矩獲得非常困難而且費用很高，要想獲得可變轉向力矩，必須增加額外的控制器和其它硬件；電動助力轉向系統的轉向力來自于助力電機，可變轉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，質量更輕，結構更緊湊。電動機和減速機構在轉向柱或轉向系內，直接提供轉向助力，省去了液壓動力轉向系統所必需的動力轉向油泵、油管、液壓油、密封件、傳送帶和裝于發動機上的皮帶輪等部件，因而其所占空間更小，質量更輕、結構更緊湊，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研究現狀電動助力轉向系統自生產至今，經過幾十年的應用與發展，已取得了較大的進步。如今，在國外己大規模采用EPS，其應用范圍也將進一步拓寬，將作為標準件裝備在汽車上，并將在動力轉向領域占據主導地位。目前，在全世界汽車行業中，電動助力轉向系統每年正以90%10%的增長速度發展，年增長量達130萬150萬套，2008年將超過1000萬套。按此速度發展，用不了幾年的時間，電動助力轉向系統將逐漸占領轎車市場，并向微型車、輕型車和中型車擴展。EPS是汽車關鍵零部件之一，其質量對汽車轉向有著重要的影響。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，為后續實車試驗獲得某些基本參數和算法，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系統輸入端的扭矩、輸入端的轉角、輸出端的扭矩進行檢測，實現EPS性能和可靠性試驗的自動測量和圖形的動態顯示，數據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。汽車EPS試驗臺的使用將會大大提高產品的裝配質量和檢測精度，為質量管理提供了統計資料，且使產品的裝配、調試、檢測工作變得十分簡單，生產效率大幅度提高。1.4本文研究的內容(1)電動助力轉向試驗臺總體方案設計；(2)電動助力轉向試驗臺總體結構設計；(3)電動助力轉向試驗臺用傳感器的研究與選型；(4)非標零件圖設計；(5)試驗臺的布置。第二章 電動助力轉向系統試驗臺的總體設計2.1電動助力轉向系統2.1.1工作原理電動助力轉向系統主要由傳感器、電子控制器ECU、執行器三個部分組成。其中傳感器主要包括車速傳感器、轉矩傳感器、轉向角傳感器；執行器主要包括電動機、電磁離合器和減速機構。其工作原理為：電子控制單元(ECU)根據車速傳感器和轉向盤轉矩傳感器的信號計算所需的轉向助力的大小，通過功率放大模塊控制直流電動機的轉動，助力電動機的轉矩經過減速機構減速增扭后，驅動齒輪齒條轉向機構，產生相應的轉向助力。EPS系統還設有故障診斷模塊和保護措施，當EPS發生故障時，故障診斷及代碼顯示模塊發出報警信號，并且以故障代碼的形式指示故障類型同時，EPS系統斷開電磁離合器，轉為手動純機械轉向狀態。電動助力轉向系統能夠實現不同車速下實時地為汽車轉向提供不同的助力效果，減輕了汽車低速時的轉向盤操縱力，提高了操縱的靈便性和高速行駛的穩定性。2.1.2工作特點對于電動助力轉向機構，電動機僅在汽車轉向時才工作并消耗蓄電池能量；而對于常流式液壓動力轉向機構，因液壓泵處于長期工作狀態和內泄漏等原因要消耗較多的能量。兩者比較，電動助力轉向的燃料消耗率僅為液壓動力轉向的16%20%。液壓轉向機構內的工作介質是油，任何部位出現漏油，油壓將建立不起來，不僅失去助力效能，并對環境造成污染。當發動機出現故障停止工作時，液壓泵也不工作，結果也會喪失助力效能，這就降低工作可靠性。電動助力轉向機構不存在漏油問題，只要蓄電池內有電提供給電動助力轉向機構，就能有助力作用，所以工作可靠。若液壓動力轉向機構的油路進入空氣或者貯油罐油面過低，工作時將產生較大噪聲，在排除氣體之前會影響助力效果；而電動助力轉向僅在電動機工作時有輕微的噪聲。電動助力轉向與液壓動力轉向比較，轉動轉向盤時僅需克服轉向器的摩擦阻力，不存在回位彈簧阻力和反應路感的油壓阻力。電動助力轉向還有整體結構緊湊、部件少、占用的空間尺寸小、質量比液壓式動力轉向約輕20%25%以及在車上容易布置等優點。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向裝置技術條件與臺架試驗方法中對循環和損壞有如下定義：循環：轉向器輸入端由中間位置向一個方向旋轉至規定的角度后，返回中間位置再向另外一個方向旋轉之規定角度后，再回到中間位置為1個循環。損壞：被試總成按規定的可靠性試驗項目完成試驗后，有下列情況之一出現，則認為己損壞。u 做功能試驗時未滿足功能技術要求。u 試驗后的輸入、輸出特性曲線未滿足輸入、輸出特性技術要求。u 試驗后的助力電流特性曲線未滿足設計技術要求。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要求。u 回正試驗時轉向器回不到中間位置，并未滿足回正特性技術要求。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要求國家標準汽車電動助力轉向裝置技術條件與臺架試驗方法中對電動助力轉向系統性能技術條件有如下：(1)功能要求模擬不同車速轉動轉向盤的過程中感覺在轉動轉向盤的過程中應平滑、無卡滯；轉向盤無明顯振動，轉動轉向盤至任意角度停下時轉向器輸出端不應有慣性延時現象。(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符合設計要求，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，該特性應符合設計要求。(4)反向沖擊指標在轉向器輸出端施加沖擊力，電動機應迅速反應制止轉向盤轉動，沖擊時電流響應時間不超過10毫秒，在轉向盤上不能產生大于3度的轉動角度。(5)空載轉動力矩檢查電動助力轉向裝置在電源關閉和接通狀態下轉動的機械摩擦以及任何可能的機械阻力，轉動阻力矩及其波動應符合設計要求。(6)回正特性1)低速行駛回正時，回正特性曲線應通過原點；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立即顯示。2.3試驗臺整體方案設計查閱相關資料發現有多種電動助力轉向試驗臺架。圖2-1 EPS試驗臺如圖2-1所示，此試驗臺架結構簡單，體積小，占用空間??；不過只能完成相對較簡單的電動助力轉向試驗，自動化程度低，無法通過工業計算機操作試驗，觀察試驗的圖像，而且車輪不能模擬多種路況的轉向阻力矩，更不能滿足電動助力轉向系統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計的要求。參考東華轉向器公司的試驗臺，我做了少許改變，得到下圖的總體設計框圖，此試驗臺能滿足此次設計的要求，且自動化程度高。圖2-2 試驗臺總體設計框圖試驗臺總體設計框圖如圖2-2所示。電動助力轉向系統的電子控制單元根據轉矩信號、模擬車速信號，模擬發動機轉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會根據這個反饋電流和下面的轉矩傳感器的轉矩信號時時控制電流大小，EPSECU會把這些數據傳給數據采集系統，然后進行數據處理，數據處理系統會根據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向盤的轉矩曲線圖與數據庫中的曲線圖進行比較，來判定電動助力轉向系統的好壞。此試驗臺也可以作電動助力轉向系統的耐久性試驗。整個試驗臺主要有三個部分：(1)是機械部分，包括EPS轉向機械系統和驅動電動機；(2)是控制部分，包括電子控制系統以及程序調試系統；(3)是數據采集分析系統。汽車電動助力轉向試驗臺的組成：1)轉向電動機；2)直流電動機，額定電壓12V，額定轉矩1.6N.m，額定輸出功率170W，額定轉速1050r/min，額定電流30A，通過減速機構和轉向柱連接；3)試驗臺架，用于安裝固定各個部件；4)模擬轉向負載的阻尼器，安裝在轉向軸徑上；5)轉矩傳感器，電壓測量范圍010V6)車速信號模擬裝置和控制電路板；7)電源，為系統提供所需電壓380V/220V，電源總電流DC50A，臺架人體可觸及部分元器件配電：24V；8)多功能數據采集卡：PCI-8310數據采集卡。試驗臺系統總體結構框圖如圖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裝置中轉向盤的主扭矩、轉向盤的轉向角度和制動器阻力矩，助力電動機的電流、電壓和轉矩等。把這些量以及ECU(電子控制器)中的一些控制量一起，通過PCI-8310多功能板傳送到工業控制計算機上，并適時顯示系統運行各項數據及主要參數曲線，并最終存到數據庫系統中，據此來分析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，為以后汽車電動助力轉向裝置的研制提供可借鑒的數據和經驗。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過整形后發出的是脈沖信號，每個脈沖表示磁電式車速傳感器的被測齒盤輪齒轉過一齒，那么汽車的行駛速度就可以用單位時間內的脈沖數、被測齒盤齒輪齒數與車輪的行駛半徑計算出來。其計算公式如下：V=2nTZrd (2-1)其中：V-汽車行駛速度n-測量的脈沖數Z-被測齒盤的齒輪齒數T-測量時間周期rd-車輪的滾動半徑2.4.2系統的阻力矩駕駛員在轉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。汽車轉彎時，前輪上作用著與轉向力相應的“繞主銷的阻力矩”，通?；\統地稱為回正力矩?；卣爻詡鲃颖?，就是駕駛員為了使汽車轉彎所經常需要克服的力矩。除了回正力矩以外，駕駛員還需要克服主銷的摩擦阻力矩，轉向機構的摩擦力矩(其大小取決于轉向機效率)，各個球頭的摩擦力矩以及原地轉向時輪胎與地面的摩擦力矩等。通?！稗D向阻力矩”按汽車不同的行車方式分成“原地轉向阻力矩”和“行車轉向阻力矩”兩種。原地轉向:指對靜止不動的汽車進行轉向時，首先是輪胎發生扭轉變形，繼之以路面和路面之間發生滑移，稱這一情況所產生的轉向阻力矩為原地轉向阻力矩。行車轉向阻力矩指對行駛時的汽車進行轉向時產生的阻力矩。行車轉向比原地轉向車速增加了，接地面積滾動成分增加，轉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、摩擦系數等。顯然，負荷愈大，輪胎氣壓愈低，原地轉向阻力矩也將愈大。同時輪胎和路面間的摩擦系數增大，原地轉向阻力矩也將增大。2.4.3電動機的各項參數電動機助力轉矩是電動機為了提高汽車操縱的輕便性而對轉向系外加的力矩，其大小由EPS的ECU根據傳感器傳來的車速信號、轉向盤扭矩等參數決定。在本測試系統中除了對轉向盤的主扭矩、電動機的助力轉矩和整個轉向裝置所受的阻力矩的采集以外，還對車速和轉向盤轉角進行采集，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；而采集汽車轉向盤角這個量是為了測量助力轉矩和轉向盤轉角的關系。同時也對助力電動機的電流、電壓、輸出轉矩這些量進行采集，以此來檢測電動機的工作狀態。2.4.4轉向盤主扭矩與助力電動機轉矩的關系助力特性對電動助力轉向系統的性能，包括輕便性、回正性、路感等有重要影響。在傳統液壓動力轉向中助力特性主要由閥的結構決定，調整困難，且設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向的控制目標，由軟件來設置，可以設計成車速感應型特性曲線，并可方便地進行調節。圖2-3所示為傳統液壓動力轉向的助力特性曲線，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向盤輸入力矩之間的關系曲線表示。圖2-3 傳統液壓動力轉向助力特性曲線(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表示I=0 0Td0.5%150%F.S200Mo-20600.5%F.S90%RH第四章 試驗臺的結構設計4.1試驗臺的布置由試驗臺的總體方案設計，運用CAD軟件設計試驗臺架。如圖4-1從右到左為液壓缸，滑臺，轉向電動機，彈性聯軸器，轉矩傳感器，萬向節聯軸器，減速器，助力電機，萬向聯軸器，轉矩傳感器，凸緣聯軸器，磁粉制動器，滑臺，液壓缸。圖4-1 試驗臺的布置4.2聯軸器的選擇與校核聯軸器是用來聯接不同機構中的兩根軸（主動軸和從動軸）使之共同旋轉以傳遞扭矩的機械零件。在高速重載的動力傳動中，有些聯軸器還有緩沖、減振和提高軸系動態性能的作用。聯軸器由兩半部分組成，分別與主動軸和從動軸聯接。聯軸器種類繁多，按照被聯接兩軸的相對位置和位置的變動情況，可以分為：固定式聯軸器。主要用于兩軸要求嚴格對中并在工作中不發生相對位移的地方，結構一般較簡單，容易制造，且兩軸瞬時轉速相同，主要有凸緣聯軸器、套筒聯軸器、夾殼聯軸器等?？梢剖铰撦S器。主要用于兩軸有偏斜或在工作中有相對位移的地方，根據補償位移的方法又可分為剛性可移式聯軸器和彈性可移式聯軸器。剛性可移式聯軸器利用聯軸器工作零件間構成的動聯接具有某一方向或幾個方向的活動度來補償，如牙嵌聯軸器（允許軸向位移）、十字溝槽聯軸器（用來聯接平行位移或角位移很小的兩根軸）、萬向聯軸器（用于兩軸有較大偏斜角或在工作中有較大角位移的地方）、齒輪聯軸器（允許綜合位移）、鏈條聯軸器（允許有徑向位移）等，彈性可移式聯軸器（簡稱彈性聯軸器）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，如蛇形彈簧聯軸器、徑向多層板彈簧聯軸器、彈性圈栓銷聯軸器、尼龍栓銷聯軸器、橡膠套筒聯軸器等。聯軸器有些已經標準化。選擇時先應根據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速，再從有關手冊中查出適用的型號，最后對某些關鍵零件作必要的驗算。典型聯軸器：(1)凸緣聯軸器：凸緣聯軸器由兩個帶凸緣的半聯軸器和聯接螺栓組成。兩半聯軸器分別用鍵與兩軸連接，同時它們再用螺栓相互連接。凸緣聯軸器有兩種對中方式：一種是利用兩個半聯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，工作中靠預緊普通螺栓在兩個半聯軸器的接觸面間產生的摩擦力來傳遞轉矩，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矩，其傳遞轉矩的能力較大。若傳遞的轉矩不大，可以一半采用鉸制孔用螺栓，另一半采用普通螺栓，這種結構裝拆時軸不需作軸向移動，只需拆卸螺栓即可，比較方便，可用于經常裝拆的場合。圖4-2 凸緣聯軸器制造凸緣聯軸器的材料可采用35、45鋼或ZG310-570，當外緣圓周速度v30 m/s時可采用HT200?？紤]到機器啟動、停車和工作中不穩定運轉的動載荷影響，計算轉矩Tca可按下式計算Tca=KAT式中 T聯軸器傳遞的名義轉矩，單位為Nm；KA聯軸器的工作情況系數。根據聯軸器的工作情況系數表，選擇KA=1.3，磁粉制動器的最大轉矩為T=100Nm，帶入公式Tca=1.3100=130Nm磁粉制動器的輸入軸的直徑d=38mm，根據機械工程及自動化簡明設計手冊選取凸緣聯軸器YL7，其額定轉矩為160Nm,大于130Nm，滿足要求，轉速較小，所以選取材料為HT200。(2)彈性聯軸器：彈性套柱銷聯軸器的結構與凸緣聯軸器的結構相似，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。兩半聯軸器與軸配合的孔可做成圓柱形或圓錐形。半聯軸器的材料常用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、需要正反轉的中、小功率傳動，工作環境溫度應在-20+70的范圍內。彈性套柱銷聯軸器可從有關標準中選用，必要時應驗算彈性套與孔壁的擠壓強度和柱銷的剪切強度。Tca=KATT=50Nm，KA=1.3帶入公式Tca=1.350=65Nm現在計算柱銷的剪切應力，看能否滿足要求T= 2FS D1 聯軸器TL4的D1為85mm柱銷直徑d=12mmFS=5020.085=294N=Fs/A=2940.0062=2.6MPa2.6MPa=30MPa可以選用TL4型彈性套柱銷聯軸器。彈性套的擠壓面積AbS=bd查手冊b=23mm，d=12mmAbS=0.0230.012=2.7610-3m2F=FS=AbSbS帶入數值bS=2942.7610-3=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。 應用：正反向變化多，啟動頻繁的高速軸。圖4-3 彈性套柱銷聯軸器(3)萬向聯軸器萬向聯軸器有多種結構型式，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，萬向聯軸器的共同特點是角向補償量較大，不同結構型式萬向聯軸器兩軸線夾角不相同，一般545之間。萬向聯軸器利用其機構的特點，使兩軸不在同一軸線，存在軸線夾角的情況下能實現所聯接的兩軸連續回轉，并可靠地傳遞轉矩和運動。萬向聯軸器最大的特點是具有較大的角向補償能力，結構緊湊，傳動效率高。在實際應用中根據所傳遞轉矩大小分為重型、中型、輕型和小型。圖4-4 萬向聯軸器萬向聯軸器與EPS系統連接，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。4.3普通平鍵的選擇與校核根據彈性套柱銷聯軸器的尺寸，查閱機械工程設計手冊，選擇A型普通平鍵bh=87，材料為45號鋼。鍵的許用應力=60MPa，bs=100MPa?？紤]到磁粉制動器的輸出轉矩為100Nm，所以應校核此處的平鍵。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。因為假設在n-n截面上切應力均勻分布，故n-n截面上的剪力FS為FS=A=bl對軸心取矩，由平衡方程M0=0，得FSd2=bld2=Me式中l=38mm，故有=2Mebld=21008382410-9=27.4MPa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，一側面上的擠壓力為F=Absbs=h2lbs投影于水平方向，由平衡方程得FS=F 或 bl=h2lbs由此求得bs=2bh=2810-3(27.4106)710-3=62.6106Pa=62.6MPabs故平鍵也滿足擠壓強度要求?？蛇x用此平鍵。4.4液壓滑臺液壓滑臺可以實現試驗部件的移動，方便裝夾，這也是本設計的一個亮點，在參考東華轉向器試驗臺的時候，發現他的滑臺是手動的，如果改成液壓的會方便許多。液壓滑臺如圖4-5，通過控制電磁閥來控制液壓缸，實現滑臺的運動，在此就不設計液壓缸了。圖4-5 液壓滑臺4.5磁粉制動器支架根據磁粉制動器的參數，設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減速機構支架磁粉制動器支架已設計好，根據磁粉制動器裝配好的軸線高度設計減速機構支架，如圖4-7使用最簡單的支架結構，關鍵保證支架的高度，使減速機構裝配好后，其軸線高度與磁粉制動器的高度差上下不超過10mm，滿足機構能正常運行。4-7 減速機構支架4.7轉向電機支架轉向電機支架和減速機構支架相似，但要滿足轉向電機的要求，如圖4-8。圖4-8 轉向電機支架第五章 結 論5.1結論汽車電動助力轉向系統是汽車的關鍵部件之一，在汽車特別是乘用車上的應用和普及，是大勢所趨。本文對電動助力轉向系統的工作原理進行了分析。在對汽車電動助力轉向裝置技術條件與臺架試驗方法標準理解的基礎上，研究了性能測試技術和方法，設計了汽車動力轉向器試驗臺。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計，根據需要選擇了試驗臺用轉矩傳感器，磁粉制動器，聯軸器，電動機，液壓滑臺。在分析了減速器的結構尺寸后，設計了夾具，能把減速器夾緊在試驗臺上，在試驗時起固定作用。用CAD設計了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向系統，測試助力特性，工業計算機會生成助力特性曲線，并與數據庫中的標注助力特性曲線進行比較，評價EPS系統的好壞。5.2總結本設計只是對電動助力轉向試驗臺機械結構的設計，軟件設計和硬件設計由另外兩位同學來完成。試驗臺根據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矩的大小，可以得到電流與轉矩的關系曲線，然后與數據庫中的曲線相比較，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幫忙指出。汽車電動助力轉向試驗臺涉及機械、汽車、電子和軟件設計等多學科領域，它的發展一定會促進EPS產品質量的提高，對中國汽車工業產生一定影響。參考文獻1.陳家瑞主編.汽車構造(第三版下冊)M.北京: 機械工業出版社,2009.22.王望予主編.汽車設計(第四版)M.北京: 機械工業出版社,2004.83.余志生主編. 汽車理論(第三版)M.北京: 機械工業出版社,20044.林逸,施國標.汽車電動助力轉向技術的發展現狀與趨勢J.公路交通科技,2001(3): 23-285.苗立東,何仁.汽車電動轉向技術發展綜述J.長安大學學報(自然科學版), 2004(24): 34-376.肖生發,馮櫻.電子控制式電動助力轉向系統的開發前景J.汽車科技2001.(3): 17-227.陳于萍,周兆元主編.互換性與測量技術基礎(第二版)M.北京: 機械工業出版社，2005.108.謝家瀛主編.組合機床設計簡明手冊M.北京: 機械工業出版社,1992.109.楊孝劍.汽車電動助力轉向系統的動力學分析與控制研究D.合肥工業大學碩士學位論文,200310.Jeonghoon song, Kwangsuck Boo. Model development and control methodology of a new electric power steering systemJ.Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers. Part D, Journal of Automobile Engineering, 2004, 21811.陳于萍,周兆元主編.互換性與測量技術基礎(第二版)M.北京: 機械工業出版社,2005.1012.肖生發,馮櫻,劉洋.電動助力轉向系統助力特性的研究J.湖北汽車工業學報, 2001(15): 12-1713.葉偉昌,陳遼軍.機械工程及自動化簡明設計手冊(第二版上冊)M.北京: 機械工業出版社,2007.614.徐錦康主編.機械設計M.北京: 高等教育出版社,2004.415.Xu Hanbin, Zhang Zhongfu. Offline Detection of Electric Power SteeringJ.Wuhan: School of Mechantronic Engineering Wuhan University of Technology致 謝光陰荏苒，時光如梭，轉眼間，四年的大學學習生活已進入尾聲，往日的求學生活及知識的積累，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老師羅紹新副教授的悉心指導和關懷。在此論文完成之際，謹向您致以最誠摯的敬意！您淵博的學識、求實的作風、具有開拓性的科學研究和對事業的執著追求精神，讓我體會到了現代學者的風采，同樣感到親人般的溫暖和關愛。我從你身上不僅學到了很多專業知