电动助力转向系统课程设计

电动助力转向系统的设计设计题目：电动助力转向系统的设计设计者：李铭专业：车辆工程09-2学校：山东科技大学学号：200901040413设计日期：2012年6月22日指导教师：韩以伦目录一、设计目的 (4)二、该方案的功能 (5)三、助力转向系统 (6)3.1助力转向系统简介 (6)3.2液压回路设计工作原理 (6)四、动力转向器的机构 (12)4.1动力转向器的机构简介 (12)4.2转向器的材料 (12)4.3转向器的组成及工作原理 (12)五、传感器 (13)5.1转矩传感器 (13)5.1.1电位计式转矩传感器 (13)5.1.2金属电阻应变片的扭矩传感器 (14)5.1.3非接触式扭矩传感器 (14)5.2车速传感器 (15)5.2.1接触式车速传感器 (15)5.2.2非接触式车速传感器 (16)六、其他机构的简介 (17)6.1电动机 (17)6.2电磁离合器 (17)6.3减速机构 (18)6.3.1双行星齿轮式减速机构 (18)6.3.2涡轮蜗杆式减速机构 (20)6.4助力控制 (20)6.5回正控制 (21)6.6阻尼控制 (21)七、 EPS控制系统 (23)7.1电子控制单元简介 (23)7.2电子控制单元基本结构 (23)7.3 EPS控制系统总体结构 (24)7.4 ECU的控制芯片80C552 (24)7.5电源电路和信号处理电路 (26)7.5.1电源电路 (26)7.5.2扭矩信号 (27)7.5.3车速信号 (28)八、电动助力转向系统的软件流程 (29)8.1控制策略 (29)8.2故障诊断 (30)九、电动助力转向系统的工作原理 (32)9.1 EPS工作原理 (32)9.2 EPS关键技术 (33)9.3 EPS结构特点 (33)9．4电动助力转向系统的控制策略 (33)十、结论 (35)十一、心得体会 (36)参考文献 (37)一、设计目的汽车转向系统是用于改变和保持汽车行驶方向的专门机构，其作用是使汽车在行驶过程中能按照驾驶员的操纵要求而适时地改变其行驶方向，并在受到路面传来的偶然冲击及汽车意外地偏离行驶方向时，能与行驶行驶系统配合共同保持汽车继续稳定行驶。

因此，转向系统的性能直接影响着汽车的操纵稳定性和安全性。

对转向系统的要求主要概括为转向的灵敏性和操纵的轻便性。

高的转向灵敏性，要求转向器具有小的传动比，以小的转向盘转角迅速转向；好的操纵轻便性，则要求转向器具有大的传动比，这样才能以较小的转向盘操纵力获得较大的转向力矩。

可见上述两个要求是相互矛盾的，因此，在实际设计过程中，一般规定，当转向轮达到最大设计转角时，转向盘总转数不宜超过5圈，而转向盘操纵力最大不超过250N。

为了满足以上要求，除尽量减轻自重，选择最佳轴向分配；提高转向系统传动效率；减小主销后倾角；选择最佳的转向器速比曲线等措施外，通常都采用助力转向方式。

尤其对中、重型车，由于轴荷重，助力转向几乎是唯一的选择。

近年来，随着对小轿车舒适性要求的提高，助力转向的应用比较普遍。

助力转向系统应满足以下的要求：1）能有效的减小操纵力，特别是停车转向操纵力，行车转向的操纵力不应大于250N.2）转向灵敏性好。

助力转向的灵敏度是指在转向器操纵下，转向助力器产生助力作用的快慢程度。

助力作用快，转向就灵敏。

3）具有直线行驶的稳定性。

转向结束时转向盘应自动回正，驾驶员应具有良好的“路感”。

4）要有随动作用。

转向车轮的偏转角和驾驶员转动转向盘的转角保持一定的关系，并能使转向车轮保持在任意偏转角位置上。

5）工作可靠。

当助力转向失效或发生故障时，应能保证通过人力进行转向操纵。

二、该方案的功能助力转向系统是指在驾驶员的控制下，借助于汽车发动机通过液压泵产生的液体压力或电动机驱动力来实现车轮转向。

助力转向是一种以驾驶员的操纵转向盘（转矩和转角）为输入信号，以转向车轮的角位移为输出信号的伺服机构。

助力转向系统使转向操纵灵活、轻便，在设计汽车时对转向器结构形式的选择灵活性增大，能吸收路面对前轮产生的冲击等优点，因此在汽车制造中普遍使用。

电子控制技术在汽车助力转向系统中的应用，使汽车的驾驶性能达到令人满意的程度。

电子控制助力转向系统在低速时可使转向轻便、灵活；当汽车在中、高速区域转向时，又能保证提供最优的动力放大和稳定的转向手感，从而提高了高速行驶的操纵稳定性。

电动助力转向系统（EPS）是利用电动机作为助力源，根据车速和转向参数等，由电子控制单元（ECU）完成助力控制。

它能节约燃料，提高主动安全性，且有利于环保，是一项紧扣现代汽车发展主题的高新技术。

该系统主要由转矩传感器、车速传感器、电子控制单元、电动机、离合器、减速机构、转向轴及手动齿轮齿条式转向器等组成。

EPS系统可以对转向过程中的每一个环节（转向、回正、中间位置）进行精确控制，从而提高汽车转向助力性能。

微机可以根据各种传感器的信号、判断转向状态，选择执行不同控制模式，并根据这些要求制定EPS的控制策略。

主要包括助力控制、回正控制、阻尼控制。

三、助力转向系统3．1助力转向系统简介助力转向系统，也就是动力转向，目前已成为绝大多数轿车的一项标准配置，顾名思义，助力转向就是协助驾驶员做汽车方向调整，为驾驶员减轻打方向盘强度的装置。

助力转向是一种以驾驶员操纵转向盘（转矩和转角）为输入信号，以转向车轮的角位移为输出信号，产生与转向阻力相平衡的辅助力。

电子控制技术在汽车助力转向系统中的应用，使汽车的驾驶性能达到令人满意的程度。

电子控制助力转向系统在低速行驶时可使转向轻便灵活；当汽车在中、高速区域转向时，又能保证提供最优的动力放大和稳定的转向手感，从而提高了高速行驶的操纵稳定性。

助力转向系统的类型主要有1）传统的液压式助力转向系统：这种转向系统的一个致命缺点是即若要保证汽车在停车或低速调头时转向轻便，那么当汽车在高速行驶时就会感到有“发飘”的感觉，反之，若要保证汽车在高速行驶时操纵有适度手感，那么当其要停车或低速调头时就会感到转向太重，两者不能兼顾。

2）电子控制式液压助力转向系统：电子控制式液压助力转向系统（EHPS），主要由电子控制系统、转向齿轮箱、油泵、分流阀等组成。

电子控制式液压助力转向系统是通过控制电磁阀，使助力转向系统的油压随车速的变化而改变，在大转角或低速行驶时，转向轻便；在中、高速时，能获得具有一定手感的转向力。

3）电动助力转向系统；电动助力转向系统（EPS）是利用电动机作为助力源，根据车速和转向参数等，由电子控制单元（ECU）完成助力控制。

该系统主要由转矩传感器、车速传感器、电子控制单元、电动机、离合器、减速机构、转向轴及手动齿轮齿条式转向器等组成。

3.2液压回路设计工作原理该回路主要是应用在电控液压助力转向系统。

此次设计的是电控助力转向系统，因此在这里简单介绍下液压回路的设计：EHPS是在传统的液压动力转向系统的基础上增设了控制液体流量的电磁阀、车速传感器和电子控制单元等装置构成的，电子控制单元根据检测到的车速信号，控制电磁阀的开度，使转向动力放大倍率实现连续可调，从而满足高、低速时的转向助力要求。

电动式EPS则是利用直流电动机作为动力源，电子控制单元根据转向参数和车速信号，控制电机输出扭矩。

电动机的输出扭矩经由电磁离合器通过减速机构减速增扭后，加在汽车的转向机构上，使之得到一个与工况相适应的转向作用力。

EHPS从控制方式可以分为以下几种类型：序号名称控制对象（1）流量控制式向助力系统供给的流量（2）动力缸分流控制式动力缸有效的工作压力（3）油压反馈控制式作用于油压反馈机构的压力（4）阀特性控制式系统中控制阀的压力其中，第（1）种和第（2）种类型是EHPS发展初期的控制方式，主要的控制目标都是将系统中的动力泄荷掉一部分以实现高速时减小助力，但这样做的弊病就是浪费了动力，不利于车辆省油，而且，还有急转弯反应迟钝的缺点，需要安装特别装置才能解决，现在已很少采用。

第（3）种油压反馈控制式现在使用的比较普遍，其根据车速传感器，控制反力室油压，改变压力油的输入、输出的增益幅度以控制操舵力。

操舵力的变化量，按照控制的反馈压力，在油压反馈机构的容量范围内可任意给出，急转弯也没问题，但是其结构复杂，各部分的加工精度要求较高，价格也较高。

第（4）种阀特性控制式是近几年开发的类型，是根据车速控制电磁阀，直接改变动力转向控制阀的油压增益（阀灵敏度）以控制油压的新方法。

这种控制方式使来自油泵的供给流量没有浪费，结构简单，部件少、价格便宜，有较大的选择操舵力的自由度，可获得自然的操舵感和最佳的操舵特性。

又因其阀结构简单，在传统的液力转向系统上不须做太多的改动就可实现，所以成为EHPS今后发展的主流。

车速感应式电子控制液压动力转向系统①系统概要简介该系统在传统的液压动力转向器的转阀上做了局部改进，并增加了比例电磁阀、电子控制单元、车速传感器等实现。

转阀的可变油口分为低速油口和高速油口两种，高速油口的前后设有低速油口。

在高速油口之后设有旁通回路，在旁通回路中又设置了比例电磁阀，根据车速开启电磁阀，改变电磁阀的灵敏度以控制操纵力。

系统备有故障安全保险功能，当电气系统发生故障时，具有确保高速工况的操作特性。

典型的系统如图所示。

图3.1 EHPS系统图1—发动机 2—前轮 3、17—动力转向泵 4—齿轮齿条机构 5、19—油箱6、18—比例电磁阀 7、20—电控单元（ECU） 8—车速传感器 9—车灯开关10—空挡开关 11—离合器开关12—保险丝 13—蓄电池 14—动力缸15—外体 16—内体①主要部件的结构及工作过程转阀转阀一般在圆周上形成6条或8条沟槽。

图3.3示出了用于可变特性的具有12条沟槽的系统，各沟槽利用阀体，与泵、动力缸、电磁阀及油箱连接。

图3.2示出实际的转阀结构剖面图。

阀部的等效电桥电路如图3.3所示。

图3.2 转阀及电磁阀剖面图图3.3 阀部电桥电路系统在动力缸与回油口之间配置了两个可变油口，在这两个可变油口之间设有电磁阀控制的油压回路。

可变油口1R、1L、2R、2L是能以较小的转向扭矩关闭的低速油口；3R、3L是能以较大转向扭矩关闭的高速油口，工作原理如图3.4。

当车辆处于低速行驶或停车时，电磁阀完全关闭，由于旁通回路截止，高灵敏度低速油口1R及2R以较小的转向扭矩关闭，所以具有轻便的转向特性（图3.4）。

图3.4 低速或停车时车辆高速行驶时，电磁阀完全开启，液压油经过旁通回路，流回油箱，灵敏度低的高速油口3R控制通向动力缸的油压，所以具有重工况的转向特性（图3.5）。

从低速到高速的过渡区间，由于电磁阀的作用，根据车速控制其可变油口的开度，可按顺序改变转向特性（见图3.6）。

图3.5 高速时图3.6 系统的操作特性电磁阀图3.2示出了电磁阀的一种结构。