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