电动助力转向系统的研究设计 课程设计

电动助力转向系统的研究设计课程设计

河南科技大学

课程设计说明书

专业课程设计任务书

设计题目：电动助力转向系统的研究设计

一、设计目的

熟悉专业课程设计的相关规程、规定，了解电力系统，电网设计数学模型的基本建立方法和相关算法的计算机模拟，熟悉相关电力计算的内容，巩固已学习的相关专业课程内容，学习撰写工程设计说明书，对电力系统相关状态进行模拟，对电网设计相关参数计算机计算设计有初步的认识。

二、设计要求

（1）通过对相应文献的收集、分析以及总结，给出相应项目分析，建立数学模型。

（2）通过课题设计，掌握电力系统计算机算法设计的方法和设计步骤。

（3）学习按要求编写课程设计报告书，能正确阐述设计方法和计算结果。

（4）学生应抱着严谨认真的态度积极投入到课程设计过程中，认真查阅相应文献以及实现，给出个人分析、设计以及实现。

三、设计任务

（一）设计内容

1．了解蓄电动助力转向原理，PWM电机调速原理；

2．设计基于单片机的电动助力转向系统系统，包括软件和硬件；

3．利用protues软件对所设计系统进行仿真；

4．相关论文在学校图书馆中文数据库“万方数字化期刊”中查找。

（二）设计任务

1．建立相关算法、模型。

2．设计说明书，包括全部设计内容，对电力系统相关状态进行模拟。

3．总体方案图，仿真软件模拟波形图，计算相关参数。

四、设计时间安排

查找相关资料（2天）、确定总体方案，进行必要的计算。（1天）、对电力系统相关状态进行模拟，计算相关参数，（2天）、

使用（MATLAB）等相关软件进行电路图系统图设计与仿真。（2天）、撰写设计报告（2天）和答辩（1天）。

五、主要参考文献

[1] 电力工程基础

[2] 工厂供电，电力系统分析

[3] 相关设计仿真软件手册，如（MATLAB）等。

[4] 数学建模算法分析等

[5] 电气工程设计手册等

[2] 图书馆中文数据库“万方数字化期刊”其他

相关网络资料

指导教师签字：年月日

电动助力转向系统的研究设计

摘要

电动助力转向系统（Electric Power Steering，缩写EPS）是一种直接依靠电机提供辅助扭矩的动力转向系统，与传统的液压助力转向系统HPS（Hydraulic Power Steering）相比，EPS系统具有很多优点。EPS主要由扭矩传感器、车速传感器、电动机、减速机构和电子控制单元（ECU）等组成。电动助力转向系统只在转向时电机才提供助力,可以显著降低燃油消耗,与液压助力转向系统对比试验表明：在不转向时，电动助力转向可以降低燃油消耗2.5%；在转向时，可以降低5.5%。其转向助力大小可以通过软件调整，能够兼顾低速时的转向轻便性和高速时的操纵稳定性，回正性能好。结构紧凑，质量轻，生产线装配好，易于维护保养。通过程序的设置，电动助力转向系统容易与不同车型匹配，可以缩短生产和开发的周期。由于电动助力转向系统具有上述多项优点，因此近年来获得了越来越广泛的应用。电动助力转向系统是在机械式转向系统的基础上，加装了电机及减速机构、转矩转角传感器、车速传感器和ECU电控单元而成。本文通过对汽车转向系统的研究，并通过仿真模拟，得到最优的电动助力模型。

关键词：电动助力转向系统, 降低燃油消耗，易于维护保养，仿真模拟

目录

第一章绪论 (1)

§1.1选题背景及意义 (1)

第二章转向系统机械部分的结构及工作条件分析 (2)

§2.1转向系统机械部分的结构 (2)

§2.2转向系统机械部分工作条件 (5)

§2.3本章小结 (7)

第三章转向系统对汽车操纵稳定性指标分析 (8)

§3.1转向驱动力矩与助力矩之间的关系 (8)

§3.2 EPS典型助力曲线 (9)

§3.2.1直线型助力特性 (9)

§3.2.2折线型助力特性 (10)

§3.2.3曲线型助力特性 (10)

§3.3转向系统受力分析 (11)

第四章转向系统对汽车操纵稳定性仿真 (13)

§4.1使用MATLAB对汽车操纵稳定性仿真分析 (13)

§4.1.1建立数学模型 (13)

第五章电动助力转向系统对汽车操纵稳定性的影响 (19)

§5.1转向系统的要求 (19)

§5.2转向路感 (19)

§5.3转向灵敏度 (20)

§5.4转向回正能力 (21)

第六章结论 (26)

第七章参考文献 (27)

第一章绪论

§1.1选题背景及意义

电动助力转向系统（EPS,Electric Power Steering）是未来转向系统的发展方向。该系统由电动助力机直接提供转向助力，省去了液压动力转向系统所必需的动力转向油泵、软管、液压油、传送带和装于发动机上的皮带轮，既节省能量，又保护了环境。另外，还具有调整简单、装配灵活以及在多种工况下都能提供转向助力的特点。正是有了这些优点，电动助力转向系统作为一种新的转向技术，将挑战大家都非常熟知的、已具有50多年历史的液压转向系统。

电动助力转向系统是于20世纪80年代中期提出来的。该技术发展最快、应用较成熟的当属TRW转向系统和Delphi Sagiaw （萨吉诺）转向系统，而Delphi Sagiaw （萨吉诺）转向系统又代表着转向系统发展的前沿。她是一个于20世纪50年代把液压助力转向系统推向市场的，从此以后，Delphi转向发展了技术更加成熟的液压助力系统，使大部分的商用汽车和约50%的轿车装备有该系统。现在,Delphi转向系统又领导了汽车转向系统的一次新革命--电动助力转向系统。

电动助力转向系统符合现代汽车机电一体化的设计思想，该系统由转向传感装置、车速传感器、助力机械装置、提供转向助力电机及微电脑控制单元组成[2]。

该系统工作时，转向传感器检测到转向轴上转动力矩和转向盘位置两个信号，与车速传感器测得的车速信号一起不断地输入微电脑控制单元，该控制单元通过数据分析以决定转向方向和所需的最佳助力值，然后发出相应的指令给控制器，从而驱动电机，通过助力装置实现汽车的转向。通过精确的控制算法，可任意改变电机的转矩大小，使传动机构获得所需的任意助力值。