汽車電動助力轉(zhuǎn)向機構(gòu)的設(shè)計

1、汽車電動助力轉(zhuǎn)向機構(gòu)的設(shè)計引言在汽車的發(fā)展歷程中，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)經(jīng)歷了四個發(fā)展階段：從最初的機械式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（Manual Steering，簡稱MS）發(fā)展為液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（Hydraulic Power Steering，簡稱HPS），然后又出現(xiàn)了電控液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（Electro Hydraulic Power Steering，簡稱EHPS）和電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（Electric Power Steering，簡稱EPS）。 裝配機械式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的汽車，在泊車和低速行駛時駕駛員操縱負擔(dān)過于沉重，為了解決這個問題，美國GM公司在20世紀50年代率先在轎車上采用了液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。但是，液壓助力轉(zhuǎn)向

2、系統(tǒng)無法兼顧車輛低速時的轉(zhuǎn)向輕便性和高速時的轉(zhuǎn)向穩(wěn)定性，因此在1983年日本koyo公司推出了具備車速感應(yīng)功能的電控液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。這種新型的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)可以隨著車速的升高提供逐漸減小的轉(zhuǎn)向助力，但是結(jié)構(gòu)復(fù)雜、造價較高，而且無法克服液壓系統(tǒng)自身所具有的許多缺點，是一種介于液壓助力轉(zhuǎn)向和電動助力轉(zhuǎn)向之間的過渡產(chǎn)品。到了1988年，日本Suzuki公司首先在小型轎車Cervo上配備了Koyo公司研發(fā)的轉(zhuǎn)向柱助力式電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)；1990年，日本Honda公司也在運動型轎車NSX上采用了自主研發(fā)的齒條助力式電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，從此揭開了電動助力轉(zhuǎn)向在汽車上應(yīng)用的歷史。 第1章 概述1.1電動助力轉(zhuǎn)向的

3、優(yōu)點與傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)相比，電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)最大的特點就是極高的可控制性，即通過適當(dāng)?shù)目刂七壿?，調(diào)整電機的助力特性，以達到改善操縱穩(wěn)定性和駕駛舒適性的目的。作為今后汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的發(fā)展方向，必將取代現(xiàn)有的機械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)和電控制液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。相比傳統(tǒng)液壓動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)具有以下優(yōu)點： （1）只在轉(zhuǎn)向時電機才提供助力，可以顯著降低燃油消耗 傳統(tǒng)的液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)有發(fā)動機帶動轉(zhuǎn)向油泵，不管轉(zhuǎn)向或者不轉(zhuǎn)向都要消耗發(fā)動機部分動力。而電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)只是在轉(zhuǎn)向時才由電機提供助力，不轉(zhuǎn)向時不消耗能量。因此，電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)可以降低車輛的燃油消耗。 與液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)對比試驗表明

4、：在不轉(zhuǎn)向時，電動助力轉(zhuǎn)向可以降低燃油消耗2.5%；在轉(zhuǎn)向時，可以降低5.5%。 （2）轉(zhuǎn)向助力大小可以通過軟件調(diào)整，能夠兼顧低速時的轉(zhuǎn)向輕便性和高速時的操縱穩(wěn)定性，回正性能好。傳統(tǒng)的液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)所提供的轉(zhuǎn)向助力大小不能隨車速的提高而改變。這樣就使得車輛雖然在低速時具有良好的轉(zhuǎn)向輕便性，但是在高速行駛時轉(zhuǎn)向盤太輕，產(chǎn)生轉(zhuǎn)向“發(fā)飄”的現(xiàn)象，駕駛員缺少顯著的“路感”，降低了高速行駛時的車輛穩(wěn)定性和駕駛員的安全感。電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)提供的助力大小可以通過軟件方便的調(diào)整。在低速時，電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)可以提供較大的轉(zhuǎn)向助力，提供車輛的轉(zhuǎn)向輕便性；隨著車速的提高，電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)提供的轉(zhuǎn)向助力可以逐漸減小

5、，轉(zhuǎn)向時駕駛員所需提供的轉(zhuǎn)向力將逐漸增大，這樣駕駛員就感受到明顯的“路感”，提高了車輛穩(wěn)定性。電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)還可以施加一定的附加回正力矩或阻尼力矩，使得低速時轉(zhuǎn)向盤能夠精確的回到中間位置，而且可以抑制高速回正過程中轉(zhuǎn)向盤的振蕩和超調(diào)，兼顧了車輛高、低速時的回正性能。（3）結(jié)構(gòu)緊湊，質(zhì)量輕，生產(chǎn)線裝配好，易于維護保養(yǎng) 電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)取消了液壓轉(zhuǎn)向油泵、油缸、液壓管路、油罐等部件，而且電機及減速機構(gòu)可以和轉(zhuǎn)向柱、轉(zhuǎn)向器做成一個整體，使得整個轉(zhuǎn)向系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊，質(zhì)量輕，在生產(chǎn)線上的裝配性好，節(jié)省裝配時間，易于維護保養(yǎng)。（4）通過程序的設(shè)置，電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)容易與不同車型匹配，可以縮短生產(chǎn)和開發(fā)的周

6、期。由于電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)具有上述多項優(yōu)點，因此近年來獲得了越來越廣泛的應(yīng)用。電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是在機械式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，加裝了電機及減速機構(gòu)、轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)角傳感器、車速傳感器和ECU電控單元而成。1.2國內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r 1953年通用汽車公司首次使用了液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。80年代后期，又出現(xiàn)了變減速比的液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。由于變速比液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)具有相對良好的操縱性能，至今仍在一些高檔汽車上應(yīng)用。之后隨著節(jié)能環(huán)保要求的提高，變流量泵液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)和電動液壓助力轉(zhuǎn)向(EHPS)系統(tǒng)應(yīng)運而生。變流量泵助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)在汽車處于比較高的行駛速度或者不需要轉(zhuǎn)向的情況下，泵的流量會相應(yīng)減少，從而達到節(jié)省能源的目的。電動

7、液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)采用電動機驅(qū)動轉(zhuǎn)向泵，轉(zhuǎn)向泵無需再隨發(fā)動機同步轉(zhuǎn)動，不需要轉(zhuǎn)向助力的時候轉(zhuǎn)向泵關(guān)閉，可以在很大程度上節(jié)省能源。 但無論是變流量泵還是電動液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，由于液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的固有特性而難以實現(xiàn)效率上的突破，被電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)(EPS)所替代已經(jīng)成為一種必然。 EPS在日本最先獲得實際應(yīng)用。此后，電動助力轉(zhuǎn)向技術(shù)得到迅速發(fā)展。鑒于電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)良好的應(yīng)用前景，國外許多研究機構(gòu)和汽車公司對電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)進行了大量的研究，使這項技術(shù)日趨成熟。從發(fā)展上來言可體現(xiàn)在以下幾個特點：一是節(jié)能環(huán)保。電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)能量消耗僅為液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的20%，在當(dāng)今能源嚴重短缺的嚴峻情況下，這是一個很有

8、優(yōu)勢的特點。二是裝配效率高。電動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)零件數(shù)目少，減少了裝配的工作量，節(jié)省了裝配時間，提高了裝配效率。三是提供可變的轉(zhuǎn)向助力。電動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的轉(zhuǎn)向力來自于電機，通過軟件編程和硬件控制，可得到覆蓋整個車速的可變轉(zhuǎn)向力。四是安全性高。由于電動機由蓄電池供電，是否能夠?qū)崿F(xiàn)助力與發(fā)動機是否起動無關(guān)，所以即使在發(fā)動機熄火或出現(xiàn)故障時也能提供助力。 與國外相比,我國的電動轉(zhuǎn)向研究在很長的一段時間里是空白,目前國內(nèi)已經(jīng)有數(shù)十家大專院校和國營、民營企業(yè)開發(fā)該產(chǎn)品，并取得了一定的進展。但由于電控單元運算速度和控制理論的影響，汽車電動助力轉(zhuǎn)向的研制工作尚需進一步的發(fā)展。第2章 EPS的硬件系統(tǒng)2.1電動助力轉(zhuǎn)向系

9、統(tǒng)的組成原理圖2-1 電動轉(zhuǎn)向器組成框圖助力轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)矩蝸輪反作用轉(zhuǎn)矩電動機電子控制器轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)角傳感器 電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)如圖2-1所示，它是由扭矩傳感器、速度傳感器、控制器、電動機、離合器和減速機構(gòu)等組成。當(dāng)轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)向盤時，扭矩傳感器測出施加于轉(zhuǎn)向軸的扭矩，并產(chǎn)生一個電壓信號。與此同時，速度傳感器測出汽車的車速，也產(chǎn)生一個電壓信號，這兩個信號均被傳送到控制器，經(jīng)過控制器運算處理后，傳送給電動機一個合適的電流以產(chǎn)生扭矩，經(jīng)減速機構(gòu)減速以增加扭矩，施加在汽車的轉(zhuǎn)向機構(gòu)上，得到一個與工況相適應(yīng)的轉(zhuǎn)向作用力。電動助力轉(zhuǎn)向機構(gòu)的工作原理如下：當(dāng)駕駛員對轉(zhuǎn)向盤施力并轉(zhuǎn)動方向盤時，位于轉(zhuǎn)向盤下方與轉(zhuǎn)向軸連接的轉(zhuǎn)

10、矩傳感器，將經(jīng)扭桿彈簧連接在一起的上下轉(zhuǎn)向軸的相對轉(zhuǎn)向角位移信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘杺髦量刂破?，在同一時刻車速信號也傳入控制器。根據(jù)以上兩信號，控制器確定電動機的旋轉(zhuǎn)方向的助力轉(zhuǎn)矩的大小。之后，控制器將輸出的數(shù)字量經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換為模擬量，并將其輸入電流控制電路。電流控制電路將來自微機的電流命令值同電動機電流的實際值進行比較后生成一個差值信號，同時將此信號送往電動機驅(qū)動電路，該電路驅(qū)動電動機，并向電動機提供控制電流，完成助力轉(zhuǎn)向作用。助力轉(zhuǎn)向控制信號的流程及控制系統(tǒng)的組成，如圖2-2所示。圖2-2 控制信號的流程及控制系統(tǒng)的組成2.2電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的主要形式及其特點根據(jù)電動機布置位置不同，電動助

11、力轉(zhuǎn)向機構(gòu)可分為：轉(zhuǎn)向柱助力式、齒輪助力式、齒條助力式3種，如圖2-3所示。圖2-3 電動助力轉(zhuǎn)向機構(gòu)的布置方案（1）轉(zhuǎn)向柱助力式 轉(zhuǎn)向柱助力式電動助力轉(zhuǎn)向機構(gòu)的電動機布置在靠近轉(zhuǎn)向盤下方，固定在轉(zhuǎn)向柱一側(cè)，通過減速機構(gòu)與轉(zhuǎn)向軸相連，直接驅(qū)動轉(zhuǎn)向軸輔助轉(zhuǎn)向。這種布置方案的特點：此時電動機、減速器直接與轉(zhuǎn)向柱相連。它可安裝在轉(zhuǎn)向柱上的任意合適位置，一般提供蝸輪蝸桿機構(gòu)來實現(xiàn)減速和變向；工作環(huán)境好，電機的輸出力矩比較小，是一種目前常見的助力形式；由于各部件相對獨立，因此維修方便；設(shè)計時也有很大的靈活性；但是電機輸出力矩的波動容易傳遞到方向盤上。如果電動機的安裝位置和駕駛員的乘坐位置很近的話，必須考

12、慮對電動機噪聲的抑制。（2）齒輪助力式 齒輪助力式電動助力轉(zhuǎn)向機構(gòu)的電動機布置在與轉(zhuǎn)向器主動齒輪相連的位置，并通過驅(qū)動主動齒輪實現(xiàn)助力轉(zhuǎn)向。這種布置方案的特點：這也是一種目前較為常見的助力形式，此時電動機、減速器直接與轉(zhuǎn)向小齒輪相連。它具有轉(zhuǎn)向柱助力式EPS的全部優(yōu)點，并且還可在現(xiàn)有的機械轉(zhuǎn)向器上直接設(shè)計，而不用改變轉(zhuǎn)向柱的結(jié)構(gòu)。（3）齒條助力式 齒條助力式電動助力轉(zhuǎn)向機構(gòu)的電動機和減速機構(gòu)布置在齒條處，并直接驅(qū)動齒條提供助力。這種布置方案的特點：電動機的電樞通過傳動機構(gòu)與齒條直接相連，傳動機構(gòu)將電樞的轉(zhuǎn)動變?yōu)槠絼訌亩鴮崿F(xiàn)助力。作為最初應(yīng)用的EPS，這種助力形式的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)緊湊，不受安裝位置的

13、限制，可以提供較大的助力力矩，電機的力矩波動不易傳遞到方向盤上。缺點是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，價格昂貴，工作環(huán)境差，要求密封好，要求電動機的輸出力矩比較大，并且一旦某一部件出現(xiàn)故障，必須拆下整個轉(zhuǎn)向齒條部件，因此維修不方便。2.3電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)各部分特點2.3.1轉(zhuǎn)矩傳感器 轉(zhuǎn)矩傳感器是測量駕駛員作用在轉(zhuǎn)向盤上力矩的大小與方向。轉(zhuǎn)矩測量系統(tǒng)比較復(fù)雜且成本較高，所以精確、可靠、低成本的轉(zhuǎn)矩傳感器是決定EPS系統(tǒng)能否占領(lǐng)市場的關(guān)鍵因素之一。轉(zhuǎn)矩傳感器分為非接觸式和接觸式兩種。接觸式成本較低，但受溫度與磨損影響易發(fā)生漂移、使用壽命較低、需要對制造精度和扭桿剛度進行折中，難以實現(xiàn)絕對轉(zhuǎn)角和角速度的測量。非接觸式的

14、測量精度高、抗干擾能力強、體積小，但成本較高。因此扭矩傳感器類型的選取根據(jù)EPS的性能要求進行綜合考慮。2.3.2電動機電動機是EPS系統(tǒng)的動力源。電動機對EPS系統(tǒng)的性能有很大的影響，所以EPS系統(tǒng)對電動機的要求很高，不僅要求轉(zhuǎn)矩大、轉(zhuǎn)矩波動小、轉(zhuǎn)動慣量小、尺寸小、質(zhì)量輕，而且要求可靠性高、易控制。2.3.3減速機構(gòu) EPS系統(tǒng)的減速機構(gòu)與電動機相連，起降速增扭作用。常采用蝸輪蝸桿機構(gòu)、滾珠螺桿螺母機構(gòu)和行星齒輪機構(gòu)等。渦輪蝸桿減速機構(gòu)一般應(yīng)用在轉(zhuǎn)向軸助力式EPS系統(tǒng)上，而行星齒輪式減速機構(gòu)則被應(yīng)用在齒條助力式EPS系統(tǒng)和齒輪助力式EPS系統(tǒng)上。2.3.4電子控制單元電子控制單元（ECU）根

15、據(jù)車速傳感器和轉(zhuǎn)矩傳感器傳來的信號，進行邏輯分析與計算后發(fā)出指令，控制電動機和離合器的動作9。電子控制系統(tǒng)（ECU）的基本構(gòu)成單元如圖2-4示 EPS-ECUM C U單元扭矩傳感器車速傳感器“EPS”指示燈直流電機點火開關(guān)離合器自診斷控制端發(fā)動機點火信號12V蓄電池輸入處理電路輸出及監(jiān)控電路圖 2-4 電子控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)ECU模塊安裝在駕駛員側(cè)儀表板下面。ECU模塊是由微電腦，AD(模擬數(shù)字)變換器，IO(輸入輸出)裝置等組成的精密設(shè)備。它的功能包括控制輔助轉(zhuǎn)向力的大小和方向、車載診斷系統(tǒng)(自我診斷功能)和安全防護。目前的EPS系統(tǒng)采用的芯片有8位的單片機和DSP兩種，比如DELPHI的

16、ESteer采用的是DSP56F805芯片。不管采用何種芯片，都要求該芯片的抗干擾能力強，適應(yīng)在比較惡劣的環(huán)境下長期可靠的工作。其外部傳感器和輸入信號如下：扭矩傳感器：它獲得方向盤操作力大小和方向的信號，并把它們轉(zhuǎn)換為電壓值，將它們傳遞到ECU模塊。VSS(車速傳感器)：車速傳感器位于變速箱上，它根據(jù)車速大小產(chǎn)生成比例的信號。車速里程表將這些信號轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的車速指針讀數(shù)，同時也把它轉(zhuǎn)換成雙倍周期的ONOFF信號。發(fā)動機速度信號：點火線圈上的點火信號，作為發(fā)動機速度信號，通過抑噪器被傳遞到PS控制模塊。輸出信號：電機驅(qū)動信號、離合器通斷信號和“EPS”狀態(tài)指示燈通斷信號。2.4本章小結(jié)本章介紹了

17、電動助力轉(zhuǎn)向的各種硬件種類及其特點第3章 電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)減速機構(gòu)設(shè)計3.1汽車結(jié)構(gòu)參數(shù)本設(shè)計以吉利熊貓轎車為設(shè)計對象進行設(shè)計,技術(shù)參數(shù)見表3-1表3-1 吉利熊貓汽車技術(shù)參數(shù)項目參數(shù)整車質(zhì)量m/kg軸矩L/mm質(zhì)心至前軸的距離a/mm質(zhì)心至后軸的距離b/mm前輪輪距/mm后輪輪距/mm最小轉(zhuǎn)彎半徑/m輪胎規(guī)格輪胎氣壓/kpa985234010801260142014104.75165/60 R14186.23.2電動機的參數(shù)選擇電動機是此設(shè)計的直接動力來源，EPS的性能好壞主要取決于電動機的性能。EPS要求電動機低轉(zhuǎn)速大扭矩、波動小、轉(zhuǎn)動慣量小、質(zhì)量輕、可靠性高、易控制等性能。假設(shè)蓄電池在不

18、同行駛速度時的功率不變，則電動機輸出功率、扭矩與電機轉(zhuǎn)速有如下關(guān)系：Pm=Tm×n/9550（Kw） （3-1）式中：n 電機轉(zhuǎn)速（n/min）；Tm 電機輸出扭矩（Nm）；Pm 電機輸出功率（Kw）；由式中可見，電機在工作轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)，扭矩Tm與其轉(zhuǎn)速n成反比，即轉(zhuǎn)速低時扭矩大，轉(zhuǎn)速高時扭矩小。永磁電動機的勵磁磁場由永久磁鋼產(chǎn)生，無須外加勵磁線圈，從而省去勵磁電路，與電磁式電動機相比結(jié)構(gòu)簡單，體積較小，重量輕。而且永久磁鋼產(chǎn)生的磁場可認為恒定，在控制方案中視為常數(shù)，從而簡化了控制方案的設(shè)計。此外，其穩(wěn)定性能和可靠性能超過了電磁式電動機，EPS系統(tǒng)屬于中小功率范圍，永磁式電動機可提供足

19、夠的功率，因此系統(tǒng)采用永磁式電動機。永磁式電動機有直流伺服電動機、無刷直流電動機和直流力矩電動機三種選擇方案。直流伺服電動機的啟動轉(zhuǎn)矩大，調(diào)速范圍廣，機械特性和調(diào)節(jié)特性的線性度好，控制系統(tǒng)和控制方案簡單。但是直流電動機的轉(zhuǎn)子是帶鐵心的，加之鐵心有齒槽，如果電動機的轉(zhuǎn)動慣量大，機電時間常數(shù)較大，靈敏度較差；轉(zhuǎn)矩波動較大，低速運轉(zhuǎn)不夠平穩(wěn)；電動機換向時易產(chǎn)生火花，不夠安全，并影響電動機的壽命。電動機結(jié)構(gòu)做了特殊處理之后，可以保證轉(zhuǎn)矩波動小，轉(zhuǎn)動慣量低，電動機采取全封閉的形式，從而去除了因換向火花帶來的不良影響。由于直流伺服電動機有電刷和換向器，其間形成的滑動機械接觸影響了電動機的精度、性能和可靠性

20、，所產(chǎn)生的電火花不夠安全，因此有的電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)采用無刷直流電動機。無刷直流電動機既有直流電動機的特性，又有交流電動機的結(jié)構(gòu)簡單、運行可靠及維護方便等優(yōu)點。無刷直流電動機是把電子技術(shù)融入電機領(lǐng)域，將電子線路和電機融為一體的產(chǎn)物。無刷直流電動機是由電動機、轉(zhuǎn)子位置傳感器和電子開關(guān)線路三部分組成。直流電源通過開關(guān)電路向電動機定子繞組供電，位置傳感器隨時檢測到轉(zhuǎn)子所處的位置，并根據(jù)轉(zhuǎn)子的位置信號來控制開關(guān)管的導(dǎo)通和截止，從而控制哪些繞組通電，哪些繞組斷電，實現(xiàn)了電子換向。其中轉(zhuǎn)子是由永磁材料制造，具有一定磁極對數(shù)的永磁體。無刷直流電動機是采用電子換向開關(guān)元件進行換向，它既具有直流電動機的優(yōu)點，又具

21、有交流電動機的沒有換向器和電樞、維護方便、無火花、無電磁干擾、能在惡劣環(huán)境下工作的諸多優(yōu)點，但無刷直流電動機的價格較高，且控制系統(tǒng)和控制方案復(fù)雜。直流力矩電動機的工作原理和普通的直流伺服電動機相同。只是在結(jié)構(gòu)和外形尺寸的比例有所不同。直流力矩電機結(jié)構(gòu)上采用扁平電樞，可增加電樞槽數(shù)、元件數(shù)和換向器片數(shù)，而且適當(dāng)加大電機氣隙，所以力矩波動小，從而保證了低速下能夠穩(wěn)定運行。直流力矩電機由于結(jié)構(gòu)的特殊設(shè)計，因此其機械特性和調(diào)節(jié)的線性度好。直流力矩電機的電磁時間常數(shù)小，電機響應(yīng)迅速，動態(tài)特性好。直流力矩電動機雖具有諸多優(yōu)點，但價格比較高。從價格、性能、控制的復(fù)雜度、開發(fā)周期以及現(xiàn)今國內(nèi)電機制造水平等方面

22、進行綜合權(quán)衡，所設(shè)計的電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)最終選擇了無刷永磁式直流電動機。電機具體參數(shù)的確定，一方面要依據(jù)負載特性，另一方面溫升、過載和通頻帶等也是確定參數(shù)的著眼點。綜合考慮以上各方面的因素，系統(tǒng)采用的無刷永磁式直流電動機的規(guī)格如表3-2，如圖3-1所示。圖3-1 無刷永磁式直流電動機表3-2 無刷永磁式直流電動機的規(guī)格項目參數(shù)電動機類型額定電壓（V）額定功率（W）額定轉(zhuǎn)速（r/min）額定扭矩（Nm）額定電流（A）無刷永磁式直流電動機DC1215012001.2303.3電磁離合器的參數(shù)選擇電磁離合器的作用是傳遞電動機的助力轉(zhuǎn)矩，電磁離合器安裝在電動機和減速機構(gòu)之間。電磁離合器的設(shè)置是為了使電動

23、機和減速機構(gòu)快速的結(jié)合和分離。即當(dāng)?shù)退俎D(zhuǎn)向時，電子控制單元輸出控制信號起動電動機，并輸出控制信號使離合器吸合，從而將電動機的輸出扭矩通過離合器傳遞到減速機構(gòu)上。而當(dāng)車速超過預(yù)置車速時，電子控制單元輸出控制信號使離合器斷開，離合器失去勵磁電流而分離。此外，電動機出現(xiàn)故障時，可使離合器分離，令電動機與減速機構(gòu)脫開，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)便從電動助力方式切換為機械轉(zhuǎn)向方式，從而保證了轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的安全性能。電磁離合器的選用主要是要滿足穩(wěn)定可靠地結(jié)合和分離，能夠很好地實現(xiàn)扭矩的傳遞，現(xiàn)已知電動機的額定扭矩是1.2N·m，考慮到需要有一定的安全可靠連接余量，離合器的額定扭矩選擇1.47N·m.。電磁離

24、合器的具體規(guī)格要求如表3-3。表3-3 電磁離合器的規(guī)格項目參數(shù)型式額定電壓（V）消耗功率（W）額定扭矩（Nm）干式電磁離合器DC129.8W/12V 201.47Nm/12V 203.4電動助力轉(zhuǎn)向減速機構(gòu)的選擇減速機構(gòu)是電動式EPS不可缺少的部件，它把電機的輸出經(jīng)過減速增扭傳遞到動力輔助單元，實現(xiàn)助力。目前實用的減速機構(gòu)主要有兩種形式：雙行星齒輪減速機構(gòu)和蝸輪蝸桿減速機構(gòu)。如圖3-2示。雙行星齒輪減速機構(gòu)采用了雙行星齒輪和傳動齒輪驅(qū)動組合式。因為是多級減速，可提供較大的助力扭矩。為了降低噪聲和提高使用壽命，減速機構(gòu)部分采用樹脂材料齒輪。雙行星齒輪減速機構(gòu)因為可提供較大的助力，通常用在小齒輪

25、助力式和齒條助力式系統(tǒng)11。蝸輪蝸桿減速機構(gòu)簡單，體積小，噪聲低，成本較雙行星齒輪減速機構(gòu)低。其提供的助力雖不及雙行星齒輪減速機構(gòu)，但已能滿足轎車的助力要求，因此，蝸輪蝸桿減速機構(gòu)通常用在轉(zhuǎn)向柱助力式的轎車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中，本系統(tǒng)即是采用蝸輪蝸桿減速機構(gòu)。 圖（a）渦輪蝸桿減速機構(gòu) 圖（b）雙行星齒輪減速機構(gòu)3.5電動助力轉(zhuǎn)向減速機構(gòu)傳動比的選擇3.5.1汽車行駛繞主銷轉(zhuǎn)向阻力矩的計算 （3-2）其中G前橋滿載負荷 ()G=9859.8=5197.77N=0.1Nm=259.89Nm3.5.2作用在方向盤上的力矩的計算 （3-3）式中：轉(zhuǎn)向器速比， 轉(zhuǎn)向拉桿速比， 一般在0.81.1之間， 轉(zhuǎn)向器正

26、效率，一般取0.70.8轉(zhuǎn)向拉桿效率，一般取0.850.9N m3.5.3減速機構(gòu)傳動比的計算動力轉(zhuǎn)向器的作用效能，即沒有動力轉(zhuǎn)向器與有動力轉(zhuǎn)向器時作用在方向盤上的力之比。原地轉(zhuǎn)向時，取，即助力轉(zhuǎn)向器提供95%的轉(zhuǎn)向力矩，即助力轉(zhuǎn)矩：減速機構(gòu)傳動比： 3.6蝸輪蝸桿減速機構(gòu)設(shè)計計算設(shè)計要求：普通圓柱蝸桿閉式傳動（用于EPS系統(tǒng)中電機輸出到轉(zhuǎn)向軸），蝸桿轉(zhuǎn)速，輸入功率，傳動比。雙側(cè)工作，工作載荷較穩(wěn)定，沖擊不大。要求壽命為5年（按每年365天，每天8小時），則3.6.1選擇蝸桿傳動類型根據(jù)GB100851988的推薦，采用漸開線蝸桿(ZI)。傳動比i介于580之間，根據(jù)推薦，確定蝸桿頭數(shù)。3.6.2選擇材料考慮到蝸桿傳動傳遞的功率不大，速度只是中等，故蝸桿用45號鋼；因希望效率高些，耐磨性好些，故蝸桿螺旋面要求淬火并且調(diào)質(zhì)處理