電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)試驗臺結(jié)構(gòu)設(shè)計_畢業(yè)論文

1、( 此文檔為 word 格式，下載后您可任意編輯修改！)摘要本論文對電動助力轉(zhuǎn)向 (EPS)系統(tǒng)試驗臺進行了分析和設(shè)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(jié)合現(xiàn)代EPS 系統(tǒng)試驗臺的發(fā)展趨勢，對 EPS 系統(tǒng)試驗臺進行了分析和設(shè)計。通過研究EPS 的工作過程，進行試驗臺總體方案的設(shè)計，再對試驗臺的總體結(jié)構(gòu)進行設(shè)計，設(shè)計過程中參考了東華轉(zhuǎn)向器公司的產(chǎn)品， 運用 AutoCAD 畫出試驗臺的裝配圖。 在設(shè)計中采用了液壓滑臺設(shè)計，并對一些關(guān)鍵部件進行了選擇、校核。本文設(shè)計的試驗臺的優(yōu)點：(1)檢測試驗簡單，結(jié)構(gòu)緊湊(2)裝夾控制方便(3)改進方便，便于升級改裝關(guān)鍵詞： EPS

2、；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 platf

3、orm. 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 assemblydrawing ofEPS test platform is drawn by AutoCAD. In this design, are as follows:(1)Testing simple, structure compacted(2)Easy to

4、 clamping and control(3) Easy to be improved and updated.Keywords：EPS；test platform；AutoCAD ；，額定電流 30A，通過減速機構(gòu)和轉(zhuǎn)向柱連接；3)試驗臺架，用于安裝固定各個部件；4)模擬轉(zhuǎn)向負載的阻尼器，安裝在轉(zhuǎn)向軸徑上；5)轉(zhuǎn)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(tǒng)提供所需電壓380V220V ，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(shù)據(jù)采集卡： PCI-8310 數(shù)據(jù)采集卡。試驗臺系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框圖如圖2-1 所示，通過傳感

5、器來測量一些電量和非電量，這些量為：車速、EPS 裝置中轉(zhuǎn)向盤的主扭矩、轉(zhuǎn)向盤的轉(zhuǎn)向角度和制動器阻力矩，助力電動機的電流、 電壓和轉(zhuǎn)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(yè)控制計算機上，并適時顯示系統(tǒng)運行各項數(shù)據(jù)及主要參數(shù)曲線，并最終存到數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中，據(jù)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(tài)，為以后汽車電動助力轉(zhuǎn)向裝置的研制提供可借鑒的數(shù)據(jù)和經(jīng)驗。2.4 試驗臺測試項目車速由于車速傳感器的信號經(jīng)過整形后發(fā)出的是脈沖信號，每個脈沖表示磁

6、電式車速傳感器的被測齒盤輪齒轉(zhuǎn)過一齒，那么汽車的行駛速度就可以用單位時間內(nèi)的脈沖數(shù)、被測齒盤齒輪齒數(shù)與車輪的行駛半徑計算出來。其計算公式如下：錯誤！未找到引用源。(2-1)其中： V- 汽車行駛速度n- 測量的脈沖數(shù)Z- 被測齒盤的齒輪齒數(shù)T- 測量時間周期rd- 車輪的滾動半徑系統(tǒng)的阻力矩駕駛員在轉(zhuǎn)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(zhuǎn)彎時，前輪上作用著與轉(zhuǎn)向力相應的“繞主銷的阻力矩”，通?；\統(tǒng)地稱為回正力矩?；卣爻詡鲃颖?，就是駕駛員為了使汽車轉(zhuǎn)彎所經(jīng)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(zhuǎn)向機構(gòu)的摩擦力矩( 其大小取決

7、于轉(zhuǎn)向機效率) ，各個球頭的摩擦力矩以及原地轉(zhuǎn)向時輪胎與地面的摩擦力矩等。通?！稗D(zhuǎn)向阻力矩”按汽車不同的行車方式分成“原地轉(zhuǎn)向阻力矩”和“行車轉(zhuǎn)向阻力矩”兩種。原地轉(zhuǎn)向: 指對靜止不動的汽車進行轉(zhuǎn)向時，首先是輪胎發(fā)生扭轉(zhuǎn)變形，繼之以路面和路面之間發(fā)生滑移，稱這一情況所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)向阻力矩為原地轉(zhuǎn)向阻力矩。行車轉(zhuǎn)向阻力矩指對行駛時的汽車進行轉(zhuǎn)向時產(chǎn)生的阻力矩。行車轉(zhuǎn)向比原地轉(zhuǎn)向車速增加了，接地面積滾動成分增加，轉(zhuǎn)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(shù)等。顯然，負荷愈大，輪胎氣壓愈低，原地轉(zhuǎn)向阻力矩也將愈大。同時輪胎和路面間的摩擦系數(shù)增大，原地轉(zhuǎn)向阻力

8、矩也將增大。電動機的各項參數(shù)電動機助力轉(zhuǎn)矩是電動機為了提高汽車操縱的輕便性而對轉(zhuǎn)向系外加的力矩，其大小由 EPS 的 ECU 根據(jù)傳感器傳來的車速信號、 轉(zhuǎn)向盤扭矩等參數(shù)決定。在本測試系統(tǒng)中除了對轉(zhuǎn)向盤的主扭矩、電動機的助力轉(zhuǎn)矩和整個轉(zhuǎn)向裝置所受的阻力矩的采集以外，還對車速和轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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(zhuǎn)向盤角這個量是為了測量助力轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角的關(guān)系。同時也對助力電動機的電流、電壓、輸出轉(zhuǎn)矩這些量進行采集，以此來檢測電動機的工作狀態(tài) 。轉(zhuǎn)向盤主扭矩與助力電動機轉(zhuǎn)矩的關(guān)系此處省略NNNNNNNNNNNN

9、字。如需要完整說明書和設(shè)計圖紙等 . 請聯(lián)系扣扣：九七一九二零八零零另提供全套機械畢業(yè)設(shè)計下載！該論文已經(jīng)通過答辯助力特性對電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的性能，包括輕便性、回正性、路感等有重要影響。在傳統(tǒng)液壓動力轉(zhuǎn)向中助力特性主要由閥的結(jié)構(gòu)決定，調(diào)整困難，且設(shè)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(zhuǎn)向的控制目標，由軟件來設(shè)置，可以設(shè)計成車速感應型特性曲線，并可方便地進行調(diào)節(jié)。 圖 2-3 所示為傳統(tǒng)液壓動力轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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

10、轉(zhuǎn)向盤輸入力矩之間的關(guān)系曲線表示。圖 2-3傳統(tǒng)液壓動力轉(zhuǎn)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(shù)表示錯誤！未找到引用源。(2-2)式中， I為電動機目標電流；I max 為電動機最大工作電流；Td 為轉(zhuǎn)向盤輸入矩；K(v)為助力特性曲線的梯度，隨車速增加而減??；Td0 為系統(tǒng)開始助力時轉(zhuǎn)向盤輸入力矩； Tmax為系統(tǒng)提供最大助力時的轉(zhuǎn)向盤輸入力矩。(2)折線型助力特性圖 2-4(b)所示為典型折線型助力特性。該助力特性曲線可用下式函數(shù)表示錯誤！未找到

11、引用源。(2-3)式中， K1(v)、K2(v)分別為助力特性曲線梯度，隨車速增加而減小；T d1為助力特性曲線梯度增大為K2(v)時的轉(zhuǎn)向盤輸入力矩。(3)曲線型助力特性圖 2-4(c)所示為典型曲線型助力特性。該助力特性曲線可用下式函數(shù)表示錯誤！未找到引用源。(2-4)比較上述 3 種助力特性曲線，直線型助力特性最簡單，數(shù)據(jù)量小，存儲方便，有利于控制系統(tǒng)設(shè)計，并且在實際中調(diào)整容易；曲線型助力特性復雜，數(shù)據(jù)存儲量大，調(diào)整不方便；折線型助力特性則介于兩者之間。助力特性曲線特征與參數(shù)的確定要與車型、駕駛員的要求相匹配。一般直線型助力特性適用于前軸負荷較小的車型，曲線型助力特性適用于前軸負荷較大的

12、車型，折線型助力特性則介于兩者之間。我們根據(jù)采集的電動機電流、轉(zhuǎn)向盤主扭矩和車速的數(shù)據(jù)畫成與助力特性類似的曲線，然后和助力特性曲線比較，如果與之比較相符的話，就說明汽車電動助力轉(zhuǎn)向裝置的性能比較好；反之，就說明性能不是很好，針對這些就應該對電子控制器進行硬件和軟件上的修改。所以本測試系統(tǒng)既可以用于研究開發(fā)人員對自己設(shè)計的 EPS 系統(tǒng)進行檢測；也可以用于成品的檢查，這樣可以使不符合要求的產(chǎn)品從性能良好的產(chǎn)品中分離出去。第三章電動助力轉(zhuǎn)向試驗臺各部件的選用3.1 系統(tǒng)主要部件測控系統(tǒng)主要有電子控制單元(ECU) ，電動機，減速機構(gòu)，磁粉制動器，多功能數(shù)據(jù)采集卡，車速傳感器，轉(zhuǎn)矩傳感器等部件組成。

13、檢測的主要性能參數(shù)為：汽車的車速，轉(zhuǎn)向盤的主扭矩和角度及車輪的阻力矩，電動機的電流、電壓和轉(zhuǎn)矩。電子控制單元 (ECU)ECU 的功能是根據(jù)車速信號、轉(zhuǎn)向盤扭矩信號，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。此外，ECU 還有安全保護和自我診斷功能， ECU 通過采集電動機的電流、 電動機電壓、 發(fā)動機工況等信號判斷其系統(tǒng)工作狀況是否正常，一旦系統(tǒng)工作異常，助力將自動取消，系統(tǒng)轉(zhuǎn)變?yōu)槭謩愚D(zhuǎn)向狀態(tài)，同時ECU 將進行故障診斷分析。ECU 通常是一個 8 位單片機系統(tǒng)或者是16 位電動機控制專用微處理器芯片，也可采用數(shù)字信號處理器(Digital Signal Processing

14、，簡稱 DSP) 作為控制單元。由于電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)存在非線性元件( 如摩擦和阻尼 ) ，另外元件的磨損、路面條件的變化和傳感器噪聲也會給系統(tǒng)帶來不確定性，因此控制系統(tǒng)與控制算法也是EPS 的關(guān)鍵之一?？刂葡到y(tǒng)應有較強抗干擾能力，以適應汽車復雜的行駛環(huán)境?？刂扑惴☉焖僬_，滿足實時控制的要求，并能有效地實現(xiàn)理想的助力規(guī)律與特性。它是本系統(tǒng)檢測的關(guān)鍵部件。電動機電動機的功能是根據(jù)電子控制單元的指令輸出適宜的輔助轉(zhuǎn)矩，是EPS 的動力源。電動機對EPS 的性能有很大的影響，是EPS 的關(guān)鍵部件之一，所以EPS 對電動機有很高的要求，這些要求主要有：(1)由于大多車載電源為12V 直流電，因此要求

15、助力電動機的工作電壓低和具有足夠大的額定功率和額定電流；(2)轉(zhuǎn)動慣量小，寬廣的調(diào)速范圍，控制特性好，低速運行平穩(wěn)，力矩波動?。?3)大的齒輪傳動比將增加機械慣量，降低EPS 系統(tǒng)的動態(tài)性能，所以齒輪傳動比較小，因此，電動機轉(zhuǎn)速不能太高；(4)為減小轉(zhuǎn)子的慣性力矩，電動機的體積應盡可能?。?5)在堵轉(zhuǎn)時也要能夠提供助力作用，對于大型的車輛，甚至要求電動機能夠提供與轉(zhuǎn)動方向相反的助力轉(zhuǎn)矩。表 3-1 分析了不同電動機的技術(shù)特點及其滿足EPS 使用要求的情況。這幾種電動機不僅在結(jié)構(gòu)方面有各自的特點，而且在效率、功率密度、力矩波動等技術(shù)參數(shù)也互不相同。考慮到汽車的特點，要求EPS 選用的電動機應該具

16、有尺寸小、質(zhì)量輕、效率高、力矩波動與噪聲小，可靠性高、能與汽車使用環(huán)境相適應，包括對電源的需求等。表 3-1 不同類型電動機技術(shù)特點比較電機類型感應電動機永磁有刷電動永磁無刷電動開關(guān)磁阻電動項目機機機結(jié)構(gòu)簡單三相定子四相定子三相定子轉(zhuǎn)動繞組鋼鐵轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)特點永磁轉(zhuǎn)子鋁或銅籠轉(zhuǎn)機械換向器無轉(zhuǎn)子繞組電子換向子無永磁體無永磁體負荷效率 (%)90-9285-9785-9778-86系統(tǒng)復雜程度驅(qū)動電路復控制器簡單控制器簡單高度復雜雜使用技術(shù)成熟成熟仍在發(fā)展仍在發(fā)展可靠性一般較好優(yōu)較好力矩波動小電動機設(shè)計時基本通過電磁由電磁設(shè)計和考慮設(shè)計考慮電子控制考慮功率密度中中高中對助力大小要求較低的汽車，選用永磁

17、有刷直流電動機是一個好的選擇，因為有刷直流電動機技術(shù)成熟、控制器結(jié)構(gòu)簡單、成本低；對要求助力較大的轎車，應選擇永磁無刷直流電動機，因為永磁無刷直流電動機比其它類型電動機更具有優(yōu)勢。雖然也可以用開關(guān)磁阻電動機，但是需要進行許多的研究來克服其缺點。減速機構(gòu)EPS 的減速機構(gòu)與電動機相連，用來增大電動機的輸出扭矩。主要有兩種形式：蝸輪蝸桿減速機構(gòu)和雙行星齒輪減速機構(gòu)。前者主要用于轉(zhuǎn)向軸助力式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，后者主要用于齒輪助力式和齒條助力式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。本試驗臺的測試減速機構(gòu)為蝸輪蝸桿減速機構(gòu)，減速比為16.5。圖 3-1蝸輪蝸桿減速機構(gòu)轉(zhuǎn)向電動機磁粉制動器的阻力矩最大值Tc=100Nm，i=16.5，轉(zhuǎn)向盤

18、所需施加的轉(zhuǎn)矩Td=Tci=10016.5=6.06NmPW 錯誤！未找到引用源。選擇 Y90L-4 電動機，將其有關(guān)參數(shù)帶入驗算錯誤！未找到引用源。 取 0.98，n=1400 rminT=1.5 錯誤！未找到引用源。 9550 錯誤！未找到引用源。 0.98 錯誤！未找到引用源。 =10NmT 錯誤！未找到引用源。 Td所以轉(zhuǎn)向電動機選Y90L-4 。磁粉制動器本系統(tǒng)中應用磁粉制動器來模擬轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的阻力矩。磁粉制動器是利用電磁效應下的磁粉來傳遞轉(zhuǎn)矩的，具有激磁電流和傳遞轉(zhuǎn)矩基本成線性關(guān)系、響應速度快、結(jié)構(gòu)簡單、無沖擊、無振動、無噪音、無污染等優(yōu)點，是一種多用途性能優(yōu)越的自動控制元件，廣泛應

19、用于各種行業(yè)中機械的加載、制動以及卷繞系統(tǒng)中收卷和放卷的張力控制。在該系統(tǒng)中，利用磁粉制動器來模擬汽車整個轉(zhuǎn)向裝置所受的阻力矩。盡管磁粉制動器難以精確模擬行駛路況，但是可以實現(xiàn)磁粉制動器負載的變化趨勢與路面行駛一致。因此，通過磁粉制動器研究可以探索電動機的助力規(guī)律，檢驗助力控制程序的運行效果，分析EPS 對汽車轉(zhuǎn)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。本試驗臺采用瑞安市中瑞控制器廠生產(chǎn)的CZ 型磁粉制動器 (如圖 3-2)，其技術(shù)參數(shù)如表 3-2。圖 3-2 CZ 型磁粉制動器表 3-2 CZ 磁粉制動器技術(shù)參數(shù)參數(shù)額定轉(zhuǎn)矩 N.M激磁電流允許滑差功率冷卻方式磁粉量

20、gAKW指標10018單雙水冷150其主要有激磁電流 - 力矩、轉(zhuǎn)速 - 力矩和負載三個特性：(1) 激磁電流 - 力矩特性激磁電流與轉(zhuǎn)矩基本成線性關(guān)系，通過調(diào)節(jié)激磁電流可以控制力矩的大小。其特性如圖 3-3 所示。圖 3-3激磁電流 - 力矩特性圖 3-4轉(zhuǎn)速 - 力矩特性(2) 轉(zhuǎn)速 - 力矩特性力矩與轉(zhuǎn)速無關(guān)， 保持定值。靜力矩和動力矩沒有差別。 特性如圖 3-4 所示。(3) 負載特性磁粉制動器的允許滑差功率在散熱條件一定時是定值。其連續(xù)運行時，實際滑差需在允許滑差功率以內(nèi)。使用轉(zhuǎn)速高時，需降低力矩使用。其特性如圖3-5 所示。圖 3-5負載特性3.2 傳感器的選擇傳感器是能夠感受規(guī)定

21、的被測量并按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號的器件或裝置。一般來講傳感器的選用與以下幾個方面密切相關(guān)：控制方面的要求：涉及測定的目的、測量的對象、測量的范圍以及精度要求等；今傳感器的性質(zhì)：包括精度等級、穩(wěn)定性、對象的特性影響等；使用條件：主要涉及應用現(xiàn)場的環(huán)境因素；供求水平和維護：也即經(jīng)濟性和良好的維護性。同時試驗臺系統(tǒng)的工作環(huán)境的多變性，以及來自電動機和功率驅(qū)動電路的電磁干擾比較大，考慮到人身安全要求的高可靠性等。表 3-3 現(xiàn)場信號清單序號信號名稱信號類型信號源路信號數(shù)標準1車速信號模擬量輸波形發(fā)生器1方波入2角度信號數(shù)字量輸角度傳感器1方波入3轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)矩模擬量輸扭矩傳感器1方波入模擬量輸14

22、電動機轉(zhuǎn)矩扭矩傳感器方波入5模擬量輸1轉(zhuǎn)向阻力矩扭矩傳感器方波入6模擬量輸1-5+5v電動機電流電動機輸出端子入7模擬量輸1-5+5v電動機電壓電動機輸出端子入試驗臺用傳感器也有其自身的特殊要求。具體體現(xiàn)在以下幾個方面：(1)有較好的環(huán)境適應性；(2)批量生產(chǎn)，并具有互換性；(3)高可靠性，穩(wěn)定性好；(4)盡可能小型、輕量，便于安裝；(5)抗電磁干擾能力強；(6)性能 : 精度高、響應快，從而滿足試驗臺實時采集數(shù)據(jù)的要求。從表 3-3 中可以看出， 本系統(tǒng)中待檢測的信號比較多，而且信號的種類又不同，主要有轉(zhuǎn)矩信號、速度信號、轉(zhuǎn)角信號、電流信號、電壓信號等。在該系統(tǒng)中，最主要的性能參數(shù)為汽車的車

23、速，轉(zhuǎn)向盤的主扭矩和電動機目標電流，下面對這三者所用的傳感器和檢測方法加以詳細的說明。轉(zhuǎn)速傳感器(1)轉(zhuǎn)速傳感器的分類及特點速度傳感器是將機械運動速度這個非電量變換成電量信號的傳感器，如果按輸出信號的模式可分為模擬式和數(shù)字式兩種，按工作原理又可分為電容式、光電式、磁電式等，其分類方法如圖3-6 所示。1)模擬式轉(zhuǎn)速傳感器是取其與被測轉(zhuǎn)速成正比的電壓幅度作為輸出信號，稱為測速發(fā)電機。測速發(fā)電機的構(gòu)造簡單可靠，耐振動沖擊，速度范圍小，但溫漂較大，不適于高溫環(huán)境。2)數(shù)字式傳感器是取其與被測轉(zhuǎn)速的頻率成正比的電脈沖作為輸出信號，按獲取轉(zhuǎn)速信號的方式可分為電渦流式，光電式和磁電式三種。直流測速機模擬式

24、轉(zhuǎn)速傳感器同步型轉(zhuǎn)速傳感器數(shù)字式轉(zhuǎn)速傳感器交流測速機電渦流式光電式異步型磁電式圖 3-6車速傳感器的分類汽車上的速度傳感器一般用的是數(shù)字式傳感器，它以集電極開路形式輸出的脈沖表示車速，在本測試系統(tǒng)中可以用基本輸入輸出系統(tǒng)輸出的脈沖來模擬，把這脈沖分別傳送給ECU 和測試微機系統(tǒng)。轉(zhuǎn)矩傳感器轉(zhuǎn)矩傳感器是測量各種電動機、內(nèi)燃機以及旋轉(zhuǎn)動力設(shè)備的輸出扭矩及功率的必備設(shè)備，從上世紀三四十年代發(fā)展至今己有數(shù)十種產(chǎn)品，從最初的光學機械變形類發(fā)展到電磁感應類、相位差類，到現(xiàn)在應用最廣泛的應變測量類。隨著低功耗微電子技術(shù)的發(fā)展，各類轉(zhuǎn)矩傳感器被賦予了新的生命，其性能也越來越好可測的精度與轉(zhuǎn)速也越來越高。傳遞法

25、轉(zhuǎn)矩傳感器平衡力法能量轉(zhuǎn)換法圖 3-7轉(zhuǎn)矩傳感器的分類從傳感器的分類來說，以往所有的轉(zhuǎn)矩傳感器都屬于結(jié)構(gòu)型傳感器，由于都要利用彈性元件的機械變形，因此轉(zhuǎn)矩傳感器具有體積大、耗材多等缺點。但由于上藝成熟、牢固、可靠、價格低廉，與微電子技術(shù)和計算機技術(shù)結(jié)合后易實現(xiàn)數(shù)字化、自動化，所以仍有十分廣闊的應用前景。在本系統(tǒng)中主要用于測量轉(zhuǎn)向盤的主扭矩，轉(zhuǎn)向阻力矩和助力電機力矩。轉(zhuǎn)矩傳感器按測量原理的分類如圖3-7 所示 :(1)傳遞法 ( 扭軸法 ) 是根據(jù)彈性元件在傳遞轉(zhuǎn)矩時由于彈性元件的變形、應力或應變而引起機械、液壓、氣動、電阻、電容、電感、光學、光電、振弦等物理參數(shù)的變化而形成的轉(zhuǎn)矩傳感器，目前此

26、類傳感器占轉(zhuǎn)矩測量的絕大部分。(2)平衡力法 ( 反力法 ) 對于任何一種勻速工作動力機械或制動機械，當它的主軸受轉(zhuǎn)矩作用時，在它的機殼上必定同時作用著一個方向相反的平衡力矩( 或稱為支座反力矩 ) ，測量支座上的反力矩就. 用以確定機器主軸上作用轉(zhuǎn)矩的大小與方向。此種測量方法就是平人衡力法。也稱反力法。常用這種方法的有電力測功機、水力測功機和空氣、磁粉等測功機類。(3)能量轉(zhuǎn)換法是根據(jù)能量轉(zhuǎn)換守恒定律的關(guān)系來測量轉(zhuǎn)矩的一種方法，它是一種間接測量方法。一般來說誤差較大，故很少采用，只有在直接測量無法進行的時候才考慮此法。目前在轉(zhuǎn)矩測量中，傳遞類轉(zhuǎn)矩傳感器應用十分廣泛。轉(zhuǎn)矩傳感器用來檢測電動助力

27、轉(zhuǎn)向器輸入軸扭矩和轉(zhuǎn)向阻力矩，是系統(tǒng)中一個非常重要的檢測部件。選用的扭矩傳感器為是北京三晶創(chuàng)業(yè)集團的JN338數(shù)字轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器如圖3-8 所示。圖 3-8JN338 型數(shù)字轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器該傳感器采用兩組特殊環(huán)形旋轉(zhuǎn)變壓器來實現(xiàn)能源的輸入及轉(zhuǎn)矩信號的輸出，從而解決了旋轉(zhuǎn)動力傳遞系統(tǒng)中能源及信號可靠地在旋轉(zhuǎn)部分與靜止部分之間的傳遞問題。該傳感器還可同時實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)速的測量，從而可方便地計算出軸輸出功率，因此，利用該傳感器可實現(xiàn)轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速及軸功率的多參數(shù)輸出。主要技術(shù)參數(shù)如下 :表 3-4JN338 傳感器主要技術(shù)參數(shù)轉(zhuǎn)矩準確參數(shù)過載能力絕緣電阻工作溫度線性相對濕度度錯誤！未-2060 錯錯誤！未

28、錯誤！未指標>0.5%150%F.S找到引用誤！未找找到引用找到引用源。到引用源。源。200Mo源。0.5%F.S90%RH第四章試驗臺的結(jié)構(gòu)設(shè)計4.1 試驗臺的布置由試驗臺的總體方案設(shè)計，運用CAD 軟件設(shè)計試驗臺架。如圖4-1 從右到左為液壓缸，滑臺，轉(zhuǎn)向電動機，彈性聯(lián)軸器，轉(zhuǎn)矩傳感器，萬向節(jié)聯(lián)軸器，減速器，助力電機，萬向聯(lián)軸器，轉(zhuǎn)矩傳感器，凸緣聯(lián)軸器，磁粉制動器，滑臺，液壓缸。圖 4-1試驗臺的布置4.2 聯(lián)軸器的選擇與校核聯(lián)軸器是用來聯(lián)接不同機構(gòu)中的兩根軸（主動軸和從動軸）使之共同旋轉(zhuǎn)以傳遞扭矩的機械零件。在高速重載的動力傳動中，有些聯(lián)軸器還有緩沖、減振和提高軸系動態(tài)性能的作用。

29、聯(lián)軸器由兩半部分組成，分別與主動軸和從動軸聯(lián)接。聯(lián)軸器種類繁多，按照被聯(lián)接兩軸的相對位置和位置的變動情況，可以分為：固定式聯(lián)軸器。主要用于兩軸要求嚴格對中并在工作中不發(fā)生相對位移的地方，結(jié)構(gòu)一般較簡單，容易制造，且兩軸瞬時轉(zhuǎn)速相同，主要有凸緣聯(lián)軸器、套筒聯(lián)軸器、夾殼聯(lián)軸器等?？梢剖铰?lián)軸器。主要用于兩軸有偏斜或在工作中有相對位移的地方，根據(jù)補償位移的方法又可分為剛性可移式聯(lián)軸器和彈性可移式聯(lián)軸器。剛性可移式聯(lián)軸器利用聯(lián)軸器工作零件間構(gòu)成的動聯(lián)接具有某一方向或幾個方向的活動度來補償，如牙嵌聯(lián)軸器（允許軸向位移）、十字溝槽聯(lián)軸器（用來聯(lián)接平行位移或角位移很小的兩根軸）、萬向聯(lián)軸器（用于兩軸有較大偏斜

30、角或在工作中有較大角位移的地方）、齒輪聯(lián)軸器（允許綜合位移）、鏈條聯(lián)軸器（允許有徑向位移）等，彈性可移式聯(lián)軸器（簡稱彈性聯(lián)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(lián)軸器、徑向多層板彈簧聯(lián)軸器、彈性圈栓銷聯(lián)軸器、尼龍栓銷聯(lián)軸器、橡膠套筒聯(lián)軸器等。聯(lián)軸器有些已經(jīng)標準化。選擇時先應根據(jù)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(zhuǎn)速，再從有關(guān)手冊中查出適用的型號，最后對某些關(guān)鍵零件作必要的驗算。典型聯(lián)軸器：(1)凸緣聯(lián)軸器：凸緣聯(lián)軸器由兩個帶凸緣的半聯(lián)軸器和聯(lián)接螺栓組成。兩半聯(lián)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(lián)軸器有

31、兩種對中方式：一種是利用兩個半聯(lián)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(lián)軸器的接觸面間產(chǎn)生的摩擦力來傳遞轉(zhuǎn)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(zhuǎn)矩，其傳遞轉(zhuǎn)矩的能力較大。若傳遞的轉(zhuǎn)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(jié)構(gòu)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(jīng)常裝拆的場合。圖 4-2凸緣聯(lián)軸器制造凸緣聯(lián)軸器的材料可采用35、45 鋼或 ZG310-570，當外緣圓周速度v錯誤！未找到引用源。 30

32、ms時可采用 HT200 。考慮到機器啟動、停車和工作中不穩(wěn)定運轉(zhuǎn)的動載荷影響，計算轉(zhuǎn)矩Tca 可按下式計算Tca=KAT式中T聯(lián)軸器傳遞的名義轉(zhuǎn)矩，單位為Nm；KA聯(lián)軸器的工作情況系數(shù)。根據(jù)聯(lián)軸器的工作情況系數(shù)表，選擇KA=1.3，磁粉制動器的最大轉(zhuǎn)矩為T=100Nm，帶入公式Tca=1.3 錯誤！未找到引用源。 100=130Nm磁粉制動器的輸入軸的直徑d=38mm，根據(jù)機械工程及自動化簡明設(shè)計手冊選取凸緣聯(lián)軸器YL7 ，其額定轉(zhuǎn)矩為 160Nm, 大于 130Nm，滿足要求，轉(zhuǎn)速較小，所以選取材料為HT200 。(2)彈性聯(lián)軸器：彈性套柱銷聯(lián)軸器的結(jié)構(gòu)與凸緣聯(lián)軸器的結(jié)構(gòu)相似，只是用套有彈

33、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(lián)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(lián)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(lián)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(lián)軸器與軸配合的孔可做成圓柱形或圓錐形。半聯(lián)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(lián)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(zhuǎn)的中、小功率傳動，工作環(huán)境溫度應在 -20 錯誤！未找到引用源。 +70 錯誤！未找到引用源。 的

34、范圍內(nèi)。彈性套柱銷聯(lián)軸器可從有關(guān)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=1.3 錯誤！未找到引用源。 50=65Nm現(xiàn)在計算柱銷的剪切應力，看能否滿足要求T= 2FSD1聯(lián)軸器 TL4 的 D1 為 85mm 柱銷直徑 d=12mmF S=50 錯誤！未找到引用源。 0.085=294N錯誤！未找到引用源。 =294 錯誤！未找到引用源。 =2.6MPa2.6MPa<錯誤！未找到引用源。=30MPa可以選用 TL4 型彈性套柱銷聯(lián)軸器。彈性套的擠壓面積AbS=b 錯誤！未找到引用源。 d查手冊 b=23mm，

35、d=12mmAbS=0.023 錯誤！未找到引用源。 =2.76 錯誤！未找到引用源。 m2F=FS=AbS 錯誤！未找到引用源。 bS帶入數(shù)值錯誤！未找到引用源。 bS=294 錯誤！未找到引用源。 2.76 錯誤！未找到引用源。 =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(lián)軸器(3) 萬向聯(lián)軸器萬向聯(lián)軸器有多種結(jié)構(gòu)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(lián)軸器的共同特點是角向補償量較

36、大，不同結(jié)構(gòu)型式萬向聯(lián)軸器兩軸線夾角不相同，一般 5° 45之°間。萬向聯(lián)軸器利用其機構(gòu)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(xiàn)所聯(lián)接的兩軸連續(xù)回轉(zhuǎn)，并可靠地傳遞轉(zhuǎn)矩和運動。萬向聯(lián)軸器最大的特點是具有較大的角向補償能力，結(jié)構(gòu)緊湊，傳動效率高。在實際應用中根據(jù)所傳遞轉(zhuǎn)矩大小分為重型、中型、輕型和小型。圖 4-4萬向聯(lián)軸器萬向聯(lián)軸器與 EPS 系統(tǒng)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(zhuǎn)。4.3 普通平鍵的選擇與校核根據(jù)彈性套柱銷聯(lián)軸器的尺寸，查閱機械工程設(shè)計手冊，選擇A 型普通平鍵 b 錯誤！未找到引用源。 8 錯誤！未找到引用源。 7，材料為

37、 45 號鋼。鍵的許用應力 錯誤！未找到引用源。 =60MPa ，錯誤！未找到引用源。 =100MPa ?？紤]到磁粉制動器的輸出轉(zhuǎn)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(shè)在 n-n 截面上切應力均勻分布， 故 n-n 截面上的剪力 FS為F S=A 錯誤！未找到引用源。 =bl 錯誤！未找到引用源。對軸心取矩，由平衡方程 錯誤！未找到引用源。，得 F S錯誤！未找到引用源。 =bl 錯誤！未找到引用源。式中 l=38mm，故有可見平鍵滿足剪切強度條件。其次

38、校核鍵的擠壓強度。 考慮鍵在 n-n 截面以上部分的平衡， 在 n-n 截面上的剪力 FS=bl 錯誤！未找到引用源。，一側(cè)面上的擠壓力為F 錯誤！未找到引用源。投影于水平方向，由平衡方程得F S=F或bl 錯誤！未找到引用源。由此求得故平鍵也滿足擠壓強度要求。可選用此平鍵。4.4 液壓滑臺液壓滑臺可以實現(xiàn)試驗部件的移動，方便裝夾，這也是本設(shè)計的一個亮點，在參考東華轉(zhuǎn)向器試驗臺的時候，發(fā)現(xiàn)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(xiàn)滑臺的運動，在此就不設(shè)計液壓缸了。圖 4-5液壓滑臺4.5 磁粉制動器支架根據(jù)磁粉制動器的參數(shù)，設(shè)計了磁粉制動

39、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(gòu)支架磁粉制動器支架已設(shè)計好，根據(jù)磁粉制動器裝配好的軸線高度設(shè)計減速機構(gòu)支架，如圖 4-7 使用最簡單的支架結(jié)構(gòu)，關(guān)鍵保證支架的高度，使減速機構(gòu)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(gòu)能正常運行。4-7減速機構(gòu)支架4.7 轉(zhuǎn)向電機支架轉(zhuǎn)向電機支架和減速機構(gòu)支架相似，但要滿足轉(zhuǎn)向電機的要求，如圖4-8。圖 4-8轉(zhuǎn)向電機支架第五章結(jié)論5.1 結(jié)論汽車電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是汽車的關(guān)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(zhuǎn)向系統(tǒng)的工作原理進行了分析

40、。在對汽車電動助力轉(zhuǎn)向裝置技術(shù)條件與臺架試驗方法標準理解的基礎(chǔ)上，研究了性能測試技術(shù)和方法，設(shè)計了汽車動力轉(zhuǎn)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(shè)計，根據(jù)需要選擇了試驗臺用轉(zhuǎn)矩傳感器，磁粉制動器，聯(lián)軸器，電動機，液壓滑臺。在分析了減速器的結(jié)構(gòu)尺寸后，設(shè)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(shè)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(zhuǎn)向系統(tǒng)，測試助力特性，工業(yè)計算機會生成助力特性曲線，并與數(shù)據(jù)庫中的標注助力特性曲線進行比較，評價 EPS 系統(tǒng)的好壞。5.2 總結(jié)本設(shè)計只是對電動助力轉(zhuǎn)向試驗臺機

41、械結(jié)構(gòu)的設(shè)計，軟件設(shè)計和硬件設(shè)計由另外兩位同學來完成。試驗臺根據(jù)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(zhuǎn)矩的大小，可以得到電流與轉(zhuǎn)矩的關(guān)系曲線，然后與數(shù)據(jù)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(zhuǎn)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?guī)兔χ赋?。汽車電動助力轉(zhuǎn)向試驗臺涉及機械、汽車、電子和軟件設(shè)計等多學科領(lǐng)域，它的發(fā)展一定會促進EPS 產(chǎn)品質(zhì)量的提高， 對中國汽車工業(yè)產(chǎn)生一定影響。參考文獻1.陳家瑞主編 .汽車構(gòu)造 ( 第三版下冊 ) M. 北京 : 機械工業(yè)出版社 ,2009.22.王望予主編.汽車設(shè)計 ( 第四版 ) M. 北

42、京 : 機械工業(yè)出版社,2004.83.余志生主編. 汽車理論 (第三版 )M. 北京 : 機械工業(yè)出版社 ,20044.林逸 ,施國標.汽車電動助力轉(zhuǎn)向技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)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(zhuǎn)向技術(shù)發(fā)展綜述J. 長安大學學報(自然科學版),2004(24):34-376.肖生發(fā) ,馮櫻 .電子控制式電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的開發(fā)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(shù)基礎(chǔ)(第二版 )M. 北京 : 機械工業(yè)出版社，2005.108.謝家瀛主編 .組合機床設(shè)計簡明手冊M. 北京 :機械工業(yè)出

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45、ing Wuhan University of Technology致謝光陰荏苒，時光如梭，轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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(guān)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(yè)的執(zhí)著追求精神，讓我體會到了現(xiàn)代學者的風采，同樣感到親人般的溫暖和關(guān)愛。我從你身上不僅學到了很多專業(yè)知識，而且學會了很多做人道理，這將是一筆永恒的財富，使我終生受益。

46、還要感謝東華轉(zhuǎn)向器公司對我的幫助。在多年的學習生活中，還得到了許多車輛系領(lǐng)導和老師的熱情關(guān)心和幫助，在這里我要感謝你們。在這里我還要感謝我的父母，感謝你們對我養(yǎng)育，感謝各位老師，感謝你們傳授我知識，教我做人，感謝同學陪伴，感謝所有幫助過我的人，感謝你們讓我順利完成了大學學習以及生活。最后，向?qū)忛啽疚牡睦蠋焸冎戮矗≈茉迄i2011 年 6 月于南京附錄 A：英文資料Offline Detection of Electric Power Steering (EPS)Xu Hanbin Zhang ZhongfuSchool of Mechantronic Engineering Wuhan Univ

47、ersity of Technology.Wuhan 430070, CHINAAbstract:Increasinguse of electric powersteering (EPS) systems, whichaffect vehicledynamicbehavior,EPS.This researchaims at building EPS off-lineplatform forrealization of performancedetection. First,the control logic on EPSis analyzed, and allkinds of input signals influencing on EPS are analyzed and modeled.They include enginevelocity, vehicle velocity, self-diagnosis signal, starter signal and the steering angle. Then, the-the-loop simulation(HILS) system i