電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)畢業(yè)設(shè)計開題報告

1、 畢業(yè)設(shè)計開題論證報告專 業(yè) 機(jī)械設(shè)計制造及其自動化 學(xué)生姓名 錢道清 班 級 B機(jī)制085 學(xué) 號 0810101534 指導(dǎo)教師 夏基勝 完成日期 2011年3月1日 課題名稱：“智跑”乘用車動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)設(shè)計一、課題來源、課題研究的主要內(nèi)容及國內(nèi)外現(xiàn)狀綜述課題來源：智跑乘用車的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是采用電動式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（EPS），EPS是英文Electric Power Steering的縮寫,即電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的發(fā)展方向。該系統(tǒng)由電動助力機(jī)直接提供轉(zhuǎn)向助力，省去了液壓動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)所必需的動力轉(zhuǎn)向油泵、軟管、液壓油、傳送帶和裝于發(fā)動機(jī)上的皮帶輪，既節(jié)省能量，又保護(hù)了環(huán)境。

2、另外，還具有調(diào)整簡單、裝配靈活以及在多種狀況下都能提供轉(zhuǎn)向助力的特點。正是有了這些優(yōu)點，電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)作為一種新的轉(zhuǎn)向技術(shù)，將挑戰(zhàn)大家都非常熟知的、已具有50多年歷史的液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。駕駛員在操縱方向盤進(jìn)行轉(zhuǎn)向時，轉(zhuǎn)矩傳感器檢測到轉(zhuǎn)向盤的轉(zhuǎn)向以及轉(zhuǎn)矩的大小，將電壓信號輸送到電子控制單元，電子控制單元根據(jù)轉(zhuǎn)矩傳感器檢測到的轉(zhuǎn)距電壓信號、轉(zhuǎn)動方向和車速信號等，向電動機(jī)控制器發(fā)出指令，使電動機(jī)輸出相應(yīng)大小和方向的轉(zhuǎn)向助力轉(zhuǎn)矩，從而產(chǎn)生輔助動力。汽車不轉(zhuǎn)向時，電子控制單元不向電動機(jī)控制器發(fā)出指令，電動機(jī)不工作。課題研究的主要內(nèi)容：電動式EPS通常由扭矩傳感器、車速傳感器、電子控制單元（ECU）、電動機(jī)

3、和電磁離合器等組成。1、傳感器、電動機(jī)、電磁離合器的選型與計算。2、減速機(jī)構(gòu)的設(shè)計及零件圖紙。3、電動式EPS控制框圖。國內(nèi)外現(xiàn)狀綜述：（1）國際市場發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢。20世紀(jì)8O年代，日本鈴木公司首次開發(fā)出電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)(Electrical Power Steering，簡稱EPS)，在此之后，日本的大發(fā)汽車公司、三菱汽車公司及本田汽車公司均研制出適合各自車型的EPS。日本精工已成為世界最大的EPS生產(chǎn)廠，占全球的3O%，日本光洋2006年已達(dá)到800萬套，日本豐田從2003年開始批量生產(chǎn)P-EPS，年產(chǎn)已上100萬套，美國的Delphi公司、TRW 公司已經(jīng)成功開發(fā)出EPS系統(tǒng)，大大促進(jìn)

4、了EPS技術(shù)的發(fā)展。經(jīng)過近20年的發(fā)展，EPS技術(shù)日趨完善，其應(yīng)用范圍從最初的微型轎車配套向負(fù)荷較大的中、高檔型轎車配套發(fā)展。國外生產(chǎn)的中低檔小型、微型汽車大都備配了電動助力轉(zhuǎn)向器，在部分中檔轎車和高級轎車上已經(jīng)得到應(yīng)用，在中型車輛和重型車輛的應(yīng)用也已處于研究階段。2006年EPS的市場占有率已達(dá)到3O%。(2)EPS國內(nèi)市場發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢。2006年，國內(nèi)汽車產(chǎn)銷均超過500萬，目前國內(nèi)開發(fā)的EPS主要針對16排量以下的中小型汽車，而16排量以下的汽車約占7O 左右，因此市場潛力巨大。當(dāng)前國內(nèi)實際安裝EPS的汽車已達(dá)到15%，主要是昌河北斗星、哈飛路寶等，轎車有廣州本田飛渡、上海大眾途安、長

5、安雨燕、一汽天津花冠30、一汽大眾開迪及鄭州日產(chǎn)MPV旅行車，這些廠家都在尋求國產(chǎn)化合作伙伴。批量安裝國產(chǎn)EPS的車型有：愛迪爾車、新雅圖轎車及吉利轎車；小批安裝國產(chǎn)EPS的車型有天津夏利、雙環(huán)S6“小貴族”汽車；正在試裝EPS的車型有：天津夏利X121轎車、福瑞達(dá)面包車、奇瑞QQ轎車及楊子皮卡等車型。一汽轎車也準(zhǔn)備安裝國產(chǎn)電動轉(zhuǎn)向器，正在尋求有實力的合作伙伴。重慶長安鈴木、長安福特準(zhǔn)備在其生產(chǎn)的新車型中試裝電動轉(zhuǎn)向器。研制EPS的廠家和科研院所已有好幾十家，其中科研院所有清華大學(xué)、北京理工大學(xué)、天津大學(xué)、吉林工業(yè)大學(xué)及重慶大學(xué)等。傳統(tǒng)的汽車轉(zhuǎn)向器廠家有湖北恒隆、南京標(biāo)準(zhǔn)件廠、杭州萬向集團(tuán)、重

6、慶馳騁、天津津豐、浙江萬達(dá)、浙江雙輝劍、杭州世寶、躍進(jìn)汽車轉(zhuǎn)向器公司及豫北光洋等廠家。但由于EPS為機(jī)電一體的高科技產(chǎn)品，傳統(tǒng)的汽車轉(zhuǎn)向器廠家缺乏控制器開發(fā)方面的電子專家；而科研院所重于理論研究，缺乏實際經(jīng)驗和批生產(chǎn)建線的能力，因而EPS研制進(jìn)展較慢。二、本課題擬解決的問題EPS系統(tǒng)電動助力式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)利用電動機(jī)產(chǎn)生的動力協(xié)助駕車者進(jìn)行動力轉(zhuǎn)向, 不同車的EPS結(jié)構(gòu)部件盡管不一樣, 但其基本原理是一致的。圖1為EPS系統(tǒng)控制框圖。 圖1 EPS系統(tǒng)控制框圖當(dāng)汽車處于直線行駛狀態(tài)時, EPS便處于Standy狀態(tài),電動機(jī)停止工作, 只有在汽車轉(zhuǎn)向時, 系統(tǒng)才實時的實現(xiàn)助力控制作用。因而, EPS可

7、以很容易的實現(xiàn)在全速范圍內(nèi)的最佳助力控制, 在低速行駛時保證汽車的轉(zhuǎn)向靈活輕便, 在高速行駛時保證汽車轉(zhuǎn)向穩(wěn)定可靠。EPS的主要部件包括扭矩傳感器、車速傳感器、電動機(jī)、電子控制單元、減速機(jī)構(gòu)和電磁離合器, 其工作原理如下:扭矩傳感器、車速傳感器EPS中扭矩傳感器主要有: 電阻式轉(zhuǎn)向傳感器、非接觸式電感扭矩傳感器和其他類型傳感器, 也有很多廠家采用在轉(zhuǎn)向軸位置加一扭桿, 通過測量扭桿的變形轉(zhuǎn)化得到扭矩的大小和方向。電阻式轉(zhuǎn)向傳感器實際上是個滑動可變電阻器, 其滑動觸電固定在輸出軸上, 電阻線部分固定在輸入軸上。當(dāng)操作方向盤時, 滑動觸點在電阻線上的移動使得電位計的電阻值隨之變化, 最終近集成電路

8、IC處理以變化電流的形式將方向盤信號送至ECU 。電阻式傳感器在早期EPS中應(yīng)用較多, 這種傳感器價格低,但體積大, 易于磨損。隨著非接觸式扭矩傳感器成本的降低, 越來越多的廠商轉(zhuǎn)而采用這種精度高、體積小且壽命長的新型傳感器。圖2所示為KOYO公司研制的非接觸式EPS扭矩傳感器原理圖, 改裝置由安裝在輸入軸上的探測環(huán)1和探測環(huán)2, 安裝在輸出軸上的另一個探測環(huán)1, 探測線圈和補(bǔ)償線圈組成。當(dāng)方向盤轉(zhuǎn)動時, 扭桿受受轉(zhuǎn)動力矩作用發(fā)生扭轉(zhuǎn), 此時由于線圈是固定不動的, 探測線圈與探測環(huán)之間的位置發(fā)生變化從而導(dǎo)致線圈磁阻改變, 并最終反映了扭矩的變化。另外, 還有如美國Allegro Microsy

9、stems公司開發(fā)的磁環(huán)式霍爾速度傳感器, 它可以將轉(zhuǎn)向盤的扭矩、轉(zhuǎn)角、角速度大小及方向等信息轉(zhuǎn)化為電信號輸出 。圖2為非接觸式扭矩傳感器。圖2非接觸式扭矩傳感器扭矩傳感器測量值的參考范圍為- 12 +12 Nm , 輸出電壓范圍0 + 5V ; 車速傳感器應(yīng)用較多的有輸出為脈沖信號或電壓信號兩種, 輸出電壓值信號參考范圍為0 + 5V,輸出脈沖信號參考范圍為, 檢測的車速范圍可達(dá)1200Km /h21312電動機(jī)助力電動機(jī)是EPS系統(tǒng)的動力源, 它根據(jù)ECU輸出的控制指令, 在不同的工況下輸出不同的助力轉(zhuǎn)矩, 對整個EPS性能影響很大, 因此需要具備良好的動態(tài)特性、調(diào)速特性和隨動特性并易于控

10、制, 而且要求輸出波動小、低轉(zhuǎn)速大轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)動慣量小、尺寸小質(zhì)量輕等, 因此, 常采用無刷式永磁直流電動機(jī)。為改善操縱感、降低噪音和減少振動, 在電動機(jī)轉(zhuǎn)子外表面開出斜槽或螺旋槽, 而改變定子磁鐵的中心處或端部厚度, 將定子磁鐵設(shè)計成不等厚等 。三菱Minica的EPS電動機(jī)主要參考參數(shù)為: 永磁式直流電機(jī), 額定電壓DC12V, 最大工作電流30A, 額定轉(zhuǎn)矩1Nm 。TRW公司推出的帶傳動EPS在工作電壓1315V下, 最大工作電流為85A, 齒條輸出的最大功率為600W, 齒條最大助力12500N; 轉(zhuǎn)向柱助力式EPS在其工作電壓1315V下, 最大工作電流為70A, 齒條輸出最大功率為4

11、70W,齒條最大助力7500N, 最大助力轉(zhuǎn)矩為55N m 。隨著現(xiàn)代汽車技術(shù)的發(fā)展, 汽車各部件越來越多的采用42V 直流電源, 因而, 面向42V直流電的EPS也逐漸成為汽車技術(shù)研究熱點之一。采用42V直流電的EPS將能夠在較低的輸出電流同時保證有足夠的輸出功率, 既降低了系統(tǒng)的能耗和發(fā)熱, 又能夠改善系統(tǒng)的控制。電磁離合器電動式EPS轉(zhuǎn)向助力一般都是工作在一個設(shè)定的范圍。當(dāng)車速低于某一設(shè)定值時, 系統(tǒng)提供轉(zhuǎn)向助力, 保證轉(zhuǎn)向的輕便性; 當(dāng)車速高于某一設(shè)定值時, 系統(tǒng)提供阻尼控制, 保證轉(zhuǎn)向的穩(wěn)定性; 而當(dāng)車速處于兩個設(shè)定值之間時,電動機(jī)停止工作, 系統(tǒng)處于Standy狀態(tài), 此時,為了不

12、使電動機(jī)和電磁離合器的慣性影響轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的工作, 離合器應(yīng)及時分離, 以切斷輔助動力。另外, 當(dāng)EPS系統(tǒng)發(fā)生故障時, 離合器應(yīng)自動分離, 此時仍可利用手動控制轉(zhuǎn)向, 保障系統(tǒng)的安全性。三菱Minica的EPS采用離合器主要參考參數(shù)為:干式單片電磁式電磁離合器, 額定電壓DC12V,繞組1915 (20C) , 額定傳遞扭矩15 /12V（20C) 。減速機(jī)構(gòu)是電動式EPS不可缺少的部件,它把電動機(jī)的輸出減速放大后再傳遞給執(zhí)行部件。目前實用的減速機(jī)構(gòu)有多種組合方式, 采用較多的為蝸輪蝸桿與轉(zhuǎn)向軸驅(qū)動組合式, 也有的采用兩級行星齒輪與傳動齒輪組合式。裝配有離合器的EPS, 多采用渦輪蝸桿減速機(jī)構(gòu),

13、 裝配在減速機(jī)構(gòu)的一側(cè), 為了保證EPS在預(yù)定車速范圍內(nèi)工作, 在范圍之外,離合器分離, 電機(jī)停止工作, 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)轉(zhuǎn)為手動, 另外, 當(dāng)電動機(jī)發(fā)生故障時, 離合器也自動分離。為了抑制噪聲和提高耐久性, 減速機(jī)構(gòu)中的齒輪有的采用特殊齒形, 有的采用樹脂材料制成。三、解決方案及預(yù)期效果電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的研制關(guān)鍵及發(fā)展趨勢電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)在操縱輕便、節(jié)能等方面充分顯示了其優(yōu)越性，應(yīng)用前景廣闊。研制電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的關(guān)鍵，在于電子控制技術(shù)，包括確立適宜的助力特性，還有采集主要參數(shù)的傳感技術(shù)。此外，電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)與汽車的安全性、操縱穩(wěn)定性之間的關(guān)系，電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的可靠性等將成為重要的研究課題。電動

14、助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)出現(xiàn)十幾年來，在降低系統(tǒng)自質(zhì)量、價格，減少系統(tǒng)發(fā)熱、電流消耗、內(nèi)部摩擦，與整車進(jìn)行匹配獲得合理的助力特性，保證良好的路感等方面取得了重大進(jìn)步。技術(shù)優(yōu)勢：1、節(jié)能環(huán)保 由于發(fā)動機(jī)運轉(zhuǎn)時，液壓泵始終處于工作狀態(tài)，液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)使整個發(fā)動機(jī)燃油消耗量增加了35，而EPS以蓄電池為能源，以電機(jī)為動力元件，可獨立于發(fā)動機(jī)工作，EPS幾乎不直接消耗發(fā)動機(jī)燃油。EPS不存在液壓動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的燃油泄漏問題，EPS通過電子控制，對環(huán)境幾乎沒有污染，更降低了油耗。2、安裝方便 EPS的主要部件可以配集成在一起，易于布置，與液壓動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)相比減少了許多元件，沒有液壓系統(tǒng)所需要的油泵、油管、壓力流量控制閥

15、、儲油罐等，元件數(shù)目少，裝配方便，節(jié)約時間。 3、效率高 液壓動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)效率一般在60%70%，而EPS的效率較高，可高達(dá)90以上。4、路感好 傳統(tǒng)純液壓動力轉(zhuǎn)向系大多采用固定放大倍數(shù)，工作驅(qū)動力大，但卻不能實現(xiàn)汽車在各種車速下駕駛時的輕便性和路感。而EPS系統(tǒng)的滯后特性可以通過EPS控制器的軟件加以補(bǔ)償，使汽車在各種速度下都能得到滿意的轉(zhuǎn)向助力。 5、回正性好 EPS系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，不僅操作簡便，還可以通過調(diào)整EPS控制器的軟件，得到最佳的回正性，從而改善汽車操縱的穩(wěn)定性和舒適性。四、課題進(jìn)度安排2月21日3月5日畢業(yè)實習(xí)階段。畢業(yè)實習(xí)，查閱資料，到多個公司實踐，撰寫實習(xí)報告。3月5日3月19日開題階段。提出