动力转向系统的设计论文毕业设计精品

I毕业设计（论文）（说明书）题目动力转向系统的设计姓名、编号、技术学院年月日II、技术学院毕业设计（论文）任务书姓名、专业汽车运用技术任务下达日期年月日设计（论文）开始日期年月日设计（论文）完成日期年月日设计（论文）题目A编制设计B设计专题（毕业论文）动力转向系统的设计指导教师系（部）主任、年月日III、技术学院毕业设计（论文）答辩委员会记录机械工程系汽车运用技术专业，学生、于年月日进行了毕业设计（论文）答辩。设计题目专题（论文）题目指导老师答辩委员会根据学生提交的毕业设计（论文）材料，根据学生答辩情况，经答辩委员会讨论评定，给予学生毕业设计（论文）成绩为。答辩委员会人，出席人答辩委员会主任（签字）答辩委员会副主任（签字）答辩委员会委员，IV、技术学院毕业设计（论文）评语第页共页学生姓名专业汽车运用技术年级毕业设计（论文）题目评阅人指导教师（签字）年月日成绩系（科）主任（签字）年月日毕业设计（论文）及答辩评语、业设计说明书（论文）I摘要近年来，随着社会生活的汽车化，汽车的保有量不断增加，由此造成交通情况错综复杂使得驾驶员转向盘的操作频率增大这就需要减轻驾驶疲劳，提高操纵的轻便性和灵活性。因此对动力转向系统的要求也越来越高，它具有工作无噪声，灵敏度高体积小，能够吸收来自不平路面的冲击力，在现代轿车上得到十分广泛的应用。动力转向系统已成为一些轿车的标准设置，全世界约有一半的轿车采用动力转向。随着汽车电子技术的发展，目前一些轿车已经使用电动助力转向器，使汽车的经济性、动力性和机动性都有所提高。动力转向系统又可分为液压动力转向系统和电动助力动力转向系统。本次设计为动力转向系统的设计，在设计中介绍了动力转向系统的有关知识及工作原理，动力转向系统的发展过程等内容。对自己来说，这次毕业设计不仅使自己对以往知识的再次回顾，而且把所学内容整体的系统的结合，理论与实践结合起来，从中得到不少收益。关键词动力转向系统，液压，电动，设计、业设计说明书（论文）IIABSTRACTINRECENTYEARS,ASTHESOCIALLIFEOFAUTOMOBILE,AUTOMOBILEOWNERSHIPINCREASED,THERESULTINGCOMPLEXTRAFFICCONDITIONSDRIVERSSTEERINGWHEELOPERATIONFREQUENCYINCREASESTHENEEDTOREDUCEDRIVINGFATIGUE,IMPROVETHEMANIPULATIONOFLIGHTANDFLEXIBILITYTHEREQUIREMENTSFORPOWERSTEERINGSYSTEMSAREALSOGETTINGHIGHERANDHIGHER,ITHASNONOISE,HIGHSENSITIVITYSMALL,ABLETOABSORBIMPACTFROMUNEVENROAD,ONTHEMODERNCARSAREVERYWIDELYUSEDPOWERSTEERINGSYSTEMSHAVEBECOMESOMEOFTHECARSOFSTANDARDSETTING,ABOUTHALFOFTHECARSINTHEWORLDWITHPOWERSTEERINGWITHTHEDEVELOPMENTOFAUTOELECTRONICTECHNOLOGY,CURRENTLYSOMECARSALREADYUSEELECTRICPOWERSTEERING,ECONOMY,POWERANDMOBILITYOFTHEAUTOMOBILEINCREASEDPOWERSTEERINGSYSTEMCANBEDIVIDEDINTOHYDRAULICPOWERSTEERINGSYSTEMSANDELECTRICPOWERSTEERINGSYSTEMTHEDESIGNFORTHEDESIGNOFTHEPOWERSTEERINGSYSTEM,INDESIGNOFPOWERSTEERINGSYSTEMISDESCRIBEDINTHERELEVANTKNOWLEDGEANDWORKS,CONTENT,SUCHASTHEDEVELOPMENTOFTHEPOWERSTEERINGSYSTEMFORTHEM,THEGRADUATIONDESIGNNOTONLYHASITSBACKONTHEPREVIOUSKNOWLEDGE,ANDTHECOMBINATIONOFTHEOVERALLSYSTEMOFSTUDY,COMBININGTHEORYANDPRACTICE,GAINMANYBENEFITSKEYWORDSPOWERSTEERING,HYDRAULIC,ELECTRIC,DESIGN、设计说明书（论文）1目录摘要IABSTRACTII目录1第一章汽车动力转向系统的发展过程2第二章动力转向系统的介绍421电子控制动力转向系统4211流量控制式EPSTOP5212反力控制式EPSTOP5213阀灵敏度控制式EPSTOP622电动式电子控制动力转向系统7第三章动力转向系统831液压动力转向系统8311液压动力转向系统的组成8312液压动力转向系统的工作过程1132电动助力动力转向系统11第四章动力转向系统与操纵稳定性的关系1541电动助力转向系统对操纵稳定性的影响17第五章动力转向系统的发展趋势1951电子控制转向系统的最终发展趋势1952线控动力转向系统20521线控转向系统的发展概况20522线控转向系统的结构及工作原理20523线控转向系统的性能特点21524线控转向的关键技术22525线控转向系统的前景展望23第六章动力转向机构的设计2461动力转向机构布置方案2462分配阀的结构方案2763动力转向器的类型27第七章结束语30参考文献31、设计说明书（论文）2第一章汽车动力转向系统的发展过程科学技术的迅猛发展，极大地促进了汽车技术和汽车工业的高速发展。汽车的发展，归根结底就是汽车各大系统与各大结构的技术发展。汽车转向系统的发展历程，与汽车发动机的发展历程极其相似，先是主体机械部分的发展，主体机械部分发展到一定的稳定阶段后，其控制部分随后迅速发展。作为汽车的一个重要组成部分，汽车转向系统是决定汽车主动安全性的关键总成，如何设计汽车的转向特性，使汽车具有良好的操纵性能，始终是各汽车生产厂家和科研机构的重要研究课题。特别是在车辆高速化、驾驶人员非职业化、车流密集化的今天，针对更多不同水平的驾驶人群，汽车的操纵设计显得尤为重要。汽车转向系统经历了纯机械式转向系统、液压助力转向系统、电动助力转向系统3个基本发展阶段。机械式的转向系统，由于采用纯粹的机械解决方案，为了产生足够大的转向扭矩需要使用大直径的转向盘，这样一来，占用驾驶室的空间很大，整个机构显得比较笨拙，驾驶员负担较重，特别是重型汽车由于转向阻力较大，单纯靠驾驶员的转向力很难实现转向，这就大大限制了其使用范围。但因结构简单、工作可靠、造价低廉，目前在一部分转向操纵力不大、对操控性能要求不高的微型轿车、农用车上仍有使用。1953年通用汽车公司首次使用了液压助力转向系统，此后该技术迅速发展，使得动力转向系统在体积、功率消耗和价格等方面都取得了很大的进步。80年代后期，又出现了变减速比的液压动力转向系统。在接下来的数年内，动力转向系统的技术革新差不多都是基于液压转向系统，比较有代表性的是变流量泵液压动力转向系统VARIABLEDISPLACEMENTPOWERSTEERINGPUMP和电动液压助力转向ELECTRICHYDRAULICPOWERSTEERING，简称EHPS系统。变流量泵助力转向系统在汽车处于比较高的行驶速度或者不需要转向的情况下，泵的流量会相应地减少，从而有利于减少不必要的功耗。电动液压转向系统采用电动机驱动转向泵，由于电机的转速可调，可以即时关闭，所以也能够起到降低功耗的功效。液压助力转向系统使驾驶室变得宽敞，布置更方便，降低了转向操纵力，也使转向系统更为灵敏。由于该类转向系统技术成熟、能提供大的转向操纵助力，、设计说明书（论文）3目前在部分乘用车、大部分商用车特别是重型车辆上广泛应用。但是液压助力转向系统在系统布置、安装、密封性、操纵灵敏度、能量消耗、磨损与噪声等方面存在不足。EPS在日本最先获得实际应用，1988年日本铃木公司首次开发出一种全新的电子控制式电动助力转向系统，并装在其生产的CERVO车上，随后又配备在ALTO上。此后，电动助力转向技术得到迅速发展，其应用范围已经从微型轿车向大型轿车和客车方向发展。日本的大发汽车公司、三菱汽车公司、本田汽车公司，美国的DELPHI公司，英国的LUCAS公司，德国的ZF公司，都研制出了各自的EPS。电动助力转向系统将最新的电力电子技术和高性能的电机控制技术应用于汽车转向系统，能显著改善汽车动态性能和静态性能、提高行驶中驾驶员的舒适性和安全性、减少环境的污染等。因此，该系统一经提出，就受到许多大汽车公司的重视，并进行开发和研究，未来的转向系统中电动助力转向将成为转向系统主流。、设计说明书（论文）4第二章动力转向系统的介绍汽车转向系统可按转向的能源不同分为机械转向系统和动力转向系统两类。机械转向系统是依靠驾驶员操纵转向盘的转向力来实现车轮转向；动力转向系统则是在驾驶员的控制下，借助于汽车发动机产生的液体压力或电动机驱动力来实现车轮转向。所以动力转向系统也称为转向动力放大装置。动力转向系统由于使转向操纵灵活、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，因此已在各国的汽车制造中普遍采用。但是，具有固定放大倍率的动力转向系统的主要缺点是如果所设计的固定放大倍率的动力转向系统是为了减小汽车在停车或低速行驶状态下转动转向盘的力，则当汽车以高速行驶时，这一固定放大倍率的动力转向系统会使转动转向盘的力显得太小，不利于对高速行驶的汽车进行方向控制；反之，如果所设计的固定放大倍率的动力转向系统是为了增加汽车在高速行驶时的转向力，则当汽车停驶或低速行驶时，转动转向盘就会显得非常吃力。电子控制技术在汽车动力转向系统的应用，使汽车的驾驶性能达到令人满意的程度。电子控制动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倍率和稳定的转向手感，从而提高了高速行驶的操纵稳定性。21电子控制动力转向系统电子控制动力转向系统（简称EPSELECTRONICCONTROLPOWERSTEERING），根据动力源不同又可分为液压式电子控制动力转向系统（液压式EPS）和电动式电子控制动力转向系统（电动式EPS）。液压式EPS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，电子控制单元根据检测到的车速信号，控制电磁阀，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等信号，控制电动机扭矩的大小和方向。电动机的扭矩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。液压式电子控制动力转向系统电子控制动力转向系统（EPS）可以在低速时减轻转向力以提高转向系统的操纵性；在高速时则可适当加重转向力，以提高操纵稳定性。液压式电子控制动力、设计说明书（论文）5转向系统是在传统的液压动力转向系统的基础上增设电子控制装置而构成的。根据控制方式的不同，液压式电子控制动力转向系统又可分为流量控制式、反力控制式和阀灵敏度控制式三种形式。211流量控制式EPSTOP以凌志牌轿车采用的流量控制式动力转向系统为例。该系统主要由车速传感器、电磁阀、整体式动力转向控制阀、动力转向油泵和电子控制单元等组成。电磁阀安装在通向转向动力缸活塞两侧油室的油道之间，当电磁阀的阀针完全开启时，两油道就被电磁阀旁路。流量控制式动力转向系统就是根据车速传感器的信号，控制电磁阀阀针的开启程度，从而控制转向动力缸活塞两侧油室的旁路液压油流量，来改变转向盘上的转向力。车速越高，流过电磁阀电磁线圈的平均电流值越大，电磁阀阀针的开启程度越大，旁路液压油流量越大，液压助力作用越小，使转动转向盘的力也随之增加。这就是流量控制式动力转向系统的工作原理。212反力控制式EPSTOP以反力控制式动力转向系统为例。该系统主要由转向控制阀、分流阀、电磁阀、转向动力缸、转向油泵、储油箱、车速传感器及电子控制单元等组成。转向控制阀是在传统的整体转阀式动力转向控制阀的基础上增设了油压反力室而构成。扭力杆的上端通过销子与转阀阀杆相连，下端与小齿轮轴用销子连接。小齿轮轴的上端部通过销子与控制阀阀体相连。转向时，转向盘上的转向力通过扭力杆传递给小齿轮轴。当转向力增大，扭力杆发生扭转变形时，控制阀体和转阀阀杆之间将发生相对转动，于是就改变了阀体和阀杆之间油道的通、断关系和工作油液的流动方向，从而实现转向助力作用。分流阀是把来自转向油泵的机油向控制阀一侧和电磁阀一侧进行分流的阀。按照车速和转向要求，改变控制阀一侧与电磁阀一侧的油压，确保电磁阀一侧具有稳定的机油流量。固定小孔的作用是把供给转向控制阀的一部分流量分配到油压反力室一侧。电磁阀的作用是根据需要将油压反力室一侧的机油流回储油箱电子控制单元（ECU）根据车速的高低线性控制电磁阀的开口面积。当车辆停驶或速度较低时，ECU使电磁线圈的通电电流增大，电磁阀开口面积增大，经分流阀分流的机油，通过电磁阀重新回流到储油箱中，所以作用于柱塞的背压（油压反力室压力）降低。于是柱塞推动控制阀转阀阀杆的力（反力）较小，因此只需要较小的转向力就可使扭力杆扭转变形，使阀体与阀杆发生相对转动而实现转向助力作用。、设计说明书（论文）6当车辆在中高速区域转向时，ECU使电磁线圈的通电电流减小，电磁阀开口面积减小，所以油压反力室的油压升高，作用于柱塞的背压增大，于是柱塞推动转阀阀杆的力增大，此时需要较大的转向力才能使阀体与阀杆之间作相对转动（相当于增加了扭力杆的扭转刚度），而实现转向助力作用，所以在中高速时可使驾驶员获得良好的转向手感和转向特性。213阀灵敏度控制式EPSTOP阀灵敏度控制式EPS是根据车速控制电磁阀，直接改变动力转向控制阀的油压增益（阀灵敏度）来控制油压的方法。这种转向系统结构简单、部件少、价格便宜，而且具有较大的选择转向力的自由度，可以获得自然的转向手感和良好的转向特性。以89型地平线牌轿车所采用的阀灵敏度控制式动力转向系统为例。该系统在转向控制阀的转子阀作了局部改进，并增加了电磁阀、车速传感器和电子控制单元等。转子阀的可变小孔分为低速专用小孔（LR、1L、2R、2L）和高速专用小孔（3R、3L）两种，在高速专用可变孔的下边设有旁通电磁阀回路。图7所示为该系统的阀部等效液压回路，其工作过程如下当车辆停止时，电磁阀完全关闭，如果此时向右转动转向盘，则高灵敏度低速专用小孔1R及2R在较小的转向扭矩作用下即可关闭，转向油泵的高压油液经LL流向转向动力缸右腔室，其左腔室的油液经3L、2L流回储油箱。所以此时具有轻便的转向特性。而且施加在转向盘上的转向力矩越大，可变小孔LL、2L的开口面积越大，节流作用越小，转向助力作用越明显。随着车辆行驶速度的提高，在电子控制单元的作用下，电磁阀的开度也线性增加，如果向右转动转向盘，则转向油泵的高压油液经LL、3R旁通电磁阀流回储油箱。此时，转向动力缸右腔室的转向助力油压就取决于旁通电磁阀和灵敏度低的高速专用可变孔3R的开度。车速越高，在电子控制单元的控制下，电磁阀的开度越大，旁路流量越大，转向助力作用越小；在车速不变的情况下，施加在转向盘上的转向力越小，高速专用小孔3R的开度越大，转向助力作用也越小，当转向力增大时，3R的开度逐渐减小，转向助力作用也随之增大。由此可见，阀灵敏度控制式动力转向系统可使驾驶员获得非常自然的转向手感和良好的速度转向特性。、设计说明书（论文）722电动式电子控制动力转向系统液压式动力转向系统由于工作压力和工作灵敏度较高，外廓尺寸较小，因而获得了广泛的应用。在采用气压制动或空气悬架的大型车辆上，也有采用气压动力转向的。但这类动力转向系统的共同缺点是结构复杂、消耗功率大，容易产生泄漏，转向力不易有效控制等。近年来随着微机在汽车上的广泛应用，出现了电动式电子控制动力转向系统，简称电动式EPS。电动式EPS通常由扭矩传感器、车速传感器、电子控制单元（ECU）、电动机和电磁离合器等组成。电动式EPS是利用电动机作为助力源，根据车速和转向参数等，由电子控制单元完成助力控制，其原理可概括如下当操纵转向盘时，装在转向盘轴上的扭矩传感器不断地测出转向轴上的扭短信号，该信号与车速信号同时输入到电子控制单元。电控单元根据这些输入信号，确定助力扭矩的大小和方向，即选定电动机的电流和转向，调整转向辅助动力的大小。电动机的扭矩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，使之得到一个与汽车工况相适应的转向作用力。电动式EPS有许多液压式动力转向系统所不具备的优点1将电动机、离合器、减速装置、转向杆等各部件装配成一个整体，这既无管道也无控制阀，使其结构紧凑、质量减轻。一般电动式EPS的质量比液压式EPS质量轻25左右。2没有液压式动力转向系统所必须的常运转转向油泵，电动机只是在需要转向时才接通电源，所以动力消耗和燃油消耗均可降到最低。3省去了油压系统，所以不需要给转向油泵补充油，也不必担心漏油。4可以比较容易地按照汽车性能的需要设置、修改转向助力特性。、设计说明书（论文）8第三章动力转向系统31液压动力转向系统311液压动力转向系统的组成1转向盘；2转向轴；3转向控制阀；4转向螺杆；5齿条活塞；6扇齿；7摇臂；8转向主拉杆；9转向节；10转向横拉杆；11转向梯形臂；12转向油罐；13转向油泵；R右转向动力腔；L左转向动力腔齿条齿轮式转向系统已迅速成为汽车、小型货车及SUV上普遍使用的转向系统类型。其工作机制非常简单。齿条齿轮式齿轮组被包在一个金属管中，管外，并用横拉杆连在一起。小齿轮连在转向轴上。转动方向盘时，齿轮就会旋转，从而带动齿条运动。齿条各齿端的横拉杆连接在转向轴的转向臂上（请参见上图）。齿条齿轮式齿轮、设计说明书（论文）9组有两个作用1将方向盘的旋转运动转换成车轮转动所需的线性运动。2提供齿轮减速功能，从而使车轮转向更加方便。在大多数汽车中，一般要将方向盘旋转三到四周，才能让车轮从一个锁止位转到另一个锁止位（从最左侧转到最右侧）。转向传动比是指方向盘转向程度与车轮转向程度之比。例如，如果将方向盘旋转一周（360度）会导致车轮转向20度，则转向传动比就等于360除以20，即181。比率越高，就意味着要使车轮转向达到指定距离，方向盘所需要的旋转幅度就越大。但是，由于传动比较高，旋转方向盘所需要的力便会降低。比率越低，转向反应就越快，您只需小幅度旋转方向盘即可使车轮转向达到指定距离。这正是运动型汽车梦寐以求的特性。由于这些小型汽车很轻，因此比率较低，转动方向盘也不会太费力。一般而言，轻便车和运动型汽车的转向传动比要小于大型车和货车。有些汽车使用可变传动比转向系统，在此系统中，齿条齿轮式齿轮组的中心与外侧具有不同的齿距（每厘米的齿数）。这不仅能提高汽车转向时的响应速度（齿条靠近中心位置），还能减少车轮在接近转向极限时的作用力当在动力转向系统中应用齿条齿轮时，齿条的设计会略有不同。部分齿条包含一个中心有活塞的圆筒。活塞连接在齿条上。圆筒上有两个油孔，分别位于活塞的两侧。当向活塞的一侧注入高压液体时，将迫使活塞向另一侧运动，进而带动齿条运动，这样便提供了辅助动力。我们将在随后介绍提供高压液体的组件，它同时也能决定向齿条的哪一侧供应这些高压液体首先，让我们来了解另一种转向系统。目前，众多货车和SUV上都在使用循环球式转向系统。其转动车轮的拉杆与齿条齿轮式转向系统稍有不同。循环球式转向器有一个埚杆。您可以将此转向器想像为两部分。第一部分是带有螺纹孔的金属块。此金属块外围有切入的轮齿，这些轮齿与驱动转向摇臂的齿轮相结合（参见上图）。方向盘连接在类似螺栓的螺杆上，螺杆则插在金属块的孔内。转动方向盘时，它便会转动螺栓。由于螺栓与金属块之间相对固定，因此旋转时，它不会像普通螺栓那样钻入金属块中，而是带动金属块旋转，进而驱动转动车轮的齿轮。螺栓并不直接与金属块上的螺纹结合在一起，所有螺纹中都填满了滚珠轴承，当齿轮转动时，这些滚珠将循环转动。滚珠轴承有两个作用第一，减少齿轮的摩擦和磨损；第二，减少齿轮的溢出。如果齿轮溢出，则会在转动方向盘时感觉到。而如果转向器中没有滚珠，轮齿之间会暂时脱离，从而造成方向盘松动。、设计说明书（论文）10循环球式系统中的动力转向工作原理与齿条齿轮式系统类似。其辅助动力也是通过向金属块一侧注入高压液体来提供的。现在让我们看一下构成动力转向系统的其他组件。在动力转向系统中，除齿条齿轮机制或循环球机制外，还有几个重要组件。用于转向的液压动力由回转式滑片泵提供（参见上图）。此泵由汽车发动机通过传送带和皮带轮进行驱动。它包含一组在椭圆形泵室内旋转的伸缩式叶片。当叶片旋转时，这些叶片会从压力较低的回流管吸入液压油，并迫使其流向压力较高的出口。泵所提供的流量取决于汽车发动机的速度。泵的设计必须能在发动机怠速时提供足够的流量。因此，当发动机加速运转时，该泵提供的液体会远远超过实际的需求。泵中含有一个减压阀，用于确保压力不会升得太高。当发动机高速运转时，由于泵中吸入了太多液体，因而更需要减压阀来降低压力。只有驾驶员对方向盘施加作用力（如开始转向）时，动力转向系统才会向其提供支持。如果驾驶员没有施加作用力（如沿直线驾驶时），该系统则不会提供任何援助。方向盘上用于检测到这种作用力的设备叫旋转阀。旋转阀的关键部位是扭力杆。扭力杆是一根细金属杆，在向其施加扭矩时，它会发生扭转。扭力杆的顶端连接在方向盘上，底端则连接在小齿轮或埚杆（用于转动车轮）上，这样扭力杆中的扭矩便等于驾驶员用来转动车轮的扭矩。驾驶员用来转动车轮的扭矩越大，扭力杆扭转的幅度就越大。转向轴中的输入装置形成了滑阀总成的内部结构。它也与扭力杆的顶端相连。扭力杆的底端连接在滑阀的外侧。扭力杆还会转动转向器的输出装置，以使其与小齿轮或蜗杆相连，具体取决于汽车的转向系统类型。当扭力杆扭转时，它会使滑阀的内侧相对于外侧旋转。由于滑阀的内侧也连接在转向轴上（从而与方向盘相连），因此滑阀内外侧之间的旋转程度取决于驾驶员在方向盘上所施加扭矩的大小。、设计说明书（论文）11312液压动力转向系统的工作过程1溢流阀；2液压泵；3节流阀；4安全阀；5转向控制阀；6液压泵；7方向盘1直线行驶阀5不动，在中位，卸荷。2左转向阀5右移，在左位，左转。3右转向阀5左移，在右位，右转。32电动助力动力转向系统电动助力转向（简称EPS）系统利用直流电动机提供转向动力，辅助驾驶员进行转向操作。电动助力转向系统与传统的液压助力转向系统相比具有很多优点。EPS主要由扭距传感器，车速传感器，电动机，减速机构和电子控制单元（ECU）等组成。1汽车电子化是当前汽车技术发展的必然趋势。继电子技术在发动机、变速器、制动器和悬架等系统得到广泛应用之后,EPS在轿车和轻型汽车领域正逐步取代传统液压助力转向系统并向更大型轿车和商用客车方向发展,它己成为世界汽车技术发展的研究热点和前沿技术之一,所以它具有广泛的应用前景。2按转向动力能源不同,汽车转向系统可分为机械式转向系统和动力转向系统两大类。、设计说明书（论文）123传统转向系统就是由简单的机械来传递动力,主要的组成是有方向盘、转向器总成、以及转向拉杆等零件组成。4随着电子技术的发展,电子控制式机械液压动力转向系统应运而生,该系统在某些性能方面优于传统的液压动力转向系统,但仍然无法根除液压动力转向系统的固有缺憾就是管内压力和油的泄露，替代液压动力转向系统的趋势。电动助力转向系统突出的优势体现在（1）降低了燃油消耗。液压动力转向系统需要发动机带动液压油泵，使液压油不停地流动，浪费了部分能量。相反电动助力转向系统（EPS）仅在需要转向操作时才需要电机提供的能量，该能量可以来自蓄电池，也可来自发动机。而且,能量的消耗与转向盘的转向及当前的车速有关。当转向盘不转向时，电机不工作，需要转向时，电机在控制模块的作用下开始工作,输出相应大小及方向的转矩以产生助动转向力矩，而且，该系统在汽车原地转向时输出最大转向力矩，随着汽车速度的改变，输出的力矩也跟随改变。该系统真正实现了“按需供能“，是真正的“按需供能型“（ONDEMAND）系统。汽车在较冷的冬季起动时，传统的液压系统反应缓慢，直至液压油预热后才能正常工作。由于电动助力转向系统设计时不依赖于发动机而且没有液压油管，对冷天气不敏感，系统即使在40时也能工作，所以提供了快速的冷起动。由于该系统没有起动时的预热，节省了能量。不使用液压泵，避免了发动机的寄生能量损失，提高了燃油经济性，装有电动助力转向系统的车辆和装有液压助力转向系统的车辆对比实验表明，在不转向情况下，装有电动助力转向系统的国辆燃油消耗降低25，在使用转向情况下，燃油消耗降低了55。（2）增强了转向跟随性。在电动助力转向系统中，电动助力机与助力机构直接相连可以使其能量直接用于车轮的转向。该系统利用惯性减振器的作用，使车轮的反转和转向前轮摆振大大减水。因此转向系统的抗扰动能力大大增强和液压助力转向系统相比，旋转力矩产生于电机，没有液压助力系统的转向迟滞效应，增强了转向车轮对转向盘的跟随性能。（3）改善了转向回正特性。直到今天，动力转向系统性能的发展已经到了极限,电动助力转向系统的回正特性改变了这一切。当驾驶员使转向盘转动一角度后松开时，该系统能够自动调整使车轮回到正中。该系统还可以让工程师们利用软件在最大限度内调整设计参数以获得最佳的回正特性。从最低车速到最高车速，可得到一簇回正特性曲线。通过灵活的软件编程，容易得到电机在不同车速及不同车况下的转矩特性，这种转矩特性使得该系统能显著地提高转向能力，提供了与车辆动态性能相机匹配的转向回正特性。而在传统的液压控制系统中，要改善、设计说明书（论文）13这种特性必须改造底盘的机械结构，实现起来有一定困难。（4）提高了操纵稳定性。通过对汽车在高速行驶时过度转向的方法测试汽车的稳定特性。采用该方法，给正在高速行驶（100KM/H）的汽车一个过度的转角迫使它侧倾，在短时间的自回正过程中，由于采用了微电脑控制，使得汽车具有更高的稳定性，驾驶员有更舒适的感觉。（5）提供可变的转向助力。电动助力转向系统的转向力来自于电机。通过软件编程和硬件控制，可得到覆盖整个车速的可变转向力。可变转向力的大小取决于转向力矩和车速。无论是停车，低速或高速行驶时，它都能提供可靠的，可控性好的感觉，而且更易于车场操作。对于传统的液压系统，可变转向力矩获得非常困难而且费用很高，要想获得可变转向力矩，必须增加额外的控制器和其它硬件。但在电动助力转向系统中，可变转向力矩通常写入控制模块中，通过对软件的重新编写就可获得，并且所需费用很小。（6）采用“绿色能源“，适应现代汽车的要求。电动助力转向系统应用“最干净“的电力作为能源，完全取缔了液压装置，不存在液压助力转向系统中液态油的泄漏问题，可以说该系统顺应了“绿色化“的时代趋势。该系统由于它没有液压油，没有软管、油泵和密封件，避免了污染。而液压转向系统油管使用的聚合物不能回收，易对环境造成污染。（7）系统结构简单，占用空间小，布置方便，性能优越。由于该系统具有良好的模块化设计，所以不需要对不同的系统重新进行设计、试验、加工等,不但节省了费用，也为设计不同的系统提供了极大的灵活性，而且更易于生产线装配。由于没有油泵、油管和发动机上的皮带轮，使得工程师们设计该系统时有更大的余地，而且该系统的控制模块可以和齿轮齿条设计在一起或单独设计，发动机部件的空间利用率极高。该系统省去了装于发动机上皮带轮和油泵，留出的空间可以用于安装其它部件。许多消费者在买车时非常关心车辆的维护与保养问题。装有电动助力转向系统的汽车没有油泵，没有软管连接，可以减少许多忧虑。实际上，传统的液压转向系统中，液压油泵和软管的事故率占整个系统故障的53，如软管漏油和油泵漏油等。（8）生产线装配性好。电动助力转向系统没有液压系统所需要的油泵、油管、流量控制阀、储油罐等部件，零件数目大大减少，减少了装配的工作量，节省了装配时间，提高了装配效率。电动助力转向系统自20世纪80年代中期初提出以来，作为今后汽车转向系统的发展方向，必将取代现有的机械转向系统、液压助力转向系统和电控制液压、设计说明书（论文）14助力转向系统。、设计说明书（论文）15第四章动力转向系统与操纵稳定性的关系汽车的操纵稳定性与转向系的专项性能直接相关，随着汽车行驶车速的不断增加，汽车在行驶时的转向性能必须受到高度重视，特别是在高速行驶时的必须具有良好的转向性能。具体来讲高速行驶轿车的良好转向性能是指转向精确、直接、反应迅速、转向力适中、有自动回正能力、驾驶员能从方向盘中感受到充分的信息等。这些就是所谓的“转向系的直接感受特性”。要达到这些要求，最重要的就是在方向盘小转角范围内，转向车轮转角应与方向盘转角成正比关系，操舵力与方向盘转角成正比关系，操舵力的大小适当，摩擦阻力小，系统迟滞小，回正后残留转角小。配备电动助力装置的汽车转向系统，应尽量不悖于驾驶员原有的驾驶习惯，这样驾驶员才能在转向时得心应手。转向驱动力矩与助力矩之间的理想关系应具备以下几点1在转向驱动力矩很小的区域内希望助力矩越小越好，甚至不施加助力，以便保持较好的路感和节约能源。2在低速行驶低速转向过程中，为使转向轻便，降低驾驶员劳动强度，助力效果应当明显。3原地转向时的转向阻力矩相当大，此时应尽可能发挥较大的助力转向效果，且助力矩增幅应较大。4随着车速的增升高，转向驱动力矩很小时不助力的区域应增大。5原地转向时，助力矩增加到一定值时应保持恒定，以免助力电动机因负荷过大而出现故障。6形式转向时，助力矩增加到一定值时也应保持恒定，以便驾驶员驾驶时可以明显感到路面反力的增加，知道安全驾驶。7高速行驶时停止助力，以便驾驶员获得良好的路感，保证行车安全。8助力矩不能大于同工矿下无助力时的转向驱动，即助力矩应小于转向阻力局，否则将出现“打手”现象。9各区段过度要平滑，以避免操舵力出现跳跃感。转向系统受力分析EPS系统所受的力主要有驾驶员作用在方向盘的操纵力、点击的助力矩和整、设计说明书（论文）16个转向系统所受的阻力矩。驾驶员在转向时作用在方向盘上的操纵力，同时在EPS系统的电动机助力下，通过转向机构克服转向阻力矩，从而实现对汽车的转向。转向时驾驶员作用在方向盘上的作用力以及电动机作用的助力矩大小与汽车整个转向系统所受的阻力矩有关。（1）驾驶员的操纵力驾驶员对汽车的操纵力分成两种情况一、改变汽车行驶方向是驾驶员作用在转向盘上的切向力；二、保持汽车行驶方向不变包括直线运动和固定某个方向的于东时驾驶员保持方向盘不动的力。这种在车轮转向角位置保持不变，行车时驾驶员作用在转向盘上的力称为方向盘把持力。（2）EPS的阻力矩按产生的来源不同，EPS的阻力矩大体上可分为“绕主销的主力矩”和“转向系的阻力矩”两大部分。这些转向阻力距的各组成部分都随转向盘转角、车速、轮胎偏离角、转向盘转动角速度和车辆侧偏角变化而变化。转向系阻力矩主要包括“转向系摩擦力矩”，“转向系复原力矩”和“转向系惯性力矩”三部分。“转向系摩擦力矩”主要指转向系的各部分之间的干摩擦阻力矩的总和。“转向系复原力矩”主要由转向系内回位弹簧、内橡胶衬套等弹性变形引起的回复力产生的。“转向系惯性力矩”主要由转向系内各部分在运动过程转速的变化所形成的。“绕主销的阻力矩”大部分是由路面和轮胎间的转矩形成的，它受路面状态、轮胎特性、车轮定位参数和负荷等的影响，随着车速和转向轮偏离角的变化而变化。通常“绕主销的阻力矩”按汽车不同的行车方式，分成“原地转向阻力矩”和“行车转向阻力局”两种。原地转向指静止不动的汽车进行转向时，首先是轮胎发生扭转变形，继之以轮胎和路面之间发生滑移，称这一情况所产生的转向阻力矩为原地转向阻力矩。行车转向阻力矩指对行驶的汽车进行转向时产生的阻力矩。行车转向比原地转向车速增加了，接地面积滚动成分增加，转向阻力矩也突然减小。不过，车辆如以更高的车速转向行驶，由于轮胎发生偏离形成自动回正力矩，促使轮胎平面和轮胎行进方向趋向一致。这样行车转向中所受转向阻力距就大致和原地转向时相仿。高速行车中，由轮胎偏离角所引起的转向阻力矩是随主销后倾角增大而增大的。因此影响“绕主销的阻力矩”的因素有轮胎接地的单位面积压力、接地面积、摩擦系数等。显然，负荷愈大，轮胎气压愈低，原地转向阻力矩也将愈大。同时、设计说明书（论文）17轮胎和路面间的摩擦系数增大，原地转向阻力矩也将增大。“电动机阻力矩”是电动机为了提高汽车操纵的轻便性而对转向系施加的力矩。它的大小由EPS的ECU根据传感器传来的车速和力矩信号来决定。41电动助力转向系统对操纵稳定性的影响关于衡量转向操纵稳定性的指标有不少，有些文献中提到了包括转向灵敏度、转向系统刚度、转向路感和回正性能等。但是这些指标或是针对机械转向系统或液压转向系统，或是针对汽车操纵稳定性来说，对于装有电动助力转向系统的汽车转向操纵性能却没有提出一个明确的评价指标。还在一些文献中队EPS系统的性能评价进行了探讨，提出了包括转向轻便性、转向回正性、转向盘中间位置性能、随动灵敏性、助力性能在内的评价指标。但是没有从理论上具体推出这些评价指标的表达式。一个操纵性能良好的转向系统，应满足以下要求（1）路感合适；（2）转向灵敏；（3）具有较好的操纵稳定性。1转向路感汽车转向的轻便性与路感时相互矛盾的，一般驾驶员都希望车辆转向时力“轻”些好，即在转向时系统提供很大的助力，这样可以减少驾驶员的体力消耗，但转向太“轻”又不好，因为转向力中还包含着前轮侧向力的信息，使汽车的运动状态（包括车轮与路面的附着状态）与驾驶员手上的力有一种对应关系，这就是“路感”,如果这种“路感”很清晰，驾驶员就会感到“心中有数”，有把握地操纵汽车，所以转向力又不能太小。确切地说，转向力中雨前轮侧向力有对应关系的那部分（回正力矩部分）不能太小，而与前轮侧向力无关的各种摩擦力矩则越小越好。汽车转向轻便性是对低速行驶时（如原地转向）提出的要求，而路感则是针对汽车高速行驶时提出。使驾驶员感到此种力反馈及其差别。清晰的路感，对驾驶员非常重要，特别是在高速行驶时，它能够给驾驶员提供一种正确判断车轮与路面附着情况的信息，让驾驶员心中有数，以便在不同的道路条件下，采用合适的运行方式（高速，转向和制动），确保车辆的行驶安全。因此，在某种意义上说，路感实际上是给与驾驶员操纵汽车的一种安全感，做到心中有数、防患于未然。通常，路感按汽车的行驶状态或转向盘的位置，可与分高速直线行驶、转向和回正过程的路感。2转向灵敏度转向灵敏度对汽车操纵十分重要，它是衡量汽车操纵性能的主要指标，反应、设计说明书（论文）18了汽车队对转向动作的响应快慢。它可以采用汽车的侧向加速度对转角的微分来表示，也可用汽车的横摆角速度与转角之比来表示。这里选择从转向盘转角到汽车的横摆角速度的传递函数来表示转向灵敏度，因为更能直接体现电动助力转向系统和汽车系统的综合性能。3转向回正能力在汽车行驶中驾驶员进行转向时，回正力矩能够使转向盘自动地回到中间位置，这有助于驾驶员回正方向，但有时回正力矩会带来过多的冲击，使得转向稳定性变差。传统的助力转向系统能通过它的惯性和自身的摩擦产生一些阻尼效果，但却是很被动。相反，在EPS系统中可以通过控制助力电机来获得适当的阻尼效果。另一方面，转向系统内部摩擦损失力矩过大时，又就会阻碍转向盘的回正。就此，提出一种通过控制电机提供回复助力，可以获得良好的回正能力。、设计说明书（论文）19第五章动力转向系统的发展趋势电动动力转向系统经过十几年的发展，在降低自重、减少生产成本，控制系统发热、电流消耗、内部摩擦，整车进行匹配获得合理的助力特性以及保证良好的路感方面取得了重大进步。电动助力转向系统在操纵舒适性和安全性、节能等方面充分显示了其优越性，如今已在轻型车和轿车上得到应用并具有良好的工作性能。随着直流电机性能的改进，其应用范围将越来越广。特别是低排放汽车、混合动力汽车、燃料电池汽车、电动汽车将构成未来汽车发展的主体，这给电子控制转向系统带来了更加广阔的应用前景。51电子控制转向系统的最终发展趋势1改善控制系统性能、减小控制单元和驱动单元的体积及降低控制系统的制造成本，使之更好地与不同档次汽车相适应。如改进电动机控制技术，消除由于电动机惯性大、摩擦力所带来的转向路感不足等缺点，使电动助力转向系统也能应用于重型载货汽车上。2实现电动助力转向系统控制单元与汽车上其他控制单元的通讯联系，以实现整车电子控制系统一体化。3将根据车速、转矩、转向角、转向速度、横向加速度、前轴重力等多种信号进行与汽车特性相吻合的综合控制，以获得更好的转向路感。4提高系统的可靠性。这应从提高系统各部件的可靠性入手，如采用非接触式转矩传感器。5提高系统的安全性。采用取消转向盘的SBWS系统后，驾驶室有更大的空间用于布置被动安全部件，减少了危险发生时对乘员的伤害。电动转向技术由于其技术先进，性能优越，未来必将取代其他动力转向技术，成为动力转向技术的主流。线控动力转向系统将是动力转向系统的发展方向，是未来汽车对安全性、操纵稳定性和舒适性的更高要求，有着很好的发展前景。当然，在汽车迈向全面线控转向之前，电动转向系统是“中站”，是第一步，当汽车装有电动转向系统时，其中的转向电动机将接受一系列传感器信号，例如转向控制、动态稳定控制等，最后机械的部分一个一个消失，逐渐变成了全面线控转向。、设计说明书（论文）2052线控动力转向系统汽车转向性能是汽车的主要性能之一，转向系统的性能直接影响到汽车的操纵稳定性，它对于确保车辆的安全行驶、减少交通事故以及保护驾驶员的人身安全、改善驾驶员的工作条件起着重要的作用。如何合理地设计转向系统，使汽车具有良好的操纵性能，始终是设计人员的重要研究课题。在车辆高速化、驾驶人员非职业化、车流密集化的今天，针对更多不同水平的驾驶人群，汽车的易操纵性设计显得尤为重要。线控转向系统（STEERINGBYWIRESYSTEM，简称SBW）的发展，正是迎合这种客观需求。它是继EPS后发展起来的新一代转向系统，具有比EPS操纵稳定性更好的特点，而且它在转向盘和转向轮之间不再采用机械连接，彻底摆脱传统转向系统所固有的限制，在给驾驶员带来方便的同时也提高了汽车的安全性。521线控转向系统的发展概况德国奔驰公司在1990年开始了前轮线控转向的研究，并将它开发的线控转向系统应用于概念车F400CARVING上。日本KOYO也开发了线控转向系统，但为了保证系统的安全，仍然保留了转向盘与转向轮之间的机械部分，即通过离合器连接，当线控转向失效时通过离合器结合回复到机械转向。宝马汽车公司的概念车BMWZ22，应用了STEERBYWIRE技术，转向盘的转动范围减小到160，使紧急转向时驾驶员的忙碌程度得到了很大降低。意大利BERTONE设计开发的概念车“FILO”，雪铁龙越野车“CCROSSER”，DAIMLERCHRYSLER概念车“R129”，都采用了线控转向系统。2003年日本本田公司在纽约国际车展上推出了LEXUSHPX概念车，该车也采用了线控转向系统，在仪表盘上集成了各种控制功能，实现车辆的自动控制。估计几年后，机械系统将由电缆与电子信号取代。522线控转向系统的结构及工作原理1线控转向系统的结构汽车线控转向系统主要由转向盘模块、前轮转向模块、主控制器（ECU）以及自动防故障系统组成。转向盘模块转向盘模块包括转向盘组件、转向盘转角传感器、力矩传感器、转向盘回正力矩电机。其主要功能是将驾驶员的转向意图（通过测量转向盘转角）转换成数字信号并传递给主控制器，同时主控制器向转向盘回正力矩电机发送控制信号，、设计说明书（论文）21产生转向盘回正力矩，以提供给驾驶员相应的路感信息。前轮转向模块前轮转向模块包括前轮转角传感器、转向执行电机、电机控制器和前轮转向组件等。其功能是将测得的前轮转角信号反馈给主控制器，并接受主控制器的命令，控制转向盘完成所要求的前轮转角，实现驾驶员的转向意图。主控制器主控制器对采集的信号进行分析处理，判别汽车的运动状态，向转向盘回正力矩电机和转向电机发送命令，控制两个电机协调工作。主控制器还可以对驾驶员的操作指令进行识别，判定在当前状态下驾驶员的转向操作是否合理。当汽车处于非稳定状态或驾驶员发出错误指令时，前轮线控转向系统将自动进行稳定控制或将驾驶员错误的转向操作屏蔽，以合理的方式自动驾驶车辆，使汽车尽快恢复到稳定状态。自动防故障系统自动防故障系统是线控转向系统的重要模块，它包括一系列的监控和实施算法，针对不同的故障形式和故障等级做出相应的处理，以求最大限度的保持汽车的正常行驶。线控转向技术采用严密的故障检测和处理逻辑，以最大程度地提高汽车安全性能。2线控转向系统的工作原理其工作过程来自转向盘传感器和各种车辆当前状态的信息送给电子控制子系统后，利用计算机对这些信息进行控制运算，然后对车辆转向子系统发出指令，使车辆转向。同时车轮转向子系统中的转向阻力传感器给出的信息也经电子控制子系统，传给转向盘子系统中模拟路感的部件。523线控转向系统的性能特点由于线控转向系统中的转向盘和转向轮之间没有机械连接，是断开的，通过总线传输必要的信息，故该系统也称作柔性转向系统。具有如下性能特点柔性转向能消除转向干涉问题，为实现多功能全方位的自动控制，以及汽车动态控制系统和汽车平顺性控制系统的系统集成提供了显著的先决条件。对前轮驱动轿车，在安装发动机时需要考虑刚性转向轴占用空间，转向轴必须依据汽车是左侧驾驶还是右侧驾驶安装在发动机附近，设计人员必须协调处理各种需要安排部件。而柔性转向去掉了原来转向系各个功能模块之间的刚性机械连接，大大方便了系统的总布置。舒适性得到提高。转向回正力矩能够通过软件依据驾驶员的要求进行调整。、设计说明书（论文）22因此在不改变设计的情况下，可以个性化地适合特定的驾驶者和驾驶环境，与转向有关的驾驶行为都可以通过软件来实现。消除了碰撞事故中转向柱引起伤害驾驶员的可能性，不必设立转向防扭机构。驾驶员腿部活动空间增加，出入更方便自由。524线控转向的关键技术1传感器技术现代汽车技术发展特征之一就是越来越多的部件采用电子控制。汽车电子控制系统控制效果依赖于传感器的信息采集和反馈的精度，传感器科技含量直接影响整个汽车电子控制系统的性能。汽车SBW系统需要的相关传感器有角位移传感器、转矩传感器、车速传感器、侧向加速度传感器、横摆角速度传感器等。2总线技术随着汽车总线技术的发展，存在着多种汽车总线标准，未来将会使用到具有高速实时传输特性的一些总线标准和协议。这一类总线标准主要有TTP、BYTEFLIGHT和FLEXRAY。TTP（时间触发协议）是一个应用于分布式实时控制系统的完整的通信协议，能够支持多种容错策略，具有节点的恢复和整合功能；BMW公司的BYTELIGHT可用于汽车线控系统的通信网络，其特点是既能满足某些高优先级消息需要时间触发，以保证确定延迟的要求，又能满足某些消息需要事件触发，需要中断处理要求；而其他汽车制造商目前计划采用FLEXRAY，这是一种特别适