交通运输毕业设计（论文）-动力转向系统技术研究.doc

毕业设计 论文 题 目动动力力转转向系向系统统技技术术研究研究 系 院 飞飞行学院行学院 专 业交通运交通运输输 班 级2009 级级 2 班班 学生姓名 学 号 指导教师 职 称副教授副教授 助教助教 二 一一年六月十日 独 创 声 明 本人郑重声明 该毕业设计 论文 是本人在指导老师的指导下 独立 进行研究工作所取得的成果 该论文不存在任何知识产权争议 尽我所知 论文中所引用的部分内容已做标记 本设计 论文 不含任何其他个人或集 体已经发表或撰写过的作品成果 对本文的研究做出重要贡献的个人和集体 均已在文中以明确方式标明 本声明的法律后果由本人承担 作者签名 20 年 月 日 毕业设计 论文 使用授权声明 本人完全了解滨州学院关于收集 保存 使用毕业设计 论文 的规定 本人愿意按照学校要求提交学位论文的印刷本和电子版 同意学校保存 学位论文的印刷本和电子版 或采用影印 数字化或其它复制手段保存设计 论文 同意学校在不以营利为目的的前提下 建立目录检索与阅览服务 系统 公布设计 论文 的部分或全部内容 允许他人依法合理使用 保密论文在解密后遵守此规定 作者签名 20 年 月 日 滨州学院本科毕业设计 论文 I 动力转向系统技术研究动力转向系统技术研究 摘摘 要要 汽车转向系统是汽车极为重要的组成部分 而现代汽车基本上都 装备有动力转向系统 本文分别陈述了液压助力转向系统 电控液压 助力转向系统 电动助力转向系统的构造 运行原理 以及各自的优 缺点 比较当中 电动助力转向系统具有着其它转向系统所不具有的 诸多优点 且解决了不少其它转向系统的缺点 因此 电动助力转向 系统走在了其它转向系统的前沿 并将长期处于主流 电动助力转向 系统已成为现代转向技术研究的热点和市场发展的方向 本文从动力 转向系统的分类出发 着重叙述了电动助力转向系统的详细结构及原 理 并进一步探讨了电动助力转向系统的改进方法 展望了汽车动力 转向系统的未来发展方向 关键词 转向系统 助力 电动 汽车 滨州学院本科毕业设计 论文 II Research of Power Steering System Technology Abstract Auto steering system is of great importance in car parts of it And modern car basically are equipped with power steering system This paper stated the structure operating principle and advantages and disadvantages of the hydraulic steering system electronic control hydraulic steering system electric power steering system In comparison Electric power steering system had many advantages that the other steering system did not have and solved the many faults of others had Therefore electric power steering system to leave in other steering system of front and will remain so for a long time the mainstream Electric power steering system has become a modern steering technology research hot spot and the direction of the development of the market This article from the classification of power steering system of electric power steering described the structure and principle of the system and to further explore the electric power steering system improvement method looking to the future of power steering system development direction Key words Steering system Power electric automobile 滨州学院本科毕业设计 论文 III 目目 录录 摘 要 II Abstract II 目 录 II 第一章 绪论 2 1 1 引言 2 1 2 课题的目的和意义 2 1 3 国内外技术研究现状 2 第二章 动力转向系统的分类 2 2 1 液压式助力转向系统 2 2 2 电控液压助力转向系统 4 2 3 电动助力转向系统 5 第三章 电动助力转向系统关键性技术 9 3 1 电动机技术 9 3 2 助力特性 9 3 3 控制策略 10 3 4 故障诊断与可靠性 10 第四章 电动助力转向系统的改进途径 11 4 1 助力特性分析 11 4 2 EPS 系统控制策略分析 12 第五章 动力转向技术发展前景展望 15 第六章 结论 16 参考文献 17 谢辞 18 滨州学院本科毕业设计 论文 1 第一章章 绪论绪论 1 1 引言引言 在随着当今汽车工业的飞速发展及人民生活水平的提高 汽车转向系统也在发 生着重大的变革以顺应汽车现代化的需要 现代汽车对转向系统的要求不仅仅要求 转向系统在转向困难时 即车辆速度较低或停车启动时提供助力 而且还要求在高 速行驶时使驾驶员有良好的路感 以保持转向时的稳定 老式的机械助力转向系统 和纯液压转向系统在许多方面越来越不能满足驾驶员的需要 在现代已逐渐在轿车 上被淘汰 伴随着电子业的快速发展 电动助力转向系统系统便应运而生 它是在 汽车传统的机械装置基础上 增设了传感器 发电机 电子控制装置等部件 改变 了助力的控制路径 使汽车的驾驶更为方便 安全更有保障 电动助力转向系统用 传感器采集各种控制参数 电子控制单元负责计算处理并控制其助力特性 由电动 机提供助力 具有能耗少 效率高 环保等诸多优势 因此被汽车生产商广泛的采 用 1 2 课题的目的和意义课题的目的和意义 转向系统在汽车的行驶中起着至关重要的作用 直接关系的到汽车的行驶安全 性及稳定行 因此现代汽车对转向系统的要求越来越高 进而对转向系统的研究也 就显的非常的有意义 动力转向系统从一开始的机械式转向系统到液压助力转向系统 再到电控液压 助力转向系统 虽然都有不少的改进 但总是还有不少不可避免的缺点 而汽车电子化是当今汽车技术前进的一大趋势 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 电动助力转向系统在轿车和轻型汽车上正 逐渐取代传统机械转向系统和液压助力转向系统并向更广阔车型领域发展 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 因 此本文重点叙述了动力转向中的电动助力转向系统 并探讨了其关键技术及改进切 入点 以使动力转向系统迈上更高的台阶 由于时间所限及部分专业知识的贫乏 本文没有做继续的建模及仿真实验的研究 滨州学院本科毕业设计 论文 2 1 3 国内外技术研究现状国内外技术研究现状 电动助力转向系统研究经过二十多年的发展 已经逐渐完善 其应用范围也更 广泛 从高级轿车到低端轿车从电动轿车到商用客车都开始使用电动助力转向系统 最新的电动助力转向系统不但在车辆停车或速度低时提供助力 而且还能在车辆高 速行驶时使车辆的稳定性增加 得益于现在电子技术和计算机技术的高速发展 其 研究方法进步很多 且现代控制理论的发展壮大也为其提供了不少的控制策略 日本铃木1988年制造的牡鹿牌微型轿车首先引进了电子助力转向系统 其后还 在其生产的奥拓轿车上安装此系统 由于其转向效能好等很多的优点 促使各大汽 车制造厂都开始研究电子助力转向系统 才真正开始了电动助力转向的迅速发展和 实用阶段 伴随着本田汽车厂将电子助力转向系统作为其高级运动跑车爱克 NSX 的标准配置后 日本的大发汽车厂的米拉牌轿车和三菱公司的摩尼卡轿车上也都开 始安装了电子助力转向系统 世界上的各大汽车厂才开始了 EPS 的竞赛 日本的 本田公司 美国的天合汽车公司 德国的弗里德里希和英国的卢卡斯走在了电子控 制助力转向的前列 目前 国外几乎有60 的生产的汽车上都装备了电动助力转向 系统 其技术也逐渐完善 解决了由于电机电流不稳带来的转向盘转矩的抖动等问 题 1 国内对电控动力转向系统控制技术的研究工作 还主要处于试验室研发阶段 而且针对的主要是小排量的中小型汽车 虽然目前国内已有一些具有自主知识产权 的电控动力转向产品出现 但是距离电控动力系统的批量生产 装备还任重而道远 近来 一些重点院校和企业对针对 EPS 进行了重点的研究和开发 但是大多局限 于在控制策略 系统的建模 仿真以及软硬件方面的研究 对产品的进一步研发还 处于落后阶段 而对四轮转向的研究就更显得落后 因此国内对产品的开发具有更 广阔的市场前景 2 滨州学院本科毕业设计 论文 3 第二章第二章 动力转向系统的分类动力转向系统的分类 转向系统分为机械式转向系统和动力转向系统 机械式转向系统是直接依靠人 力即驾驶员操纵方向盘的转矩来实现车轮转向的 其结构如图2 1所示 动力转向 系统则是在驾驶员给方向盘的力矩后 转向系统借助于液体压力或电机驱动产生的 转矩提供助力 从而使驾驶员转向轻便 提高转向的稳定性 所以机械式转向系统 不属于动力转向系统 3 图 2 1 机械式转向系统结构图 动力转向系统主要分为纯液压式助力转向系统 电控液压式助力转向系统以及 电动助力转向系统三种 2 1 液压式助力转向系统液压式助力转向系统 液压助力转向系统简称 HPS hydraulic power steering 当车辆载重过多时 靠 着人力去克服载荷和扭矩去转向就显得异常困难 为了提高汽车的机动性能 并使 驾驶员低速转向时不至于吃力 并伴随着19世纪液压传动技术得到广泛应用 HPS 也就被研制出来 其首先在1831年被安装在重型载重汽车上 其大体结构如图2 2 所示 是在原机械转向系统之外增加了转向控制开关 动力主缸 转向器 转向 油泵 转向油桶 回油管路等 它是在转向盘转动时 带动着扭杆直接改变液压回 路的油路横截面积从而输出不同的助力 液压助力转向系统在转向灵活性上做的很到位 其可以根据需要的操作稳定性 选择减速增扭的比例 以使转向更轻便与灵活 但是液压助力转向系统的设计参数 滨州学院本科毕业设计 论文 4 一旦确定之后 其助力特性则只能依照安装参数机械的去执行 而不能再进行调控 与改变控制参数 因此有了轻便性的同时 驾驶员的路感却不能得到很好的保证 系统的安全性大大降低 液压助力转向系统为使低速时和停车启动时能提供足够的 助力 所以其设计时的要求提供的助力很大 但当车辆在高速运行状态时 液压系 统仍然提供很高的助力 这样就会造成汽车高速行驶时驾驶员的路感变的很差 操 纵性变的很不好 安全性下降很多 同时只要发动机不熄火 系统就会一直工作 而熄火时转动方向盘则不提供助力 而且液压油也会消耗一定的动能 这就使液压 助力转向有了漏油 高速时路感差 能耗高等缺点 所以这种情况下转向就会异常 困难 而且还存在渗油与维护问题 维修不便且成本相应提高 4 图 2 2 液压助力转向系统结构图 2 2 电控液压助力转向系统电控液压助力转向系统 电控液压助力转向系统简称 ECHPS electronically controlled hydraulic power steering 由于现在的科技快速发展 尤其是微电子领域 转向系统中用的电子元 件也越来越多 在技术的进步下 相应的出现了电控液压助力转向系统 电控液压 助力转向系统在液压助力转向系统的基础上增加了电子控制单元和具有各自功能的 传感器 并对其控制策略进行了不少的改进 其结构如图2 3所示 电控液压助力系统得益于现在的可编程程序的迅速发展 转矩传感器和车速传 滨州学院本科毕业设计 论文 5 感器将采集到的信号输入到电子控制单元后 电子控制单元可计算出合适的助力特 性 以便驾驶员对汽车有更舒服更方便的操纵方式 更前沿的电控液压助力转向系 统能让改变的助力特性适应驾驶员的转向力矩 使其根据车速的不同 行驶路况的 变化而变化 其控制参数由车速传感器输入进来的车速信号传给 ECU 后综合处理 得出 以改变动力转向系统的助力特性 具体的作用是在转向力需求较大时 即急 转弯或低速行驶时 能加大助力 从而提高转向轻便性 驾驶员以很小的力就能转 向 而在转向扭矩需求较小时 即直行或高速时 提供较小的助力 使手力稍重 保持驾驶员有较好的路感 使汽车操作轻便型和平衡性有一定的提高 虽然 ECHPS 相对传统液压系统有了不小的进步 但是由于液压装置的存在 使得该系 统仍有液压系统难以消除的缺点 例如仍然存在有不节能 污染多 漏油 维修不 便等缺点 5 图 2 3 电控液压助力转向系统 2 3 电动助力转向系统电动助力转向系统 电动助力转向系统简称 EPS Electronic Control Power Steering 电控液压助 力转向系统经过了20多年的发展后 已在许多汽车厂的标准出厂的转向结构中使用 其技术已相对先进和完备 但液压助力转向系统在安装 漏油 路感 转向相应 等方面的缺陷却一直没有改进 直至日本铃木1988年开发出的电动助力转向系统 才解决了液压助力转向系统的各种问题 世界上的各大汽车厂以竞相研究电动助力 滨州学院本科毕业设计 论文 6 转向系统 电动助力转向系统得益于电子科技的发展和控制理论的研究成果 在原 机械转向系统的基础上安装了不少电子元件 如传感器用来收集输入参数 电动机 用来提供助力 电控单元用来处理输入来的参数以及输出控制信号 6 电动助力转向系统基本由转向传感装置 车速传感器 助力装置 离合器 减 速器 转向助力电机及微电脑控制单元等组成 其组成如图2 4所示 在 EPS 系统 中的传感器主要有 方向盘转位速度传感器 汽车速度传感器 转矩传感器等 方 向盘转位速度传感器采集驾驶员转动方向盘的方向 速度 角度信息等参数 然后 将其输入到控制单元 控制单元是整个电控助力系统中的控制核心 图 2 4 电动助力转向系统结构图 电动机是电动助力转向系统的很重要机构 其作为电动助力转向系统的动力机 构及执行机构 对整个系统的运行有很大的影响 是电子动力转向系统的关键机构 之一 所以整个系统对电动机有着比较苛刻的要求 在汽车电源电流和电压有限的 情况下要求做到转速低 扭矩大 输出转矩稳定性好 扭转惯量小 形状相对要小 可靠性高 易于维修 等技术 电动机具体功用是根据电子控制单元输出的电信号 指令提供合适的助力 从而使驾驶员转向轻便 若电动机出现故障 电控单元则停 滨州学院本科毕业设计 论文 7 止对电动机供电 同时转向离合器分离 系统变人驾驶员人工控制 传感器主要功能对车辆的运行速度 转向盘转角度以及角速度等进行收集 并 将收集到的参数输入到 ECU 也是 EPS 中的重要部件之一 如果 EPS 是一个人 传感器就如同人的眼睛 电子动力转向系统要求使用的传感器要测量精度高 价格 相对合理 稳定性高 易于安装等特点 现在传感器技术也正飞速发展 对于 EPS 找到更适合的传感器提供了有利的条件 汽车转向系统用的传感器主要有车速度传 感器和转矩传感器等 7 EPS 的减速机构与电动机相连 起减速增扭的作用 EPS 的离合器装在减速 机构一侧 是为了保证 EPS 只在预先设定的车速行驶范围内起作用 其结构如图 2 5所示 当车速达到某一值时 离合器分离 电动机停止助力工作 转向系统转 为手动转向 另外 当电动机发生故障时离合器也将自动分离 图 2 5 EPS 离合器构造 EPS 的转向轴由靠扭杆相连的输入轴和输出轴组成 输入轴通过传动机构带动 转向拉杆使车轮转向 输出轴除通过扭杆与输入轴相连外 还经行星齿轮减速机构 离合器与助力电动机相连 驾驶者在操纵转向盘时 给输入轴输入了一个角位移 输入轴和输出轴之间的相对角位移使扭杆受扭 扭矩传感器将扭杆所受到的扭矩转 化为电压信号输入给电控单元 与此同时 车速传感器检测到的车速信号也输入电 控单元 电控单元综合转向盘的输入力矩 转动方向以及车速等输入信号 判断是 否需要助力以及力的大小和方向 若需要助力 则依照既定的助力控制策略计算电 动机助力转矩的大小并输出相应的控制信号给驱动电路 驱动电路提供相应的电压 滨州学院本科毕业设计 论文 8 或电流给电动机 电动机输出转矩由蜗轮蜗杆传动装置放大再施加给转向轴 从而 完成实时控制助力转向 若出现故障或车速超出设定值则停止对电动机供电 系统 不提供助力 同时离合器分离 以避免转向系统受电动机惯性力矩的影响 系统转 为人工手动助力 具体的工作流程如图 2 6 所示 8 图 2 6 EPS 工作流程图 电动助力转向系统不仅能节约燃料 提高主动安全性 且有利于环保 是一项 适合当今汽车发展需要的高新技术 所以一经出现就受到高度重视 电动助力转向 技术已被我国列为汽车高新科技产业项目之一 其市场前景广阔 滨州学院本科毕业设计 论文 9 第三章第三章 电动助力转向系统关键性技术电动助力转向系统关键性技术 对电动助力转向系统的技术要求不但有汽车低速时的转向轻巧 相应快 还与 高速时的路感良好 稳定性高 以及驾驶员的驾驶舒适度等紧密关联着 电动助力 转向系统的关键性技术主要包括电动机技术 助力特性 控制策略 故障诊断与可 靠性等方面 3 1 电动机技术电动机技术 电动助力转向系统对电动机的性能和参数要求很苛刻 其最近几年的进步和进 一步的被使用 与对电动机的研究加深 电子领域的快速发展 以及控制理论领域 的成果是分不开的 为了车的经济性及安全性的考虑 汽车上使用的电源基本上都 是36v 24v 12v 的电压 电源能供给的最大电流一般不超过80A 这说明汽车本 身的发电机及电源的输出功率不是太高 功率有限 只能在其它方面提高 比如电 动助力转向系统要提高各机构的工作效率 以及无用功的控制 以减少功率损失 除控制功率外 还有不少关于汽车的特别的要求 比如要能经得起颠簸的时候正常 工作 其电流输出要准确 使电动机避免转向失误 响应要快速 使转动惯量减小 3 2 助力特性助力特性 现代的车辆电子动力转向系统都有考虑到惯量控制和阻尼的问题 因为在以往 的机械转向系统中是人的力直接转向的 所以基本上没有惯量和阻尼的问题 但 EPS 在此基础上安装了电动机和减速机构 使得系统产生惯量和阻尼 惯量和阻尼 对驾驶员控制转向影响很大 有时候开始助力的时候会助力延迟 或者结束助力的 时候助力还没完导致转弯过度 使 EPS 的安全性下降很多 为了是驾驶员拥有良 好的路感 必须有适合驾驶员路感的的助力大小 目前国外得益于良好的控制策略 对助力和回正的控制都有不错的控制效果 评价电子动力转向系统差与好的指标就 是转向时的轻巧度和驾驶员的路感适合度 电子动力转向系统的助力特性有两种 全速型和低速型 全速型就是车辆在任 何的速度下 电子动力转向系统都一直处于工作状态 其优点是车辆高速行驶时有 滨州学院本科毕业设计 论文 10 较好的稳定性 缺点是对系统的要求高 不节能 需要电流高 电子控制单元必须 要高级等 低速型的电子动力转向系统在低速或刚起动车时才提供助力 当车速高 时不提供 其优点是能耗少 对车辆整体构件要求低 缺点正好和全速型相反 即 高速行驶时操纵性差 9 3 3 控制策略控制策略 控制策略是电子动力转向系统中很重要的一环 一个好的控制策略能提升很大 的性能 除了硬件之外 软件 也显得尤为重要 汽车对转向系统控制策略的要 求较为严格 因为汽车行驶的情况多种多样 下雨 颠簸路面等都要考虑进去 电 子动力转向系统不但会受到这些外部的干扰 在车辆本身 转向系统一般安装在发 动机或者变速箱附近 其工作温度会很高 会对转向系统的控制产生不小的影响 得益于现在控制理论的更加先进 使得控制策略的研究有了巨大的发展 3 4 故障诊断与可靠性故障诊断与可靠性 作为一项新技术 EPS 系统相对传统转向系统还不够成熟 更容易发生故障 具体表现为 一是驾驶员发出转向指令时系统不工作 二是没有驾驶员转向输入 的情况下使车轮转向 助力转向自动工作 导致汽车偏离原来的方向 这就需要转 向系统有自诊断的能力 传感器的稳定性 测量精度 老化率等对汽车的稳定性有 很大影响 能否找到更适合的传感器是解决问题的重要途径 10 滨州学院本科毕业设计 论文 11 第四章第四章 电动助力转向系统的改进途径电动助力转向系统的改进途径 助力特性与控制策略是电动助力转向系统的两大关键性改进切入点 助力特性 决定了控制器的控制程序所依据的力学模型 即电控单元根据车速与转向盘转矩信 号 由助力特性决定电动机输出助力的大小 以满足汽车在不同行驶路况下的要求 控制策略则是电动助力转向系统的另一个重要内容 由于 EPS 系统通常都处于复 杂多变的工作环境 传感器噪声 电压波动 转矩波动 路面干扰 发动机热辐射 以及电磁干扰等因素都可能对系统产生影响 这些因素的存在对 EPS 系统控制策 略的设计提出了很高的要求 EPS 系统的控制内容主要包括助力控制 回正控制 阻尼控制和补偿控制等 4 1 助力特性分析助力特性分析 助力特性对助力转向系统的性能包括转向轻便性 回正性与路感等都有重要影 响 电动助力转向系统的助力大小可以根据预定的助力特性曲线进行实时的调节与 控制 对于性能良好的电动助力转向系统 助力特性曲线需满足以下要求 11 1 在转向盘输入力矩很小的区域内 一般为0 2N m 系统不提供助力 以保 持路感及节约能源 2 在转向盘输入力矩较小的区域内 输出的助力应较小 以保持较好的路感 3 在转向盘输入力矩较大的区域内 为满足转向轻便的要求 助力效果要明 显 4 随着车速的增大 助力应减小 5 助力增大到一定值后应保持恒定 以免电动机因负荷过大而出现故障 6 各区段过渡平滑 以避免转向盘力出现跳跃感 助力特性反映了电动机助力大小随着车辆运动情况的变化而变化的规律 EPS 系统助力特性曲线有多种形状 主要可分直线助力方式 折线助力方式和曲线助力 方式 如图4 1所示 每个图都分为无助力区 助力变化区 最大恒定助力区三部 分组成 助力特性曲线中经常采用的是直线型助力特性曲线 直线型比较简单 在 滨州学院本科毕业设计 论文 12 设计控制策略及建模时也较为便利 在运行中也能最直观的反映助力特性的实际作 用 因为它在助力改变的区域转向盘转矩是与电机的输出转矩成线性关系存在的 且其助力是渐变的 但在助力力矩导函数 Tdo 和 Tdmax 处时的积分不能渐变 在 实际作用中 这两个助力点会使转向力矩突变导致方向盘打手颤抖的缺点 12 转向 盘转矩与电机电流成非线性关系的特性曲线为曲线型助力特性曲线 曲线型助力特 性曲线助力性上更加稳定可靠 并且从助力开始到结束其助力都是渐变改变的 驾 驶员操纵转向盘时不会感觉到助力的异常改变 且在车辆的不同速度下都有独立的 助力与其相对应 因此整个助力系统和范围更加平顺和安全 是提高驾驶员驾驶舒 适度的一个重要方式 但曲线型助力特性曲线在制造上很繁琐且技术性高 调整也 相当直线型有诸多不便 折线形是转向盘转矩与电动机电流的曲线上是分段联系的 并介于直线型和曲线型两者曲线之间 13 图 4 1 典型助力特性曲线 4 2 EPS 系统控制策略分析系统控制策略分析 尽管现在有电子动力转向系统的车辆产品在市场上琳琅满目 但其结构基本上 都是差不多的 从其本身结构上去研究的话 其创新并不是很多 但是一个好的控 制策略和一个差的就能看出两车的区别来 控制策略直接关系到 EPS 的控制效果 所以对控制策略的研究和开发是 EPS 的一个比较合适的方面 EPS 系统设计最基本的目的是助力功能 它包括在转向沉重时对系统提供助力 和需要回正时协助自动回正 另外 为了减小转向盘的抖动 提高汽车高速行驶时 滨州学院本科毕业设计 论文 13 的稳定性 还需要增加阻尼控制 为了系统间隙和零部件摩擦损失时的影响 还需 提供补偿控制 于是 EPS 系统基本的控制模式有四种 助力控制 回正控制 阻 尼控制和补偿控制 14 助力控制是 EPS 系统主要 基本的功能 它依据控制助力控制模式和车速信 号来确定助力控制曲线 计算出控制电流 通过控制器对控制电机实行控制 从而 能为驾驶员提供合适的助力力矩 电动机输出的转矩与输入的电流成一定的比例关系 当需要减小助力时 ECU 供给给电动机的电流低 当增加助力时 输入电流增高 当车辆行驶时 ECU 根 据传感器输入进来的方向盘转矩 和车速等参数 通过存在与里面的控制策略 输 出合适的电流使电动机提供助力 从而使驾驶员在低速时转向轻便 高速时转向有 路感 有较好的稳定性和路感 汽车转向后 虽然转向轮主销后倾角与主销内倾角 的存在 使转向盘具有自动回正的特性 但是却不能达到我们所要求的效果 由于 各种外在外在状况 如车辆的气压不足 道路的颠簸程度不同 在汽车速度较低或 停车启动时 则会出现回正不足 在汽车速度较高时可能会出现回正超调 所以应 考虑到这两种情况 汽车转向后 由于转向轮主销后倾角与主销内倾角的存在 使转向盘具有自动 回正的特性 但是却不能达到我们所要求的效果 由于车轮的磨损 道路的不平等 外在因素 系统可能会出现回正不完全或回正超调两种情况 回正不完全一般出现 在低速行驶或原地转向时 而回正超调一般出现在高速行驶时 所以为了使汽车在 任何行驶状态下都能获得理想的回正特性 需要引入回正控制 当汽车低行驶时 侧向加速度较小 回正力矩也相对较小 这时就有可能会因 为回正力矩不足转向盘不能回到中间位置 在这种情况下 需要电动机提供一定的 回正力矩得以补偿 当汽车高速行驶时 侧向加速度比较大 回正力矩也相对较大 容易导致回正超调 这时就需要通过增加电动机的阻尼控制来限制回正超调 避免 转向盘出现摆振与超调 如果转向盘回正过程中不能很好的回到中间位置 通过 EPS 的回正控制就能达到良好的效果 它不仅能够解决回正力矩不均匀的现象 能 够克服因为回正力矩不足而需要额外施加较大回正力矩的问题 而且 能够防止回 正力矩过大而产生转向盘左右摆动的问题 滨州学院本科毕业设计 论文 14 阻尼控制是提高驾驶舒适性和提高行使稳定性的一种控制模式 阻尼控制主要 用于三种状况 第一种状况是转向盘在转向后回到中间位置时 由于电动机的转动 惯性 容易产生回正过度的现象 这时为了避免回正过度以及在中间位置附近产生 抖动 对电机进行阻尼控制 另外一种状况是汽在高速行驶时 由于路面不平等偶 然因素的干扰会引起侧向加速度的变化 这时为了抑制横摆振动 也需采用阻尼控 制 第三种是阻尼控制能够在汽车直线行使时和高速行使时对转向盘施加而外的牵 制力 保证方向盘不随意摆动且使转向盘变得沉重 手感稳重不会产生发飘的感觉 转向机构和电动机之间是由一定间隙和摩擦损失的 而且电动机还有一定的转 动惯量 这些都会使轮胎的回正性能受到严重影响 因此有必要对电动助力转向系 统进行补偿控制 补偿可由对电动机的惯量补偿 组你补偿 以及摩擦补偿等 总之 EPS 系统需要各种控制模式的选择性使用才能更好 更精确的工作 电 脑将输入的各种信号以及以前某段时间的系统状态进行综合分析 以评估系统当前 所处的状况 其逻辑思维大致如图4 2所示 15 输出转矩 图 4 2 电控助力转向系统控制逻辑图 助力控制模式是再转向盘角度和速度方向相同时启用的 回正控制模式则是转 向盘转的速度和转向盘角速度相反方向时 当车辆速度较低转向时 或在原地静止 转向时 车轮与地面的摩擦力所产生的力矩大于或等于回正力矩的时候 可能会导 致回正力不足 这时则需提供回正助力 当车辆以较高的速度行驶时 回正力矩较 转矩转矩 信号信号 控制模控制模 式选择式选择 回正控制回正控制 助力控制助力控制 阻尼控制阻尼控制 补偿控制补偿控制 目标目标 电流电流 电流控制器电流控制器 功率功率 驱动驱动 助力助力 电机电机 电流或电压传感器电流或电压传感器 电机转电机转 速估算速估算 车速车速 信号信号 滨州学院本科毕业设计 论文 15 大 大于转向轮和地面的摩擦力力矩 这时会产生回正过量 则要减小其回正 因 此就要采取阻尼控制 有时候 无助力下的主动回正会使转向盘的转矩大小和方向 呈震荡式的变化 会产生强烈的抖动 在这种情况下则需要选择阻尼控制 利用电 动机的阻尼 从而避免转向盘的强烈抖动 滨州学院本科毕业设计 论文 16 第五章第五章 动力转向技术发展前景展望动力转向技术发展前景展望 经过多年的发展 电动助力转向系统已将自身重量设计得更轻巧 尺寸更小 生产成本更低 其也能在相对小的电流 电压下获得合适的助力 驾驶员路感也变 的较为良好 电动助力转向系统在操纵上的稳定性 驾驶安全性 节能 环保等方 面都充分显示了其优越性 其性能也得到人们的普遍认可 电动助力转向系统代表 着当今动力转向技术发展的方向 并在转向系统中占有重要的地位 尽管 EPS 系 统已经达到了人们对转向的基本需求 但仍然有安全问题等些许别的问题需克服 EPS 以后发展的的主要方向是降低转向器的制造成本和提高转向效能 只有转向系 统改进了 才能更广泛的被应用 来满足各种汽车的使用要求 电子动力转向系统 现今主要的输入信号还是行车速度和转矩 而以后的 EPS 不仅仅这两个参数 还 包括转向角速度 汽车重力点 横向速度 方向盘转矩变化率等 以提供更适合驾 驶员路感的助力 未来的动力转向技术将朝着电子四轮独立转向的方向发展 并与 底盘系统 电子悬架系统等一致控制 滨州学院本科毕业设计 论文 17 第六章第六章 结论结论 电控动力转向系统是将最新的电子技术和高性能的电机控制技术在汽车上的应 用 这项技术不仅能显著改善汽车的动态性能和静态性能 而且能提高行车时驾驶 员的舒适性和安全性 减少环境的污染等 因此该系统一经面世后 就受到很多汽 车公司的青睐 此技术必将成为未来发展的一个方向 具有广泛的应用前景 电动助力转向系统是一项近几年才发展起来的新技术 它涉及到很多先进技术 和工艺 因此对它的研究需要很扎实的基本功和专业知识 本文在查阅了国内外有 关电子控制转向系统的发展史和前沿技术后 对电动助力转向系统进行了系统的描 述和归纳探究 本文进行的主要工作如下 1 叙述了动力转向技术的分类及他们的基本结构和工作原理 汽车动力转 向系统经历了由简单到复杂 由不成熟到成熟 实用的发展过程 逐渐满足了人们 对其转向性能的要求 2 介绍了 EPS 的特性 构造 具体部件构造以及其工作过程 陈述了其发 展的现状 以及应用前景 电动助力转向系统相对液压助力转向系统