電動(dòng)液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與分析

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1、 電動(dòng)液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與分析 摘要 電動(dòng)液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)(ElectroHydraulic Power Steering System簡(jiǎn)稱(chēng)EHPS)是集液壓助力轉(zhuǎn)向和電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向的于一體，采用直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)液壓助力轉(zhuǎn)向油泵，就算轉(zhuǎn)向助力與發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速無(wú)關(guān)，也可根據(jù)汽車(chē)的轉(zhuǎn)向需要提供動(dòng)力，又發(fā)揮液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)，由于有液壓系統(tǒng)的存在，提高了轉(zhuǎn)向平順感覺(jué)，衰減道路沖擊，提高了駕駛的舒適性和安全性。目前國(guó)內(nèi)外小型汽車(chē)上主要用的都是齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器。齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器轉(zhuǎn)向器式是將司機(jī)對(duì)轉(zhuǎn)向盤(pán)的轉(zhuǎn)動(dòng)變?yōu)榛螨X條沿轉(zhuǎn)向車(chē)軸軸向的移動(dòng)，并按照一定的角傳動(dòng)比和力傳動(dòng)比進(jìn)行傳遞的機(jī)構(gòu)。其基本結(jié)構(gòu)是一對(duì)相互嚙合的

2、小齒輪和齒條。轉(zhuǎn)向軸帶動(dòng)小齒輪旋轉(zhuǎn)時(shí)，齒條便做直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)。有時(shí)，靠齒條來(lái)直接帶動(dòng)橫拉桿，就可使轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)向。所以，這是一種最簡(jiǎn)單的轉(zhuǎn)向器。它具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊、質(zhì)量輕、剛度大、轉(zhuǎn)向靈敏、制造容易。成本低，正、逆效率都高一級(jí)便于布置等優(yōu)點(diǎn)，而且特別適合于在、燭式和麥弗遜式懸架配用，因此，目前它在轎車(chē)和微型、輕型貨車(chē)上得到了廣泛的應(yīng)用。本文在前人研究的基礎(chǔ)上，對(duì)電動(dòng)液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)進(jìn)行了簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì)，并對(duì)主要傳向機(jī)構(gòu)-齒輪齒條傳動(dòng)機(jī)構(gòu)進(jìn)行了詳細(xì)的設(shè)計(jì)與分析，在此基礎(chǔ)上，對(duì)其進(jìn)行了優(yōu)化分析。關(guān)鍵詞：電動(dòng)液壓助力轉(zhuǎn)向 直流電機(jī) 液壓系統(tǒng) 齒輪齒條Design and analysis of electro-

3、hydraulic power steering system【Abstract】 Electro hydraulic power steering system(EHPS)，which uses DC motor to drive oil pump，sets the advantages of hydraulic power steering system and electric power steering system(EPS)inoneIt not only makes steering assist power have nothing to do with vehicle spe

4、ed and provides assist power according to the steering requirements but also make full use of advantage of hydraulic driving system great energy densityDue to the existence of HPS steering feel is improved and the impact of the road attenuated SO that comfor of steering feel and safety are improvedR

5、ack and pinion steering gear steering gear type is the driver of the steering wheel or the rack into the rotation axial movement along the steering axle and gear ratio in accordance with a certain angle and the force transmission ratio for delivery institutions.Its basic structure is a pair of small

6、 gears meshing with each other and the rack. Rotating shaft driven pinion steering, the rack will do linear motion. Low cost, and inverse efficiency of all the advantages of a high level of ease of layout, but is especially good at, candle, and McPherson suspension with use, therefore, present it in

7、 the car and micro, light goods vehicle which has been widely aplied.Based on the previous research,combination of the electric power steering system and hydraulic steering system，make a simple design for the electric hydraulic power steering system ,then designed and analyzed in detail for the main

8、 spread to the body - gear rack mechanism,on this basis, has carried on the optimization analysis.【Key Words】：electro-hydraulic power steering DC motor hydraulic system rack and pinion目錄1 緒論61.1 汽車(chē)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)簡(jiǎn)介61.2 電動(dòng)液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的工作原理81.3 電動(dòng)液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀91.3.1電動(dòng)液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)國(guó)外研究進(jìn)展91.3.2國(guó)內(nèi)發(fā)展電動(dòng)液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)所開(kāi)展的工作101.4

9、 本課題研究的目的和意義102 電動(dòng)液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的總體組成122.1 電動(dòng)液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的機(jī)理及類(lèi)型122.1.1 電動(dòng)液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的機(jī)理122.1.2 電動(dòng)液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的分類(lèi)122.2 電動(dòng)液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的總體框架142.3 電動(dòng)液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)組成部件的選取142.3.1 電動(dòng)機(jī)152.3.2 齒輪泵152.3.3 轉(zhuǎn)向角速度傳感器162.3.4 轉(zhuǎn)向控制單元163 電動(dòng)液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的設(shè)計(jì)173.1 EHPS系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法173.2 轉(zhuǎn)向器的介紹183.3 齒輪齒條式式轉(zhuǎn)向器設(shè)計(jì)計(jì)算203.3.1參數(shù)選擇203.3.2齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器的設(shè)計(jì)與計(jì)算203.3.3轉(zhuǎn)向系計(jì)算

10、載荷的確定20 3.3.4 齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器的設(shè)計(jì)21 3.4 本章小結(jié)364 EHPS 系統(tǒng)電動(dòng)機(jī)控制策略的研究174.1 永磁無(wú)刷直流電機(jī)的工作原理374.2 EHPS 永磁無(wú)刷直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)374.3 電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路及續(xù)流原理374.4 EHPS 系統(tǒng)無(wú)刷直流電機(jī)控制策略分析384.4.1 換相控制原理384.4.2 調(diào)速控制原理394.5 數(shù)字 PID 控制的實(shí)現(xiàn)404.5.1 電流的檢測(cè)和計(jì)算404.5.2 速度的檢測(cè)和計(jì)算404.5.3 雙閉環(huán)系統(tǒng)具有較好的動(dòng)態(tài)性能414.6 本章小結(jié)415 轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的優(yōu)化分析435.1 結(jié)構(gòu)與布置435.2 用解析法求內(nèi)、外輪轉(zhuǎn)角關(guān)系435.

11、3 轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)455.3.1 目標(biāo)函數(shù)的建立455.3.2 設(shè)計(jì)變量與約束條件465.4 本章小結(jié)486 總結(jié)48致 謝49參考文獻(xiàn)511 緒論1.1汽車(chē)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)簡(jiǎn)介 Francis WDavis在1920年發(fā)明了第一個(gè)助力轉(zhuǎn)向單元，1951年被應(yīng)用在乘用車(chē)上。隨著汽車(chē)工業(yè)的不斷發(fā)展，市場(chǎng)上目前有幾種不同的助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。最常用的是液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)(HPS)，最近微型車(chē)越來(lái)越多采用的電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)(EPS)以及僅僅出現(xiàn)在概念車(chē)上的線(xiàn)控轉(zhuǎn)向系(SteeringByWire)。在I-IPS系統(tǒng)向EPS發(fā)展的過(guò)程中，出現(xiàn)了在現(xiàn)有成熟的HPS系統(tǒng)的基礎(chǔ)上借助用電機(jī)代替發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)向油泵

12、工作的助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，即電動(dòng)液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)(EHPS)。以上四種助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的特點(diǎn)如下：液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是利用發(fā)動(dòng)機(jī)帶動(dòng)轉(zhuǎn)向油泵工作，油泵的流量隨著發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的增加而增加，液壓油流入其中的一個(gè)缸，另一個(gè)缸則有一部分液壓油回流，利用助力缸兩腔之間產(chǎn)生了壓力差，從而產(chǎn)生助力。對(duì)于車(chē)輛來(lái)說(shuō)，HPS系統(tǒng)存在三個(gè)方面的不足：HPS系統(tǒng)是按轉(zhuǎn)向阻力最大的泊車(chē)工況設(shè)計(jì)的，而汽車(chē)高速行駛時(shí)轉(zhuǎn)向阻力顯著下降，需要操縱力變小，易出現(xiàn)駕駛員路感下降的現(xiàn)象，降低高速行駛操縱仕能；95以上的汽車(chē)行駛里程是直線(xiàn)行駛，直線(xiàn)行駛時(shí)不需要轉(zhuǎn)向系統(tǒng)工作，而HPS系統(tǒng)的油泵始終在發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)下輸出液壓能，白白消耗能量。另外，HPS系

13、統(tǒng)主要是按照克服低速泊車(chē)時(shí)的最大轉(zhuǎn)向阻力，保證輕便轉(zhuǎn)向設(shè)計(jì)的。低速泊車(chē)時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速在500-一800rmin范圍，而當(dāng)汽車(chē)中、高速行駛時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)以怠速的3-一8倍轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn)，但此時(shí)，所需要的轉(zhuǎn)向阻力下降，發(fā)動(dòng)機(jī)卻驅(qū)動(dòng)油泵高速運(yùn)轉(zhuǎn)，輸出流量數(shù)倍于泊車(chē)工況，輸出液壓能遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出需要，浪費(fèi)了許多能量。HPS系統(tǒng)由發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)油泵提供動(dòng)力，液壓管路會(huì)引起振動(dòng)噪聲以及響應(yīng)滯后等動(dòng)力學(xué)問(wèn)題。電動(dòng)液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是在傳統(tǒng)液壓系統(tǒng)的基礎(chǔ)上使用電機(jī)代替發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)向油泵工作。它通過(guò)ECU控制電機(jī)轉(zhuǎn)速，電機(jī)轉(zhuǎn)速越高，油泵的流量和壓力越大，提供的助力就越大。這樣通過(guò)調(diào)節(jié)電機(jī)的轉(zhuǎn)速就可以實(shí)現(xiàn)可變助力。電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)則是取

14、消了液壓部分，由獨(dú)立于發(fā)動(dòng)機(jī)的蓄電池提供動(dòng)力帶動(dòng)電機(jī)，根據(jù)不同行駛條件通過(guò)ECU傳送給電動(dòng)機(jī)一個(gè)合適的電流以產(chǎn)生適合工況的轉(zhuǎn)向助力。目前EPS是最節(jié)能的，但是目前使用的是有刷直流電機(jī)，壽命相對(duì)較短，僅僅適用于輕型轎車(chē)，并且由于其取消了液壓部分，在轉(zhuǎn)向感覺(jué)平順以及衰減道路沖擊方面存在不足。線(xiàn)控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)取消方向盤(pán)與轉(zhuǎn)向輪之間的機(jī)械連接，用電能實(shí)現(xiàn)全動(dòng)力轉(zhuǎn)向，但現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)出于可靠性和安全性的考慮，不允許采用全動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，所以沒(méi)有批量生產(chǎn)。駕駛一輛車(chē)實(shí)際上是一個(gè)閉環(huán)系統(tǒng)，駕駛員是控制器而轉(zhuǎn)向單元是激勵(lì)。轉(zhuǎn)向系統(tǒng)將轉(zhuǎn)向盤(pán)轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)換到車(chē)輪轉(zhuǎn)角，此操作改變了車(chē)輛的行進(jìn)方向。作為主要的參考，駕駛員采用視覺(jué)信息將

15、車(chē)?？吭诼愤?，駕駛員也通過(guò)轉(zhuǎn)向盤(pán)反饋的橫向加速度和橫擺力偶矩來(lái)保證轉(zhuǎn)向是按照要求來(lái)實(shí)現(xiàn)。 LSegel在1960年代研究了反饋轉(zhuǎn)矩并且發(fā)現(xiàn)橫向加速度和轉(zhuǎn)向盤(pán)力矩的關(guān)系在安全停車(chē)時(shí)扮演了重要的角色。這項(xiàng)工作在1970年代由FJaksch，在1980年代由FJAdams和ICDNorman繼續(xù)研究下去。車(chē)輛制造商今天采用他們研究的結(jié)論去設(shè)計(jì)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。擁有轉(zhuǎn)向盤(pán)力矩和橫向加速度的內(nèi)在的具體的關(guān)系對(duì)于駕駛員來(lái)說(shuō)變得很重要，可以使得反饋到駕駛員的路感連續(xù)不斷。圖11所示為橫向加速度和轉(zhuǎn)向盤(pán)力矩的關(guān)系。注意到轉(zhuǎn)向盤(pán)力矩在橫向加速度較低時(shí)的陡坡，這是用來(lái)保證在方向盤(pán)中心位置剛近時(shí)有個(gè)很好的反饋力矩。為了

16、獲得橫向加速度和轉(zhuǎn)向盤(pán)力矩之間的具體的關(guān)系，助力轉(zhuǎn)向的傳動(dòng)比和前輪懸掛的布置形式一起被用于研究。但是這種助力轉(zhuǎn)向的傳動(dòng)比是根據(jù)不同的要求折衷處理的。正常的駕駛要求轉(zhuǎn)向盤(pán)的力矩是02Nm。助力轉(zhuǎn)向單元最重要的特征是駕駛員作用的力矩和由助力單元提供的輔助力矩之間的關(guān)系，通常叫做助力曲線(xiàn)。助力曲線(xiàn)表明了助力轉(zhuǎn)向單元的穩(wěn)態(tài)特性。穩(wěn)態(tài)特性的形狀是關(guān)于助力大小和路感關(guān)系的折衷。折衷處理的原因是由系統(tǒng)的固有特性決定的，即車(chē)輛應(yīng)用于不同的駕駛工況。圖12中表示了三種不同的駕駛工況：高速公路駕駛，城市駕駛和泊車(chē)，得出不同的駕駛工況下特性曲線(xiàn)，轉(zhuǎn)向盤(pán)力矩和載荷的穩(wěn)態(tài)的特征關(guān)系。高速路面城市路面怠速負(fù)荷壓力（Mpa

17、）轉(zhuǎn)向盤(pán)力矩（Nm）轉(zhuǎn)向盤(pán)力矩橫向加速度 圖1.1橫向加速度和轉(zhuǎn)向盤(pán)力矩的關(guān)系 圖12不同工況下的特性圖由于助力曲線(xiàn)的形狀，駕駛員作用的力矩和助力矩之間的平衡隨著作用力矩的大小而改變。在圖14中，助力矩和駕駛員作用的力矩之間的關(guān)系作為總力矩的一個(gè)因素顯示出來(lái)了，見(jiàn)方程1-1。 （1-1）如圖13所示，在力矩較小的時(shí)候，駕駛員作用的力矩起著主導(dǎo)作用以保證良好的路感。在力矩較大的時(shí)候，助力矩是增加的，這也導(dǎo)致了較小的路面的觸覺(jué)干涉。但是，在低速轉(zhuǎn)向的時(shí)候這不是很關(guān)鍵。在圖14中，路面擾動(dòng)采用在兩個(gè)不同的工作點(diǎn)的正弦曲線(xiàn)輸入來(lái)模擬。擾動(dòng)在兩個(gè)工作點(diǎn)處都保持固定值?？梢钥吹?，觸覺(jué)反饋的改變?nèi)Q于哪一個(gè)

18、工作點(diǎn)的擾動(dòng)先開(kāi)始。在之前的論述中，比較大的力矩區(qū)域在泊車(chē)和低速城市駕駛時(shí)給著駕駛員助力而觸覺(jué)反饋不重要。不幸的是，高性能駕駛在較高的區(qū)域里減輕轉(zhuǎn)向盤(pán)力矩的要求。這表明，在較大的轉(zhuǎn)向盤(pán)力矩的工作點(diǎn)時(shí)駕駛員不能夠感到路感，無(wú)觸覺(jué)反饋。轉(zhuǎn)向盤(pán)力矩（Nm）負(fù)荷壓力（Mpa）力分布轉(zhuǎn)向盤(pán)力矩（Nm）圖13轉(zhuǎn)向盤(pán)力矩和助力矩之間的力矩分配與 圖14兩個(gè)不同的工作點(diǎn)時(shí) 轉(zhuǎn)向盤(pán)力矩的關(guān)系 干擾力的傳播1.2電動(dòng)液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的工作原理1-轉(zhuǎn)向齒輪；2-閥套；3-活塞；4-彈簧；5-擋片；6-閥芯；7-油泵；8-電磁閥；9-儲(chǔ)油罐；10-安全閥；11-鋼球；12-轉(zhuǎn)向助力缸；P-進(jìn)油環(huán)槽；Q-反力腔（a）

19、控制閥結(jié)構(gòu)；（b）工作原理圖1.5 液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及工作原理圖 1.5 為一種反力控制式液壓助力轉(zhuǎn)向器的結(jié)構(gòu)及原理圖。閥芯 6 的下部裝有由彈簧 4、活塞 3 和鋼球 11 組成的反力機(jī)構(gòu)。活塞 3 可相對(duì)閥芯 6 軸向移動(dòng)，但二者不可相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)。活塞 3 的下端及閥套 2 的上端有 V 型槽，鋼球 11 置于 V型槽中。這樣，活塞 3 上的軸向力對(duì)閥芯 6 和閥套 2 的相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)起阻礙作用。反力機(jī)構(gòu)位于反力腔 Q 中，而在進(jìn)油環(huán)槽 P 和反力腔 Q 的通道上安裝有電磁閥 8。該系統(tǒng)的工作過(guò)程為：轉(zhuǎn)向電控單元(圖中未繪出)根據(jù)采集到的車(chē)速信號(hào)，對(duì)電磁閥電流進(jìn)行控制，以改變反作用腔中的油壓，

20、從而使閥芯附加的轉(zhuǎn)動(dòng)阻力產(chǎn)生變化，獲得所需要的路感。汽車(chē)行駛速度低時(shí)，流經(jīng)電磁閥線(xiàn)圈的電流大，反力腔與進(jìn)油腔間的通道被堵塞，反力腔中無(wú)法建立油壓，這與普通液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)相同，轉(zhuǎn)向操舵力較小。隨著車(chē)速的增加，流過(guò)電磁閥線(xiàn)圈的電流減小，反作用腔與進(jìn)油腔之間的節(jié)流面積增大，油液的壓力損失減小，反作用腔中壓力升高，轉(zhuǎn)動(dòng)閥芯的阻力增大，轉(zhuǎn)向操舵力增加。 1.3 電動(dòng)液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀1.3.1電動(dòng)液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)國(guó)外研究進(jìn)展國(guó)外汽車(chē)公司對(duì)EHPS系統(tǒng)的研究已有20多年歷史。1989年，歐洲H公司首先在液壓動(dòng)力汽車(chē)中使用電子單元作為第一代EHPS系統(tǒng)。由于人們對(duì)EHPS系統(tǒng)節(jié)能的要求日益強(qiáng)烈

21、，到了90年代，該系統(tǒng)發(fā)展到第代，一個(gè)獨(dú)立的電子控制單元(ECU)首次產(chǎn)生。該系統(tǒng)對(duì)電機(jī)的速度進(jìn)行控制，當(dāng)沒(méi)有轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)向盤(pán)時(shí)，減少液壓油流量，從而降低能耗。隨著電子控制技術(shù)的發(fā)展，由KOYO，71州推出了第三代EHPS系統(tǒng)，該系統(tǒng)集成了ECU與無(wú)刷電機(jī)，提高了電機(jī)的效率，并根據(jù)轉(zhuǎn)向角速度傳感器和車(chē)速傳感器的信號(hào)，使得對(duì)電機(jī)速度的控制更加精確。由此，進(jìn)一步降低了能耗，同時(shí)在轉(zhuǎn)向輕便性和路感方面能夠很好地調(diào)和，另外，無(wú)刷電機(jī)的采用使得轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的可靠性大大改善。在EHPS系統(tǒng)發(fā)展的20多年歷程中，國(guó)外學(xué)者對(duì)該系統(tǒng)的性能與能耗方面也進(jìn)行了大量研究。Hirotsug Yamaguchi等采用在常流量系統(tǒng)的

22、高壓油路和低壓回路之間加上一個(gè)旁通電磁閥，電控單元控制電磁閥的可變閥口大小來(lái)控制流量，從而使流向轉(zhuǎn)閥的流量得到調(diào)節(jié)。該方法雖然提高了駕駛的路感，卻急劇降低了轉(zhuǎn)向系剛度，高速時(shí)低剛度會(huì)引起從方向盤(pán)傳動(dòng)到車(chē)輪的運(yùn)動(dòng)滯后和損失。1995年同本ToyodaMachine Works公司研制了一種低能耗的電液動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。該系統(tǒng)能夠在非轉(zhuǎn)向情況下停止動(dòng)力泵的工作，轉(zhuǎn)向時(shí)根據(jù)轉(zhuǎn)向情況提供動(dòng)力。上述功能主要依靠一個(gè)中位閉式伺服換向閥，一個(gè)附加的壓力檢測(cè)裝置，一個(gè)蓄能器及一個(gè)電控單元來(lái)控制，動(dòng)力泵由一個(gè)附加的電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)。通過(guò)減壓閥根據(jù)泵的出口壓力來(lái)控制泵的流量控制閥，從而降低動(dòng)力泵在非轉(zhuǎn)向時(shí)的輸出轉(zhuǎn)矩，來(lái)達(dá)到

23、節(jié)能的目的。實(shí)現(xiàn)表明，這種動(dòng)力泵比傳統(tǒng)的動(dòng)力泵在非轉(zhuǎn)向工況下節(jié)能30。但是泵的流量特性不理想，沒(méi)有能夠轉(zhuǎn)向時(shí)根據(jù)車(chē)速情況提供流量的問(wèn)題。1996年日本ToyodaMachine Works公司的Yos”haru Inaguma等人研發(fā)了一種用于電液動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的節(jié)能技術(shù)。這一技術(shù)用于中位閉式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，通過(guò)一個(gè)有著特殊結(jié)構(gòu)的壓力檢測(cè)裝置和一個(gè)電控單元，控制泵的動(dòng)力電機(jī)在非轉(zhuǎn)向情況下以很低的速度轉(zhuǎn)動(dòng)，達(dá)到節(jié)能的目的，此時(shí)產(chǎn)生的少量流量從液壓元件的間隙中泄漏掉。為進(jìn)一步提高能源利用率，KeqiSuzuki等設(shè)計(jì)了基于閉心伺服閥的EHPS系統(tǒng)，通過(guò)對(duì)中位開(kāi)式和中位閉式EHPS進(jìn)行仿真分析，得出開(kāi)式系統(tǒng)

24、具有傳統(tǒng)液壓助力所擁有的手感好、變助力及改造容易等優(yōu)點(diǎn)，但節(jié)能效果不如閉式系統(tǒng)；而閉式系統(tǒng)輸出流量變化大，手感較差，且由于增加了蓄能器使得系統(tǒng)的復(fù)雜性增加。Vladimk V Kokotovic等提出采用自適應(yīng)控制方法對(duì)電機(jī)進(jìn)行控制，同時(shí)將車(chē)速、車(chē)輛側(cè)向加速度及偏移速度等車(chē)輛狀態(tài)參數(shù)考慮進(jìn)去，采用多參數(shù)綜合反饋控制提高車(chē)輛操縱性能，實(shí)現(xiàn)對(duì)助力的精確控制，該方法由于增加了過(guò)多控制參數(shù)，導(dǎo)致實(shí)現(xiàn)比較困難，同時(shí)增加了成本。韓國(guó)的Se-hyun Rhyu，Yong-Kyoun Kim，JunHyukChoi and Jill Hur在2007年分析了用于42V車(chē)輛上的EHPS系統(tǒng)電動(dòng)泵的發(fā)展?fàn)顩r，并采

25、用等效磁路方法分析并設(shè)計(jì)了永磁同步電動(dòng)機(jī)，該電機(jī)通過(guò)了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。1.3.2國(guó)內(nèi)發(fā)展電動(dòng)液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)所開(kāi)展的工作由于EHPS系統(tǒng)涉及電子、機(jī)械、液壓等諸多領(lǐng)域，面臨的難題較多，再加上國(guó)外對(duì)此方面的技術(shù)非常保密，故國(guó)內(nèi)對(duì)該系統(tǒng)的研究還處于探索階段，主要是高校在進(jìn)行一些探討。其中清華大學(xué)為完成863燃料電池大客車(chē)項(xiàng)目，而開(kāi)發(fā)的第一代電動(dòng)轉(zhuǎn)向油泵并己成功地應(yīng)用于863燃料電池大客車(chē)項(xiàng)目的數(shù)輛試驗(yàn)樣車(chē)上，但在一些關(guān)鍵技術(shù)上還沒(méi)突破性進(jìn)展，總體性能還不理想。其他高校和科研機(jī)構(gòu)進(jìn)行了一些研究，1998年同濟(jì)大學(xué)的周俊龍對(duì)動(dòng)力轉(zhuǎn)向器電液伺服控制系統(tǒng)的瞬態(tài)響應(yīng)進(jìn)行了分析，并結(jié)合響應(yīng)曲線(xiàn)給出了不同參變量下的具

26、體響應(yīng)數(shù)據(jù)，從而找出了影響系統(tǒng)響應(yīng)性能的重要參數(shù)，指出轉(zhuǎn)向系統(tǒng)要獲得滿(mǎn)意的瞬態(tài)響應(yīng)曲線(xiàn)，阻尼比最好在0.3-0.7之間。北京航空航天大學(xué)的高峰等對(duì)EHPS進(jìn)行了初步匹計(jì)算，得出了轉(zhuǎn)閥參數(shù)對(duì)操舵力特性的影響。同濟(jì)大學(xué)的周名等對(duì)電控液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的機(jī)理進(jìn)行了研究，得出EHPS比HPS具有更好的轉(zhuǎn)向手感和節(jié)能效果。南京工程學(xué)院羅紹新等對(duì)EHPS設(shè)計(jì)了基于ARM芯片的控制器并進(jìn)行了相關(guān)的試驗(yàn)驗(yàn)證。江蘇大學(xué)的耿國(guó)慶等對(duì)電動(dòng)液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法進(jìn)行了研究，對(duì)系統(tǒng)各部件的參數(shù)進(jìn)行了定量的分析。天津大學(xué)的許陽(yáng)坡對(duì)EHPS系統(tǒng)的控制算法與實(shí)現(xiàn)進(jìn)行了研究，得出一種根據(jù)轉(zhuǎn)向盤(pán)角速度和車(chē)速控制電機(jī)轉(zhuǎn)速來(lái)調(diào)節(jié)助力

27、的控制算法，并進(jìn)行了相關(guān)的試驗(yàn)驗(yàn)證。以上研究只是對(duì)EHPS系統(tǒng)的部分特性和系統(tǒng)匹配進(jìn)行了分析或采用簡(jiǎn)單的控制方法對(duì)助力特性進(jìn)行粗略實(shí)現(xiàn)，并沒(méi)有在全面分析系統(tǒng)特性的基礎(chǔ)上，采用先進(jìn)的控制方法進(jìn)行精確的控制。此外還有一些廠家對(duì)EHPS項(xiàng)目處于探索階段，如浙江恒隆萬(wàn)安泵業(yè)有限公司成立了電機(jī)、油泵技術(shù)研究所，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)將向電磁閥控制的液壓助力和由電機(jī)驅(qū)動(dòng)的電動(dòng)液壓助力方向發(fā)展，但目前尚未有成熟的技術(shù)產(chǎn)品投向市場(chǎng)。EHPS的優(yōu)點(diǎn)以及它不斷擴(kuò)大的市場(chǎng)正使得國(guó)內(nèi)的專(zhuān)家學(xué)者以及相關(guān)企業(yè)對(duì)EHPS系統(tǒng)產(chǎn)生越來(lái)越濃厚的興趣，已經(jīng)成為國(guó)內(nèi)汽車(chē)技術(shù)發(fā)展的另一熱點(diǎn)。從國(guó)內(nèi)的發(fā)展?fàn)顩r來(lái)看，近幾年轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的研究比較集中在轉(zhuǎn)向

28、系統(tǒng)節(jié)能、電動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的改進(jìn)和實(shí)用化、人車(chē)系統(tǒng)的各種分析和研究等問(wèn)題上。1.4本課題研究的目的和意義當(dāng)今汽車(chē)技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)是節(jié)能、安全和環(huán)保。隨著助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)在汽車(chē)上的廣泛應(yīng)用，如何提高助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的工作性能、減少系統(tǒng)的能耗己成為人們?nèi)找骊P(guān)注的問(wèn)題。本課題通過(guò)對(duì)電動(dòng)液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)轉(zhuǎn)向特性分析和控制策略的研究，為開(kāi)發(fā)研制電動(dòng)液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)提供相關(guān)知識(shí)和技術(shù)儲(chǔ)備。在這基礎(chǔ)上，進(jìn)行了臺(tái)架試驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證助力特性的合理性和控制策略的可行性，進(jìn)而為研制適合轎車(chē)的電動(dòng)液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的樣機(jī)奠定基礎(chǔ)。所研究的電動(dòng)液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)具有如下優(yōu)點(diǎn)：EHPS系統(tǒng)通過(guò)ECU控制直流電機(jī)轉(zhuǎn)速來(lái)帶動(dòng)電動(dòng)泵工作，可根據(jù)轉(zhuǎn)向

29、需求提供不同的助力，改變了傳統(tǒng)液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)單一助力特性的缺點(diǎn)。EHPS系統(tǒng)采用液壓提供助力，使助力比較平滑，手感好，解決了現(xiàn)有電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中存在的方向盤(pán)擺振問(wèn)題。對(duì)于以前的HPS可以經(jīng)過(guò)相對(duì)簡(jiǎn)單的改裝即可成為EHPS系統(tǒng)，適用于各種車(chē)型，而且比HPS更節(jié)能、省油。所以，EHPS能提供比其它轉(zhuǎn)向系統(tǒng)更安全、更舒適的轉(zhuǎn)向操控性的同時(shí)還具有較好的節(jié)能效果?？梢岳矛F(xiàn)有的，成熟的液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的基礎(chǔ)上借助先進(jìn)的控制技術(shù)可以兼顧液壓助力和電動(dòng)助力兩者的優(yōu)點(diǎn)。因此，開(kāi)發(fā)電動(dòng)液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)具有很好的發(fā)展前景。2 電動(dòng)液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的總體組成2.1 電動(dòng)液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的機(jī)理及類(lèi)型2.1.1 電

30、動(dòng)液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的機(jī)理EHPS 的工作原理如圖2.1所示。當(dāng)汽車(chē)直線(xiàn)行駛時(shí)，方向盤(pán)不動(dòng)，液壓泵以低速運(yùn)轉(zhuǎn)，大部分工作油經(jīng)轉(zhuǎn)向閥流回油罐，小部分經(jīng)液控閥直接流回油罐；當(dāng)駕駛員開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)方向盤(pán)時(shí)，電子控制單元根據(jù)檢測(cè)到的車(chē)速、轉(zhuǎn)角以及電動(dòng)機(jī)的反饋信號(hào)等，判斷汽車(chē)的轉(zhuǎn)向狀態(tài)，向驅(qū)動(dòng)單元發(fā)出控制命令，使電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生相應(yīng)的轉(zhuǎn)速并驅(qū)動(dòng)液壓泵，進(jìn)而輸出相應(yīng)流量和壓力的高壓油。壓力油經(jīng)轉(zhuǎn)閥進(jìn)入齒條上的液壓缸，并推動(dòng)活塞以產(chǎn)生適當(dāng)?shù)牧?，幫助駕駛員進(jìn)行轉(zhuǎn)向操縱，從而獲得較好的轉(zhuǎn)向效果。助力特性曲線(xiàn)可以通過(guò)軟件來(lái)調(diào)節(jié)，所以該系統(tǒng)可以應(yīng)用于多種車(chē)型。在電子控制單元中，還有安全保護(hù)措施和故障診斷功能。當(dāng)電動(dòng)機(jī)電流過(guò)大或溫

31、度過(guò)高時(shí)，系統(tǒng)將會(huì)限制或者切斷電流，避免發(fā)生故障；當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，系統(tǒng)仍可依靠機(jī)械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)進(jìn)行轉(zhuǎn)向操作，同時(shí)顯示并存儲(chǔ)故障代碼。1.動(dòng)力缸 2.轉(zhuǎn)向閥 3.ECU 4.電機(jī)5.液壓泵 6.液控閥 7.限壓閥圖2.1電動(dòng)液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)工作原理圖EHPS 系統(tǒng)以下特點(diǎn)：一是結(jié)構(gòu)緊湊，主要部件都可以組合在一起，具有良好的模塊化設(shè)計(jì)，所以整體外形尺寸比傳統(tǒng)液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)小，質(zhì)量輕，這就為整車(chē)的布置帶來(lái)了很大的方便；二是節(jié)能，實(shí)際行駛過(guò)程中能節(jié)約燃油0.2L/100km；三是根據(jù)車(chē)型和轉(zhuǎn)向工況的不同，提供不同的助力，有舒適的轉(zhuǎn)向路感。2.1.2 電動(dòng)液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的分類(lèi)由于助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)具有響應(yīng)性

32、好、轉(zhuǎn)向輕便等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)在汽車(chē)上得到廣泛使用。但，固定助力效果的助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)具有明顯的不足，雖然這種系統(tǒng)的助力效果在車(chē)速低時(shí)能夠起到很好的作用，但當(dāng)車(chē)速不斷升高時(shí)，固定的助力效果會(huì)使轉(zhuǎn)向盤(pán)過(guò)于靈敏，不利于駕駛者對(duì)方向進(jìn)行控制?；谶@種原因，設(shè)計(jì)人員通過(guò)電子控制技術(shù)在助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)上增加了車(chē)速感應(yīng)式的轉(zhuǎn)向功能，以實(shí)現(xiàn)車(chē)輛低速行駛時(shí)助力力矩大和高速行駛時(shí)助力力矩小的效果，這就出現(xiàn)了電子控制助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。在此需要說(shuō)明的是，有些車(chē)型配置的助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)并不是通過(guò)感應(yīng)車(chē)速來(lái)改變助力力矩的大小，而是通過(guò)感應(yīng)發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速來(lái)改變助力力矩的大小，但是這種助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)應(yīng)用較少。隨著人們對(duì)車(chē)輛舒適性能和安全性能要求的不

33、斷提高，目前的電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)已經(jīng)不僅僅具有車(chē)速感應(yīng)式轉(zhuǎn)向功能，例如有些車(chē)型還具有“一般轉(zhuǎn)向模式”和“運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)向模式”，并可以在2種轉(zhuǎn)向模式之間自由切換。從廣泛意義上講，電動(dòng)液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)分為2種。一種是為了實(shí)現(xiàn)車(chē)速感應(yīng)式轉(zhuǎn)向功能，而在機(jī)械液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的基礎(chǔ)上增加了控制液體流量的電磁閥、轉(zhuǎn)向控制單元以及車(chē)速傳感器等，轉(zhuǎn)向控制單元根據(jù)車(chē)速信號(hào)控制電磁閥，從而實(shí)現(xiàn)了通過(guò)控制液體流量來(lái)使助力作用隨車(chē)速的變化而變化。另一種助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是用由電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的液壓泵代替了機(jī)械液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中的機(jī)械液壓泵，而且增加了車(chē)速傳感器、轉(zhuǎn)向角速度傳感器和轉(zhuǎn)向控制單元等部件。通過(guò)比較，采用電動(dòng)液壓泵的電動(dòng)液壓助力轉(zhuǎn)

34、向系統(tǒng)具有更好的性能。電動(dòng)液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)根據(jù)轉(zhuǎn)閥的不同可分為中位開(kāi)式和中位閉式。中位開(kāi)式工作系統(tǒng)的組成如圖2.2所示。轉(zhuǎn)向閥中位有預(yù)開(kāi)量，不轉(zhuǎn)向時(shí)，來(lái)自轉(zhuǎn)向液壓泵的液壓油經(jīng)過(guò)槽和槽脊之間的間隙(預(yù)開(kāi)口),閥芯上的徑向孔流回油箱，因此也被稱(chēng)為常流式轉(zhuǎn)向助力系統(tǒng)。轉(zhuǎn)向液壓泵通常由發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)(亦可由電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng))。中位開(kāi)式轉(zhuǎn)向助力系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，液壓泵壽命長(zhǎng)和轉(zhuǎn)向手感好。1. 內(nèi)燃機(jī)；2. 液壓泵；3. 液壓缸；4. 車(chē)輪；5. 轉(zhuǎn)閥；6. 流量調(diào)節(jié)閥；7. 溢流閥圖2.2中位開(kāi)式EHPS系統(tǒng)中位閉式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)如圖2.3所示。當(dāng)方向盤(pán)處于不轉(zhuǎn)向的中間位置時(shí)，轉(zhuǎn)向閥的進(jìn)出油口關(guān)閉。液壓回路中裝有蓄

35、能器，當(dāng)蓄能器中的壓力低于某一時(shí)，卸荷閥關(guān)閉，液壓泵向蓄能器供油;當(dāng)蓄能器中的壓力達(dá)幾到另一較高值時(shí)，卸荷閥打開(kāi)，液壓泵停止向蓄能器供油、由于蓄能器中總保持一定的工作壓力，所以也被稱(chēng)為常壓式轉(zhuǎn)向助力系統(tǒng)。中位閉式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)最大的優(yōu)勢(shì)在于，在非轉(zhuǎn)向工況下，系統(tǒng)幾乎不消耗原電動(dòng)機(jī)的能量，在液壓泵不運(yùn)轉(zhuǎn)的倩況下，系統(tǒng)保持一定的轉(zhuǎn)向能力。但是中位閉式轉(zhuǎn)向助力系統(tǒng)轉(zhuǎn)向流量和壓力由蓄能器提供，在各種工況下輸出不容易調(diào)整，轉(zhuǎn)向助力不能隨轉(zhuǎn)向負(fù)荷做出相應(yīng)的變化，降低了駕駛的可靠性和舒適性。另外，它的密封和結(jié)構(gòu)都比較復(fù)雜，所以目前車(chē)輛中常用的仍是傳統(tǒng)的中位開(kāi)式轉(zhuǎn)向助力系統(tǒng)。 1. 壓力繼電器；2. 電動(dòng)機(jī)；3.

36、液壓泵；4. 蓄能器；5. 液壓缸；6. 車(chē)輪；7. 轉(zhuǎn)向閥；8. 單向閥；9. 卸荷閥；10. 內(nèi)燃機(jī)；11. 溢流閥；圖2.3 EHPS中位閉式系統(tǒng)2.2 電動(dòng)液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的總體框架采用電動(dòng)泵式的EHPS系統(tǒng)一般由電氣裝置和機(jī)械裝置兩部分組成，電氣部分由車(chē)速傳感器、轉(zhuǎn)角傳感器和電子控制單元ECU組成；機(jī)械裝置由齒輪齒條轉(zhuǎn)向器（包括轉(zhuǎn)子閥和助力缸）、控制閥及管路、電動(dòng)泵組成。而比較先進(jìn)的電動(dòng)泵把齒輪泵（或葉片泵）、ECU、低慣量、高功率的直流電機(jī)和油罐集成在一起，構(gòu)成集成的電動(dòng)泵，使得整個(gè)總成結(jié)構(gòu)緊湊，質(zhì)量變得更輕，安裝的柔性也大大增強(qiáng)。2.3 電動(dòng)液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)組成部件的選取電動(dòng)液壓

37、助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)簡(jiǎn)稱(chēng)為EHPS，系統(tǒng)部件主要包括電動(dòng)機(jī)、液壓泵、轉(zhuǎn)向機(jī)、轉(zhuǎn)向角速度傳感器、轉(zhuǎn)向控制單元、EHPS警告燈以及助力油儲(chǔ)液罐等，其中轉(zhuǎn)向控制單元和電動(dòng)機(jī)及液壓泵通常安裝在一起。ECU發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)車(chē)速信號(hào)齒輪泵角速度信號(hào)1. 轉(zhuǎn)角傳感器；2. 動(dòng)力轉(zhuǎn)向傳動(dòng)裝置；3. 儲(chǔ)油罐；4. 限壓閥；圖2.4 EHPS系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖2.3.1 電動(dòng)機(jī) 電動(dòng)機(jī)分為無(wú)刷和有刷電動(dòng)機(jī)，通常采用免維護(hù)無(wú)碳刷式電動(dòng)機(jī)。這種電動(dòng)機(jī)利用電子方式實(shí)現(xiàn)整流，而且沒(méi)有碳刷的磨損，因此具有很好的可靠性和較長(zhǎng)的使用壽命。當(dāng)不需要提供轉(zhuǎn)向助力時(shí)，電動(dòng)機(jī)在很小的電流驅(qū)動(dòng)下轉(zhuǎn)動(dòng)，這樣當(dāng)需要較大的轉(zhuǎn)向助力時(shí)，電動(dòng)機(jī)就可以立即提高轉(zhuǎn)速

38、來(lái)提供所需要的助力。2.3.2 齒輪泵電動(dòng)液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)所用的齒輪泵為外嚙合齒輪泵，主要由主動(dòng)齒輪、從動(dòng)齒輪、泵體、泵蓋等組成。齒輪泵靠?jī)啥说拿芊饷婷芊?，主?dòng)齒輪和從動(dòng)齒輪各自由兩端軸承支撐。泵體、泵蓋和齒輪的各個(gè)齒間槽形成密封的工作空間。電機(jī)驅(qū)動(dòng)主動(dòng)齒輪，主動(dòng)齒輪靠嚙合帶動(dòng)從動(dòng)齒輪旋轉(zhuǎn)。當(dāng)兩齒逐漸分開(kāi)，工作空間的容積逐漸增大，形成部分真空，儲(chǔ)油罐內(nèi)的液壓油在大氣壓作用下，經(jīng)進(jìn)口被吸入，吸入的液壓油沿泵體被齒輪擠壓推入高壓油腔。當(dāng)主動(dòng)、從動(dòng)齒輪不斷旋轉(zhuǎn)時(shí)，泵便能不斷吸入和排出液壓油，提供助力。外嚙合齒輪泵結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、質(zhì)量輕，造價(jià)低、工作可靠，較葉輪泵容積效率和機(jī)械效率都要高。圖2.5為齒輪泵的

39、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖。圖2.5齒輪泵的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖2.3.3 轉(zhuǎn)向角速度傳感器 通常是霍爾式傳感器，內(nèi)置于轉(zhuǎn)向盤(pán)內(nèi)或轉(zhuǎn)向機(jī)內(nèi)，持續(xù)監(jiān)控轉(zhuǎn)動(dòng)角速度，以作為轉(zhuǎn)向控制單元控制助力的參考依據(jù)。例如，當(dāng)車(chē)輛高速行駛時(shí)，在車(chē)速感應(yīng)式轉(zhuǎn)向功能的作用下，助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)提供的助力作用會(huì)減小，但是行駛中有可能出現(xiàn)需要緊急轉(zhuǎn)向的突發(fā)情況。當(dāng)駕駛者猛打轉(zhuǎn)向盤(pán)時(shí)，轉(zhuǎn)向角速度傳感器會(huì)感知這一變化并會(huì)向轉(zhuǎn)向控制單元發(fā)出信號(hào)，轉(zhuǎn)向控制單元控制電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速迅速提高，助力作用會(huì)瞬間增大，以便車(chē)輛順利的完成轉(zhuǎn)向動(dòng)作。在拆卸和安裝轉(zhuǎn)向角速度傳感器時(shí)，應(yīng)注意將轉(zhuǎn)向盤(pán)置于正中間位置。2.3.4 轉(zhuǎn)向控制單元轉(zhuǎn)向控制單元具有接收和處理各個(gè)傳感器信號(hào)、輸出執(zhí)

40、行信號(hào)和監(jiān)控系統(tǒng)工作狀態(tài)等功能。轉(zhuǎn)向控制單元接收來(lái)自發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元的車(chē)速信號(hào)或發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速信號(hào)，以及來(lái)自轉(zhuǎn)向角速度傳感器的角速度信號(hào)，然后計(jì)算出理想的控制電流輸出給電動(dòng)機(jī)，來(lái)控制助力力矩的大小和方向。當(dāng)系統(tǒng)存在故障時(shí)，轉(zhuǎn)向控制單元會(huì)存儲(chǔ)故障碼并點(diǎn)亮儀表板上的EHPAS警告燈或EPAS警告燈。當(dāng)監(jiān)測(cè)到系統(tǒng)內(nèi)電動(dòng)機(jī)等部件出現(xiàn)故障時(shí)，轉(zhuǎn)向控制單元會(huì)切斷助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，此時(shí)的機(jī)械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)仍然正常。為了保護(hù)電動(dòng)機(jī)等部件，轉(zhuǎn)向控制單元在適當(dāng)?shù)臅r(shí)候會(huì)起動(dòng)臨界狀態(tài)控制程序。例如當(dāng)轉(zhuǎn)向機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)至極限位置時(shí)，由于此時(shí)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的電動(dòng)機(jī)不能轉(zhuǎn)動(dòng)，所以通過(guò)電動(dòng)機(jī)的電流就會(huì)達(dá)到最大值，為了避免持續(xù)大電流導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)和控制單

41、元損壞，所以當(dāng)較大電流通過(guò)連續(xù)30 s后，轉(zhuǎn)向控制單元就會(huì)控制電流逐漸減小。當(dāng)這種狀態(tài)消失后，轉(zhuǎn)向控制單元就會(huì)根據(jù)需要控制電流逐漸增大直到達(dá)到正常工作電流值。3 電動(dòng)液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的設(shè)計(jì)3.1 EHPS系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法在研究電動(dòng)液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)功能的基礎(chǔ)上，對(duì)該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法做了探討。汽車(chē)的最大轉(zhuǎn)向力矩發(fā)生在汽車(chē)原地轉(zhuǎn)向時(shí)，助力轉(zhuǎn)向必須滿(mǎn)足此時(shí)轉(zhuǎn)向輕便性的要求。汽車(chē)原地轉(zhuǎn)向阻力矩Tw（Nm）為 （3-1）式中 f輪胎和路面間的滑動(dòng)摩擦因數(shù)；一般取f=0.7；轉(zhuǎn)向軸負(fù)荷，單位為N；P輪胎氣壓，單位為。此公式是經(jīng)驗(yàn)公式。為安全起見(jiàn)，取安全系數(shù)為1.52。此時(shí)，轉(zhuǎn)向盤(pán)所需轉(zhuǎn)矩Th（Nm）為 （3-2

42、）式中 轉(zhuǎn)向系角傳動(dòng)比，一般情況下，輕型車(chē)為1523；轉(zhuǎn)向系正效率，對(duì)齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器，一般為70%85%。根據(jù)推薦值，轉(zhuǎn)向盤(pán)操縱力不應(yīng)大于3050N,在10N 以下則轉(zhuǎn)向很輕便。因此，駕駛員作用在轉(zhuǎn)向盤(pán)上的轉(zhuǎn)矩Th0（Nm）為 （3-3）式中 Fh0作用在轉(zhuǎn)向盤(pán)上的力（N）；Dh轉(zhuǎn)向盤(pán)直徑（m）。所以，最大助力轉(zhuǎn)矩Tamax（Nm）為：由此可以得到齒條上的最大作用力F（N）為：F=Tamax/rg式中 rg 小齒輪半徑（m）。根據(jù)液壓泵的壓力標(biāo)準(zhǔn)系列，初步選定需要的最高工作壓力Pmax（MPa），并計(jì)算出助力缸活塞實(shí)際作用面積為S= F / Pmax由式上式得到助力缸內(nèi)徑和活塞桿直徑的初步值

43、。根據(jù)現(xiàn)有的助力缸內(nèi)徑和活塞桿直徑常用系列值來(lái)，進(jìn)一步確定合適內(nèi)徑和直徑。在確定了轉(zhuǎn)向器的相關(guān)參數(shù)后，下面根據(jù)這些參數(shù)設(shè)計(jì)出符合要求的電動(dòng)泵的相關(guān)參數(shù)。對(duì)于油泵，一般要求當(dāng)油泵輸出最大流量時(shí)，要能夠滿(mǎn)足求方向盤(pán)轉(zhuǎn)速不低于1r/s，轎車(chē)最大取1.5r/s。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)普遍采用1.25r/s 計(jì)算。則活塞速度為： （3-4）式中 d1小齒輪直徑（mm）。轉(zhuǎn)向器所需的流量一般由動(dòng)力缸活塞的有效作用面積和最大轉(zhuǎn)向速度決定。它可以近似為動(dòng)力缸容積隨時(shí)間變化的函數(shù)加上傳動(dòng)裝置及轉(zhuǎn)向器內(nèi)的泄流量Q2 (泄流量一般取0.9L/min)。則泵實(shí)際需要提供的最大流量Q1 (L/min)為：Q1 =（1.52）Q0

44、 + Q2 （3-5）然后，對(duì)泵的結(jié)構(gòu)、泵腔的尺寸進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，使之符合常用的排量系列中的值。在此基礎(chǔ)上，確定泵的最高轉(zhuǎn)速nmax（r/min），則泵的最高轉(zhuǎn)速可由最大流量和排量得出：nmax = Q1 / q （3-6）通過(guò)對(duì)以上參數(shù)的計(jì)算，可以得到所需要的液壓功率Py （W）為：Py = Q1 Pmax （3-7）泵的輸入扭矩Ti（Nm）為： （3-8）式中 m 泵與電機(jī)之間的機(jī)械效率，一般?。?.91）因?yàn)殡妱?dòng)機(jī)和泵之間的扭矩傳遞損失很小，所以可以認(rèn)為扭矩值非常接近于根據(jù)提供足夠助力需求所計(jì)算得到的扭矩值。首先，取一個(gè)安全系數(shù)n（11.2）1，可以得到電動(dòng)機(jī)的額定輸出扭矩Te，則電動(dòng)機(jī)的

45、額定功率Pe 為： （3-9）上述設(shè)計(jì)方法的是可行的，能夠設(shè)計(jì)出符合助力要求的電動(dòng)液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，該設(shè)計(jì)方法是比較合適的。3.2 轉(zhuǎn)向器的介紹轉(zhuǎn)向器是轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中的重要總成部分，其作用主要有以下三方面：一是增大來(lái)自轉(zhuǎn)向盤(pán)的轉(zhuǎn)矩，使之達(dá)到足以克服轉(zhuǎn)向輪與路面之間的轉(zhuǎn)向阻力矩；二是減低轉(zhuǎn)向傳動(dòng)軸的轉(zhuǎn)速，并使轉(zhuǎn)向搖臂軸傳動(dòng)，帶動(dòng)搖臂擺動(dòng)使其末端獲得所需的位移，或者是將與其轉(zhuǎn)向傳動(dòng)軸連接在一起的主動(dòng)齒輪的傳動(dòng)，轉(zhuǎn)換成齒條的直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)而獲得所需的位移；三是通過(guò)選取不統(tǒng)的螺（蝸）桿上的螺紋螺旋方向，達(dá)到使轉(zhuǎn)向盤(pán)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向與轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)動(dòng)方向協(xié)調(diào)一致的目的。汽車(chē)工業(yè)發(fā)達(dá)的國(guó)家，早期主要是圍繞減小轉(zhuǎn)向器的摩擦阻力、提高

46、效率和增大剛度等問(wèn)題從事研究并開(kāi)發(fā)出新產(chǎn)品。齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器很早便在奔馳汽車(chē)上得到了應(yīng)用，在1920年以前，許多牌號(hào)汽車(chē)都用這種轉(zhuǎn)向器，因此這種轉(zhuǎn)向器是應(yīng)用最早的轉(zhuǎn)向器之一，已有100多年的歷史。早期使用的齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器，由一個(gè)直齒圓柱齒輪與一個(gè)直齒齒輪相嚙合組成，不僅運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性差，而且沖擊和噪聲又大。而且，小齒輪軸線(xiàn)與齒條軸線(xiàn)間的夾角只能是直角，很難滿(mǎn)足總體布置要求。隨著汽車(chē)工業(yè)在現(xiàn)在的不斷發(fā)展，其結(jié)構(gòu)得到不斷的完善。開(kāi)發(fā)出了斜齒圓柱齒輪與斜齒齒條嚙合的轉(zhuǎn)向器，克服了采用直齒時(shí)所形成的缺點(diǎn)。如圖3-1。圖3.1 齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器 目前齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器在各級(jí)別轎車(chē)上都得到廣泛的應(yīng)用，而且隨著

47、發(fā)動(dòng)機(jī)前置前輪驅(qū)動(dòng)轎車(chē)的生產(chǎn)不斷擴(kuò)大，齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器應(yīng)用的前景將十分廣闊，因?yàn)檫@會(huì)使轉(zhuǎn)向系變得特別簡(jiǎn)單。進(jìn)入80年代初，我國(guó)生產(chǎn)的微型貨車(chē)開(kāi)始應(yīng)用齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器，目前國(guó)產(chǎn)轎車(chē)絕大多數(shù)采用的都是這種形式的轉(zhuǎn)向器。齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器主要由小齒輪、齒條、消除間隙機(jī)構(gòu)及容納上述各件的殼體組成。其中小齒輪與齒條作無(wú)間隙嚙合并形成齒輪齒條傳動(dòng)副。工作時(shí)，轉(zhuǎn)向盤(pán)帶動(dòng)小齒輪作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，便推動(dòng)齒條作直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，在改變嚙合副運(yùn)動(dòng)方向的同時(shí)增大了傳動(dòng)比。在齒條與小齒輪嚙合處的背部，設(shè)置有消除間隙機(jī)構(gòu)。該機(jī)構(gòu)由預(yù)緊彈簧、托座等零件組成，在齒輪與齒條之間因磨損出現(xiàn)間隙時(shí)能自動(dòng)消除此間隙。在齒條與托座之間裝有用減磨材料聚

48、四氯乙烯制的墊片，齒條通過(guò)托座和轉(zhuǎn)向器殼中的支承來(lái)支承。根據(jù)輸入齒輪位置和輸出特點(diǎn)，齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器有四種形式，即中間輸入、兩端輸出；側(cè)面輸入、兩端輸出；側(cè)面輸入、中間輸出；側(cè)面輸入、一端輸出。如圖3-2。a) 中間輸入、兩端輸出；b) 側(cè)面輸入、兩端輸出；c) 側(cè)面輸入、中間輸出；d) 側(cè)面輸入、一端輸出；圖 3.2 齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器輸入輸出形式 今后一段時(shí)間內(nèi)，汽車(chē)主要采用的將是齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器和循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器。本文主要研究的是齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器。3.3齒輪齒條式式轉(zhuǎn)向器設(shè)計(jì)計(jì)算3.3.1 參數(shù)選擇由汽車(chē)類(lèi)型齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器的齒輪模數(shù)為：m=3mm，齒數(shù)為z=7，壓力角為=20，螺旋角=14

49、齒條模數(shù):m=3mm,齒數(shù)為 z=21，壓力角=20，螺旋角為=14。3.3.2齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器的設(shè)計(jì)與計(jì)算3.3.2.1 轉(zhuǎn)向系計(jì)算載荷的確定為了確保行駛安全，組成轉(zhuǎn)向系的各零件應(yīng)有足夠的強(qiáng)度。欲驗(yàn)算轉(zhuǎn)向系零件的強(qiáng)度，需首先確定作用在各零件上的力。影響這些力的主要因素有轉(zhuǎn)向軸的負(fù)荷、路面阻力和輪胎氣壓等。為轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)向輪要克服的阻力，包括轉(zhuǎn)向輪繞主銷(xiāo)轉(zhuǎn)動(dòng)的阻力、車(chē)輪穩(wěn)定阻力、輪胎變形阻力和轉(zhuǎn)向系中的內(nèi)摩擦阻力等。精確地計(jì)算出這些力是比較困難的。為此用足夠精確的半經(jīng)驗(yàn)公式來(lái)計(jì)算汽車(chē)在瀝青或者混凝土路面上的原地轉(zhuǎn)向阻力矩MR(Nmm)。表3-1 原地轉(zhuǎn)向阻力矩MR的計(jì)算設(shè)計(jì)計(jì)算和說(shuō)明計(jì)算結(jié)果式中 f

50、輪胎和路面間的滑動(dòng)摩擦因數(shù)；轉(zhuǎn)向軸負(fù)荷，單位為N；P輪胎氣壓，單位為。f=0.7=10902.5Np=0.179=627826.2作用在轉(zhuǎn)向盤(pán)上的手力Fh為：表3-2 轉(zhuǎn)向盤(pán)手力Fh的計(jì)算設(shè)計(jì)計(jì)算和說(shuō)明計(jì)算結(jié)果 式中 轉(zhuǎn)向搖臂長(zhǎng), 單位為mm；原地轉(zhuǎn)向阻力矩, 單位為Nmm轉(zhuǎn)向節(jié)臂長(zhǎng), 單位為mm；為轉(zhuǎn)向盤(pán)直徑,單位為mm；Iw轉(zhuǎn)向器角傳動(dòng)比；+轉(zhuǎn)向器正效率。因齒輪齒條式轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)無(wú)轉(zhuǎn)向搖臂和轉(zhuǎn)向節(jié)臂，故、不代入數(shù)值。=627826.2=380mmiw=15=90%=244.8N對(duì)于給定的汽車(chē)，用上式計(jì)算出來(lái)的作用力是最大值。因此，可以用此值作為計(jì)算載荷。梯形臂長(zhǎng)度的計(jì)算：表3-3 梯形臂長(zhǎng)

51、度L2的計(jì)算設(shè)計(jì)計(jì)算和說(shuō)明計(jì)算結(jié)果輪輞直徑= 15in=1525.4=381mm梯形臂長(zhǎng)度 =0.8/2=3810.8/2=152.4mm,取=150mm=150mm輪胎直徑的計(jì)算RT：表3-4 輪胎直徑RT的計(jì)算設(shè)計(jì)計(jì)算和說(shuō)明計(jì)算結(jié)果=381+0.55205=493.75mm 取=500mm=500mm轉(zhuǎn)向橫拉桿直徑的確定：表3-5 轉(zhuǎn)向橫拉桿直徑的計(jì)算設(shè)計(jì)計(jì)算和說(shuō)明計(jì)算結(jié)果=;取=18mm初步估算主動(dòng)齒輪軸的直徑：表3-6 主動(dòng)齒輪軸的計(jì)算設(shè)計(jì)計(jì)算和說(shuō)明計(jì)算結(jié)果=140MPa取=16mm3.3.2.2 齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器的設(shè)計(jì)1. EPS系統(tǒng)齒輪齒條轉(zhuǎn)向器的主要元件1) 齒條 齒條是在金屬殼

52、體內(nèi)來(lái)回滑動(dòng)的，加工有齒形的金屬條。轉(zhuǎn)向器殼體是安裝在前橫梁或前圍板的固定位置上的。齒條代替梯形轉(zhuǎn)向桿系的搖桿和轉(zhuǎn)向搖臂，并保證轉(zhuǎn)向橫拉桿在適當(dāng)?shù)母叨纫允顾麄兣c懸架下擺臂平行。齒條可以比作是梯形轉(zhuǎn)向桿系的轉(zhuǎn)向直拉桿。導(dǎo)向座將齒條支持在轉(zhuǎn)向器殼體上。齒條的橫向運(yùn)動(dòng)拉動(dòng)或推動(dòng)轉(zhuǎn)向橫拉桿，使前輪轉(zhuǎn)向(圖3.3）。圖3.3齒條表3-7 齒條的尺寸設(shè)計(jì)參數(shù)序號(hào)項(xiàng)目符號(hào)尺寸參數(shù)()1總長(zhǎng)7672直徑303齒數(shù)214法向模數(shù)32) 齒輪 齒輪是一只切有齒形的軸。它安裝在轉(zhuǎn)向器殼體上并使其齒與齒條上的齒相嚙合。齒輪齒條上的齒可以是直齒也可以是斜齒。齒輪軸上端與轉(zhuǎn)向柱內(nèi)的轉(zhuǎn)向軸相連。因此，轉(zhuǎn)向盤(pán)的旋轉(zhuǎn)使齒條橫向

53、移動(dòng)以操縱前輪。齒輪軸由安裝在轉(zhuǎn)向器殼體上的球軸承支承。斜齒的彎曲增加了一對(duì)嚙合齒輪參與嚙合的齒數(shù)。相對(duì)直齒而言，斜齒的運(yùn)轉(zhuǎn)趨于平穩(wěn)，并能傳遞更大的動(dòng)力。表3-8 齒輪軸的尺寸設(shè)計(jì)參數(shù)序號(hào)項(xiàng)目符號(hào)尺寸參數(shù)(mm)1總長(zhǎng)1302齒寬553齒數(shù)74法向模數(shù)35螺旋角146螺旋方向左旋3) 轉(zhuǎn)向橫拉桿及其端部 轉(zhuǎn)向橫拉桿與梯形轉(zhuǎn)向桿系的相似。球頭銷(xiāo)通過(guò)螺紋與齒條連接。當(dāng)這些球頭銷(xiāo)依制造廠的規(guī)范擰緊時(shí)，在球頭銷(xiāo)上就作用了一個(gè)預(yù)載荷。防塵套夾在轉(zhuǎn)向器兩側(cè)的殼體和轉(zhuǎn)向橫拉桿上，這些防塵套阻止雜物進(jìn)入球銷(xiāo)及齒條中。轉(zhuǎn)向橫拉桿端部與外端用螺紋聯(lián)接。這些端部與梯形轉(zhuǎn)向桿系的相似。側(cè)面螺母將橫拉桿外端與橫拉桿鎖緊

54、（見(jiàn)圖3.4）。圖3.4轉(zhuǎn)向橫拉桿外接頭1-橫拉桿 2-鎖緊螺母3-外接頭殼體 4-球頭銷(xiāo) 5-六角開(kāi)槽螺母 6-球碗 7-端蓋 8-梯形臂 9-開(kāi)口銷(xiāo)表3-9 轉(zhuǎn)向橫拉桿及接頭的尺寸設(shè)計(jì)參數(shù)序號(hào)項(xiàng)目符號(hào)尺寸參數(shù)()1橫拉桿總長(zhǎng)239.522橫拉桿直徑153螺紋長(zhǎng)度604外接頭總長(zhǎng)1205球頭銷(xiāo)總長(zhǎng)626球頭銷(xiāo)螺紋公稱(chēng)直徑M1017外接頭螺紋公稱(chēng)直徑M121.58內(nèi)接頭總長(zhǎng)65.39內(nèi)接頭螺紋公稱(chēng)直徑M161.5圖3.5齒條間隙調(diào)整裝置4) 齒條調(diào)整 一個(gè)齒條導(dǎo)向座安裝在齒條光滑的一面。齒條導(dǎo)向座1和與殼體螺紋連接的調(diào)節(jié)螺塞3之間連有一個(gè)彈簧2。此調(diào)節(jié)螺塞由鎖緊螺母固定4。齒條導(dǎo)向座的調(diào)節(jié)使齒

55、輪、齒條間有一定預(yù)緊力，此預(yù)緊力會(huì)影響轉(zhuǎn)向沖擊、噪聲及反饋（見(jiàn)圖3.5）。表3-10 齒條調(diào)整裝置的尺寸設(shè)計(jì)參數(shù)序號(hào)項(xiàng)目符號(hào)尺寸參數(shù)(mm)1導(dǎo)向座外徑402導(dǎo)向座高度293彈簧總?cè)?shù)6.434彈簧節(jié)距7.925彈簧外徑296彈簧工作高度34.597螺塞螺紋公稱(chēng)直徑M4428螺塞高度289鎖止螺塞高度1010轉(zhuǎn)向器殼體總長(zhǎng)/高615/146.511轉(zhuǎn)向器殼體內(nèi)/外徑40/562. 轉(zhuǎn)向傳動(dòng)比 當(dāng)轉(zhuǎn)向盤(pán)從鎖點(diǎn)向鎖點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)，每只前輪大約從其正前方開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)30，因而前輪從左到右總共轉(zhuǎn)動(dòng)大約60。若傳動(dòng)比是1:1，轉(zhuǎn)向盤(pán)旋轉(zhuǎn)1，前輪將轉(zhuǎn)向1，轉(zhuǎn)向盤(pán)向任一方向轉(zhuǎn)動(dòng)30將使前輪從鎖點(diǎn)轉(zhuǎn)向鎖點(diǎn)。這種傳動(dòng)比過(guò)于

56、小，因?yàn)檗D(zhuǎn)向盤(pán)最輕微的運(yùn)動(dòng)將會(huì)使車(chē)輛突然改變方向。轉(zhuǎn)向角傳動(dòng)比必須使前輪轉(zhuǎn)動(dòng)同樣角度時(shí)需要更大的轉(zhuǎn)向盤(pán)轉(zhuǎn)角。15:1的傳動(dòng)比較為合理。在這樣的傳動(dòng)比下，轉(zhuǎn)向盤(pán)每轉(zhuǎn)動(dòng)15，前輪轉(zhuǎn)向1。為了計(jì)算傳動(dòng)比，可將鎖點(diǎn)到鎖點(diǎn)過(guò)程中轉(zhuǎn)向盤(pán)轉(zhuǎn)角的度數(shù)除以此時(shí)轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)角的度數(shù)。3. EPS系統(tǒng)齒輪齒條轉(zhuǎn)向器的安裝 齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器可安在前橫梁上或發(fā)動(dòng)機(jī)后部的前圍板上（見(jiàn)圖3.6）。橡膠隔振套包在轉(zhuǎn)向器外，并固定在橫梁上或前圍板上。齒輪齒條轉(zhuǎn)向器的正確安裝高度，使轉(zhuǎn)向橫拉桿和懸架下擺臂可平行安置。齒輪齒條式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中磨擦點(diǎn)的數(shù)目減少了，因此這種系統(tǒng)輕便緊湊。大多數(shù)承載式車(chē)身的前輪驅(qū)動(dòng)汽車(chē)用齒輪齒條式轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)。由于

57、齒條直接連著梯形臂，這種轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)可提供好的路感。在轉(zhuǎn)向器與支承托架之間裝有大的橡膠隔振墊，這些襯墊有利于減少路面的噪聲、振動(dòng)從轉(zhuǎn)向圖3.6 轉(zhuǎn)向器的安裝位置器傳到底盤(pán)和客艙。齒輪齒條轉(zhuǎn)向器裝在前橫梁上或前圍板上。轉(zhuǎn)向器的正確安裝對(duì)保證轉(zhuǎn)向橫拉桿與懸架下擺臂的平行關(guān)系有重要作用。為保持轉(zhuǎn)向器處在正確的位置，在轉(zhuǎn)向器安裝的位置處，前圍板有所加固。4. 齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器的設(shè)計(jì)要求 齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器的齒輪多數(shù)采用斜齒圓柱齒輪。齒輪模數(shù)取值范圍多在23mm之間。主動(dòng)小齒輪齒數(shù)多數(shù)在57個(gè)齒范圍變化，壓力角取20，齒輪螺旋角取值范圍多為915。齒條齒數(shù)應(yīng)根據(jù)轉(zhuǎn)向輪達(dá)到最大偏轉(zhuǎn)角時(shí)，相應(yīng)的齒條移動(dòng)行程應(yīng)達(dá)到

58、的值來(lái)確定。變速比的齒條壓力角，對(duì)現(xiàn)有結(jié)構(gòu)在1235范圍內(nèi)變化。此外，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)驗(yàn)算齒輪的抗彎強(qiáng)度和接觸強(qiáng)度。主動(dòng)小齒輪選用16MnCr5或15CrNi6材料制造，而齒條常采用45鋼制造。為減輕質(zhì)量，殼體用鋁合金壓鑄。5. 齒輪軸和齒條的設(shè)計(jì)計(jì)算表3-11 齒輪軸和齒條的設(shè)計(jì)計(jì)算設(shè)計(jì)計(jì)算和說(shuō)明計(jì)算結(jié)果1.選擇齒輪材料、熱處理方式及計(jì)算許用應(yīng)力(1) 選擇材料及熱處理方式小齒輪16MnCr5 滲碳淬火，齒面硬度56-62HRC大齒輪 45鋼 表面淬火，齒面硬度56-56HRC(2) 確定許用應(yīng)力a)確定和 b)計(jì)算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)N，確定壽命系數(shù)、。 c)計(jì)算許用應(yīng)力取,=應(yīng)力修正系數(shù)=2.初步確定齒

59、輪的基本參數(shù)和主要尺寸(1) 選擇齒輪類(lèi)型根據(jù)齒輪傳動(dòng)的工作條件，選用斜齒圓柱齒輪與斜齒齒條嚙合傳動(dòng)方案(2) 選擇齒輪傳動(dòng)精度等級(jí)選用7級(jí)精度(3) 初選參數(shù)初選 =7 =21 =0.8 =0.7 =0.89按當(dāng)量齒數(shù)(4) 初步計(jì)算齒輪模數(shù)轉(zhuǎn)矩290.70.16=46.51=39168閉式硬齒面?zhèn)鲃?dòng)，按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)。=2.474(5) 確定載荷系數(shù)=1，由,/100=0.000896,=1；對(duì)稱(chēng)布置，取=1.06；取=1.3則=111.061.3=1.378(6) 修正法向模數(shù)=2.474=2.461mm圓整為標(biāo)準(zhǔn)值，取=33.確定齒輪傳動(dòng)主要參數(shù)和幾何尺寸(1) 分度圓直徑=21.64(2) 齒頂圓直徑=21