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黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) I 摘 要 電控液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)可解決汽車轉(zhuǎn)向輕便性和靈敏性的矛盾,使駕駛員在汽車低 速行駛時(shí)獲得較大助力,高速行駛時(shí)獲得較強(qiáng)的路感。 本次設(shè)計(jì)主要完成電控液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的液壓部分和機(jī)械部分的設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì) 中將車速信號(hào)和轉(zhuǎn)向盤角速度信號(hào)引入液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，電子控制單元根據(jù)車速傳感器 和轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角傳感器檢測(cè)的車速信號(hào)和轉(zhuǎn)向信號(hào)，計(jì)算出電動(dòng)機(jī)的對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速，對(duì)電 動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行控制，電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)油泵,控制電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速從而控制油泵的泵油量，改變 助力的大小。 文中一開始闡述了電控液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)設(shè)計(jì)的目的和意義、發(fā)展?fàn)顩r以及應(yīng)用 前景。接著分析論述了總體設(shè)計(jì)方案，進(jìn)行了液壓動(dòng)力系統(tǒng)、機(jī)械轉(zhuǎn)向器等主要部件 的方案分析和選擇。 關(guān)鍵詞:動(dòng)力轉(zhuǎn)向；液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向；助力轉(zhuǎn)向；可變助力特性；電控液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向； 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) II ABSTRACT Electronically controlled hydraulic power steering system(EPHS) to solve the car and light sensitivity of the contradictions so that the driver in the car at low speed on a larger power, high-speed movements were strong sense of direction. The main design completed electronically controlled hydraulic power steering system of hydraulic and mechanical parts of the designation.In this designation, speed signals and Zhuanxiang Pan angular velocity signal are introduced to the hydraulic steering system. According to the detected speed signal and the corner signal of Zhuanxiang Pan,electronic control units detect speed signals and the corner signal of Zhuanxiang Pan by the speed sensor type of assistance, and then calculate the corresponding rotational of motor,and control the rotational speed of motor,then control the oil flow of pump,in order to meet therequirements to light the requirements of handling and stability . When expounded the start of a hydraulic power steering electronic control system design the purpose and significance of the development situation and prospects. And then analysis and choice its hydraulic power systems, mechanical steering gear and other major components of the programme. Keyword: Power Steering;Hydraulic Power Steering; Auxiliary Force; VariablePower Characteristics; Electronically Controlled Hydraulic Power steering 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 目 錄 摘要 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????I ABSTRACT ?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????II 第 1 章 緒論 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????1 1.1 研究本課題的目的和意義????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????1 1.2 汽車轉(zhuǎn)向技術(shù)現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????1 1.2.1 機(jī)械轉(zhuǎn)向系統(tǒng) ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????1 1.2.2 液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng) ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????2 1.2.3 電控液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng) ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????2 1.2.4 電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng) ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????2 1.2.5 線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng) ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????3 1.3 汽車電控液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)組成、????????????????????????????????????????????????????????????????????????3 1.4 汽車電子控制轉(zhuǎn)向技術(shù)的發(fā)展概況與前景????????????????????????????????????????????????????????????4 1.4.1 電子控制動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的發(fā)展概況 ??????????????????????????????????????????????????????????????4 1.4.2 電子控制動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì) ??????????????????????????????????????????????????????????????6 1.5 本次設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????7 第 2 章 動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案分析 ??????????????????????????????????????????????????????8 2.1 動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????8 2.2 液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????8 2.3 電控動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????11 2.3.1 液壓式電子控制動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng) ????????????????????????????????????????????????????????????????????12 2.3.2 電動(dòng)式電子控制動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng) ????????????????????????????????????????????????????????????????????12 2.4 動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案分析??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????12 2.5 本章小結(jié)??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????14 第 3 章 液壓動(dòng)力系統(tǒng)的設(shè)計(jì) ?????????????????????????????????????????????????????????????????????15 3.1 動(dòng)力缸的類型及安裝方式??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????15 3.2 動(dòng)力缸的主要零件的結(jié)構(gòu)和材料??????????????????????????????????????????????????????????????????????????15 3.3 動(dòng)力缸的密封裝置??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????16 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 3.4 動(dòng)力缸的緩沖裝置??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????16 3.5 動(dòng)力缸的設(shè)計(jì)計(jì)算??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????16 3.5.1 動(dòng)力缸的主要幾何尺寸的計(jì)算和選型 ????????????????????????????????????????????????????????16 3.5.2 動(dòng)力缸的結(jié)構(gòu)參數(shù)的計(jì)算選型 ????????????????????????????????????????????????????????????????????18 3.5.3 動(dòng)力缸的性能參數(shù)的計(jì)算 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????20 3.5.4 動(dòng)力缸油口直徑 d?的計(jì)算 ???????????????????????????????????????????????????????????????????????????21 3.5.5 缸底厚度 h的計(jì)算 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????21 3.5.6 活塞桿直徑的強(qiáng)度校核 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????21 3.6 油泵的計(jì)算與選型??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????22 3.6.1 油泵的最高供油壓力 p的計(jì)算 ???????????????????????????????????????????????????????????????????22 3.6.2 油泵最大供油量 q的計(jì)算 ???????????????????????????????????????????????????????????????????????????22 3.6.3 油泵的選型 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????23 3.6.4 與油泵匹配的電動(dòng)機(jī)的計(jì)算選擇 ????????????????????????????????????????????????????????????????23 3.7 油箱與油管的計(jì)算與選型??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????23 3.7.1 油箱容積 V的計(jì)算 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????23 3.7.2 油管內(nèi)徑 d的計(jì)算 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????24 3.8 換向閥的選型??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????24 3.8.1 換向閥 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????24 3.8.2 滑閥式換向閥 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????24 3.8.3 換向機(jī)能 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????25 3.8.4 滑閥機(jī)能 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????25 3.8.5 直流電磁鐵和交流電磁鐵 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????27 3.8.6 干式、油浸式、濕式電磁鐵 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????27 3.9 電控動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)所用傳感器的選擇??????????????????????????????????????????????????????????????????28 3.9.1 車速傳感器 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????25 3.9.2 轉(zhuǎn)角傳感器 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????25 3.10 本章小結(jié)????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????26 第 4 章 機(jī)械轉(zhuǎn)向器方案分析與設(shè)計(jì)計(jì)算 ?????????????????????????????????????????????????27 4.1 機(jī)械轉(zhuǎn)向器方案分析??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????27 4.1.1 齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????27 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 4.1.2 循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????29 4.1.3 蝸桿滾輪式轉(zhuǎn)向器 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????31 4.1.4 蝸桿指銷式轉(zhuǎn)向器 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????31 4.1.5 機(jī)械轉(zhuǎn)向器的確定 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????34 4.2 齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器設(shè)計(jì)與計(jì)算??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????31 4.2.1 選擇齒輪齒條材料及精度等級(jí) ????????????????????????????????????????????????????????????????????32 4.2.2 主要尺寸計(jì)算 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????33 4.2.3 齒輪強(qiáng)度校核 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????34 4.2.4 齒條的設(shè)計(jì)計(jì)算 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????36 4.3 本章小結(jié)??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????36 第 5 章 電控動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的變助力方法分析 ?????????????????????????????????????????37 5.1 液壓式電子控制動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????37 5.1.1 流量控制式 EPS ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????37 5.1.2 反力控制式 EPS ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????38 5.1.3 閥靈敏度控制式 EPS ???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????38 5.2 電動(dòng)式電子控制動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????38 5.3 本章小結(jié)??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????38 結(jié)論 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????40 參考文獻(xiàn) ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????42 致謝 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????43 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 1 第 1 章 緒 論 1.1 研究本課題的目的和意義 汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是用來改變汽車行駛方向的專設(shè)機(jī)構(gòu)的總稱。其功用是保證汽車能 按駕駛員的意愿進(jìn)行直線或轉(zhuǎn)向行駛。 本設(shè)計(jì)根據(jù)汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的工作過程和工作要求，設(shè)計(jì)一套汽車電控液壓動(dòng)力 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，此電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)采用電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)油泵，根據(jù)車速信號(hào)、轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)速信 號(hào)控制轉(zhuǎn)向油泵的泵油量，達(dá)到變助力的轉(zhuǎn)向。 本設(shè)計(jì)所設(shè)計(jì)的汽車電控液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，可以為汽車設(shè)計(jì)研制一種助力轉(zhuǎn)向 系統(tǒng)提供一種途徑，對(duì)生產(chǎn)實(shí)際具有一定的實(shí)用價(jià)值和應(yīng)用前景。 1.2 汽車轉(zhuǎn)向技術(shù)現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì) 目前我國生產(chǎn)的商用車和轎車上采用的大多是電控液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，它是比較 成熟和應(yīng)用廣泛的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。 盡管電控液壓動(dòng)力裝置從一定程度上緩解了傳統(tǒng)的液壓轉(zhuǎn)向中輕便性和路感之間 的矛盾，然而它還是沒有從根本上解決液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)存在的不足，隨著汽車微電 子技術(shù)的發(fā)展，汽車燃油節(jié)能的要求以及全球性倡導(dǎo)環(huán)保，其在布置，安裝，密封性， 操縱靈敏度，能量消耗，磨損與噪聲等方面的不足已越來越明顯，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)向著電動(dòng) 助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)發(fā)展。 汽車駕駛員通過轉(zhuǎn)向系統(tǒng)來控制汽車的運(yùn)動(dòng)方向，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)設(shè)計(jì)的好壞直接影響 到汽車行駛的安全性、操縱穩(wěn)定性和駕駛的舒適性。轉(zhuǎn)向系統(tǒng)根據(jù)轉(zhuǎn)向動(dòng)力的來源可 分為機(jī)械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)和動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)又分為液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、電控液 壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。 1.2.1 機(jī)械轉(zhuǎn)向系統(tǒng) 機(jī)械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的轉(zhuǎn)向力全部來自駕駛員的手力。機(jī)械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，性能可 靠，但轉(zhuǎn)向盤操縱費(fèi)力。另外，為解決機(jī)械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)“輕” 和“靈”的問題，轉(zhuǎn)向器還常 設(shè)計(jì)成可變速比。在轉(zhuǎn)向盤小轉(zhuǎn)角度范圍內(nèi)，速比小，解決轉(zhuǎn)向靈活性的問題；在轉(zhuǎn) 向盤大轉(zhuǎn)角范圍內(nèi)，速比大，解決轉(zhuǎn)向輕便性的問題。 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 2 1.2.2 液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng) 液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（ Hydraulic Power Steering System-HPS）一般由儲(chǔ)液罐、油 泵、油管、轉(zhuǎn)向控制閥、助力油缸及機(jī)械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)組件等組成，轉(zhuǎn)向控制閥有滑閥式 和轉(zhuǎn)閥式兩種結(jié)構(gòu)。轉(zhuǎn)向控制閥根據(jù)轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)動(dòng)方向和力矩大小控制通向助力油缸的 油壓大小，從而控制助力大小。雖然液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)可提供轉(zhuǎn)向助力，但卻存在很多缺 點(diǎn)：油泵由發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，持續(xù)工作，能量消耗多；液壓油泄漏、橡膠管污染環(huán)境；助 力特性與控制閥結(jié)構(gòu)有關(guān)，系統(tǒng)一旦定型，助力特性便不能改變；助力和車速無關(guān)， 不能協(xié)調(diào)轉(zhuǎn)向輕便性和路感的矛盾；系統(tǒng)元件較多，所占空間大；低溫助力性能不好。 1.2.3 電控液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng) 隨著人們對(duì)汽車經(jīng)濟(jì)性、環(huán)保性、安全性的日益重視以及小排量轎車的發(fā)展，人 們開始對(duì)液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)存在的不足進(jìn)行改進(jìn)，并開發(fā)出一些新型電控液壓動(dòng)力轉(zhuǎn) 向系（Electric Hydraulic Power Steering -EHPS），其主要改進(jìn)措施是將車速信號(hào)引入 液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，得到車速感應(yīng)型助力特性，并增加了控制器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)?？刂破鞲鶕?jù) 車速信號(hào)改變電液轉(zhuǎn)換裝置的助力特性，助力較小，以滿足路感和操縱穩(wěn)定性的要求。 電控液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)雖然實(shí)現(xiàn)了車速感應(yīng)型助但由于仍然采用液壓系統(tǒng)，液壓系統(tǒng) 本身的缺點(diǎn)依然難以克服，同時(shí)在液壓系統(tǒng)的基礎(chǔ)上增加了傳感器和控制器，使整個(gè) 系統(tǒng)成本增加。 1.2.4 電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng) 電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（Electric Power Steering System-EPS）是一種新型的、很有發(fā) 展前途的動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)完全取消了液壓組件，整個(gè)系統(tǒng)由轉(zhuǎn)向盤 轉(zhuǎn)矩傳感器、車速傳感器、控制器、助力電機(jī)及其減速機(jī)構(gòu)等組成。其基本工作原理 是：駕駛員轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)向盤時(shí)，轉(zhuǎn)矩傳感器檢測(cè)轉(zhuǎn)向盤上的轉(zhuǎn)矩大小和方向，控制器根據(jù) 轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)矩的大小進(jìn)行助力控制。轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)矩越大，助力電機(jī)提供的助力轉(zhuǎn)矩也越大， 從而解決了轉(zhuǎn)向輕便性的問題。同時(shí)，控制器根據(jù)車速的高低來控制路感。車速變高 時(shí)，控制助力適當(dāng)減少，從而保證了高速轉(zhuǎn)向時(shí)駕駛員有合適的路感，提高了駕駛的 安全性和穩(wěn)定性。另外，為綜合改善汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的性能，有的電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)還 進(jìn)行阻尼控制和回正控制。 與液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)和電控液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)相比，電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)具有很多優(yōu)點(diǎn)： （1）可獲得優(yōu)化的助力特性，轉(zhuǎn)向輕便，路感好，提高了操縱穩(wěn)定性； 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 3 （2）EPS 助力特性通過軟件設(shè)置和修改，可以快速與車型匹配； （3）EPS 只在轉(zhuǎn)向時(shí)電機(jī)才提供助力，可節(jié)能 3%～5％； （4）結(jié)構(gòu)緊湊，便于模塊化安裝； （5）對(duì)環(huán)境無污染； （6）低溫工作性能好。 1.2.5 線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng) 線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（Steering by Wire-SBW）是更新一代的汽車電子轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，線控 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)與上述各類轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的根本區(qū)別就是取消了轉(zhuǎn)向盤和轉(zhuǎn)向輪之間的機(jī)械連接 （也稱柔性轉(zhuǎn)向系統(tǒng)）。 線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的主要優(yōu)點(diǎn)： （1）線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)能消除轉(zhuǎn)向干涉問題，為實(shí)現(xiàn)多功能全方位的自動(dòng)控制，并為 汽車動(dòng)態(tài)控制系 統(tǒng)和汽車平順性控制系統(tǒng)的集成控制提供了先決條件； （2）由于轉(zhuǎn)向盤和轉(zhuǎn)向輪之間是柔性連接，使轉(zhuǎn)向系統(tǒng)在汽車上的布置更加靈活， 轉(zhuǎn)向盤的位置可以方便地布置在需要的位置； （3）舒適性得到提高。在剛性轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中，路面不平和轉(zhuǎn)向輪的不平衡引起的沖 擊負(fù)荷會(huì)傳遞到轉(zhuǎn)向盤，而線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)沒有這樣的問題； （4）轉(zhuǎn)向的回正力矩和轉(zhuǎn)向傳動(dòng)比能通過軟件進(jìn)行調(diào)整。因此，可以使轉(zhuǎn)向系統(tǒng) 對(duì)任何目標(biāo)和環(huán)境進(jìn)行調(diào)整，而不需要對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行重新設(shè)計(jì)； （5）消除了撞車事故中轉(zhuǎn)向柱后移傷害駕駛員的可能性，不必設(shè)置轉(zhuǎn)向防傷機(jī)構(gòu)； 1.3 汽車電控液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)組成 電控液壓轉(zhuǎn)向動(dòng)力系統(tǒng)克服了傳統(tǒng)的液壓轉(zhuǎn)向助力系統(tǒng)的缺點(diǎn)。它所采用的液壓 泵不再靠發(fā)動(dòng)機(jī)皮帶直接驅(qū)動(dòng)，而是采用一個(gè)電動(dòng)泵，它所有的工作的狀態(tài)都是由電 子控制單元根據(jù)車輛的行駛速度、轉(zhuǎn)向角度等信號(hào)計(jì)算出的最理想狀態(tài)。簡單地說， 在低速大轉(zhuǎn)向時(shí)，電子控制單元驅(qū)動(dòng)電子液壓泵以高速運(yùn)轉(zhuǎn)輸出較大功率，使駕駛員 打方向盤省力；汽車在高速行駛時(shí)，液壓控制單元驅(qū)動(dòng)電子液壓泵以較低的速度運(yùn)轉(zhuǎn)， 在不至于影響高速打轉(zhuǎn)向的需要的同時(shí)，節(jié)省一部分發(fā)動(dòng)機(jī)功率。 動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)兼用駕駛員體力和發(fā)動(dòng)機(jī)（或電動(dòng)機(jī)）的動(dòng)力為轉(zhuǎn)向能源的轉(zhuǎn)向系 統(tǒng)，它是在機(jī)械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的基礎(chǔ)上加設(shè)一套轉(zhuǎn)向加力裝置而形成的。其中屬于轉(zhuǎn)向加 力裝置的部件是：轉(zhuǎn)向油泵 5、轉(zhuǎn)向油管 4、轉(zhuǎn)向油罐 6 以及位于整體式轉(zhuǎn)向器 10 內(nèi) 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 4 部的轉(zhuǎn)向控制閥及轉(zhuǎn)向動(dòng)力缸等。當(dāng)駕駛員轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)向盤 1 時(shí)，轉(zhuǎn)向搖臂 9 擺動(dòng)，通過 轉(zhuǎn)向直拉桿 8、轉(zhuǎn)向節(jié)臂 7，使轉(zhuǎn)向輪偏轉(zhuǎn)，從而改變汽車的行使方向。 1.方向盤 2.轉(zhuǎn)向軸 3.轉(zhuǎn)向中間軸 4.轉(zhuǎn)向油管 5.轉(zhuǎn)向油泵 6.轉(zhuǎn)向油罐 7.轉(zhuǎn)向節(jié)臂 8.轉(zhuǎn)向橫 拉桿 9.轉(zhuǎn)向搖臂 10.整體式轉(zhuǎn)向器 11.轉(zhuǎn)向直拉桿 12.轉(zhuǎn)向減振器 圖 1.1 動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)示意圖 與此同時(shí)，轉(zhuǎn)向器輸入軸還帶動(dòng)轉(zhuǎn)向器內(nèi)部的轉(zhuǎn)向控制閥轉(zhuǎn)動(dòng)，使轉(zhuǎn)向動(dòng)力缸產(chǎn) 生液壓作用力，幫助駕駛員轉(zhuǎn)向操縱。 1.4 汽車電子控制轉(zhuǎn)向技術(shù)的發(fā)展概況與前景 隨著電子技術(shù)的迅速發(fā)展，電子技術(shù)在汽車上的應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大。汽車轉(zhuǎn)向系 統(tǒng)已從簡單的純機(jī)械式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（Hydraulic Power Steering，簡 稱 HPS） 、電動(dòng)液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（Electric Hydraulic Power Steering，簡稱 EHPS）發(fā) 展到如今的更為節(jié)能及操縱性能更為優(yōu)越的電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（Electrical Power Steering，簡稱 EPS） 。EHPS 和 EPS 等助力系統(tǒng)在汽車上的采用，改善了汽車轉(zhuǎn)向力 的控制特性，降低了駕駛員的轉(zhuǎn)向負(fù)擔(dān)，然而汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)始終處于機(jī)械傳動(dòng)階段， 由于轉(zhuǎn)向傳動(dòng)比固定，汽車轉(zhuǎn)向特性隨車速變化進(jìn)行一定的操作補(bǔ)償，從而控制汽車 按其意愿行駛。 如果轉(zhuǎn)向盤與轉(zhuǎn)向輪通過控制信號(hào)連接，即采用電子轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角和 汽車前輪轉(zhuǎn)角之間關(guān)系（汽車轉(zhuǎn)向的角傳遞特性）的設(shè)計(jì)就可以得到改善，從而降低 駕駛員的操縱負(fù)擔(dān)，改善人—車閉環(huán)系統(tǒng)性能。 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 5 1.4.1 電子控制動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的發(fā)展概況 自 1953 年通用汽車公司在凱迪拉克和別克轎車上首次批量使用液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向系 統(tǒng)以來，液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)給汽車的發(fā)展帶來了巨大的變化，使駕駛員的轉(zhuǎn)向操縱力 大大降低，轉(zhuǎn)向的靈敏性得到了提高。隨著生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展，動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)在體積、 價(jià)格和所消耗的功率等方面都取得了驚人的進(jìn)步。在 20 世紀(jì) 80 年代后期，又開發(fā)了 變減速比、電控液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。但是動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的技術(shù)革新都是基于液壓動(dòng)力 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的，無法消除 HPS 系統(tǒng)在布置、安裝、密封性、操縱靈敏度、能量消耗、 磨損與噪聲等方面的缺陷。直到 1988 年日本鈴木公司首次開發(fā)出一種全新的電子控 制式電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，才真正擺脫了液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的束縛。 此后，電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向技術(shù)得到迅速發(fā)展，其應(yīng)用范圍已經(jīng)從微型轎車向大型轎 車和客車方向發(fā)展。日本的大發(fā)汽車公司、三菱汽車公司、本田汽車公司，美國的 Delphi 公司，英國的 Lueas 公司，德國的 ZF 公司，都研制出了各自的 EPS。如大發(fā) 汽車公司在其 Mira 車上裝備了 EPS，三菱汽車公司在其 Minica 車上裝備了 EPS，本 田汽車公司在 Accord 車上裝備了 EPS。Delphi 公司已經(jīng)為大眾的 Polo、菲亞特 Punto 開發(fā)出 EPS[2]。本田還在其 AcuraNXS 賽車上裝備了 EPS[3]。 EPS 的助力形式也從低速范圍助力型向全速范圍助力型發(fā)展，并且其控制形式 與功能也進(jìn)一步加強(qiáng)。日本早期開發(fā)的 EPS 僅僅在低速和停車時(shí)提供助力，高速時(shí) EPS 將停止工作。新一代的 EPS 則不僅在低速和停車時(shí)提供助力，而且還能在高速 時(shí)提高汽車的操縱穩(wěn)定性。如日本鈴木公司裝備在 WagonR+車上的 EPS 是一個(gè)負(fù)載- 路面- 車速感應(yīng)型助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng) [4]。由 Delphi 公司為 Funte 車開發(fā)的 EPS 為全范圍助 力型，并且設(shè)置了兩個(gè)開關(guān)，其中一個(gè)用于郊區(qū)，另一個(gè)用于市區(qū)和停車。當(dāng)車速大 于 70km/h 后，這兩種開關(guān)設(shè)置的程序則是一樣的，以保證汽車在高速時(shí)有合適的路 感，這樣即使汽車行駛到高速公路時(shí)駕駛員忘記切換開關(guān)也不會(huì)發(fā)生危險(xiǎn)。市區(qū)型開 關(guān)還與油門有關(guān)，使得在踩油門加速和松油門減速時(shí)，轉(zhuǎn)向更平滑。 隨著電子技術(shù)的發(fā)展，EPS 技術(shù)日趨完善，并且其成本大幅度降低，為此其應(yīng) 用范圍將越來越大。 早在 20 世紀(jì) 60 年代末，德國 Kasselmann 等試圖將轉(zhuǎn)向盤與轉(zhuǎn)向車輪之間通過 導(dǎo)線連接（即電子轉(zhuǎn)向系統(tǒng)） ，但由于當(dāng)時(shí)電子和控制技術(shù)的制約，電子轉(zhuǎn)向系統(tǒng)一 直無法在實(shí)車上實(shí)現(xiàn)。奔馳公司于 1990 年開始了前輪電子轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的深入研發(fā)，并 將其開發(fā)的電子轉(zhuǎn)向系統(tǒng)應(yīng)用于概念車 F400Carving 上。世界其他各大汽車廠家、研 發(fā)機(jī)構(gòu)（包括 Daimler-Chrysler、寶馬、ZF、DELPHI 、TRW 等）以及日本的光洋 （Koyo）精工技術(shù)研究所、日本國立大學(xué)、本田汽車公司等也先后對(duì)汽車電子轉(zhuǎn)向 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 6 系統(tǒng)做了深入研究。目前許多汽車公司開發(fā)了自己的電子轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，一些國際著名汽 車生產(chǎn)商已在其概念車上安裝了該系統(tǒng)。 目前由于汽車供電系統(tǒng)的因素，轉(zhuǎn)向電動(dòng)機(jī)難以提供較大功率，現(xiàn)階段電子轉(zhuǎn)向 系統(tǒng)的研究以及近期的應(yīng)用對(duì)象主要針對(duì)轎車。要在重型載貨汽車上應(yīng)用，還必須采 用液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)。隨著蓄電池技術(shù)的發(fā)展和 42V 電子設(shè)備在汽車上的應(yīng)用，全電子 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)將應(yīng)用到中型和重型車上。目前，42V 電源已經(jīng)在一些概念車上得到應(yīng)用， 通用的“自主魔力 ”和 Bertone 的“FILO”都采用了 42V 電源。 國內(nèi)動(dòng)力轉(zhuǎn)向器目前還處于機(jī)械—液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向階段，對(duì)于電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)， 清華大學(xué)、北京理工大學(xué)、華南理工大學(xué)等高校開展了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)和系統(tǒng)建模 及動(dòng)力分析等研究，但目前還沒有實(shí)用的電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)和電子轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。 1.4.2 電子控制動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì) 電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)經(jīng)過十幾年的發(fā)展，在降低自重、減少生產(chǎn)成本，控制系統(tǒng)發(fā) 熱、電流消耗、內(nèi)部摩擦，整車進(jìn)行匹配獲得合理的助力特性以及保證良好的路感方 面取得了重大進(jìn)步。電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)在操縱舒適性和安全性、節(jié)能等方面充分顯示 了其優(yōu)越性，如今已在輕型車和轎車上得到應(yīng)用并具有良好的工作性能。隨著直流電 機(jī)性能的改進(jìn)，其應(yīng)用范圍將越來越廣。據(jù) TRW 公司預(yù)測(cè)，到 2010 年，全世界生 產(chǎn)的每 3 輛轎車中就有 1 輛裝備 EPS，特別是低排放汽車、混合動(dòng)力汽車、燃料電池 汽車、電動(dòng)汽車將構(gòu)成未來汽車發(fā)展的主體，這給電子控制轉(zhuǎn)向系統(tǒng)帶來了更加廣闊 的應(yīng)用前景。 盡管目前在歐洲汽車法規(guī)中要求駕駛員與轉(zhuǎn)向車輪之間必須有機(jī)械連接，電子轉(zhuǎn) 向系統(tǒng)還不允許在歐洲上市。但只要生產(chǎn)商能夠有足夠的證據(jù)表明電子轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的安 全可靠性，它得到上市許可還是完全可能的。電子控制轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的最終發(fā)展趨勢(shì)在以 下幾個(gè)方面。 1、改善控制系統(tǒng)性能、減小控制單元和驅(qū)動(dòng)單元的體積及降低控制系統(tǒng)的制造 成本，使之更好地與不同檔次汽車相適應(yīng)。如改進(jìn)電動(dòng)機(jī)控制技術(shù)，消除由于電動(dòng)機(jī) 慣性大、摩擦力所帶來的轉(zhuǎn)向路感不足等缺點(diǎn)，使電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)也能應(yīng)用于重型 載貨汽車上。 2、實(shí)現(xiàn)電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)控制單元與汽車上其他控制單元的通訊聯(lián)系，以實(shí)現(xiàn) 整車電子控制系統(tǒng)一體化。 3、將根據(jù)車速、轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)向角、轉(zhuǎn)向速度、橫向加速度、前軸重力等多種信號(hào) 進(jìn)行與汽車特性相吻合的綜合控制，以獲得更好的轉(zhuǎn)向路感。 4、提高系統(tǒng)的可靠性。這應(yīng)從提高系統(tǒng)各部件的可靠性入手，如采用非接觸式 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 7 轉(zhuǎn)矩傳感器。 5、提高系統(tǒng)的安全性。采用取消轉(zhuǎn)向盤的 SBWS 系統(tǒng)后，駕駛室有更大的空間 用于布置被動(dòng)安全部件，減少了危險(xiǎn)發(fā)生時(shí)對(duì)乘員的傷害。 電動(dòng)轉(zhuǎn)向技術(shù)由于其技術(shù)先進(jìn)，性能優(yōu)越，未來必將取代其他動(dòng)力轉(zhuǎn)向技術(shù)，成 為動(dòng)力轉(zhuǎn)向技術(shù)的主流。線控動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)將是動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的發(fā)展方向，是未來汽 車對(duì)安全性、操縱穩(wěn)定性和舒適性的更高要求，有著很好的發(fā)展前景。 當(dāng)然，在汽車邁向全面線控轉(zhuǎn)向之前，電動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是“中站” ，是第一步，當(dāng)汽 車裝有電動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)時(shí)，其中的轉(zhuǎn)向電動(dòng)機(jī)將接受一系列傳感器信號(hào)，例如轉(zhuǎn)向控制、 動(dòng)態(tài)穩(wěn)定控制等，最后機(jī)械的部分一個(gè)一個(gè)消失，逐漸變成了全面線控轉(zhuǎn)向。 1.5 本次設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容 本設(shè)計(jì)主要內(nèi)容是對(duì)汽車電控液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的液壓部分和機(jī)械部分進(jìn)行設(shè)計(jì)， 首先確定液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的組成與系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，然后進(jìn)行液壓動(dòng)力系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì) 算與液壓元件的計(jì)算選型再進(jìn)行齒輪齒條轉(zhuǎn)向器的設(shè)計(jì)計(jì)算。并對(duì)車速傳感器，轉(zhuǎn)向 盤轉(zhuǎn)角傳感器、電動(dòng)機(jī)等部件計(jì)算選型。同時(shí)用總布置草圖表達(dá)主要部件的裝配和重 要工作裝置的布置；最后通過正確的計(jì)算，完成部件設(shè)計(jì)選型，達(dá)到工藝合理、加工 容易、成本低、可靠性高的設(shè)計(jì)要求，并附之以總裝配圖、零件圖，清楚表達(dá)設(shè)計(jì)。 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 8 第 2 章液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案 2.1 動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng) 汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)可按轉(zhuǎn)向的能源不同分為機(jī)械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)和動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)兩類（見 圖 2.1）。機(jī)械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是依靠駕駛員操縱轉(zhuǎn)向盤的轉(zhuǎn)向力來實(shí)現(xiàn)車輪轉(zhuǎn)向；動(dòng)力轉(zhuǎn) 向系統(tǒng)則是在駕駛員的控制下，借助于汽車發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的液體壓力或電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)力來 實(shí)現(xiàn)車輪轉(zhuǎn)向。所以動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)也稱為轉(zhuǎn)向動(dòng)力放大裝置。動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)由于使轉(zhuǎn) 向操縱靈活、輕便，在設(shè)計(jì)汽車時(shí)對(duì)轉(zhuǎn)向器結(jié)構(gòu)形式的選擇靈活性增大，能吸收路面 對(duì)前輪產(chǎn)生的沖擊等優(yōu)點(diǎn)，因此已在各國的汽車制造中普遍采用。 圖 2.1 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的分類 2.2 液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng) 液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是在機(jī)械式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的基礎(chǔ)上加一套動(dòng)力轉(zhuǎn)向裝置而成的，一 般組成如圖2.2所示。 汽車 轉(zhuǎn)向系統(tǒng) 機(jī)械式轉(zhuǎn)向系統(tǒng) 動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng) 電子伺服轉(zhuǎn)向 循環(huán)球式 齒輪齒條式 液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向 電控動(dòng)力轉(zhuǎn)向 電控液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向 （EPHS ） 電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向 (EPS) 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 9 l.轉(zhuǎn)向操縱機(jī)構(gòu) 2.轉(zhuǎn)向控制閥 3.機(jī)械轉(zhuǎn)向器與 轉(zhuǎn)向動(dòng)力缸總成 4.轉(zhuǎn)向傳動(dòng)結(jié)構(gòu) 5.轉(zhuǎn)向油罐 6.轉(zhuǎn)向油泵 R.轉(zhuǎn)向動(dòng)力缸右腔 L.轉(zhuǎn)向動(dòng)力缸左腔 圖2.2 液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)示意圖 當(dāng)汽車直線行駛時(shí)，轉(zhuǎn)向控制閥將轉(zhuǎn)向液壓泵泵出來的工作液與油罐接通，轉(zhuǎn)向 液壓泵處于卸荷狀態(tài)，動(dòng)力轉(zhuǎn)向器不起助力作用。汽車向右轉(zhuǎn)向時(shí)，駕駛員向右轉(zhuǎn)動(dòng) 轉(zhuǎn)向盤，轉(zhuǎn)向控制閥將轉(zhuǎn)向液壓泵泵出來的工作液與 R 腔接通，將 L 腔與油罐接通， 在油壓的作用下，活塞向下移動(dòng)，通過轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu) 4 使左、右輪向右偏轉(zhuǎn)，從而實(shí) 現(xiàn)右轉(zhuǎn)向，向左轉(zhuǎn)向時(shí)，情況與上述相反。 液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)按系統(tǒng)內(nèi)部的壓力狀態(tài)分，有常壓式和常流式兩種。 常壓式液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向系示意圖見圖 2.3。在汽車直線行使，轉(zhuǎn)向盤保持中立位置時(shí)， 轉(zhuǎn)向控制閥經(jīng)常處于關(guān)閉位置。轉(zhuǎn)向油泵輸出的壓力油充入儲(chǔ)能器。當(dāng)儲(chǔ)能器壓力增 長到規(guī)定值后，油泵即自動(dòng)卸荷空轉(zhuǎn)，從而儲(chǔ)能器壓力壓力得以限制在該規(guī)定值以下。 當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)向盤時(shí)，機(jī)械轉(zhuǎn)向器即通過轉(zhuǎn)向搖臂等桿件使轉(zhuǎn)向控制閥轉(zhuǎn)入開啟位置。此 時(shí)儲(chǔ)能器中的壓力油即流入轉(zhuǎn)向動(dòng)力缸。動(dòng)力缸輸出的液壓作用力，作用在轉(zhuǎn)向傳動(dòng) 機(jī)構(gòu)上，以助機(jī)械轉(zhuǎn)向器輸出力之不足。轉(zhuǎn)向盤一停止運(yùn)動(dòng)，轉(zhuǎn)向控制閥便隨之回復(fù) 到關(guān)閉位置。于是，轉(zhuǎn)向加力作用終止。 由此可見，無論轉(zhuǎn)向盤處于中立位置還是轉(zhuǎn)向位置，也無論轉(zhuǎn)向盤保持靜止還是 運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，該系統(tǒng)工作管路中總是保持高壓。 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 10 圖 2.3 常壓式液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)示意圖 常流式液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)示意圖見圖 2.4。不轉(zhuǎn)向時(shí)，轉(zhuǎn)向控制閥保持開啟。轉(zhuǎn) 向動(dòng)力缸的活塞兩邊的工作腔，由于都與低壓回油管路相通而不起作用。轉(zhuǎn)向油泵輸 出的油液流入轉(zhuǎn)向控制閥，又由此流回轉(zhuǎn)向油罐。因轉(zhuǎn)向控制閥的節(jié)流阻力很小，故 油泵輸出壓力也很低，油泵實(shí)際上處于空轉(zhuǎn)狀態(tài)。當(dāng)駕駛員轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)向盤，通過機(jī)械轉(zhuǎn) 向器使轉(zhuǎn)向控制閥處于與某一轉(zhuǎn)彎方向相應(yīng)的工作位置時(shí)，轉(zhuǎn)向動(dòng)力缸的相應(yīng)工作腔 方與回路管路隔絕，轉(zhuǎn)而與油泵輸出管路相通，而動(dòng)力缸的另一腔則仍然通回油管路。 地面轉(zhuǎn)向阻力竟轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)傳動(dòng)轉(zhuǎn)向動(dòng)力缸的推桿和活塞上，形成比轉(zhuǎn)向控制閥節(jié) 流阻力高得多的油泵輸出管路阻力。于是轉(zhuǎn)向油泵輸出壓力急劇升高，直到足以推動(dòng) 轉(zhuǎn)向動(dòng)力缸活塞為止。轉(zhuǎn)向盤停止轉(zhuǎn)動(dòng)后，轉(zhuǎn)向控制閥隨即回復(fù)到中立位置，使動(dòng)力 缸停止工作。 圖 2.4 常流式液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)示意圖 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 11 上述兩種液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)相比較，常壓式的優(yōu)點(diǎn)在于有儲(chǔ)能器積蓄液壓能，可 以使用流量較小的轉(zhuǎn)向油泵，而且還可以在油泵不運(yùn)轉(zhuǎn)的情況下保持一定的轉(zhuǎn)向加力 能力，使汽車有可能續(xù)駛一定距離。這一點(diǎn)對(duì)重型汽車而言尤為重要。常流式的優(yōu)點(diǎn) 則是結(jié)構(gòu)簡單，油泵壽命長，泄漏較少，消耗功率也較少。因此，目前只有少數(shù)重型 汽車采用常壓式液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，而常流式液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)則廣泛應(yīng)用于各種汽 車。 2.3 電控動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng) 電子控制技術(shù)在汽車動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的應(yīng)用，使汽車的駕駛性能達(dá)到令人滿意的程 度。電子控制動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)在低速行駛時(shí)可使轉(zhuǎn)向輕便、靈活；當(dāng)汽車在中高速區(qū)域 轉(zhuǎn)向時(shí)，又能保證提供最優(yōu)的動(dòng)力放大倍率和穩(wěn)定的轉(zhuǎn)向手感，從而提高了高速行駛 的操縱穩(wěn)定性。電子控制動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（簡稱 EPS-Electronic Control Power Steering），根據(jù)動(dòng)力源不同又可分為液壓式電子控制動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（液壓式 EPS） 和電動(dòng)式電子控制動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（電動(dòng)式 EPS）。 2.3.1 液壓式電子控制動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng) 液壓式 EPS 是在傳統(tǒng)的液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的基礎(chǔ)上增設(shè)了控制液體流量的電磁閥、 車速傳感器和電子控制單元等，電子控制單元根據(jù)檢測(cè)到的車速信號(hào)，控制電磁閥， 使轉(zhuǎn)向動(dòng)力放大倍率實(shí)現(xiàn)連續(xù)可調(diào)，從而滿足高、低速時(shí)的轉(zhuǎn)向助力要求。根據(jù)控制 方式的不同，液壓式電子控制動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)又可分為流量控制式、反力控制式和閥靈 敏度控制式三種形式。 2.3.2 電動(dòng)式電子控制動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng) 液壓式動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)由于工作壓力和工作靈敏度較高，外廓尺寸較小，因而獲得 了廣泛的應(yīng)用。在采用氣壓制動(dòng)或空氣懸架的大型車輛上，也有采用氣壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向的。 但這類動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的共同缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)復(fù)雜、消耗功率大，容易產(chǎn)生泄漏，轉(zhuǎn)向力不 易有效控制等。近年來隨著微機(jī)在汽車上的廣泛應(yīng)用，出現(xiàn)了電動(dòng)式電子控制動(dòng)力轉(zhuǎn) 向系統(tǒng)，簡稱電動(dòng)式 EPS。電動(dòng)式 EPS 是利用直流電動(dòng)機(jī)作為動(dòng)力源，電子控制單 元根據(jù)轉(zhuǎn)向參數(shù)和車速等信號(hào)，控制電動(dòng)機(jī)扭矩的大小和方向。電動(dòng)機(jī)的扭矩由電磁 離合器通過減速機(jī)構(gòu)減速增扭后，加在汽車的轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)上，使之得到一個(gè)與工況相適 應(yīng)的轉(zhuǎn)向作用力。 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 12 2.4 動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案分析 電子控制動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)能減輕低速行駛時(shí)駕駛員轉(zhuǎn)向操縱力，提高車輛高速行駛 時(shí)的穩(wěn)定性，同時(shí)又提高了燃油經(jīng)濟(jì)性，與液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)相比，電控動(dòng)力轉(zhuǎn)向系 統(tǒng)可節(jié)油3％-4％。 傳統(tǒng)的液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)由于由發(fā)動(dòng)機(jī)帶動(dòng)轉(zhuǎn)向油泵，不管在不轉(zhuǎn)向或轉(zhuǎn)向時(shí)都 要消耗發(fā)動(dòng)機(jī)部分動(dòng)力，浪費(fèi)能源，所以本設(shè)計(jì)采用電動(dòng)油泵式電控液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向系 統(tǒng)，即在轉(zhuǎn)向時(shí)由電動(dòng)機(jī)泵驅(qū)動(dòng)油泵，在汽車不轉(zhuǎn)向時(shí)不消耗動(dòng)力，因此能節(jié)約能源。 其次，一般液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向所使用的轉(zhuǎn)向油泵的流量是根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)怠速時(shí)能使動(dòng)力轉(zhuǎn)向 系統(tǒng)產(chǎn)生足夠的轉(zhuǎn)向速度所需的供應(yīng)量來確定，當(dāng)提高發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速時(shí)其供油量也不斷 增加，但由于動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)要求轉(zhuǎn)向油泵的流量如圖2.5所示 圖2.5轉(zhuǎn)向泵流量特性曲線圖 亦即要求隨著發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的提高所要求轉(zhuǎn)向油泵的流量保持不變或下降。因此， 在高速時(shí)轉(zhuǎn)向油泵內(nèi)大部分泵流量通過溢流閥返回，在轉(zhuǎn)向油泵內(nèi)循環(huán)，造成轉(zhuǎn)向油 泵發(fā)熱，更重要是造成能源浪費(fèi)，不符合汽車節(jié)能要求。因此本設(shè)計(jì)采用電控液壓動(dòng) 力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。 電控液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)由車速傳感器、轉(zhuǎn)角傳感器、控制單元、油泵、直流電動(dòng) 機(jī)、電磁閥、動(dòng)力缸、齒輪和齒條等組成。其中直流電動(dòng)機(jī)、油泵和儲(chǔ)油罐制成一體 稱為電動(dòng)油泵總成。 本次設(shè)計(jì)采用直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)油泵，電子控制單元根據(jù)車速信號(hào)和轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角信號(hào)， 控制電磁閥的開閉狀態(tài)和電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，決定是否助力和助力的大小。車速低、轉(zhuǎn)向 角度大時(shí)油泵泵油量大，油壓高，轉(zhuǎn)向省力；車速高、轉(zhuǎn)向角速度小時(shí)，油泵泵油量 貨車用轉(zhuǎn)向泵流量特性 曲線 轎車用轉(zhuǎn)向泵 流量特性曲線 流量（L/r） 轉(zhuǎn)速（r/min） 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 13 小，油壓低，轉(zhuǎn)向安全性高，不發(fā)飄。工作原理圖見圖2.6。 圖2.6 電控液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)工作原理圖 采用此種方案時(shí)用于轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的助力大小是可變的。當(dāng)車輛在一定的車速范圍 內(nèi)（車速較低）行駛或者停止時(shí)，轉(zhuǎn)向助力較大，轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)向盤比較輕松；車輛高速行 駛時(shí)，轉(zhuǎn)向助力較小，轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)向盤比較費(fèi)力，安全性能提高，同時(shí)還可以減少燃料消 耗。并且用電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)液壓泵，減少助力系統(tǒng)工作時(shí)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速直接的機(jī)械干涉。 2.5 本章小結(jié) 本章介紹動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的組成和分類，詳細(xì)介紹了電控動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的分類，其 包括液壓式電子控制動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)和電動(dòng)式動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，詳細(xì)說明本次設(shè)計(jì)的液壓 式電子控制動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。并確定了動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案，闡述了其組成部分， 并以框圖的形式描述了電控液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的工作原理。即電子控制單元根據(jù)車速 信號(hào)和轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角信號(hào)，控制電磁閥閥針的開閉，從而控制是否實(shí)行助力轉(zhuǎn)向；控制 單元根據(jù)不同信號(hào)，計(jì)算出液壓泵電動(dòng)機(jī)對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速，對(duì)液壓泵電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行控制， 進(jìn)而控制泵的流量，也就控制了在不同工況下轉(zhuǎn)向助力的大小。 車速傳感器 方向盤轉(zhuǎn)角傳感器 蓄電池 電動(dòng)機(jī) 齒條 控制單元 儲(chǔ)油罐 數(shù)據(jù)線 電源線 低壓回油管 高壓進(jìn)油管液壓泵 電磁閥 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 14 第 3 章 液壓動(dòng)力系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 汽車電控液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)主要由動(dòng)力轉(zhuǎn)向器和液壓系統(tǒng)組成，液壓系統(tǒng)所采用 的油泵、油缸、液壓閥等液壓系統(tǒng)元件均為高度標(biāo)準(zhǔn)化、系列化與通用化且由專業(yè)化 液壓件廠集中生產(chǎn)供應(yīng)；因此在設(shè)計(jì)中只需要進(jìn)行液壓元件計(jì)算選型。其主要