转向系统设计

标题

转向系统设计与优化

摘要

汽车在行驶过程中，需要按照驾驶员的意志经常改变行驶方向，即所谓汽车转向。用来改变或保持汽车行驶方向的机构称为汽车转向系统。汽车转向系统的功能就是按照驾驶员的意愿控制汽车的行驶方向。汽车转向系统对汽车的行驶安全是至关重要的。因此需要对转向系统进行优化，从而使汽车操作起来更加方便、安全。本次设计是EPS电动转向系统，即电动助力转向系统。该系统是由一个机械系统和一个电控的电动马达结合在一起而形成的一个动力转向系统。EPS系统主要是由扭矩传感器、电动机、电磁离合器、减速机构和电子控制单元等组成。驾驶员在操纵方向盘进行转向时，转矩传感器检测到转向盘的转向以及转矩的大小，将电压信号输送到电子控制单元，电子控制单元根据转矩传感器检测到的转距电压信号、转动方向和车速信号等，向电动机控制器发出指令，使电动机输出相应大小和方向的转向助力转矩，从而产生辅助动力。汽车不转向时，电子控制单元不向电动机控制器发出指令，电动机不工作。该系统由电动助力机直接提供转向助力，省去了液压动力转向系统所必需的动力转向油泵、软管、液压油、传送带和装于发动机上的皮带轮，既节省能量，又保护了环境。另外，还具有调整简单、装配灵活以及在多种状况下都能提供转向助力的特点。因此，电动助力转向系统是汽车转向系统的发展方向。

关键词：机械系统，扭矩传感器，电动机，电磁离合器，减速机构，电子控制单元。

概述

汽车在行使过程中，需要经常改变行驶方向，即所谓的转向。这就需要有一套能够按照司机意志来改变或恢复汽车行驶方向的专设机构，它将司机转动方向盘的动作转变为车轮的偏转动作，这就是所谓的转向系统。转向系统是用来改变汽车的行使方向和保持汽车直线行使的机构，既要保持车辆沿直线

行驶的稳定性，又要保证车辆转向的灵活性。转向性能是保证车辆安全，减轻驾驶员劳动强度和提高作业效率的重要因素。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，其中所有传力件都是机械的；动力转向系统则是一套兼用驾驶员体力和发动机动力为转向能源的转向系统，这样驾驶员就可以轻便灵活的操纵吨位较大的汽车转向，大大减轻了劳动强度，提高了行使安全性。

但是动力转向系统一直存在“轻”与“灵”的矛盾。为缓和这一矛盾，过去人们将减速器设计成壳变速比，在转向盘小转角时，以“灵”为主，在转向盘大转角时，以“轻”为主。但“灵”的范围只在转向盘中间位置附近，仅对高速行驶有意义，并且传动比不能随车速变化，所以这一方法不能根本解决矛盾。随着动力转向系统的产生，液压转向系统以其具有的转向操纵灵活、轻便，设计汽车时对转向器的结构形式的选择灵活性增大，并可以吸收路面对前轮产生的冲击等优点，自20世纪50年代以来，在各国的汽车上普遍采用。但是传统的液压动力转向系统的油耗量是很大的，约占整车燃油消耗量的3%，故这一弊端无法消除。后来随着电子技术的发展，电控液压动力转向系统应运而生，该系统的某些性能明显的优于传统液压动力转向系统，但是仍然不发根除液压动力转向系统所固有的遗憾。此外，液压动力转向系统在设计完后，转向系统的性能就确定了，不能在对其调节和控制。因此，传统液压动力转向系统协调转向力与操纵“路感”的关系困难，很大程度上影响汽车的操纵稳定性。

电动助力转向系统（简称EPS)是继液压动力转向系统之后产生的新的转向系统。电动助力转向系统由电动机提供助力，助力大小由电控单元（ECU）实时调节和控制，可以较好的解决液压动力转向系统所不能解决的矛盾。电动助力转向系统有其突出的特点：

1、EPS系统能在各种行驶工况下提供最佳助力，减少由路面不平所引起 的对转向系统的扰动，改善汽车的转向特性，减少汽车低速行驶的转向操纵力，提高汽车高速行驶时的转向稳定性，进而提高汽车的主动安全性。 2、提高汽车的燃油经济性。装有电动系统的车辆和装有液压动力转向系统

的车辆对比实验证明，在不转向情况下、装有电动转向系统的车辆燃油消耗降低2.5%，在使用转向的情况下，燃油消耗降低5.5%。

3、增强了转向跟随性。在EPS中电动机和助力机构直接相连，以使其能量直接用于车轮转向。这样增加了系统的转向惯量，电机部分的阻尼也使得车轮的反向和转向前轮摆振大大减小。因此转向系统的抗扰动能力大大增强。 4、在EPS中由电动机直接提供转向助力，在停车时间壳获得最大的转向 动力。同时省去了液压动力转向系统的所必须的转向油泵、软管、液压油、 密封件、传送带和装于发动机上的皮带轮等。因此，其质量更轻、结构等紧凑，装配自动化程度高，维修简单。

（5）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。

（6）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.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.

目前，电动助力转向系统有取代机械转向系统、液压助力转向系统和电控液压助力转向系统的趋势，是一项紧扣现代汽车时代发展主题的高新技术，是现代轿车的主要发展方向。

目录

一.电动转向系统的来源及发展趋势。 二.转向系统方案的分析。

1.工作原理的分析。

2.转向系统机械部分工作条件。 3.转向系统关键部件的分析。 4.转向器的功用及类型。 5.转向系统的结构类型。 6.转向传动机构的功用和类型。 三．转向系统的主要性能参数。 1.转向系的效率。

2.传动系统传动比的计算。 3.转向器的啮合特征。 4.转向盘的自由行程。 四．转向系统的设计与计算。 1.转向轮侧偏角的计算。 2.转向器参数的选取。 3.动力转向机构的设计。 4.转向梯形的计算和设计。 五．结论。 六．谢辞。 七．参考文献。

正文

一．电动转向系统的来源及发展趋势。

电动助力转向系统是于20世纪80年代中期提出来的。电动助力转向系统符