汽车电动助力转向系统(EPS)机械及控制设计

目 录 中文摘要 Ⅰ ABSTRACT Ⅱ 绪论 1 1.1转向系统的分类 1 1.2电动助力转向系统的发展现状 2 1.3 EPS的分类 2 1.3.1转向轴助力式 2 1.3.2转向小齿轮助力式 2 1.3.3转向齿条助力式 3 1.4 电动助力转向系统的优点 3 1.5电动助力转向系统的工作原理 4 2.系统设计 5 2.1电动助力转向系统选型 5 2.2机械部分系统设计 5 2.2.1设计要求分析 5 2.2.2实现形式 5 2.3控制部分系统设计 7 2.4电动转向系统总体设计 7 3.主要零部件选型 9 3.1主要机械部件选型 9 3.1.1直流电机选型 9 3.1.2电磁离合器的选型 11 3.1.3 转矩传感器选型 12 3.2 主要控制芯片的选型 14 3.2.1 单片机 14 3.2.2数模D/A转换器及模数A/D转换器 15 3.2.3 锁存器 17 3.2.4 STK6855电机控制芯片 18 3.2.5 TL494电机调速芯片 19 3.2.6LM224放大器 19 3.2.7场效应管 20 3.2.8稳压芯片 20 3.2.9主要选购件列表 21 4．机械设计部分 22 4.1 减速机构设计 22 4.1.1 减速器结构设计 22 4.1.2 减速器齿轮齿圈设计 23 4.1.3 强度校核 26 4.2传动锥齿轮设计 31 4.2.1外形尺寸设计 31 4.2.2锥齿轮校核 33 5.电路设计 35 5.1信号采集及A/D电路设计 35 5.2信号发送及D/A电路设计 36 5.3电机正反转电路设计 37 5.4 电磁离合器驱动电路设计 39 5.5电源控制电路设计 40 5.6 总电路设计 40 6. 程序设计 42 6.1 电动转向系统的助力曲线 42 6.2程序的前期数学处理 43 6.3 程序框图 46 6.4程序 48 6.5程序结果验证 54 6.6 助力曲线分析 58 参考文献 59 2.系统设计 2.1电动助力转向系统选型 如我们前面绪论中讲到，电动助力转向系统分为转向轴式、转向小齿轮式、转向齿条式。本次设计中，我们选择转向轴式的助力方式。 转向轴式电动助力转向系统虽然提供的助力没有其它两种方式提供的助力大，但在安装方面要方便的多。再者，这次设计的电动助力转向系统主要是针对经济型轿车来进行开发的，其空间相对较小，空间问题是我们要考虑的重点问题。转向轴式对空间紧凑的经济型轿车很适合。 2.2机械部分系统设计 2.2.1设计要求分析 机械部分是电动助力转向系统的执行部分，ECU发出的控制指令最终都要由它来完成。根据转向系统的要求，在满足传统的转向系的要求之外，还要求机械部分必须具有以下性能： 1）反应灵敏，因为汽车的转向是一个动态的过程，如果转向操作的滞后性太大，会造成很大的转向误差，使转向失真，影响行驶的安全。 2）传动的可逆性，汽车转向系统要求在不同的路面上有不同的路感，由于我们在传统的机械齿轮齿条转向系的基础上添加了助力部分，有可能使转向系统的“路感”变差。因此，在设计的时候必须要考虑到转向路感的问题。作用在车轮上的力，必须部分的传递到方向盘上。 3）噪声低，我们添加的助力部分距离驾驶员很近，如果噪声太大对驾驶员的驾驶会造成很大的影响。再者，过大的震动会通过转向轴传递到转向盘，使转向盘产生强烈的震动，影响驾驶的安全性和驾驶乐趣。