汽车电动液压助力转向系统设计(附件)
汽车转向系统是影响汽车操纵稳定性、行驶安全性和驾驶舒适性的关键部分。在追求高节能性、高舒适性和高安全性的今天，电动液压助力转向系统作为一种新的汽车动力转向系统，以其节能、环保、更佳的操纵特性转向路感，成为动力转向技术研究的焦点。
本文通过查阅相关的文献，介绍了EHPS系统的结构组成和工作原理，在参考现有车型的结构数据基础上，设计计算转向系的主要参数，确定转向器的结构参数和动力转向部分结构参数，在分析其助力特性的基础上，设计合理的助力特性曲线，在车速和转向盘角速度的控制策略基础上，提出增加地面摩擦因数和汽车载荷对助力的影响，并通过MATLAB作出电机转速三维图。
关键词 EHPS，结构设计，助力特性，控制策略
目 录
1 绪论 1
1.1 EHPS 结构及工作原理1
1.2 EHPS系统优点2
1.3 本课题的研究意义3
2 EHPS系统方案设计4
2.1 小型汽车整体参数选择4
2.2 EHPS系统方案选择与参数计算4
2.2.1 转向器参数设计计算4
2.2.2 动力转向结构方案的确定8
2.2.3 动力缸的计算10
2.2.4 电动泵的选择12
3 EHPS系统助力特性13
3.1 EHPS助力特性图14
3.2 理想助力特性分析15
4 EHPS系统控制策略分析15
4.1 电机转速曲线的设计15
4.1.1 电机转速和车速的关系16
4.1.2 电机转速和转向盘角速度的关系17
4.1.3 电机转速三维图18
4.2 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
EHPS控制流程20
结论22
致谢23
参考文献24
附录25
1 绪论
传统的液压助力转向系统是利用发动机带驱动转向油泵工作。转向时，液压油经过转向控制阀流入转向助力缸中的一个腔室，而另一腔室有一部分油回流。这样两腔之间就会产生了压力差，从而产生助力。并且传统的液压助力转向只有单一的助力特性，助力不会随着车速的变化而变化，在低速转向轻便性和高速转向稳定性之间，只能采取折中的方法，其结果是汽车在原地转向时助力不足，高速时转向助力过大。为了克服液压动力转向系统在助力特性上的不足，在液压动力转向系统中增加电子控制和执行元件，将车速(或方向盘转速)引入到系统中，实现车速感应型助力特性液压动力转向。这类系统称为电动液压动力转向系统(Electronic Hydraulic power steering system 简称EHPS)。
1.1 EHPS结构及工作原理
电动液压动力转向系统主要通过车速传感器将车速传递给电子元件或微型计算机系统，控制电液转换装置改变动力转向的助力特性，使驾驶员的转向手力根据车速和行驶条件变化而变化，即在低速行驶或急转弯时能以较小的转向手力进行操作，在高速行驶时能以稍重的转向手力进行稳定操作，使操纵性和稳定性达到最合适的平衡状态。电动液压动力转向系统的种类很多，但其基本原理都是通过在油泵或转向器上加装电子执行机构或辅助装置，根据车速控制液压系统的流量或压力。目前使用较多的电动液压动力转向采用直流电动机代替发动机驱动油泵，电动机由蓄电池供电。控制器根据车速信号、转向盘转速信号控制电动机转速，从而控制油泵的流量，达到助力转向的目的。采用电动机驱动油泵后使油泵布置容易，不必布置在发动机附近。在没有转向操作时，电动机以较低转速运转甚至停止运转，因而可以降低能量消耗。
EHPS系统一般由电气装置和机械装置两部分组成，如图1-1所示。电气部分由车速传感器、转角传感器、负载传感器和电子控制单元ECU组成。机械装置包括齿轮齿条转向器（包括转向阀和助力缸）、控制阀、管路和电动泵。而比较先进电动泵把齿轮泵（或叶片泵）、ECU、低惯量、高功率的直流电机和油罐集成在一起，构成集成的电动泵，使得整个总成结构紧凑，质量变得更轻，安装的柔性也大大增强。
图1-1 电动液压助力转向系统原理图
系统工作原理：首先控制器（ECU）根据方向盘角速度传感器、车速传感器和负载传感器等信号计算出合适的电机转速，并调节电机的电压使其达到合适转速。在电机带动下，高压油在液压泵带动下通过出油管进入转向阀，当有转向操作时，转阀阀芯和阀套产生相对运动，导致高压油进入其中一个油缸，使左右两缸产生压力差，从而产生助力，另一个油缸的低压油被压出来回流入液压泵。当无转向操作时，两缸压力相同，高压油不进入油缸，直接通过回油管流回液压泵。
1.2 EHPS系统优点
EHPS系统采用电动机驱动转向液压泵提供可变液压油流量，使车辆具有良好的操作手感，在保证安全稳定的前提下也减小了能源的浪费。EHPS具有如下特点:
1.EHPS系统由传统液压助力转向系统发展而来，HPS系统部件及研究成果经验均可以继续使用，节省了研发成本。
2.结构紧凑，电动泵式的结构使得安装位置不受发动机的影响且节省安装空间，密封式的包装不易受外界环境干扰，
EHPS系统通过软件制定助力特性表，这样便可很方便的调节助力，满足不同操作对象的需要。
4.低速时转向效果不变，高速时可以自动根据车速逐步减小助力，增大路感，提高车辆行驶稳定性。
5.占用空间较小，维护方便，具有较高的性价比。
1.3 本课题的研究意义
随着汽车行业的不断发展和人民生活水平的不断提高，为降低驾驶员的工作强度，保证汽车操纵轻便性和行驶安全性，大部分汽车都采用了液压助力转向系统，由于该系统液压泵一般由发动机通过带轮来驱动，因而存在着发动机低速时液压泵流量较小、高速时液压泵流量较大情况，这与实际转向时要求的低速大流量、高速小流量情况不符。本课题正是沿着这个方向对汽车的转向系统进行了研究，分析常见汽车液压助力转向系统存在的不足，对针对该不足，分析设计汽车电动液压助力转向系统总体方案。通过对系统的控制算法和控制策略的改变，实现一种由电机驱动液压泵工作的助力转向系统，以实现低速大流量、高速小流量目标。
2 EHPS系统方案设计
2.1 小型汽车整体参数选择
汽车的主要参数包括尺寸参数、质量参数和汽车的性能参数。汽车的主要尺寸参数包括汽车的外廓尺寸、轴距、轮距等。汽车车的质量参数包括整车整备质量、汽车的总质量、轴荷分配等。汽车的性能参数和汽车选用的发动机有很大关系。参考华晨宝马320Li车型，具体数据见表2-1所示。
表2-1 华晨宝马320Li整车主数据
参数(mm)
数值
DOHC
最大功率(kw)
135
最大功率转速(r)
5000
最大扭矩（Nm）
270
2.2 EHPS系统方案选择与参数计算
齿数
Z
7
25
模数
3 传能介质的选择
1 绪论 1
1.1 EHPS 结构及工作原理1
1.2 EHPS系统优点2
1.3 本课题的研究意义3
2 EHPS系统方案设计4
2.1 小型汽车整体参数选择4
2.2 EHPS系统方案选择与参数计算4
2.2.1 转向器参数设计计算4
2.2.2 动力转向结构方案的确定8
2.2.3 动力缸的计算10
2.2.4 电动泵的选择12
3 EHPS系统助力特性13
3.1 EHPS助力特性图14
3.2 理想助力特性分析15
4 EHPS系统控制策略分析15
4.1 电机转速曲线的设计15
4.1.1 电机转速和车速的关系16
4.1.2 电机转速和转向盘角速度的关系17
4.1.3 电机转速三维图18
4.2 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
EHPS控制流程20
结论22
致谢23
参考文献24
附录25
1 绪论
传统的液压助力转向系统是利用发动机带驱动转向油泵工作。转向时，液压油经过转向控制阀流入转向助力缸中的一个腔室，而另一腔室有一部分油回流。这样两腔之间就会产生了压力差，从而产生助力。并且传统的液压助力转向只有单一的助力特性，助力不会随着车速的变化而变化，在低速转向轻便性和高速转向稳定性之间，只能采取折中的方法，其结果是汽车在原地转向时助力不足，高速时转向助力过大。为了克服液压动力转向系统在助力特性上的不足，在液压动力转向系统中增加电子控制和执行元件，将车速(或方向盘转速)引入到系统中，实现车速感应型助力特性液压动力转向。这类系统称为电动液压动力转向系统(Electronic Hydraulic power steering system 简称EHPS)。
1.1 EHPS结构及工作原理
电动液压动力转向系统主要通过车速传感器将车速传递给电子元件或微型计算机系统，控制电液转换装置改变动力转向的助力特性，使驾驶员的转向手力根据车速和行驶条件变化而变化，即在低速行驶或急转弯时能以较小的转向手力进行操作，在高速行驶时能以稍重的转向手力进行稳定操作，使操纵性和稳定性达到最合适的平衡状态。电动液压动力转向系统的种类很多，但其基本原理都是通过在油泵或转向器上加装电子执行机构或辅助装置，根据车速控制液压系统的流量或压力。目前使用较多的电动液压动力转向采用直流电动机代替发动机驱动油泵，电动机由蓄电池供电。控制器根据车速信号、转向盘转速信号控制电动机转速，从而控制油泵的流量，达到助力转向的目的。采用电动机驱动油泵后使油泵布置容易，不必布置在发动机附近。在没有转向操作时，电动机以较低转速运转甚至停止运转，因而可以降低能量消耗。
EHPS系统一般由电气装置和机械装置两部分组成，如图1-1所示。电气部分由车速传感器、转角传感器、负载传感器和电子控制单元ECU组成。机械装置包括齿轮齿条转向器（包括转向阀和助力缸）、控制阀、管路和电动泵。而比较先进电动泵把齿轮泵（或叶片泵）、ECU、低惯量、高功率的直流电机和油罐集成在一起，构成集成的电动泵，使得整个总成结构紧凑，质量变得更轻，安装的柔性也大大增强。
图1-1 电动液压助力转向系统原理图
系统工作原理：首先控制器（ECU）根据方向盘角速度传感器、车速传感器和负载传感器等信号计算出合适的电机转速，并调节电机的电压使其达到合适转速。在电机带动下，高压油在液压泵带动下通过出油管进入转向阀，当有转向操作时，转阀阀芯和阀套产生相对运动，导致高压油进入其中一个油缸，使左右两缸产生压力差，从而产生助力，另一个油缸的低压油被压出来回流入液压泵。当无转向操作时，两缸压力相同，高压油不进入油缸，直接通过回油管流回液压泵。
1.2 EHPS系统优点
EHPS系统采用电动机驱动转向液压泵提供可变液压油流量，使车辆具有良好的操作手感，在保证安全稳定的前提下也减小了能源的浪费。EHPS具有如下特点:
1.EHPS系统由传统液压助力转向系统发展而来，HPS系统部件及研究成果经验均可以继续使用，节省了研发成本。
2.结构紧凑，电动泵式的结构使得安装位置不受发动机的影响且节省安装空间，密封式的包装不易受外界环境干扰，
EHPS系统通过软件制定助力特性表，这样便可很方便的调节助力，满足不同操作对象的需要。
4.低速时转向效果不变，高速时可以自动根据车速逐步减小助力，增大路感，提高车辆行驶稳定性。
5.占用空间较小，维护方便，具有较高的性价比。
1.3 本课题的研究意义
随着汽车行业的不断发展和人民生活水平的不断提高，为降低驾驶员的工作强度，保证汽车操纵轻便性和行驶安全性，大部分汽车都采用了液压助力转向系统，由于该系统液压泵一般由发动机通过带轮来驱动，因而存在着发动机低速时液压泵流量较小、高速时液压泵流量较大情况，这与实际转向时要求的低速大流量、高速小流量情况不符。本课题正是沿着这个方向对汽车的转向系统进行了研究，分析常见汽车液压助力转向系统存在的不足，对针对该不足，分析设计汽车电动液压助力转向系统总体方案。通过对系统的控制算法和控制策略的改变，实现一种由电机驱动液压泵工作的助力转向系统，以实现低速大流量、高速小流量目标。
2 EHPS系统方案设计
2.1 小型汽车整体参数选择
汽车的主要参数包括尺寸参数、质量参数和汽车的性能参数。汽车的主要尺寸参数包括汽车的外廓尺寸、轴距、轮距等。汽车车的质量参数包括整车整备质量、汽车的总质量、轴荷分配等。汽车的性能参数和汽车选用的发动机有很大关系。参考华晨宝马320Li车型，具体数据见表2-1所示。
表2-1 华晨宝马320Li整车主数据
参数(mm)
数值
DOHC
最大功率(kw)
135
最大功率转速(r)
5000
最大扭矩（Nm）
270
2.2 EHPS系统方案选择与参数计算
齿数
Z
7
25
模数
3 传能介质的选择
版权保护: 本文由 hbsrm.com编辑，转载请保留链接: www.hbsrm.com/jxgc/qcgc/1680.html
