电动助力转向系统转向性能的客观评价_百度文库
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电动助力转向系统转向性能的客观评价
汽​车​ ​电​动​助​力​转​向​ ​性​能​评​价
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轮式车辆遥控转向系统设计研究
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3秒自动关闭窗口　　摘要：汽车转向系统是车辆安全行驶的前提保障，介绍了汽车转向系统的组成以及工作原理，分析不同转向系统的优、缺点，同时指出" />
论文发表、论文指导
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车辆转向系统的研究
&&&&&&本期共收录文章20篇
　　摘要：汽车转向系统是车辆安全行驶的前提保障，介绍了汽车转向系统的组成以及工作原理，分析不同转向系统的优、缺点，同时指出未来汽车转向系统的发展趋势以及有待解决的问题。 中国论文网 /1/view-4999142.htm　　关键词：转向系统；机构；驱动；控制 　　1.引言 　　随着科学技术的发展车辆已经成为人们不可或缺的工具，车辆在路面上的行驶方向是通过转向系统来控制的，转向系统的性能直接决定了车辆安全可靠性。加之转向系统良好的操纵性能，使得车辆可以适应不同的路况，从而提高车辆的燃油经济性和减少轮胎的磨损。当今社会，人们生活质量的提高，使得市场对车辆的舒适性要求越来越高，一个优秀的转向系统可以使驾驶员更加便捷，轻巧的操纵车辆。因此对车辆转向系统的研究极其重要。 　　2.转向的基本要求及其关键技术 　　为了车辆转向时实现无侧滑转向，前轮定位角要求必须等于零，使车辆拥有刚性的行走系统，当无侧向力时，所有车轮以同一瞬时中心相对地面作圆周滚动。设计时要求满足阿克曼特性公式： 　　图1 转向示意图 　　Fig 1 Schematic diagram of steering 　　两轮车辆转向是由转向机构带动的，为了减小车辆转向时的侧滑现象，应尽可能使车辆在整个转向过程中满足阿克曼特性公式。因此车辆转向系统的关键技术是：（1）从运动角度分析，设计时车辆转向系统的结构应精确的满足阿克曼特性公式（2）从机构和系统的角度分析，转向系统应满足图2的相互关系。 　　图2 转向传动系统的组成 　　Fig2 Composition of Steering System 　　3.转向系统 　　3.1. 机械转向系统 　　机械转向系统是一种最基本的转向系统，结构设计简单，主要依靠驾驶员的臂力操纵，没有设计任何的助力系统。机械转向系统设计时可以通过增加转向器的角传动比来解决其笨重的问题，但同时也会造成转向系统反应迟缓。机械转向系统已经不能够适应车辆的发展。因此，助力转向系统应运而生。 　　3.2.液压动力转向系统 　　液压动力转向系统（Hydraulic Power Steering System，HPS）是在机械转向系统的基础上，通过增加液压动力装置，使得转向系统更加轻便。液压动力装置主要由转向控制阀，油泵，动力缸，储油罐和进回油罐管路等组成。转向控制阀根据转向盘的力矩和转向的不同调节油压的大小，从而控制助力的大小。液压动力转向系统的油泵直接由发动机控制，即使车辆没有转向，油泵也依然在运转，经济性差，污染严重；助力的大小不能随车速的变化而调整，导致轻便性和路感之间不能协调一致；低温时助力系统性能下降。 　　3.3.电控液压动力转向系统 　　电控液压动力转向系统（Electro Hydraulic Power Steering System，EHPS）是设计者为了解决液压动力转向系统的经济性，环保性等方面的不足，在其基础上增加了电子控制单元和执行元件，通过电子控制单元和执行件将车速信号传给系统。电控液压动力转向系统根据车速信号的改变控制助力的大小，从而满足转向的轻便性和路感双重要求。当车速低时，提供较大的助力；反之，提供较小的助力。虽然如此，电控液压动力转向系统依然存在助力特性不能改变，低温性能下降等缺点。 　　3.4.电动助力转向系统 　　电动助力转向系统（Electric Power Steering System，EPS）是以机械转向系统为基础，以电池带动电动机提供助力。EPS系统可以分为齿轮助力式，转向管柱助力式，齿条助力式三种类型。但其基本结构都由车速传感器，助力电动机，转矩传感器，控制器及减速机构等组成。当转向力矩大时，助力传感器将信号传输给系统，从而控制助力电动机提供较大的助力，反之，提供较小的助力；EPS系统根据车速传感器将信号传递给系统，车速快时，助力器提供较小的助力，车速慢时，提供较大的主力。通过车速传感器和转矩传感器之间的相互配合，从而使转向系统轻便、灵活，路感良好。 　　相比液压动力转向系统和电控液压动力转向系统，EPS系统拥有良好的路感和轻便性，操作性能好；该系统由计算机控制，助力特性可以随车况自行更改匹配，且电动机只在转向时开始工作，减少了能量损耗；EPS系统结构紧凑，方便模块化安装，节省成本；在低温环境下工作性能良好且该系统无污染。EPS系统在车辆制造业的应用前景还有待深入研究和开发。 　　3.5.四轮转向系统 　　四轮转向系统（4WS）是为了车辆在行驶中拥有良好的稳定性和操作性，后轮直接参加转向的系统。后轮通过控制侧向运动和质心侧偏角，来使航向角和方向角重合。低速时，后轮附加一个与前轮转角相反的转向角，减小车辆的转弯半径；高速时，前、后四轮进行同相位转向，提高转向时的响应指标。所以四轮转向系统具有反应快，操作性强，稳定性高，转向能力好，低速机动性好等特点。 　　四轮转向系统按转向盘的转动量传递途径及动力来源可分为集中驱动四轮转向系统和分散驱动四轮转向系统： 　　集中驱动四轮转向系统，前、后轮转向机构的转动量是通过机械链传递的，结构如图3所示。集中驱动四轮转向系统可分为机电控制式和机械式两种： 机械式没有电子控制单元和执行件，该类型结构简单，成本低，但转向与车速无关，稳定性和路感差，只有极少数低端车辆应用。机电控制式应用电子控制元件，将车速信息通过车速传感器传递给系统。当车较速低时，提供较大的助力；车速较高时，提供较小的助力，机电控制式相对机械式稳定性、操作性高，且能耗较低。 　　图3集中驱动四轮转向系统示意图 　　Fit3 Centralized Driving Steering System for 4WS 　　分散驱动四轮转向系统，前轮的转向动力直接由转向盘提供，通过机械传动链使转向盘的转动量与前轮偏转方向及偏转角形成固定的关系；后轮的转向动力由电动机或液压系统提供，电子控制元件通过收集转向信息和车况来控制后轮的转向和偏转量。分散驱动四轮转向系统结构如图4所示。分散驱动四轮转向系统前，后轮动力来源不同，之间没有通过机械链形成固定的转向关系，所以操作灵活，反应快，适应性强，但成本相对较高。
　　图4分散驱动四轮转向系统示意图 　　Fig4 Decentralized drive Steering System for 4WS 　　3.6.主动前轮转向系统 　　传统的转向系统是传动比固定的转向系统，低速时灵敏度低，转向费力；高速时，灵敏度高，稳定性差。为了避免传统转向系统的矛盾，德国宝马和ZF公司合力开发了主动前轮转向系统（Active Front Steering System，AFS）。通过在转向盘和齿轮齿条转向机之间的转向柱上集成一套双行星齿轮机构，使转向系统的传动比可动。主动前轮转向系统可以在驾驶员通过转向盘施加给前轮转向角的基础上，通过双行星齿轮机构给前轮附加一个转向角。双行星齿轮机构由两个输入轴，和一个输出轴组成。其中一个驱动轴驱动行星架转动，另一个驱动轴直接与转向盘相连。汽车的转向角是由输出轴输出的，输出的角度是行星架转向角度和转向盘转角叠加之和。低速时，行星架附加转角和转向盘转角方向相同，转向力需求减少，灵敏性高；高速时，行星架附加转角和转向盘转角方向相反，减少实际转向角度，汽车的稳定性和安全性更加可靠。 　　主动前轮系统随着车辆的速度变化自动调节转动比，低速时，减小传动比，提高转向反应速度；高速时，增大传动比，提高车辆的稳定性。当汽车处于危险工作状况下，主动前轮系统通过双行星齿轮机构主动改变转向盘的转角使与理想的车辆特性一致，增加车辆的安全性。双行星齿轮机构制造成本高，目前只能应用在高端车上。 　　3.7.线控转向系统 　　线控转向系统（Steer-by-Wire system，SBW）是一种取消转向盘和转向轮机械连接的系统，主要由转向盘总成、控制器、前轮转向总成组成。转向盘总成里的转角传感器将转向信息传给控制器，由控制器通过前轮转向总成控制车辆转向。线性控制系统因为取消了转向盘和转向轮机械连接，发生碰撞时，减少了转向柱对人体的伤害，且电子控制设备能精确的控制转向角的大小，安全性高。因为电子控制设备占用空间少，布置方便，使腿部活动空间增大，舒适性增强。但是由于取消转向盘和转向轮机械连接，当车辆电子控制设备失效时，车辆将会失去控制。由于电子控制设备制造成本昂贵，线控转向系统现在还不能大规模应用。随着技术的发展，线控转向系统将拥有广阔的应用空间。 　　4.转向系统安全性设计 　　在车辆底盘的设计中，转向系统的设计是一个很重要的环节。转向系统设计直接车辆影响安全性、可靠性和操纵舒适性，且影响车辆的开发成本和后期能耗。车辆是一个关乎公共安全的交通工具，所以车辆转向系统的安全可靠性至关重要。转向系统包括转向盘、转向柱、转向器、转向摇臂和转向横拉杆等，其中转向柱和转向盘的设计直接影响车辆的安全系数。 　　4.1.转向柱的设计 　　生活当中车辆发生正面冲撞时，转向柱的方向会偏向驾驶员，危机驾驶员的生命。为了解决这一问题，设计时我们通过在转向柱的套筒间放置几排小球，小球的直径要求稍大于放置空间，当转向柱轴向压缩时，金属球引起套筒的塑性变形，吸收能量，从而减小对驾驶员的冲击伤害。 　　4.2.转向盘的设计 　　通过统计表明，当车辆发生安全危险时，冲撞方向，转向盘相对驾驶员的方向，冲击力的大小都会影响驾驶员的安全。但是经过对大量数据的分析和实验显示“自对正转向盘”安全性能最好，所以现在大多数车量都采用自对正转向盘。在实际生产使用中车辆转向盘还需加装安全气囊，减少驾驶员的二次损害。 　　5.转向系统的发展趋势 　　新型转向系统为了减少转向时的误差和转向柱磨损，设计时会大量应用电子控制元件。电子控制元件的应用可以使转角精确控制，大大提高车辆的舒适性和安全性，所以大规模的电路集成转向系统将是未来转向系统发展重要趋势。 　　参考文献： 　　[1]胡爱军.电动助力转向系统匹配优化及控制[D].北京：北京理工大学，2008. 　　[2]袁传义，陈龙.主动悬架与电动助力转向系统模糊集成控制[J].江苏大学学报.）：29-32. 　　[3]赵万忠，徐晓宏，赵婷，王春燕，于蕾艳，李怿骏.新型汽车动力转向技术发展综述[J].汽车工程学报..
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基于动态分析的电动助力转向系统设计与研究
华中科技大学机械科学与工程学院
文章摘要: 介绍了电动助力转向系统的组成及原理，通过对电动阻力转向系统动力学和车辆横向动力学的分析，得到了装有电动助力转向系统车辆的横摆角速度增益函数。在分析影响系统响应速度的因素的基础上，提出了对电动助力转向系统改进设计的办法。 (共3页)
文章关键词:15多轴低速车辆液压转向系统设计1.32-第6页
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15多轴低速车辆液压转向系统设计1.32-6
2.3.3重合度的计算；在齿轮实际啮合传动中，通常把实际啮合线段和法向齿；重合度的计算公式为：；na2???=??Z1?ta?t?a?n??Zn；??为啮合角；Z1、Z2及?a2、?a2分别为齿轮1、2的齿数；Z1=14；Z2=112；ra1=r1+m=63+9=72mm；ra2=r2+m=504+9=513mm；?a1=arccos?r1cos???/ra
2.3.3 重合度的计算在齿轮实际啮合传动中，通常把实际啮合线段和法向齿距的比值??称为齿轮传动的重合度[16]。重合度的计算公式为：na2?
??=??Z1?ta?t?a?n??Zn???t?n??
（2-7） ?2?ta?a2?a???为啮合角Z1、Z2及?a2、?a2分别为齿轮1、2的齿数及齿顶圆压力角。Z1=14；Z2=112ra1=r1+m=63+9=72mmra2=r2+m=504+9=513mm?a1=arccos?r1cos???/ra1?=34.6912?a2=arccos?r2cos???/ra2?=22.6005代入以上数据可计算出重合度值为：??=1.66362.4 齿轮转向机构的润滑齿轮是汽车、摩托车、工程机械等机械制造行业重要的基础传动元件，在工业发展的历史长河中发挥了十分重要的作用。它与皮带、摩擦、液压等机械传动相比具有功率范围大、传动效率高、传动比准确、使用寿命长、安全可靠等特点。因此，它已成为许多机械产品不可缺少的传动部件。齿轮的润滑成为齿轮传动中的重要问题，润滑不仅可以减少摩擦、减轻磨损；还可以起到冷却、防锈、降低噪声、改善齿轮的工作状况，延长齿轮的使用寿命等作用。所以齿轮的润滑技术一直是各国学术界和企业界关注和研究的热点所在。2.4.1 齿轮传动润滑的意义资料显示，机器故障的 34.4%源于润滑不足，19.6%源于润滑不当；换言之，约54%的机器故障是由于润滑问题所致。因此齿轮润滑对齿轮传动具有极其重要的意义，为了保证齿轮正常运行和提高其使用寿命，必须高度关注齿轮润滑技术。含有极压抗磨添加剂的齿轮润滑油在齿轮润滑方面得到了高度重视并获得了广泛应用。通过优化齿轮材料选择、优化齿轮参数、提高齿轮制造精度、降低齿面粗糙度、采用含有极压抗磨剂的齿轮油可以达到提高齿轮抗磨性能和抗胶合能力的目的，同时，采用含有极压抗磨剂的齿轮润滑油润滑时具有明显的成本优势。研究表明，采用新型润滑油添加剂完全可以避免普通齿轮在各种工况条件下的胶合，并最大限度地降低齿轮磨损，满足保护齿轮齿面和延长齿轮寿命，降低维护费用的要求。可以认为，齿轮在啮合过程中因摩擦而产生的接触区局部适当高温不仅无害，反而有利于形成保护膜。极压抗磨添加剂在齿面局部高温条件下更易使齿面金属发生摩擦化学反应，形成压缩强度高、剪切强度低的化学反应膜，从而保护了齿轮齿面，避免齿轮过渡磨损和胶合。新型齿轮润滑油的抗磨承载作用及其对齿面的保护作用远非传统齿轮润滑油可比[17]。就齿轮传动而言，合理润滑具有不可替代的重要作用，否则将严重影响齿轮的运转，甚至导致企业的生产线停止运转。2.4.2 齿轮的润滑方式油浴润滑：以齿轮箱体作为储油池，使齿轮浸入油池一定深度，利用齿轮在旋转过程中产生的离心力将油池中的油飞溅到需要润滑的部位，这就是齿轮的油浴润滑。这种润滑方式简单，适用于速度不高、独立工作的中小型齿轮箱；其关键在于必须保持适当的齿轮转速，以保证润滑油飞溅到齿轮需要润滑的部位；齿轮速度太低则达不到溅油要求，而速度太高往往导致润滑油甩离齿面并增大油耗，难以满足润滑要求。循环润滑：循环润滑采用独立的润滑系统，润滑油通过油泵输送到齿轮箱，随后循环回流至油箱，从而实现循环润滑。采用循环润滑可以在满足润滑要求的同时起到冷却和冲洗齿面的作用，适用于大型生产线和需要采用集中润滑的部位。循环润滑适用于圆周速度高、功率较大的齿轮传动。油雾润滑：油雾润滑以压缩空气为动力，使润滑油成为粒径2μm 以下的颗粒状油雾，油雾随压缩空气分散到需要润滑的部位，从而获得良好的润滑效果。采用油雾润滑可以有效地减少润滑油消耗，降低成本。油雾润滑常用于传动精度要求高、传动效率适中、容易泄漏的齿轮润滑，多用于冶金工业油气润滑：油气润滑与油雾润滑相似，首先将润滑油和压缩空气引入油气混合器，利用压缩空气将润滑油分散成油滴并附着于管壁，使润滑油呈现雾状，以压缩空气作为动力，以每小时5 到10ml 的量进行喷射，输送到齿轮的啮合部位。由于这些油有极性，尽管是极微量，也可以使边界润滑的效应大幅度提高。由于油气润滑不受润滑油黏度的限制，不存在高黏度油雾化难的问题，且无油雾、污染小、耗油量低，是一种较为经济的润滑方式。离心润滑：在齿轮底部钻若干个径向小孔，利用齿轮旋转时产生的离心力将润滑油从小孔甩出至齿轮的啮合齿面，这就是离心润滑。利用离心润滑可以使润滑油在离心力作用下起到连续的冲洗和冷却作用，并可将高黏度的润滑油引入啮合齿面，防止高速齿轮因离心力作用而引起的齿面润滑不良。该润滑方式功率损失小，并可以有效地缓冲振动；其缺点在于引入了齿底钻孔额外工序，并必须配置供油设备。故常用设备很少采用该种润滑方式。润滑脂涂抹润滑：除油润滑外，润滑脂润滑亦广泛用于各种机械设备的齿轮润滑，如炼钢车间的转炉倾动机构的齿圈啮合的润滑，某些蜗轮蜗杆装置的润滑及低速重负荷齿轮润滑。实践证明，对高温、中载、低速、真空和容易泄漏的齿轮装置采用润滑脂润滑既可减轻磨损，又可避免漏油，从而保证润滑的可靠性。润滑脂喷射润滑：润滑脂喷射润滑是以压缩空气为动力，由机械泵将润滑脂输送至待润滑部位。润滑脂被压缩空气直接喷射到齿轮啮合部位，由于可以任意控制供油量，因此可以保证润滑的可靠性，获得较好的润滑效果。该润滑方式特别适合于冶金、矿石、水泥、化工和造纸等工业领域的大型齿轮特别是大型开式齿轮的润滑。固体润滑：固体润滑适用于负荷轻、运转平稳、要求无泄漏的圆柱齿轮减速器。常用的固体润滑剂为二硫化钼、石墨或由固体润滑剂与黏结剂等制备的黏结固体润滑涂层。此外还可以采用粉末状固体润滑剂飞扬润滑[17]。2.4.3 齿轮转向机构润滑方式的选择自行式平板运输车的齿轮转向机构属于低速重载开式齿轮传动，传动速度较低（齿轮转速为2~32 r/min），这种机构通常采用人工定期加油润滑。而且，开式齿轮传动中易落入尘、屑等外部介质而造成润滑油污染，齿轮易产生磨粒磨损。当对开式齿轮采取覆盖挡尘后，在相同的工作条件下开式齿轮的润滑要求与闭式齿轮相同。开式齿轮传动通常使用高粘度油、沥青质润滑剂或润滑脂，并在比较低的速度下能较为有效的工作。在选取开式齿轮传动润滑油时应考虑下列因素：封闭程度；圆周速度；齿轮直径尺寸；环境；润滑油的使用方法；齿轮的可接近性。根据以上润滑方式的特点和适用范围，再由自行式重型平板车齿轮转向结构特点和工作要求，选择齿轮的润滑方式为润滑脂润滑。润滑脂具有独特的性能，在齿轮传动中得到广泛应用。将润滑脂用于齿轮润滑可以避免漏油，并避免倒置齿轮发生泄漏，所以适于应用在易发生泄漏或造成润滑污染的传动场合；润滑脂的适用寿命长、供油次数少；润滑脂对应的油膜厚度比润滑油大，有利于在冲击负荷条件下保持良好的润滑性能；与润滑油相比，润滑脂的适用温度范围较宽。缺点是搅拌阻力大、发热量大、不适用于高速齿轮润滑等。由上所述可知，选择润滑脂涂抹润滑或润滑脂喷射润滑作为齿轮转向机构的润滑方式较为合适[18]。2.5 本章小结齿轮传动是各种机械应用最为广泛的传动形式，它具有效率高、结构紧凑、传动比稳定，可靠性高等特点。齿轮转向机构在自行式平板车上的应用也很普遍，本文根据车架结构设计了行星外啮合式齿轮转向机构，大齿轮固定在车架上，是太阳轮，小齿轮通过键装配在马达上，为主动行星轮，马达固定在与悬架焊接的转向臂上。根据机械设计手册设计出齿轮系的具体参数，并进行弯曲强度校核计算，最终确定大小齿轮的模数为10，传动比为8，齿数为112 和14，为增强小齿轮强度，对齿轮系采用了高度变位，小齿轮采用正变位，大齿轮采用负变位。由转向阻力矩及齿轮传动比确定出齿轮的各项尺寸和装配方案，齿轮的润滑方式选择润滑脂涂抹润滑或润滑脂喷射润滑。包含各类专业文献、中学教育、专业论文、高等教育、生活休闲娱乐、幼儿教育、小学教育、15多轴低速车辆液压转向系统设计1.32等内容。　
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