毕业设计（论文）汽车转向系统的性能分析

1、目 录中文摘要、关键词.1英文摘要、关键词.2引言.3第1章 绪论.4 1.1汽车转向系统的国内外研究现状.4 1.1.1国外研究现状.4 1.1.2国内研究现状.5 第2章 汽车转向系统的基本理论.72.1汽车转向系统的基本概念.72.1.1汽车转向系统的定义.72.1.2汽车转向系统的作用.72.1.3汽车转向系统的分类.72.1.4汽车转向系统的基本组成.72.2机械式转向系统简介及其工作原理.82.3动力转向系统简介及其工作原理.92.3.1液压助力转向系（hps）.92.3.2电液助力转向系统.92.3.3电动助力转向系统(简称eps) .9 2.3.4线控转向系统（电子转向系统）.

2、11第3章 汽车转向系统性能优劣的比较及其决定因素分析.12 3.1各转向系统性能优劣的比较.12 3.1.1机械转向系统.12 3.1.2液压助力转向系统.123.1.3电液助力转向系统.133.1.4电动助力转向系统.133.1.5线控转向系统.133.2汽车转向系统性能优劣的决定因素分析.143.2.1电控液压助力转向系统.143.2.2电动助力转向系统.153.2.3线控转向系统.17第4章 汽车转向系统常见故障原因及其解决方法.20 4.1全液压转向系统常见故障原因分析及排除措施.204.1.1转向沉重.204.1.2转向轮跑偏.21 4.1.3左右转向轻重不同.22 4.1.4快转

3、时方向盘感到沉重.22 4.1.5转向时有噪音. .22 4.1.6转向轮晃动严重.23 4.1.7前轮摆头.23 4.1.8方向盘自转不能回到中立位置.23 4.1.9方向盘旋转无死点.244.2动力转向系统的常见故障及解决方法.244.3汽车转向系统的日常维护.25第5章 结论与展望.275.1主要结论.275.2汽车转向技术展望.27致谢.29参考文献.30汽车转向系统的性能分析摘要：汽车转向系统的发展经历了从简单的机械式转向系统、液压助力转向系统、电控液压助力转向系统，到更为节能、操纵性能更好的电动助力转向系统(简称eps)这几个阶段以及代表未来汽车转向系统发展趋势的线控转向系统（电子

4、转向系统）。汽车转向系统的性能好坏直接关系到汽车的操纵稳定性和安全性，因此对整个汽车来说对其转向系统进行研究意义重大。论文首先总结汽车转向系统的研究现状及发展趋势；其次阐述汽车转向系统的基本理论，对各种汽车转向系统的基本构成、工作原理、性能优劣及决定因素等方面进行对比分析；然后对汽车转向系统常见故障及其原因和解决方法进行分析总结；最后对转向系统发展做出展望，以期能对日后的研究有一定的借鉴和指导意义。关键词：转向系统 助力转向 性能比较 工作原理 常见故障analysis on the performance of the automotive steering systemabstract：t

5、he development of automotive steering system has experienced purely mechanical steering system, hydraulic pressure-powered steering system, electric hydraulic pressure-powered steering system. now it turns to electric power steering system, which is more energy efficient and easier to operate. and s

6、teer-by-wire system, which represents the trend of steering system in the future. the performance of automotive steering system has the direct influence on the stability and security of the operation, and therefore has great significance for the whole car. in this paper it firstly summarizes the pre

7、sent research situation and development trend about automotive steering system, secondly elaborates the basic theory of various automotive steering systems, the basic structure, working principle, performance comparison and studies the deciding factor analysis, then summarizes the common faults of s

8、teering system and its reasons , and analysis the common faults to solve them, finally summarizes the steering system development prospect in the future, in order to study the reference and guidance.key words：steering system; power-assisted steering; performance comparison; working principle; common

9、 faults 引 言在汽车行驶过程中，经常需要改变行驶方向，进行转向运动，驾驶员通过对方向盘的操纵来对转向运动进行控制，从而使车辆按照驾驶员意图进行动作。 汽车转向系统的功能就是使车辆在行驶过程中按照驾驶员意图来实现车辆的转向功能:在各种运行工况下将路面信息反馈给驾驶员，使驾驶员获得真实的“路感”信息;配合行驶系统在受到路面冲击和意外的情况下对车辆进行控制，保持车辆行驶过程中的操纵稳定性和安全性。 因此，转向系统是任何车辆都不可或缺的组成部分，转向系统设计的好坏直接关系到车辆的操纵稳定性、安全性等整车性能，特别是汽车向智能化方向发展，现代汽车电子技术、计算机技术及控制技术的发展对汽车电子系统

10、的推动，如何设计现代汽车转向系统已经成为当前众多汽车厂家和科研机构的重要课题。 本论文就是在这样的背景下开展对汽车转向系统的研究的。通过对各种汽车转向系统的硬件构成、控制理论、性能优点等方面的特性进行分析对比，以期能获得比目前转向系统更加优越的性能，满足广大用户对车辆操纵稳定性、安全性、燃油经济性等方面提出的新要求。第1章 绪 论1.1 汽车转向系统的国内外研究现状随着汽车工业的迅猛发展作为汽车关键部件之一的转向系统也得到了相应的发展。汽车转向系统经历了机械式转向系统、液压助力转向系统（hps）、电控液压助力转向系统（ehps）、电动助力转向系统（eps）及代表未来研究方向的线控电动转向系统（

11、sbw）。1.1.1国外研究现状 eps是继液压助力转向系统后产生的一种动力转向系统。从上个世纪50年代开始，汽车工程师就开始对电动助力转向产生兴趣。但是由于成本等原因，一直很难设计生产出在性能和价格比上可以与液压助力转向系统匹敌的电动助力转向系统。经过二十几年的发展，eps技术日趋完善，其应用范围己经从最初的微型轿车向更大型轿车和商用客车方向发展，如本田的accord和菲亚特的punto等中型轿车已经安装eps，本田甚至还在其aucra nsx赛车上装备了eps,eps的助力型式也从低速范围助力型向全速范围助力型发展，delphi为punto车开发的eps属全速范围助力型，其控制形式与功能也

12、进一步加强，并且首次设置了两个开关，其中一个用于郊区，另一个用于市区和停车。当车速大于70km/h后，这两种开关设置的程序则是一样的，以保证汽车在高速时有合适的路感。这样即使汽车行驶到高速公路时驾驶员忘记切换开关也不会发生危险。市区型开关还与油门相关，使得在踩油门加速和松油门减速时，转向更平滑。日本早期的eps仅仅在低速和停车时提供助力，高速时eps将停止工作。新一代的eps则不仅在低速和停车时提供助力，而且还能在高速时提高汽车的操纵稳定性。如铃木公司装备的一款eps是一个负载一路面一车速感应型助力转向系统。 二十世纪六十年代末，德国kassel mann等人设计出将方向盘与转向车轮之间用电线

13、传递控制信号来代替原有的机械连接的主动转向系统，随后世界各大汽车厂家、研发机构都不甘落后。宝马、戴姆勒一克莱斯勒、zf、 delphi、trw、本田等各大汽车公司以及日本的koyo精工技术研究所、日本国立大学在内的科研机构均对汽车电子转向系统的可行性及性能特点做了深入的研究。2001年在日内瓦举行的第71届国际汽车展览会上，意大利bertone汽车设计开发公司展示了其新型概念车“filo”。该概念车所有的操控动作均由导线传递即采用的“drive by wire”技术。而宝马汽车公司在其概念车“bmw - z22”上应用“steering by wire”技术即电子转向系统，使转向盘的转动范围减

14、少到了160度，从而能够使车辆做紧急转向时驾驶员的负担降低。 日本的koyo研究所也开发出了自己的电子转向系统，在该系统中仍然保留了转向盘与转向轮之间的机械连接部分，以保证转向系统的安全可靠性能。只有当电子转向系统线控部分失效时才通过一套离合机构，将机械转向接通。他们的研究、实验结果表明:利用电子转向系统进行主动控制的汽车，在摩擦系数很小的坚实雪地上进行蛇行、移线、侧向风试验中基本按照预定的轨迹行驶，比传统转向系统在路线跟踪性能上有较大的提高。在对开路面上进行制动试验也能基本保证汽车的直线行驶，制动距离也大大缩短。他们做了在只有abs、在abs的车上加装稳定性控制、在abs的车上安装电子转向系

15、统三种情况下紧急制动的实验，此实验结果表明第三种情况下即在abs的车上安装电子转向系统时刹车效果最好。2002年9月在巴黎车展上，美国通用汽车公司首次向全球展出了其电子转向 操控燃料电池概念车hy-wire ，hy-wire为hydrogen与by wire的组合词，即标示该概念车为氢燃料驱动和线传操控(电子转向系统)，该车没有操作踏板，仅有一个称为“x- drive”的电控操作面板。其操控彻底摒弃了转向、加速和制动等机械操控方式，完全采用电子控制方式，使汽车无论在内部空间的设计、总布置设计还是车身设计上均发生了历史性的改变，它也预示着电子转向技术的发展蕴涵着巨大潜力。1.1.2 国内研究现状

16、 但是在我国，电动助力转向的开发还处于起步阶段，并且处于实验室研究阶段，仅有为数不多的院校开展了电动助力转向系统的研究。清华大学汽车系在eps领域进行了卓有成效的研究，并取得了很大的进展，在控制策略、电动助力转向硬件及台架方面，目前处于国内研究的前列。1993年，清华大学汽车工程系的教授指导硕士研究生进行了eps系统的探索性研究，清华大学的季学武教授还申请了“一种车用光电式扭矩传感器”专利，因为扭矩传感器一直是电动助力转向的核心部件。吉林大学也进行电动助力转向系统的研究，并制作了试验台架，取得许多的试验数据，为下一步的研究开发提供有用的试验数据。武汉理工大学、华中科技大学、江苏理工大学和天津大

17、学也对电动助力转向系统的转向特性和转向盘力等进行了理论方面的研究。合肥工业大学机械汽车学院完成了转向系运动学、动力学分析计算，提出了关于eps的控制策略，并在汽车转向试验台上对控制策略进行了检验，同时进行了道路试验证明其合理性，为eps的产品化奠定了坚实的基础。这些研究都对下一步的电动助力转向的研究打下了一定的基础。但是关于电动助力转向系统，国内的文献大多集中在控制策略、系统的建模与仿真以及软硬件方面的研究，对助力特性曲线方面的研究很少，只有几篇文献提到了转向助力特性曲线，但也只是仅就其中的某一方面进行了讨论，对电动助力转向系统中助力特性曲线的研究还基本处于空白：一是车速对助力增益的影响不清楚

18、；二是助力特性曲线确定的理论依据不明确，都没有明确指出所采用的助力特性曲线到底对汽车的转向路感、操纵稳定性有没有影响；三是如何根据转向轻便性、转向路感综合确定转向助力特性曲线，这也还没有人研究过。而国外的可能是出于技术保密，还没有文献专门对此进行研究，一般都是在控制系统设计中附带的提一下。通过以上分析可知，应用电子转向系统的车辆由于使用了电子控制技术而与传统转向系统汽车相比更加容易达到节省能源、增强环保的要求，满足越来越严格的油耗和排放法规的要求，同时由于采用了精确的控制技术能有效提高整车的操纵稳定性能等，极大的满足车辆安全性要求，有效降低事故的发生和由此引起的损失。 总之，线控转向在eps的

19、基础上，将转向系统的发展又推进了一步，它将为实现汽车智能化驾驶提供技术支持。纵观转向系统的发展，总是顺应操作更加方便智能的发展方向。其中，电动助力转向系统作为现代汽车转向技术的发展趋势，有着广阔的应用和发展空间。根据我国转向系统的研究现状，以及与国外研究和发展的差距，对于我国来说研究和开发拥有自主知识产权的eps具有重要意义，并将为进一步开发线控电动转向系统打下基础。 第2章 汽车转向系统的基本理论2.1 汽车转向系统的基本概念2.1.1 汽车转向系统的定义汽车在行驶过程中，需要按驾驶员的意志经常改变其行驶方向，即所谓的汽车转向。就轮式汽车而言，实现汽车转向的方法是驾驶员通过一套专设的机构使汽

20、车转向桥上的转向车轮相对于汽车纵轴线偏转一定角度。在汽车直线行驶时，转向轮往往也会受到路面侧向干扰力的作用，自动偏转而改变行驶方向。此时驾驶员也可以利用这套机构使转向轮向相反的方向偏转，从而使汽车恢复原来的行驶方向。汽车上这一套用来改变或恢复其行驶方向的专设机构称为汽车转向系统。2.1.2 汽车转向系统的作用汽车转向系统的功用是保证汽车能按驾驶员的意志而转向行驶。作为汽车的一个重要组成部分，汽车转向系统是决定汽车主动安全性的关键总成，汽车转向系统对汽车的行驶安全至关重要，因此汽车转向系统的零件都称为保安件。如何设计汽车的转向特性，使汽车具有良好的操纵性能，始终是各汽车生产厂家和科研机构的重要研

21、究课题。特别是在车辆高速化、驾驶人员非职业化、车流密集化的今天，针对更多不同水平的驾驶人群，汽车的操纵设计显得尤为重要。2.1.3 汽车转向系统的分类汽车转向系统分为两大类：机械转向系统和动力转向系统。完全靠驾驶员手力操纵的转向系统称为机械转向系统。借助动力来操纵的转向系统称为动力转向系统。动力转向系统又可分为液压动力转向系统和电动助力动力转向系统。 2.1.4 汽车转向系统的基本组成机械转向系统的基本组成：机械转向系以驾驶员的体力作为转向能源，其中所有传力件都是机械的。机械转向系由转向操纵机构、转向器和转向传动机构三大部分组成。（1）转向操纵机构：转向操纵机构由方向盘、转向轴、转向管柱等组成

22、，它的作用是将驾驶员转动转向盘的操纵力传给转向器。（2）转向器：是将转向盘的转动变为转向摇臂的摆动或齿条轴的直线往复运动，并对转向操纵力进行放大的机构即是完成由旋转运动到直线运动(或近似直线运动)的一组齿轮机构，同时也是转向系中的减速传动装置。转向器一般固定在汽车车架或车身上，转向操纵力通过转向器后一般还会改变传动方向。目前较常用的有齿轮齿条式、循环球曲柄指销式、蜗杆曲柄指销式、循环球-齿条齿扇式、蜗杆滚轮式等。（3）转向传动机构：转向传动机构是将转向器输出的力和运动传给车轮，并使左右车轮按一定比例关系进行偏转的机构。动力转向系统的基本组成：动力转向系统就是在机械转向系统的基础上加设一套转向加

23、力装置而形成的。（1）液压式动力转向系统：在机械转向机构的基础上，增加转向液压泵、转向油管、转向油罐 以及位于整体式转向器内部的转向控制阀及转向动力缸等。（2）电动助力动力转向系统，简称eps(electronic power steering system)在机械转向机构的基础上，增加信号传感器、电子控制单元和转向助力机构。2.2 机械式转向系统简介及其工作原理 传统的汽车转向系统是机械系统以驾驶员的体力作为转向能源，又称为人力转向系。汽车的转向运动是由驾驶员操纵方向盘，通过转向器和一系列的杆件传递到转向车轮的，普通的转向系统建立在机械转向的基础上，通常根据机械式转向器形式可以分为：齿轮齿条

24、式、循环球式、蜗杆滚轮式、蜗杆指销式。常用的有两种是齿轮齿条式和循环球式。这种转向系统是我们最常见的，目前大部分低端轿车采用的就是齿轮齿条式机械转向系统。机械转向系一般由三部分组成，即转向操纵机构、转向器和转向传动机构。机械转向系结构分析：（1）转向操纵机构：驾驶员操纵转向器工作的机构，包括转向盘、转向轴等机件。（2）转向器：转向轴下端的蜗杆与扇形齿轮构成转向器。转向器是一个减速增矩机构，经转向器放大的力矩传给转向传动机构,转向器是转向系统中最重要的一块。（3）转向传动机构：转向直拉杆、转向节臂、向横拉杆、左右梯形臂等机件构成。前轴的两端和转向节由主销铰接在一起，转向节上连有左右梯形臂，两臂铰

25、接在转向横拉上。其中梯形臂及横向拉杆作用是：与前轴构成转向梯形，保证左、右转向轮按一定规律偏转。其转向工作特点如下：当个转向节转动时，另一个转向节也随着变位，使汽车实现转向。两个车轮转动的角度不同，因为前轴、转向横拉杆、左右梯形臂及所形成的四边形不是矩形而是梯形。机械式的转向系统是以人的体力作为转向动力，其中所有传力件都是机械的。图2.1机械转向系统结构图基本工作原理：如图2.1所示为一种机械转向系统的组成和布置示意图。当汽车转向时，驾驶员对转向盘施加一个转向力矩。该力矩通过转向轴、转向万向节和转向传动轴输入转向器。经转向器放大后的力矩和减速后的运动传到转向摇臂再经过转向直拉杆传给固定于左转向

26、节上的转向节臂，使左转向节和它所支承的左转向轮偏转。2.3 动力转向系统简介及其工作原理动力转向系统就是在机械转向系统的基础上加设一套转向加力装置而形成的。转向加力装置减轻了驾驶员操纵转向盘的作用力。转向能源来自驾驶员的体力和发动机，其中发动机(或电动机)占主要部分，通过转向加力装置提供。2.3.1 液压助力转向系统（hps）液压助力转向系统在机械转向机构的基础上，增加转向液压泵、转向油管、转向油罐以及位于整体式转向器内部的转向控制阀及转向动力缸等一整套液压系统。该系统通过液压助力系统的液压作用来支持传统机械转向机构的转向运动，从而达到减轻驾驶员转向操纵负担的目的。2.3.2 电液助力转向系统

27、电液助力转向系统是在液压助力转向系统的基础上增加各种电子器件。电液助力转向系统根据作用方式可以分为两类：一类是电动液压助力转向系统；一类是电控液压助力转向系统。电动液压助力转向系统是在原有液压助力系统的基础上发展起来的，其原理是液压泵的助力转向运动由电机驱动而不是发动机驱动；电控液压助力转向则是在原有液压助力系统的基础上增加了相应的电控装置而构成的。其助力特性可根据车速、侧向加速度等设计成可变助力特性，在转向过程中，通过车速传感器、侧向加速度传感器等感应器件将车速、侧向加速度等参数传递给车载电子元件或微型计算机系统，经解算由电液转换装置对转向系统的助力特性进行控制。使驾驶员在低速时的转向手力减

28、小，而高速时的转向手力适当增大，从而使汽车操纵稳定性与操纵轻便性达到和谐统一。2.3.3 电动助力转向系统（electric power steering，简称eps） 该汽车转向系统由机械式的转向系统以及电控的转向助力电机共同构成。与上文所讲的液压助力转向系统和电液助力转向系统有很大的不同，电动助力转向系统的助力转向运动由转向助力电机来提供。通过安装在转向盘上的力矩传感器检测获得驾驶员作用在转向盘上的转向力矩的大小，将其数值传递给电子控制单元（ecu），并由电子控制单元经过解算得出车辆转向时所需的转向助力矩，并控制转向电机施加适当的力矩，从而完成车辆的转向过程。其工作过程如图2.2电动助力转

29、向系统工作过程示意图所示。减速机构助力电机检测传感器转向机构控制单元图2.2电动助力转向系统工作过程示意图图2.3三种电动助力转向系统如图2.3所示为电动助力转向系统的三种类型，电动助力转向系统是在传统机械转向机构基础上增加信号传感装置、控制单元和转向助力机构。eps的转向轴由靠扭杆相连的输入轴和输出轴组成，输出轴通过传动机构带动转向拉杆使车轮转向，输出轴除通过扭杆与输入轴相连外，还经行星齿轮减速机构一离合器与助力电动机相连。驾驶者在操纵转向盘时，给输入轴输入了一个角位移，输入轴和输出轴之间的相对角位移使扭杆受扭，扭矩传感器将扭杆所受到的扭矩转化为电压信号输入电控单元；与此同时，车速传感器检测

30、到的车速信号也输入电控单元，电控单元综合转向盘的输入力矩、转动方向以及车速等输入信号，判断是否需要助力以及助力的方向。若需要助力，则依照既定的助力控制策略计算电动机助力转矩的大小并输出相应的控制信号给驱动电路，驱动电路提供相应的电压或电流给电动机，电动机输出转矩由蜗轮蜗杆传动装置放大再施加给转向轴，从而完成实时控制助力转向；若出现故障或车速超出设定值则停止对电动机供电，系统不提供助力，同时，离合器分离以避免转向系统受电动机惯性力矩的影响，系统转为人工手动助力。 2.3.4 线控转向系统（电子转向系统）汽车电子转向系统是一种全新概念的转向系统，它取消了方向盘和转向车轮之间的机械连接，操纵装置接受

31、驾驶员指令，经过总线发送消息并从控制装置获得相应的反馈;同时转向控制单元由操纵装置接受驾驶员的指令，而转向执行装置则接受来自转向控制单元的控制命令，实现转向车轮对应角度的转向，通过一系列的软件协调使它们之间的运动关系达到和谐，因而可以实现一系列传统转向系统所不能实现的功能。 基本工作原理：汽车线控转向系统的工作原理是，转向盘转角传感器将检测到的转向数据信号以及汽车运动中的各种信息通过数据总线传递给电控单元，屯控单元对这些信息综合分析，根据自身的内部控制策略，向转向执行系统发出指令，进行转向操作。与此同时，电控单元通过分析转向盘转角、车轮转角等信号，控制转向盘回正电机，从而模拟出相应的“路感”。

32、第3章 汽车转向系统性能优劣的比较及其决定因素分析 汽车转向系统性能的优劣对汽车整体安全性和操纵性能至关重要，因此各汽车生产厂家和研究机构都致力于研究性能更加优越的转向系统。本章先对各转向系统性能做一比较，然后从以下几个主要转向系统入手分析影响和决定汽车转向系统性能的因素。3.1 各转向系统性能优劣的比较3.1.1机械式转向系统优点：结构简单、工作可靠、造价低廉，目前在一部分转向操纵力不大、对操控性能要求不高的微型轿车、农用车上仍有使用。缺点：虽然纯机械式转向系统工作可靠，但是也存在其自身无法克服的缺点。传统机械转向系统由于方向盘和转向车轮之间是机械的连接，因此转向传动比相对固定，即角传递特性

33、无法改变，导致汽车的转向响应特性无法控制，传动比无法随汽车转向过程中的车速、车辆的侧向加速度等参数的变化而进行补偿，而且受驾驶员技术的影响比较大，驾驶员必须在转向过程之前就对车辆的转向特性进行一定的操作补偿来控制车辆按照驾驶员意愿进行运动，这就无形中增加了驾驶员操作的精神和体力负担。3.1.2 液压助力转向系统优点：（1）减轻驾驶员的疲劳强度。动力转向可以减小驾驶员的转向操纵力，提高转向轻便性。（2）提高转向灵敏度。可以比较自由地根据操纵稳定性要求选择转向器传动比，不会受到转向力的制约。允许转向车轮承受更大的负荷，不会引起转向沉重问题。（3）衰减道路冲击，提高行驶安全性。液压系统的阻尼作用可以

34、衰减道路不平度对转向盘的冲击。缺点：（1）选定参数完成设计之后，助力特性就确定了，不能再进行调节与控制，因此协调轻便性与路感的关系困难，从而影响操纵稳定性；而按高速性能设计转向系统时，低速时转向力往往过大。（2）即使在不转向时，油泵也一直运转，增加了能量消耗。（3）存在渗油与维护问题，提高了保修成本，且泄漏的液压油会对环境造成污染。3.1.3 电液助力转向系统优点：电液助力转向系统通过电控使驾驶员在低速时的转向手力减小，而在高速时的转向手力适当增大，从而使汽车操纵稳定性与汽车的操纵轻便性达到和谐统一。电液助力转向系统可以解决传统机械转向系统由于转向器固定传动比而造成的转向“轻”与“灵”之间的矛

35、盾。缺点：但是由于其发展是基于液压助力系统的，因此无论是电动液压助力转向系统还是电控液压助力转向都与传统液压助力系统同样存在着液压油泄漏的问题。这在环境保护和可持续发展意识逐渐增强的今天，无疑是一个不小的缺陷。3.1.4 电动助力转向系统（1）eps系统能在各种行驶工况下提供最佳助力，减小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，减轻汽车低速行驶时的转向操纵力，提高汽车高速行驶时的转向稳定性。（2）eps系统只在转向时电动机才提供助力，因而能减少燃料消耗。（3）由于eps系统由电动机提供助力，电动机由蓄电池供电，因此eps能否助力与发动机是否起动无关，即使在发动机熄火或出现故障时

36、也能提供助力。（4）eps系统取消了油泵、皮带、皮带轮、液压软管、液压油及密封件等，其零件比hps大大减少，因而其质量更轻、结构更紧凑，在安装位置选择方面也更容易，并且能降低噪声。（5）eps系统没有液压回路，比hps更易调整和检测，装配自动化程度更高，并且可以通过设置不同的程序，快速与不同车型匹配，因而能缩短生产和开发周期。（6）eps不存在渗油问题，消除了液压助力中液压油泄漏问题，可大大降低保修成本，减小对环境的污染，更加环保。（7）由于低温下油的粘性较大，hps系统在低温下启动发动机后，转向操纵力较高，而电动助力转向系统在低温下不会增加转向操纵力和发动机负荷，因而其具有良好的低温工作性能

37、。3.1.5 线控转向系统（1） 方便汽车总布置设计。由于电子转向系统没有机械连接，省去了转向器，皮带轮等机械部件，从而为发动机舱的空间布置节省了空间，给总布置带来极大的方便。驾驶室有更大的空间用于布置被动安全部件，可以减少事故发生时对驾驶员的伤害。同时由于减少了部件，可以从一定程度上提高车辆系统的可靠性。（2） 提高车辆操纵性能，提高交通系统安全性。由于没有了机械传动，可以实现转向系统的传动比任意设置，通过软件设计可以使传动比的设置能满足不同的驶工况和不同的驾驶员喜好，并能够根据方向盘转角和车速的数据对转向响应特性进行补偿，使汽车转向特性在高低速以及大角度和小角度转向时能够保持较好的操纵性能

38、，最大限度的减轻驾驶员的负担，提高“人一车闭环系统”的主动安全性。 （3） 有效改善驾驶员的“路感”。电子转向系统中，方向盘和转向车轮之间没有机械连接，驾驶员的“路感”信息完全通过模拟生成。在回正力矩的控制方面可以选择从信号中提取最能够反映汽车实际行驶状态和路面状况的信息来反馈给驾驶员，使转向盘仅向驾驶员提供有用的信息，而将其他信号屏蔽，从而为驾驶员提供更为真实的“路感”，减轻驾驶员的脑力负担，提高对道路条件的跟踪特性。（4） 提高转向系统的响应速度和准确性。由于电子转向系统减少了从执行机构到转向车轮之间的传递过程，使转向系统在惯性、系统摩擦和传动部件之间的总间隙都得以降低，从而使系统的响应速

39、度和准确性能得到大幅度提高。（5） 提高汽车的稳定性能。电子转向系统通过前轮转向控制算法，不仅能实现动态稳定控制系统的功能，而且能够与汽车上的其它主动安全设备如abs,汽车动力学控制、防碰撞、轨道跟踪、自动侧向导航等功能结合使用，从而实现系统对汽车的整体控制，提高汽车的稳定性能。（6） 提高转向操纵方便性。电子转向系统能提高操纵的方便性，有研究表明，未来车辆转向系统的转向运动可以通过操纵杆来实现，从而能提高转向操纵的方便性。 总之，线控转向在eps的基础上，将转向系统的发展又推进了一步，它将为实现汽车智能化驾驶提供技术支持。3.2 汽车转向系统性能优劣的决定因素分析3.2.1 电控液压助力转向

40、系统不少司机在驾驶带有助力转向系统的车辆时，时常会将方向打死，这样做很容易对助力转向系统造成损坏。使用液压助力转向系统，若将方向打到头，助力系统内的液压油因方向打死，通道接近封闭，造成压力升高，这时助力泵因液压油不能畅通流动，造成泵轴转动阻力增大，泵轴所遇到的增大的阻力通过转动盘和转动皮带传递至发动机。如果这时发动机是怠速情况，很容易造成怠速不稳或熄火。通常在液压助力转向泵上有一个压力感应器，它会把压力情况传到行车电脑，行车电脑会加大发动机的喷油量，提高转速，防止熄火，但行车电脑所给出的加大喷油量是有限的，如果方向打死时间过长，发动机最终还是会因转速过低而熄火，这时，驾驶员通常会人为地加大油门

41、，这样做会使助力泵的油路系统压力过高，造成助力泵寿命减短或损坏。而使用电动助力转向系统，若方向长时问处于打死状态，极易造成电动机烧毁。正确使用转向助力系统的方法为：打方向时不要将方向打死，如果发现方向打到头，要稍微回下方向，这样不仅不影响转向效果，而且还能保护助力转向系统不受损坏。如果注意听的话，当把方向打死时，发动机的声音和助力泵(或电动机)的声音会和平常情况下有所不同，稍微回一点儿方向，这种声音就会消失。无论是液压助力转向系统，还是电动助力转向系统，若遇到必须将方向打死的情况，打死方向的时间尽量不要超过5s。3.2.2 电动助力转向系统如图3.1所示为电动助力转向系统的结构示意图，根据它的

42、结构和使用情况本节阐述影响其性能优劣的因素主要从以下几个方面入手。 图3.1 电动助力转向系统示意图（1）电动机：电动机根据ecu的指令输出适宜的转矩，一般采用无刷永磁电动机，无刷永磁电机具有无激磁损耗、效率较高、体积较小等特点。其最大电流一般为30a左右。电压为dc12v，额定转矩为10nm左右。电机是eps的关键部件之一，对eps的性能有很大的影响。由于控制系统需要根据不同的工况产生不同的助力转矩，具有良好的动态特性并容易控制，这些都要求助力电机具有线性的机械特性和调速特性。此外，还要求电机低转速大扭矩、波动小、转动惯量小、尺寸小、质量轻、可靠性高、抗干扰能力强。（2）电磁离合器：电磁离合

43、器是保证电动助力只在预定的范围内起作用。当车速、电流超过限定的最大值或转向系统发生故障时，离合器便自动切断电动机的电源，恢复手动控制转向。此外，在不助力的情况下，离合器还能消除电动机的惯性对转向的影响。为了减少与不加转向助力时驾驶车辆感觉的差别，离合器不仅具有滞后输出特性，同时还具有半离合器状态区域。（3）减速机构：减速机构用来增大电动机传递给转向器的转矩。它主要有两种形式：双行星齿轮减速机构和蜗轮蜗杆减速机构。（4）扭矩传感器：扭矩传感器安装于转向柱上用来检测转向盘转矩的大小和方向，以及转向盘转角的大小和方向，它是eps的控制信号之一。扭矩传感器主要有接触式和非接触式两种。常用的接触式（主要

44、是电位计式）传感器有摆臂式、双排行星齿轮式和扭杆式三种类型，而非接触式转矩传感器主要有光电式和磁电式两种。（5）电动助力转向系统助力特性：大家都知道，汽车在低速停车入库时，驾驶员转向所需的手力较大;而高速行驶时转向所需的手力则较小。因此，电动助力转向系统的助力大小也应该是变化的，即随着车辆行驶和转向状态的改变而改变。具体来说，就是电动机助力大小应随着车速和转向手力或转向角大小的变化而变化，此变化趋势称之为转向助力特性曲线，它是决定转向轻便性、转向路感和操纵稳定性的首要条件。对液压助力转向，助力与液压油压力成正比，故一般用液压油压力与转向盘力矩(及车速)的变化关系曲线来表示助力特性，而对于电动助

45、力转向，助力与直流电机电流成比例，故可采用电机电流与方向盘力矩、车速的变化关系曲线来表示助力特性。合理的转向助力特性曲线不仅可保持汽车低速行驶时转向轻便灵活，而且可保持中高速行驶时的路感和操纵稳定性。在控制器设计前必须先确定转向助力特性曲线，以便在此基础上对系统性能进行综合设计，因此如何确定助力特性曲线成了电动助力转向系统研究的首要目标之一。电动助力转向系统理想的助力特性曲线能够协调好转向灵敏性与路感之间的关系，具有较好的转向稳定性和操纵性能，低速时转向轻便舒适，高速时转向稳定，能尽可能减小逆向传递的摩擦力矩，以提高转向力中的“信噪比”，路面对方向盘的反向冲击小。浙江正田汽车电动转向有限公司的

46、毕大宁对eps进行了研究，推出了b氏模型，作为汽车转向程序设计的依据。图3.2中t为电动机的助力矩，m为驾驶员转动方向盘的操纵转矩，v为车速，由图中可以看出eps转向系统随方向盘转向力矩和车速的变化关系，电动机的助力随着车速的增加逐渐减小，而随着转向手力矩的增大而增大。b氏模型反映了转向时的助力变化特性，但有以下几点不足：方向盘转矩较小时电动机应当不予助力，这是既可以节约能量，也可以避免因电机频繁起动而引起的故障。当方向盘转矩较大时电动机助力应保持恒定，而不应再增长，这是为了避免电动机电流过大而损坏。b氏模型中当车速为120km/h，转动方向盘时电机仍有小电流的助力，通常当车速大于80km/h

47、电机应当不再助力或反向抑制力矩。不过，b氏模型仍然比较形象客观的反映了电机助力矩、车速和方向盘转矩之间的关系。 图3.2 b氏模型3.2.3 线控转向系统如图3.3所示为汽车线控转向系统结构示意图，本节分析影响其性能优劣的因素主要从其结构功能入手。 图3.3 线控转向系统结构示意图 （1）转向盘模块：转向盘模块主要包括转向盘、转向盘转角传感器、转向盘转矩传感器和转向盘回正电机。转向盘模块的主要功能足当驾驶员转动转向盘时，转向盘转角传感器将测得的转向盘转角传递给电控单元，而转向盘回正电机接受电控单元所发出的转矩信号，产生刚正力矩，从而提供给驾驶员相应盼“路感”信息。（2）转向执行模块：转向执行模

48、块主要包括前轮转角传感器、转向执行电机、转向电机控制器和前轮转向组件。转向执行模块的主要功能是，转角传感器将测得的车轮转角信号反馈给电控单元，并接受电控单元的指令，通过转向机控制器控制转向车轮转动，实现驾驶员的转向意图。转向执行模块目前使用较多的有两种：一是利用两个或者四个轮毂电机驱动转向轮，电机牵引力产生绕主销的转向力矩，实现阿克曼转角。另一种利用一个转向电机驱动齿轮齿条转向器。（3）电控单元：电控单元对转向盘转角、前轮转角以及车速等信号进行分析处理，判别汽车的运动状态，向转向盘回正电机和转向执行电机发送指令，控制电机协调工作，保证汽车在各种工况下都具有理想的动态响应，减小驾驶员在转向时随车

49、速变化的补偿频率，从而减轻驾驶员的负担。另外，电控单元还可以对驾驶员的操作指令进行识别，判断在当前状态下驾驶员的转向操作足否合理，当驾驶员发出不合理指令，汽车趋于非稳定状态时，线控转向系统会屏蔽驾驶员的错误指令，强行介入转向操作，自动进行稳定控制，以合理的方式自动驾驶车，使之尽快恢复到稳定状态。（4）回正力矩：根据等效方向盘回正力矩的实际来源，它受到轮胎回正力矩、主销定位产生的回正力矩及考虑主销定位参数时轮荷回正力矩等因素的影响。 图3.4 纵向力和侧向力的偏移如图3.4示纵向力和侧向力的偏移给出的是轮胎纵向力和侧向力的偏移。轮胎本身所产生的回正力矩是因为纵向力产生侧向偏移+，和侧向力fy产生

50、纵向偏移dx而对轮胎坐标系原点产生的力矩。纵向力的侧向偏移与垂直力的侧向偏移相同，而侧向力的纵向偏移则是由轮胎不同的侧偏特性所决定的。因此可以得到轮胎的回正力矩mtr可由公式31算得。 mtr =fydx-fx（y +y) (31)在高速行驶时，方向盘回正力矩受侧向力影响较大，该函数表征的是方向盘回正力矩与侧向力的关系。在零侧向力附近时有大的梯度，保证驾驶员对汽车行驶状态的掌握，随着侧向力增大，该梯度能迅速减小到一个合理值，保证方向盘回正力矩不会超过驾驶员的体力承受范围。相同道理可得出主销回正力矩和轮荷回正力矩等因素对转向性能影响较大。第4章 汽车转向系统常见故障原因及其解决方法4.1 全液压

51、转向系统常见故障原因分析及排除措施 图4.1液压助力转向系统结构示意图 如图4.1所示为全液压助力转向系统，其主要故障及解决方法本节根据转向系统在使用过程中的具体情况，着重从以下几个方面进行分析。4.1.1 转向沉重(1)吸油不充分。油箱缺油或油箱油液不足，导致油泵吸不上油，应检查油箱液面高度，添加足够的液压油；选用液压油牌号不合适或环境温度太低，油液粘度太大，导致油泵吸油困难。更换合适的油液，采取措施提高液压油的温度；滤清器堵塞，导致油泵吸不上油或油液循环不畅，清洗或更换滤芯；进、出油管内孔堵塞，导致油泵吸油困难或吸不上油，应清理进、出油管线；回路中有空气，导致油泵吸空，应排除回路中的空气；油管接头泄露，紧固油管接头，确保密封良好。(2)油泵故障。油泵过度磨损，内部泄露严重。检查油泵工作情况，修理或更换油泵；油泵驱动皮带打滑或驱动齿轮磨损，应检查油泵部分，调整皮带张紧度，修理或更换驱动齿轮；油泵连接螺栓松动或缺失。检查油泵联接部分