附件B：

汽车电动助力转向系统设计

毕业设计（论文）开题报告

1、 课题的目的及意义（含国内外的研究现状分析或设计方案比较、选型分析等）

继电子技术在发动机、变速器、制动器和悬架等系统得到广泛应用之后，国外汽车电动助力转向(Electric power steering，简称EPS)已部分取代传统液压助力转向(Hydraulic power steering，简称HPS)。电动助力转向已成为世界汽车技术发展的研究热点。EPS用电动机直接提供助力，助力大小由电控单元(ECU)控制。它能节约燃料，提高主动安全性，且有利于环保，是一项紧扣现代汽车发展主题的高新技术，所以一经出现就受到高度重视。国外汽车公司对EPS的研究已经有20多年的历史，但是以前一直没有取得大的进展，其主要原因是EPS的成本太高。近几年来，随着电子技术的发展，大幅度降低EPS的成本已成为可能，加上EPS具有一系列优点，使得它越来越受到人们的青睐。

1988年3月，日木铃木公司开发出一种全新的电子控制式EPS，真正摆脱了液压助力转向系统的束缚。1993年，本田汽车公司首次将EPS装备于大批量生产的、在国际市场上同法拉利和波尔舍竞争的爱克NSX跑车。同年，在欧洲市场销售的一种经济型轿车——菲亚特帮托也将美国Delphi汽车系统公司生产的EPS作为标准装备。由于EPS完全取消液压装置，用电能取代液压能，减少了发动机的能量消耗，加上其性能的优越性，很快在越来越多的国外轿车上得到应用，如本田最新推出的Insight轿车上就是其中的—例。目前在中型以上货车和中级以上轿车上广泛采用的机械—液压助力转向器将逐渐被效率更高、适应性更强的EPS所代替，为此，国外几家大公司(如德国的ZF、英国卢卡斯—伟利达、Saginaw、TRW、日本的NSK、Koyo)等相继推出自己的ESP

我国在2002年才开始研制开发汽车EPS产品，目前已经知道的有13家企业和科研院校正在研制中。其中南摩股份有限公司(生产转向柱式的EPS产品)在2003年开始进入小批量生产阶段，其他厂家和科研院校均在开发阶段中。吉利汽车集团开发的具有自主知识产权的EPS产品也已经装备其吉利豪情等系列轿车上。

设计方案比较：按照转向助力机构位置的不同，将EPS分为3类：转向轴助力式、转向器小齿轮助力式和齿条助力式。

(1)转向轴助力式：转向助力机构安装在转向轴上，当驾驶员转动转向盘时，控制单元接受转矩、转动方向、车速等信号，控制直流助力电机的电流，电机的助力经离合器、电机齿轮传给转向轴的齿轮，然后经万向节及中问轴传给转向器。

(2)转向器小齿轮助力式：转向助力机构安装在转向器小齿轮处，与转向轴助力式相比，可以提供较大的转向力，适用于中型车。

(3)齿条助力式：转向助力机构安装在转向齿条处，电动机通过减速传动机构直接驱动转向齿条，与转向器小齿轮助力式相比，可以提供更大的转向力，适用

于大型车。

因为电动助力转向的关键是在找出系统的助力特性（转向轴转矩与电机输出转矩的关系，转向轴转角与电机转角的关系）但是考虑到安装的方便性和助力力矩的大小，因此本次设计采用转向小齿轮助力式电动转向系统。

研究电动转向系统是因为它与液压助力系统相比，具有如下特点：

(1) 降低了燃油消耗，只有在工作时才消耗能源。

(2) 增强了转向跟随性。在EPS中，电动机产生助力转矩，通过适当的控制方法，可以消除液压助力系统的转向迟滞效应，增强了转向车轮对转向盘的随动性能。

(3)改善了转向回正特性。该系统采用了微电子技术，利用软件控制电动机的动作，在最大限度内调整设计参数以获得最佳的回正特性。从最低车速到最高车速，可得到一簇回正特性曲线，而传统的液压助力转向系统无法做到这一 点。

(4)提高了操纵稳定性。采用EPS高速行驶(100km/h)的汽车，给其一个过度的转角迫使它侧倾，在短时间的自回正过程中，由于采用了微电脑控制，使得汽车具有更高稳定性，驾驶员有更舒适的感觉。

(5)有利于环保。EPS应用电能作为能源，完全取缔了液压装置，不会有液压助力转向系统中的泄油问题，避免了污染。该系统没有油泵，降低了噪声。再者，EPS中的95％可再回收利用，有利于保护环境。

(6)轻量化显著。液压助力系统因有液压缸、油泵、转阀、液压管道等部件，使系统结构复杂，零件数目多，占用空间大，布置不方便。EPS则表现出了明显的优势，系统结构紧凑、质量减轻、无油渗漏问题、系统易于布置等。

(7)系统安全保护。当EPS出现故障时，即切断电动机与减速传动机构的助力传送，迅速转人人工一机械转向状态。

(8)易于包装和装配。EPS没有液压系统所需要的油泵、油管、流量控制阀、储油罐等部件，零件数目大大减少，减少了装配的工作量，节省了装配时间，提高了装配效率。

2.课题任务、重点研究内容、实现途径

课题任务：以汽车转向系统为研究对象，设计一个电动助力转向系统，以满足汽车转向轻便与操控稳定性要求，建立汽车电动转向系统的物理模型和数学模型，并进行模拟计算分析。

重点研究内容：

1) 电动助力转向系统方案比较及选型分析

2) 汽车转向特性的研究

3) 电动转向系统物理模型和数学模型的建立

4) 电动助力转向系统总体设计

5) 电动助力转向系统机械装置设计

6) 主要零部件设计与选型。

实现途径：在机械转向系统的基础上添加电动助力部分，采用控制单元对电机转矩进行控制，根据作用在方向盘上的转矩信号和车速信号， 按照汽车理论对转向特性的要求和汽车的运行状况，确定转向助力特性，通过电子控制装置使电机产生相应大小和方向的辅助力，协助驾驶员进行转向操作， 并获得最佳转向特性。

选型通过对现有的电动转向系统进行比较，综合考虑其安装和助力特性，本次采用转向轴式电动转向系统（C-EPS）。

转向特性按照汽车理论的相关理论，保证汽车的平顺性和操控性，同时要求有一定的路感，且转向轻便。电机的选取应按照功率和电路的最大负载来决定，并考虑其体积大小和安装是否方便。

物理模型采用传统的机械转向系统，加上电机和控制单元。而数学模型则按照经典力学来进行建立

系统设计则是综合机械单元和控制单元，建立控制思想，使其成为一个有机整体，并对其进行优化。