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电动转向机构的制作
摘要：对汽车而言，先进的要求在动力学控制，舒适性，安全性等方面日益发展日益。车辆的总体控制将基于转向系统。现在，车辆已具有舒适的转向系统，即本文中的正在讨论先进的动力转向系统—电动转向系统。基于这些要求，新功能将通过各种附加电气元件实现，用于测量信号处理和执行器控制。安全驾驶的实现需要一些经验和专业知识，这些指与动力转向系统相关的电动转向系统的设计和批量生产方面。除系统安全性和系统可用性外，冗余电气系统还必须满足经济和市场要求。我们在下面讨论了完整的线控系统，即全线控转向系统。
本文介绍了这些系统的解决方案，并讨论了各种优缺点，分别比较了三种转向系统（手动转向，动力转向，电动转向）。此外，还介绍了故障检测，故障定位和故障处理的策略。最后讨论了所用组件的各种规范。
关键词：动力转向；安全驾驶；电动转向
1.引言
转向系统：是一种为汽车性能提供方向性改变的系统。该系统将方向盘的旋转运动转换成前轮的角运动。它通过机械优势使驾驶员的人力倍增，使他能够轻松使车轮转动。
A.转向系统要求和功能
为了使系统正常，平稳地运行和运行，任何车辆的转向系统都应满足以下要求：
1）它应该乘以驾驶员在方向盘上施加的转动力。
2）它应该在某种程度上是不可逆的。换句话说，车轮遇到的路面震动不应传递给驾驶员的手。
3）该机构应该具有自紧效果，即，当驾驶员在转弯时松开方向盘时，车轮应该试图达到直线前进位置。
B.转向系统类型：
1）五轮转向系统
2）侧枢转向系统。
图1.1五轮转向系统
它是单枢转向系统，其中前轴与车轮一起向右或向左移动。整个车轴和车轮组件的运动受到转向和位于底盘车架和车轴之间的车轮的影响。第五轮充当转盘。轴组件借助于销与框架连接，该销用作枢轴，轴组件围绕该枢轴移动。第五轮包含安装在其轮辋上的环形齿轮，并通过转向移动。方向盘的移动趋向于前轴和车轮组件移开。
C.侧枢轴转向机构：
有两种类型的转向机构：
1）戴维斯舵机构
2）阿克曼舵机构
两个转向机构之间的主要区别在于戴维斯转向具有滑动副，而阿克曼转向仅具有转向对。滑动副具有比转动副更多的摩擦力;因此戴维斯舵机会在一段时间后磨损，并在一定时间后变得不准确。除了三个位置外，Ackermann舵机在数学上并不准确，这与戴维斯舵机相反，后者在所有位置都是数学上正确的。然而，Ackermann舵机比戴维斯舵机更受欢迎
图1.2阿克曼转向系统
D.阿克曼舵机
Ackermann舵机构由交叉连接KL组成，交叉连杆KL通过短臂AK和BL连接到两个前轮的短轴AC和BD，分别形成钟形曲柄杆CAK和DBL。当车辆直行时，交叉连杆KL平行于AB，短臂AK和BL都与底盘的水平轴成alpha;角。为了满足正确转向的基本方程，链节AK和KL适当地成比例，并且适当地选择角度alpha;。
为了正确转向
cotphi; - cottheta;= b / l
图1.3直线驱动
角度phi;和theta;如图所示。b / l的值在0.4和0.5之间，通常为0.455。cotphi; - cottheta;的值对应于转向正确时的位置。事实上，有三个角度theta;值可以给出正确的车辆转向：第一个是向右转弯，第二个是转向左转，第三个转向直行。参见图，为了正确转向.
图1.4转向系统的组成部分
2.方向盘
转向由方向盘实现。商用车辆的方向盘具有金属电枢，该金属电枢包括具有金属辐条和轮缘的螺钉加工轮毂。轮毂，辐条和轮辋均通过焊接制成一体。电枢用作车轮的承载结构。电枢由模制橡胶或塑料材料包围。橡胶轮涂漆，塑料轮采用浸渍颜色。
方向盘直径大。这有助于将可用的驱动器轮辋拉力转换为最大输入扭矩。但是，车轮的尺寸受以下限制：（1）使用方向盘时驾驶员的舒适性。（2）驾驶室内部可用于转向的空间。（3）易于进行机动，需要超过方向盘的八分之一圈。
方向盘的直径在汽车的情况下为42至45厘米，而在商用车辆的情况下为50至55厘米。
方向盘的轮缘的横截面为椭圆形，下表面上的指状凹口。轮辋的部分设计和尺寸设计成为驾驶员在有或没有重手套的情况下提供良好的抓地力。
A.机械转向系统
手动转向被认为完全适用于较小的车辆。这很紧张。快速，准确地保持转向控制。然而，更大更重的发动机。大型车辆的前悬越大，胎面轮胎宽的趋势增加了所需的转向力。尝试了具有更高传动比的转向机构，但发现可靠的动力转向系统是答案。有几种不同类型的手动转向系统，如下：
图2.1机械转向部件
机械转向是一种使用手动力进行转向的系统。机械手动转向齿条使用齿轮齿条，蜗杆和滚子以及再循环球和螺母。它的速度很慢，对车轮力矩的抵抗力更强。
组成;方向盘和立柱手动齿轮箱和坑手臂或小齿轮和小齿轮组装，连杆转向节和球节和轮轴组件。
1）机械转向的优点：方向盘和车轮之间的机械连接和部件继续在没有辅助动力的帮助下进行加工，并且在没有辅助动力的帮助下继续保持优选的组件并且在赛车中是优选的
2）机械转向系统：机械转向被认为完全适用于较小的车辆。这很紧张。快速，准确地保持转向控制。然而，较大和较重的发动机在较大的车辆上具有前悬，并且趋向于宽胎面轮胎增加了所需的转向力。尝试了具有更高传动比的转向机构，但发现可靠的动力转向系统是答案。有几种不同类型的手动转向
3）蜗杆齿扇机构：在蜗杆和扇形舵机（图2.2）中，连杆臂轴承载扇形齿轮，该齿轮齿轮与转向齿轮轴上的蜗轮啮合。仅使用一个齿轮扇区，因为它转过大约70度的弧度。方向盘在转向器轴的下端转动蜗杆，通过使用轴使扇区和连杆臂旋转。蜗杆装配在锥形转子轴承之间，承受推力和载荷。
图2.2蜗杆齿扇机构
B.蜗杆滚轮机构
蜗轮滚轮机构非常类似于蜗杆齿扇机构，除了滚轮由安装在连杆臂轴上的扇形区内的球或转子轴承支撑。这些轴承有助于减少蜗杆和扇形之间的滑动摩擦。当方向盘转动蜗杆时，滚轮随之转动，迫使扇形部分和连杆臂转动。蜗杆为沙漏的形状，即从两端到中心逐渐变细，使得蜗杆和滚轮在所有位置有更好的接触。该设计提供可变转向比，以允许更快和更有效的转向。
图2.3蜗杆滚轮机构
C.动力转向：
图2.4动力转向
动力转向是一种利用发动机动力帮助转向车轮的系统。手动转向是一种使用手动力进行转向的系统。转向是指将车轮朝向预定方向引导的机制，您必须通过转向进行操作。汽车系统。驾驶员使用转向来控制车轮所采用的路线。动力转向系统通过使用发动机的动力来帮助驾驶车轮，但是今天大多数车辆都使用动力转向系统。
机构：液压式齿轮齿条，循环球和螺母，蜗杆和滚轮，静压电力齿轮齿条，列驱动，特别是小齿轮驱动，齿条驱动，尤其是齿轮驱动，对车轮力矩的抵抗力较小。
组成：液压泵，储液罐，软管线；并且安装有动力辅助单元和动力转向装置组件。
3.电动助力转向
如今，电动助力转向系统（EPS）取代了许多新车的液压助力转向系统。电动助力转向的一个优点是它省去了动力转向泵，在负载下可以使用多达8到10马力的动力转向泵。这提高了燃油经济性，同时也消除了动力转向泵和软管的重量和体积。摆脱了液压系统还可以消除液体泄漏，并且需要检查动力转向液。电动助力转向系统比液压系统更安静，因为没有泵噪声，也没有流体流过软管和阀门。但最明显的区别在于操控和转向改进。
电动助力转向系统可以通过精确调节，与液压控制装置难以匹配。通过监控驾驶员的转向输入，车辆速度和其他悬架动态，系统可以提供恰当的转向感和力度，以匹配快速变化的驾驶条件。EPS可以在您需要时提供额外的工作量，并在您不需要时减少转向力。它甚至可以在发动机关闭时提供转向辅助。
EPS系统具有可变动力辅助，在较低的车速下提供更多辅助，在较高速度下提供较少的辅助。当不需要转向辅助时，它们不需要任何大功率操作。因此，它们比液压系统更节能。
图3.1电动助力转向
A.电动助力转向如何工作
虽然一些较旧的电动助力转向系统实际上是“电动液压”，并且使用电动机来驱动传统的液压泵，但最新一代的EPS都是电动/电子的。舵机本身是一个手动机架，电动马达安装在转向柱或机架上。
图3.2电动助力转向系统的工作原理
B.雪佛兰钴电动助力转向模式
通用汽车EPS系统有几种操作模式：
1)正常模式 - 响应输入和车辆速度提供左右辅助。
2)返回模式 - 用于在完成转弯后协助转向返回。来自转向位置传感器的反馈可防止EPS系统“过冲”中心位置。
3)阻尼器控制模式 - 用于改善道路感觉并抑制反冲。该模式通常在较高的车速下启动。
4)保护模式 - 如果转向一直保持在锁定位置的一侧太长，则保护电气元件免受热损坏和过大的电流。
将方向盘一直转到一侧将使动力转向控制模块（PSCM）控制EPS电机的最大电流量。如果方向盘然后长时间保持在该位置，系统将进入保护模式，因此电机不会过热。在此模式下，PSCM将限制电机的电流量并降低功率辅助水平。
5)线控转向系统 - 未来转向系统的主要特点是方向盘和转向轮之间缺少直接的机械连接。有了这种线控转向系统（图3.3），必须在两个动作方向上重现缺失的转向柱的功能。在前进方向上，驾驶员在方向盘上设定的角度由转向角传感器测量，并以合适的转向比传递给车轮。在反向方向上，在车轮处发生的转向扭矩通过扭矩传感器被拾取并且分别被衰减，被修改为作为方向盘上的反扭矩反馈给驾驶员。
图3.3线控转向的原理图
首先，方向盘模块和转向模块采用熟悉的机械和电气转向系统组件实现，如：方向盘，变速箱，电动机，机架。然而，原则上，操作原理可用于更多未来主义设计，例如驾驶员侧的侧杆操作和车轮侧的单轮转向。虽然在电气错误的情况下仅在转向增压的情况下具有机械连接的系统，但必须采用相应的措施，以便在任何电气故障的情况下始终保证转向控制。
C.直流电机
我们周围看到的几乎所有机械机芯都是由电动机完成的。电机是转换能量的手段。电动机消耗电能并产生机械能。电动机用于为我们日常生活中使用的数百种设备供电。电机有各种尺寸。可以承受1000马力负荷的巨型电动机通常用于工业中。大型电动机应用的一些例子包括电梯，电动火车，起重机和重金属轧机。小型电动机应用的示例包括用于汽车，机器人，手持式电动工具和食物搅拌器的电动机。微型机器是具有红细胞大小的部件的电机，并且在医学中找到了许多应用。
电动机大致分为两类：DC（直流）和AC（交流）。在这些类别中有许多类型，每种类型都提供适合特定应用的独特能力。在大多数情况下，无论何种类型，电动机都包括定子（静止磁场）和转子（旋转磁场或电枢），并通过磁通和电流的相互作用来产生转速和转矩。直流电动机的特点是能够直流电动。
D.机电能量转换
机电能量转换装置基本上是输入侧和输出侧之间的传递介质。三台电机（直流，感应和同步）广泛用于机电能量转换。当连接线圈的磁通量的变化与机械运动相关时，发生机电能量转换。
E.电动马达
输入是电能（来自电源），输出是机械能（到负载）。
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电动 |
机电 |
机械 |
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能源 |
能量转换装置 |
能源 |
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资源 |
电动机 |
加载 |
F.发电机
输入是机械能（来自原动机），输出是电能。
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机械 |
机电 |
电动 |
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能源 |
能量转换装置 |
能源 |
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资源 |
发电机 |
加载 |
图3.4能量转换示意图
G.施工
直流电动机由一组线圈组成，称为电枢绕组，在另一组线圈内或一组永磁体内，称为定子。向线圈施加电压在电枢中产生扭矩，从而产生运动。
H.定子
定子是电动机的固定外部部分。永磁直流电动机的定子由两个或多个永磁体磁极片组成。或者，磁场可以通过电磁铁产生。在这种情况下，DC线圈（场绕组）缠绕在形成定子的一部分的磁性材料上。
I.转子
转子是旋转的内部。
转子由绕组（称为电枢绕组）组成，绕组通过机械评论器连接到外部电路。
定子和转子均由铁磁材料制成。两者被气隙隔开。
J.绕组
绕组由线圈的串联或并联连接组成。
电枢绕组 - 施加或感应电压的绕组。磁场绕组 - 电流通过的绕组产生磁通（用于电磁铁）绕组通常由铜制成。
K.能量转换
如果将电能提供给垂直于磁场的导体，则在导体中流动的电流与磁场的相互作用将产生机械力（并因此产生机械能）。
L.机械力的价值
在导体上产生力需要两个条件。导体必须承载电流，并且必须在磁场内。当存在这
资料编号：[3201]
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