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汽车智能助力转向系统结构设计

摘    要

随着人们对汽车安全性、舒适性、经济性要求的不断提高，对于汽车转向的舒适性及灵敏性也提出了更高的要求。转向性能作为汽车性能的一项重要评价标准。也越来越受到人们的关注。在仅仅几十年的时间里，汽车转向系统就经历了从传统的机械式转向到液压动力转向的过渡过程，并且向着电动助力转向系统的方向发展。电动助力转向系统是一种新型的汽车转向系统，具有以往任何助力转向系统所不具备的助力效果和车速感应能力，其核心部件电控单元能根据车速和方向盘操控力矩的不同决定是否助力以及助力的大小。本文在介绍液压助力转向系统、电控液压助力转向系统的发展过程和分析比较它们优缺点的基础上，阐述了国内外汽车电动助力转向的研究现状，详细分析了电动助力转向的工作原理、结构及其特点，提出了电动助力转向系统需要解决的几个关键技术，并展望了其发展趋势。
本文首先介绍了电动助力转向系统( Electric Power Steering ， EPS) 的工作原理和结构特点， 同时提出系统设计方案，并对方案进行比较、优化，然后进行EPS的结构设计、参数设计计算，进行有关力学分析计算。最终完成EPS结构设计和关键部位的设计。

关键词：电动助力转向（EPS），设计方案，结构设计，优化设计

ABSTRACT

Along with people to car safety、comfortable、economy of continuously pursue,and the electric power steering technique has to be an important one of development of car techniques. Within short and short and several decades，the power steering system has experience the traditional mechanical system to the hydraulic power steering system to the electric power steering system. Electric Power Steering (EPS) is a new type of vehicle steering system. It has the efficiency of assistance and the sense of speed, which any other type of system doesn’t have. According to the speed of vehicle and torque on steering wheel, Electric Control Unit (ECU)，a main part of EPS, can decide the amount of power to assist. The EPS techniques make progress perfectly and it is going to replace traditional Hydraulic Power Steering (HPS).It is a new high-tech which follows the development of modern automobile. In this thesis, we first analyze the development process of the traditional HPS system, the electronic control HPS system and the EPS system. Then, their merits and defects are also compared. The present developing situation and prospect of EPS is outlined and the principle, structure and characteristics of EPS are discussed. Some key techniques of EPS are also presented.
This paper introduces the feature principle and structure about EPS, at the same time put forward the whole design project, then compare and optimize the programmes. Then proceed to EPS of structural design, design parameters, the conduct of the mechanics of calculating. EPS structure of the final design and hand over parts design plans.

Key words： Electric Power Steering, design project, Structural Design, optimization design

目   录

中文摘要 Ⅰ
ABSTRACT Ⅱ
1绪论 1
  1.1 电动助力转向系统概述 1
  1.2 电动助力转向系统（EPS）的特点 2
1.2.1 助力特性 2
1.2.2 操纵灵活性与稳定性 2
1.2.3 增强了转向跟随性 3
1.2.4 节能环保 3
1.2.5 安全性 3
1.3 课题的研究目的及意义 3
1.4 国内外研究现状分析 4
1.5 本论文的主要研究内容 5
2 电动助力转向系统（EPS）的结构及受力分析 6
  2.1电动助力转向系统的机构及关键部件 6
2.1.1 EPS的主要结构 6
2.1.2 EPS的工作原理 7
2.1.3 EPS的关键部位 7
2.1.4 EPS的关键技术 9
  2.2 电动助力转向系统的分类 10
  2.3 EPS的受力介绍 11
2.3.1 驾驶员的操纵力 11
2.3.2 EPS的阻力矩 11
2.3.3 EPS的助力矩 12
2.4 助力特性介绍 12
2.5 本章小结 14
 3 EPS总体方案的设计 15
 3.1 电动助力转向系统（EPS）总体结构方案 15
 3.2电动助力转向系统的组成部件的设计选取 16
   3.2.1 EPS传感器 16
   3.2.2 电动机 16
   3.3.3 减速机构 18
  3.3 EPS助力传动方案的分析比较与优化 18
     3.3.1 方案的对比 19
     3.3.2 传动机构性能比较 20
  3.4 小结 23
4 电动助力转向系统（EPS）关键部件的设计 24
 4.1 转向轴的设计计算 24
4.2普通圆柱蜗杆传动的主要参数几何尺寸的设计与计算 27
4.3 本章小结 31
5 结论 32
致谢 33
参考文献 34