哈尔滨工业大学本科毕业论文（设计）
几种转向系统简介 1.机械式转向系统
机械式转向系统应用较多，现在所有的转向系统都要求有机械转向系统以保证转向的安全可靠性。机械式转向系统以人力为动力来源，所有传递力的零件都是机械的，它由转向操纵机构、转向器和转向传动机构组成。 转向系的力传动比和角传动比成反比关系。当力传动比大时，转向省力，转向轻便性好但是转向灵敏性就变差；当角传动比大时，转向灵敏性好了，但转向需要很大的力，转向轻便性达不到要求。因此机械式转向系在同时满足转向轻便性和转向灵敏性的要求是十分有限的，这也制约了机械式转向系的发展。随着转向系的发展，出现了助力式转向系统，这在一定程度上缓解了转向轻便性和灵敏性这一矛盾。
2.液压助力式转向系统 液压助力式转向系统是在机械转向系统的基础上增加液压系统发展起来的。它以发动机的动力作为油泵的能量来源，用液压力增加驾驶员的操纵力。因此可以在一定程度上减小转向系的力传动比，增大角传动比，从而缓解转向“轻”与“灵”的矛盾。
随着社会经济的不断发展，人们对速度的要求越来越高，汽车速度也在不断的提高，液压助力式转向系的不足开始显现出来。汽车在高速运行或者低速运行和停车时，很难保证驾驶员有适度的手感；同时汽车的燃油经济性变差；停车时无法提高助力等都制约了其发展。
3.电液助力式转向系统 电液助力式转向系统在液压系统的基础上，用电机取代发动机驱动油泵的方式发展而来的。它通过电磁阀控制助力油压随车速变化而变化，在汽车低速或急转弯时转向轻便；在高速行驶时有较好的手感。
目前电液助力式转向系统在轿车上得到了广泛的运用。但是它结构更加复杂，价格更昂贵，同时并没有克服液压助力式转向系统效率低、能耗大等缺点。
4.电动助力式转向系统
作为新一代转向系统，电动助力式转向系统将电子技术和车辆机械技术良好地结合起来。它采用电力取代了液压系统提供助力，系统更加简化、性能也更加优良。该系统需要扭矩传感器、转角传感器、车速传感器、电机、减速器以及电子处理单元ECU组成。电机运转及提供扭矩大小都有ECU控制。
- 2 -
哈尔滨工业大学本科毕业论文（设计）
电动助力式转向系统拥有控制简单、响应快、方便改善助力大小及转向路感；零部件少、工作可靠、容易检修调整；低温环境下工作性能优良等优点。电动助力式转向系统的一系列优点都标志着其有广阔的发展前景。但是也有一些不足制约着其发展，例如：目前还缺乏该系统的成熟理论，一旦设计不合理将严重威胁到汽车安全和人生财产安全。
5.线控转向系统
在20世纪50年代，美国TRW公司对线控转向系统提出了大胆的设想，将转向盘和转向车轮之间的机械连接用控制信号取代。
20世纪60年代末，德国的Kasselmann公司也设计了类似于TRW公司设想的主动转向系统。
1900年，德国奔驰公司将线控转向系统运用到其概念车F400-Carving上。目前已有线控转向系统上市，而Daimier-Chrysler公司开发的线控转向系统被列为2000年汽车十大创新技术之一。
我国也涉足线控转向系统研究领域，清华大学、同济大学以及湖南大学都对线控转向技术进行研究。2004年同济大学研究的“春晖三号”就运用了线控转向技术。
随着转向技术的发展，转向装置也发生了很大变化。目前主流的转向器有4种：蜗杆指销式、蜗杆滚轮式、循环球式及齿轮齿条式。
目前在世界汽车市场上，循环球转向器占有45%的市场，齿轮齿条式也占有40%左右的份额，其它类型的转向器占15%。齿轮齿条式转向器在西欧小客车上获得较大发展。在日美循环球式转向器使用比重越来越大，在日本，公共汽车使用的循环球式转向器已经发展到现在的100%。大、小型货车也大多采用循环球式转向器。
现今不同类型的转向器的使用情况大致如下：
1.齿轮齿条式转向器和循环球式转向器已成为当今汽车使用的主流转向器。其它类型的转向器正在逐渐被淘汰。
2.在小客车上，日美主要发展循环球式转向器，其市场也超过90%；而在西欧则大力发展齿轮齿条式转向器，比重也超过50%，法国则高达95%。
3.齿轮齿条式转向器在小型车上得到迅猛发展；而大型车则主要以循环球式转向器为主。
- 3 -
哈尔滨工业大学本科毕业论文（设计）
1.3 本课题主要研究内容
本设计围绕帕萨特这款车型进行其转向系从无到有的结构设计，首先计算转向系中主要零件的参数，并建立三维模型，使用ADAMS软件进行转向系转向梯形优化，以确保转向系有良好的性能，并且可以完善设计方案。最终对转向系转配图和其中的主要部件进行工程制图。
1.参考相关文献，熟知对汽车转向系的基本要求，确定转向系设计的目标。
2.了解电动助力转向系统类型，结构及工作原理。
3.收集车型数据，对转向系统进行具体的设计和计算，完成重要部件的结构设计，并校核主要零件强度。
4.使用CATIA软件对转向系进行三维建模。
5.使用ADAMS软件进行转向系转向梯形进行优化。
- 4 -
哈尔滨工业大学本科毕业论文（设计）
第2章 帕萨特电动助力转向系统设计计算
2.1电动助力转向系统的结构及工作原理
电动助力转向系统（Electric Power Steering，缩写EPS）是一种直接依靠电机提供辅助扭矩的动力转向系统，与传统的液压助力转向系统HPS（Hydraulic Power Steering）相比，EPS系统具有很多优点。EPS主要由扭矩传感器、车速传感器、电动机、减速机构和电子控制单元（ECU）等组成。
2.1.1 电动助力转向系统工作原理
图2-1 电动助力转向系统结构图
电助力转向系统的工作原理如下：首先，转矩传感器测出驾驶员施加在转向盘上的操纵力矩，车速传感器测出车辆当前的行驶速度，然后将这两个信号传递给ECU；ECU根据内置的控制策略，计算出理想的目标助力力矩，转化为电流指令给电机；然后，电机产生的助力力矩经减速机构放大作用在机械式转向系统上，和驾驶员的操纵力矩一起克服转向阻力矩，实现车辆的
- 5 -
哈尔滨工业大学本科毕业论文（设计）
转向。
2.1.2 电动助力转向系统机构组成及特点介绍
液压助力转向系统已发展了半个多世纪，其技术已相当成熟。但随着汽车微电子技术的发展，对汽车节能性和环保性要求不断提高，该系统存在的耗能、对环境可能造成的污染等固有不足已越来越明显，不能完全满足时代发展的要求。
电动助力转向系统将最新的电力电子技术和高性能的电机控制技术应用于汽车转向系统，能显著改善汽车动态性能和静态性能、提高行驶中驾驶员的舒适性和安全性、减少环境的污染等。因此，该系统一经提出，就受到许多大汽车公司的重视，并进行开发和研究，未来的转向系统中电动助力转向将成为转向系统主流，与其它转向系统相比，该系统突出的优势体现在： 1.降低了燃油消耗。
液压动力转向系统需要发动机带动液压油泵，使液压油不停地流动，浪费了部分能量。相反电动助力转向系统（EPS）仅在需要转向操作时才需要电机提供的能量，该能量可以来自蓄电池，也可来自发动机。而且,能量的消耗与转向盘的转向及当前的车速有关。当转向盘不转向时，电机不工作，需要转向时，电机在控制模块的作用下开始工作,输出相应大小及方向的转矩以产生助动转向力矩，而且，该系统在汽车原地转向时输出最大转向力矩，随着汽车速度的改变，输出的力矩也跟随改变。该系统真正实现了\按需供能\，是真正的\按需供能型\（on-demand）系统。汽车在较冷的冬季起动时，传统的液压系统反应缓慢，直至液压油预热后才能正常工作。由于电动助力转向系统设计时不依赖于发动机而且没有液压油管，对冷天气不敏感，系统即使在-40℃时也能工作，所以提供了快速的冷起动。由于该系统没有起动时的预热，节省了能量。不使用液压泵，避免了发动机的寄生能量损失，提高了燃油经济性，装有电动助力转向系统的车辆和装有液压助力转向系统的车辆对比实验表明，在不转向情况下，装有电动助力转向系统的国辆燃油消耗降低2.5%，在使用转向情况下，燃油消耗降低了5.5%。 2.增强了转向跟随性。
在电动助力转向系统中，电动助力机与助力机构直接相连可以使其能量直接用于车轮的转向。该系统利用惯性减振器的作用，使车轮的反转和转向前轮摆振大大减水。因此转向系统的抗扰动能力大大增强和液压助力转向系
- 6 -