7110轿车转向总成设计

猛龙哥

摘要

转向机学名为转向器，它是转向系中最重要的部件。作用是：增大转向盘传到转向传动机构的力和改变力的传递方向。目前的轿车转向分为前转向﹙2ws﹚和四轮转向﹙4ws﹚转向器。按结构形式可分为多种类型。目前常用的有齿轮齿条式、蜗杆曲柄销式和循环球式。其中齿轮齿条式优点是结构简单，成本低廉，转向灵敏，刚性大，体积小，可直接带动横拉杆。在汽车上得到广泛应用。但由于这种方式容易由车轮将反作用力传至转向盘，所以具有对路面状态反应灵敏的优点，同时也容易产生打手和摆振等现象。为此我研究如何解决这些缺陷。初步设想现代轿车马力大、速度快，为了操纵的轻便和灵敏，需加装了转向动力装置，又称为液压动力转向器。它具有工作无噪声，灵触度高体积小，能够吸收来自不平路面的冲击力。
论文详细的介绍了汽车电控式液压助力转向系的组成，工作原理，以及设计过程，同时对系统及器件的选择，检测，关键部件的校核及注意事项也进行了说明。


关键词 汽车；齿轮齿条转向器；组成；原理；设计









   
                      Abstract
Machine known as the steering gear to school, which is in line to the most important parts. Role is to: increase the steering wheel to spread and transmission of power to change the direction of transmission. At present the car to move into the former (2ws) and four-wheel steering (4ws) steering gear. According to the structure can be divided into many types. At present, there are commonly used rack and pinion, worm and crank pin-ball circle. Rack and pinion which is the advantage of simple structure, low-cost and sensitive to, rigid, small size, can be directly cross-bar. In the car on the widely used. However, in this way will be easier by the reaction wheel steering wheel can be spread, so has the state of the road responsive advantages, but also prone to shimmy and hatchet man, and other phenomena. To that end I have to study how to address these deficiencies. The initial idea of a modern high-powered cars, fast, in order to manipulate the light and sensitive to the need to install the power plant, also known as hydraulic power steering gear. It is the work of non-noise, high-ling Touch small size, can be absorbed from the impact of the uneven pavement.
Papers detail the car electronically controlled hydraulic power steering system components, working principle, as well as the design process, while the choice of systems and devices, testing the key components of the check and note also described
Key words ： vehicle; to rack and pinion steering; composition; principle; Design

目录
摘要. .................................................. ⅠAbstract................. ....... ............................Ⅱ
第一章  绪论........... ....... ................................1
      1.1 电控液压式助力转向系统的特点..... ....... ........... 1
       1.2 电控液压式助力转向系统的国内外分析....... ....... .. 2   
第二章  电控液压式助力转向系统.... ....... ....... ........... . 4
       2.1汽车电控液压式助力转向系统简介... ....... ...........4
       2.2系统的结构及其工作原理........... ....... ..... . ... .4
第三章  哈飞路宝7110轿车转向系统......... ....... ....... ..... 6
        3.1机械转向器........... . .. ....... ..... .. ..........6
           3.1.1机械转向器的作用....... ...... ......... . ... ..6
           3.1.2 机械转向器的分类.... ................ . ... ..6
           3.1.3 机械转向器的选择........... ......... . .... .6
           3.1.4机械转向器参数的确定...... .............. . ...8
        3.2 液压泵.................. ....... ......... .........9
            3.2.1液压泵的分类........ . ................. .. ...9
            3.2.2 所选液压泵的特性........... . ...... ........ .9
            3.2.3 液压泵参数的确定............. ....... ...... 10
        3.3 驱动电动机............... ....... ......... .... ...10
             3.3.1电动机参数的确定..... ....... ............ ..10             3.3.2 所选电动机的特性. ....... ............ ..... 11
          3.4 车速传感器...... ....... ................. ...... 12
          3.5 ECU控制器..... ....... .................. ...... .12

第四章  电控液压式助力转向系统的控制方法.. ....... ....... . .14
      4.1电控液压式助力转向系统的动力学方程.. ....... ........14
       4.2 电控液压式助力转向系统对转向路感的影响. ....... ... 14
           4.2.1路感强度定义...................... .. ...... ..15
       4.3 目标电流的控制策略....... ....... ............... . .15           4.3.1目标电流的确定.... ....... ................ .. .16
           4.3.2 电动机电流的PDI控制.. ....... ............. ..16
结论............................. ....... .....................19
致谢............................. ...... ......................20
参考文献........................ ....... .... .................21
附录1........................... ....... .....................22
附录2........................... ....... .....................25

第一章  绪论
1.1  电控液压式助力转向系统的特点
由于动力转向系统具有转向操纵灵活、轻便、并可吸收路面对前轮产生的冲击等优点，自20世纪50年代以来在各国汽车上开始普遍应用。现今液压助力转向器(HPS)是以内燃机作为动力的汽车助力转向器的主流。但是传统的HPS需要持续的能量消耗，降低了汽车的燃油经济性。同时其复杂的液压系统具有助力特性不可调整、污染环境、维修不便等缺点。20世纪80年代开始研究的汽车上的电能为动力的电控液压式助力转向系统(EHPS)。和HPS相比，它具有更为突出的优点:
l:EHPS能在各种行驶工况下提供最佳助力，减少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，减少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，进而提高汽车的主动安全性。并且可通过设置不同的转向手力特性来满足不同对象使用的需要。
2:提高了汽车的燃油经济性。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。相反电动转向系的EHPS需要转向操作时才需要电机提供的能量，是真正的“按需供能型”(ondemand)系统。装有电动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、装有电动转向系统的车辆燃泊消耗降低2.5%;在使用转向情况下，燃油消耗降低了5.5%。
3：增强了转向跟随性。在EHPS中，电动机与助力机构直接相连以使其能量直接用于车轮的转向。这样增加了系统的转动惯量，电机部分的阻尼也使得车轮的反转和转向前轮摆振大大减小。因此转向系统的抗扰动能力大大增强。和HPS相比，旋转力矩产生于电机，没有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跟随性能。
4:该系统由电动机直接提供转向助力，在停车时，也可获得最大的向动力。同时省去了液压动力转向系统所必需的动力转向油泵、软管液压油、密封件、传送带和装于发动机上的皮带轮等，其零件比HPS大大减少，因而其质量更轻、结构更紧凑，在安装位置的选择方面也更容易，装配自动化程度更高，维修更简单。
5:EHPS没有液压回路，不存在渗油的问题，减少了对环境的污染。同时由于液压油在低温时的粘度很大，存在低温时必须有个加温的过程，而HEPS可以在零下40℃很好的工作，基本上不存在受温度影响的问题。
6:在未来10一巧年推出的纯电动汽车或者燃料电池汽车等汽车上由于没有的传统意义上的内燃机，因此必须考虑安装EHPS.
7:电动转向还可有各种安全保护措施和故障自诊断功能。使用可靠，维修方便。
由此可见，EHPS和HPS相比，是一项紧扣现代汽车时代发展主题的高新技术，必将逐步取代现有的机械转向系统、液压助力转向系统和电控液压助力转向系统。

1.2  电控式液压助力转向系统的国内外分析
电控液压式转向系统是20世纪80年代初期提出来的。1988年2月日本铃木公司首次在其Cervo车上装备EHPS，随后还用在了其Alt。车上。在此之后，EHPS技术得到迅速发展。日本的大发汽车公司、三菱汽车公司、本田汽车公司、光洋公司，英国的CHERWLL公司、卢卡斯公司，美国的Delpi汽车系统公司、TRW公司、德国的西门子公司、ZF公司，都相继研制出自己的EHPS.比如，大发汽车公司在其Mira车上装备了EHPS，三菱汽车公司则在其Minica车上装备了EHPS;本田汽车公司的Accord车目前已经选装了EHPS，52000轿车的动力转向系统也将倾向于选择EPS;Delpi汽车系统公司已经为大众的Pol。、欧宝的3181、以及菲亚特的Punt。开发出EHPS。TRW从1998年开始，便投入了大量的人力、物力和财力用于EPS的开发。他们最初针对客车开发出转向柱助力式EHPS，如今小齿轮助力式的EHPS开发也已获得成功。1999年3月，他们的EHPS已经装备在轿车上，如FordFiesta和Mazda323F等。MerCedeS一Benz和SiemensAutomotive两大公司共同投资6500万英镑用于该技术的开发。他们计划开发出前桥负荷在12O0kg的EHPS，因此货车也将可能成为EHPS的装备目标。
经过20几年的发展，特别是现代电子技术的发展，EPS技术已日趋完善，己经从实验室走向市场。其应用范围已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、菲亚特的Punto等中型轿车已经安装了EPS.本田甚至在其AcuraNSX赛车上装备EPS。同时EPS的助力形式也从低速范围内助力向全速范围内助力发展，并且其控制形式和功能也进一步加强。日本早期的EHPS仅仅在低速和停车时提供助力，高速时EHPS将停止工作。新一代的EHPS不仅在低速和停车时提供助力，还能在高速时提高汽车的操纵稳定性。如铃木公司装备在wagonR+车上的EHPS是一个负载一路面一车速感应型的助力转向系统。Delpi为Punto车开发的EHPS属于全速范围助力型，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7Okm/h后，这不同开关所执行设置的程序是一样的，已保证高速时有合适的路感。市区型还和油门有关，使得在踩油门加速和松油门减速时，转向更平滑。
美国的De1Pi汽车公司最新推出的电子伺服前轮转向控制系统，取消了驾驶员和汽车前轮的机械连接，取消了传统的转向柱、转向轴和齿轮齿条等，而由速度传感器、转矩传感器、控制器、电动机和减速机构等组成。但它仍采用转向盘(必要时也可改用操纵手柄)，通过电动机向驾驶员提供路面反馈。该转向系统可以说代表了EPS目前发展的最高水平。
相比之下，国内的EHPS的研究起步较晚。1992年清华大学的学生在导师的指导下进行了探索性的研究。其后的几年，同济大学、吉林大学、华中科技大学相继开展了这方面的研究，取得了一些进展。估计在今后的几年，会有更多的公司和科研所投入到EHPS的研究行列中来。
















第二章   电控式液压助力转向系统
2.1  汽车电控式液压助力转向系统简介
电控液压助力转向系统具有随车速调节的可变助力特性,可改善驾驶员的转向路感.通过对转向器转阀的分析,建立了转向器模型以及分流式的模型,采用简化算式对转向器及分流式操舵力特性曲线进行了分析.通过改变转阀的预开隙、转阀的坡口半径、转向器扭杆刚度及电磁阀阀芯节流口形状等参数,分析了的影响参数.计算结果表明分流式操舵力特性主要取决于转向器转阀的结构参数,并且和电磁阀阀芯开口有一定关系


2.2  系统的结构及其工作原理


图2-1  电控液压式助力转向器组成框图
图2一1为齿轮一齿条式EHPS系统的结构简图，它在EHPS系统中很有代表性，后面我们的分析大都以此为模型展开。从图上可以看出，所谓的EHPS系统就是在原机械转向系统的基础上，增加了车速传感器、转矩转角传感器、电子控制器、电动机及其传动机构，直接利用电动机驱动转向轴提供助力转矩。转矩转角传感器测量转矩与方向盘转角大小并和车速信号一起送入电子控制器。控制器根据得到的信号判断是否助力以及助力的方向。若需要助力，则依照既定的控制策略计算电机助力转矩的大小并输出相应控制信号给驱动电路。后者提供相应的电压或者电流给电动机。电动机输出的转矩通过传动机构驱动转向轴转动从而实现助力作用。
在此可以看到，正是由于有了电子控制器，较传统的HPS，EPS的助力大小可以根据控制策略调整。这给设计性能优异的助力转向统提供了可能。一个好的控制策略可以使驾驶员的作用力大小适当、路感良好并使转向系统响应快速、阻尼特性好。

















第三章  哈飞路宝7110轿车转向系统
3.1  机械转向器
3.1.1  机械转向器的作用
   机械转向系以人的体力作为转向动力，其中所有传力件都是机械机构，它由转向操纵机构，转向器和转向传动机构三大部分组成。
   机械转向系也因汽车采用的悬架不同而分为两种：与独立悬架配用的转向系和与非独立悬架配用的转向系。
在转向时，驾驶员转动转向盘，通过转向轴，安全联轴节带动转向齿轮转动，齿轮使齿条轴向移动，带动拉杆移动，使车轮偏转，实现转向。
3.1.2  机械转向器的分类
   机械转向器的分类为：齿轮齿条式，循环球式，涡轮蜗杆式。齿轮齿条式优点是结构简单，成本低廉，转向灵敏，刚性大，体积小，可直接带动横拉杆。在汽车上得到广泛应用。但由于这种方式容易由车轮将反作用力传至转向盘，所以具有对路面状态反应灵敏的优点，同时也容易产生打手和摆振等现象。循环球式转向器的优点是：传动效率可达到75%~85%；转向器的传动比可以变化；工作平稳可靠；齿条和齿扇之间的间隙调整容易；适合用来做整体式动力转向器。循环球式转向器的主要缺点是：逆效率高，结构复杂，制造困难，制造精度要求高。蜗杆滚轮式转向器由蜗杆和滚轮啮合而构成。主要优点是：结构简单；制造容易；强度比较高、工作可靠、寿命长；逆效率低。主要缺点是：正效率低；调整啮合间隙比较困难；传动比不能变化
3.1.3  机械转向器的选择
齿轮齿条式转向器的主要优点是：结构简单、紧凑、体积小、质量轻；传动效率高达90%；可自动消除齿间间隙(图3-1所示)；没有转向摇臂和直拉杆，转向轮转角可以增大；制造成本低。
    齿轮齿条式转向器的主要缺点是：逆效率高（60%～70%）。因此，汽车在不平路面上行驶时，发生在转向轮与路面之间的冲击力，大部分能传至转向盘。  





图3-1  自动消除间隙装置
根据输入齿轮位置和输出特点不同，齿轮齿条式转向器有四种形式：中间输入，两端输也（图3-2a）；侧面输入，两端输出（图3-2b）；侧面输入，中间输出（图3-2c）；侧面输入，一端输出（图3-2d）。



图3-2  齿轮齿条式转向器的四种形式

采用侧面输入、中间输出方案时，由于拉杆长度增加，车轮上、下跳动时位杆摆角减小，有利于减少车轮上、下跳动时转向系与悬架系的运动干涉。而采用两侧输出方案时，容易与悬架系统导向机构产生运动干涉。
侧面输入、一端输出的齿轮齿条式转向器，常用在平头微型货车上。
采用斜齿圆柱齿轮与斜齿齿条啮合的齿轮齿条式转向器，重合度增加，运转平稳，冲击与工作噪声均下降。  
齿条断面形状有圆形、V形和Y形三种。圆形断面齿条制作工艺比较简单。V形和Y形断面齿条与圆形断面比较，消耗的材料少，故质量小。
根据齿轮齿条式转向器和转向梯形相对前轴位置的不同，在汽车上有四种布置形式：转向器位于前轴后方，后置梯形；转向器位于前轴后方，前置梯形；转向器位于前轴前方，后置梯形；转向器位于前轴前方，前置梯形，见图3-3。

图3-3  齿轮齿条式转向器的四种布置形式
齿轮齿条式转向器广泛应用于微型、普通级、中级和中高级轿车上。装载量不大、前轮采用独立悬架的货车和客车也用齿轮齿条式转向器。
3.1.4   机械转向器参数的确定
一、转向系计算载荷的确定
为了保证行驶安全，组成转向系的各零件应有．足够的强度。欲验算转向系零件的强度，需首先确定作用在各零件上的力。影响这些力的主要因素有转向轴的负荷、路面阻力和轮胎气压等。为转动转向轮要克服的阻力，包括转向轮绕主销转动的阻力、车轮稳定阻力、轮胎变形阻力和转向系中的内摩擦阻力等。
精确地计算出这些力是困难的。为此推荐用足够精确的半经验公式来计算汽车在沥青或者混凝土路面上的原地转向阻力矩  ( )
    (3-1)
式中，f为轮胎和路面间的滑动摩擦因数，一般取O.7； 为转向轴负荷(N)；p为轮胎气压( )。
作用在转向盘上的手力为
    (3-2)
式中， 为转向摇臂长； 为转向节臂长； 为转向盘直径； 为转向器角传动比； 为转向器正效率。
对给定的汽车，用式(3-2)计算出来的作用力是最大值。因此，可以用此值作为计算载荷。然而，对于前轴负荷大的重型货车，用上式计算的力往往超过驾驶员生理上的可能，在此情况下对转向器和动力转向器动力缸以前零件的计算载荷，应取驾驶员作用在转向盘轮缘上的最大瞬时力，此力为700N。  
二、齿轮齿条式转向器的设计
齿轮齿条式转向器的齿轮多数采用斜齿圆柱齿轮。齿轮模数取值范围多在2～3mm之间。主动小齿轮齿数多数在5～7个齿范围变化，压力角取20º，齿轮螺旋角取值范围多为9º～1 5º。齿条齿数应根据转向轮达到最大偏转角时，相应的齿条移动行程应达到的值来确定。变速比的齿条压力角，对现有结构在12º～35º范围内变化。此外，设计时应验算齿轮的抗弯强度和接触强度。
主动小齿轮选用16MnCr5或15CrNi6材料制造，而齿条常采用45钢制造。为减轻质量，壳体用铝合金压铸
3.2液压泵
3.2.1  液压泵的分类
按照结构的形式的不同，液压泵可分为齿轮泵，叶片泵，柱塞式和螺杆式等类型；按照在单位时间内所输出油液体积能否调节，液压泵又分为定量式和变量式两类。
3.2.2  所选液压泵的特性
叶片泵在机床，工程机械，船舶，压铸及治金设备中应用十分广泛。和其他液压泵相比较，叶片泵具有结构紧凑，体积小，重量轻，流量均匀，运转平稳，噪声低等优点。但也存在着结构比较复杂，吸油条件苛刻，工作转速有一定的限制，对油液污染比较敏感等缺点。
按照工作原理，叶片泵可分为单作用式和双作用式两种。双作用式和单作用式性比，它的径向力是平衡的，受力情况比较好，应用较广。
3.2.3液压泵参数的确定
液压泵的压力参数分为工作压力和额定压力。
     工作压力指液压泵出口处的实际压力值。工作压力值取决于液压泵输出到系统中的液体在流动过程中所受的阻力。阻力(负载)增大，则工作压力升高；反之则工作压力降低。 额定压力指液压泵在连续工作过程中允许达到的最高压力。额定压力值的大小由液压泵零部件的结构强度和密封性来决定。超过这个压力值，液压泵有可能发生机械或密封方面的损坏。
排量和流量
排量V 指在无泄漏情况下，液压泵转一转所能排出的油液体积。 可见，排量的大小只与液压泵中密封工作容腔的几何尺寸和个数有关。排量的常用单位是（ml/r）。
理论流量qt指在无泄漏情况下，液压泵单位时间内输出的油液体。
其值等于泵的排量V和泵轴转数n的乘积
实际流量q指单位时间内液压泵实际输出油液体积。 由于工作过程中泵的出口压力不等于零，因而存在内部泄漏量Δq（泵的工作压力越高，泄漏量越大），使得泵的实际流量小于泵的理论流量，显然，当液压泵处于卸荷（非工作）状态时，这时输出的实际流量近似为理论流量。
    额定流量qn    泵在额定转数和额定压力下输出的实际流量。

3.3  驱动电动机
3.3.1  电动机参数的确定
在汽车设计手册中我们可以找到关于前轮转向力的常用公式：
                         （3-3）
—作用在转向盘的力，N；
—原地转向阻力矩，N•㎜
—转向节臂长，㎜
R—转向盘半径，㎜
—转向角传动比
—转向器正效率
由于是采用前轮转向的公式来计算电机的输出力矩，因此对其要作一定的变动转换，得到：
                 （3-4）
—电机的输出转矩，N•㎜
—电机的输出力，N
—原地转向阻力矩，N•㎜
—电机的转子半径，㎜
—转向器正效率
—转向节臂长，㎜
—传动比
由于电机不但要承受地面的力，而且要承爱来自于回位弹簧的力，其二力的合成才是电机所克服的力，这样电机输出的扭矩应为F﹥2 ,并且是选用在车上，所以应选用12V额定电压的电机。
3.3.2  所选电动机的特性
电动机的功能是根据电子控制单元的指令输出适宜的辅助转矩，是EPS的动力源。电动机要求有最大功率质量比和扭矩惯量比、高起动转矩、低惯量和较宽广且平滑的调速范围28]t。应采用体积、质量尽可能小的电动机，尤其是要求快速响应时，电动机必须具有较高的可靠性和稳定性，并且具有较大的短时过载能力。传动系统间隙小、刚度大、输出扭矩高以及减速比大。多采用永磁式直流电动机，包括有刷式和无刷式两种均有采用。电动助力转向的助力电动机早期曾用过有刷电动机，但是随着电子技术的发展，现行的EPS系统几乎都使用永磁无刷直流电动机。
电机的主要要求归纳如下:
1)起动快速、转矩惯量比大。电动机从获得指令信号到完成指令所要求的工作状态的时间应短。响应指令信号的时间愈短，电伺服系统的灵敏性愈高，快速响应性能愈好，一般是以伺服电动机的机电时间常数的大小来说明伺服电动机快速响应的性能。在驱动负载的情况下，要求电动机的起动转矩大，转动惯量小。
2)控制特性的连续性和线性，随着控制信号的变化，电动机的转速能连续变化，有时还需转速与控制信号成正比或近似成正比。体积小、质量小、轴向尺寸短，调速范围宽。要有足够的调速范围，低速运行平稳、力矩波动小。能使用于1:100于10000的调速范围。
3)能经受得起苛刻的运行条件，电机及其控制器在额定负载下运行时，允许施加周期性过载，过载的倍数及每次过载持续时间、间隔时间以及整个运行时间应在产品标准中规定，并能在短时间内承受过载。
4)温度、湿度和盐雾:当周围环境温度在一45℃一+125℃时，电机及控制器能长时间连续运行。电机及控制器在相对湿度不超过10既的情况下能正常工作，电机及控制器应在其表面温度低于露点的情况下，即电机及控制器表面产生冷凝也能完全工作。作为汽车电气设备产品，应具有一定的抗盐雾能力，并能满足相应的标准规定。
5)防水、防尘、防振动。当淋雨、高压水冲洗时，电机及控制器的构造、安装和通风的方式应保证电机及控制器不出现损坏。同时，根据电机及控制器安装部位，电机及控制器应经受上下、左右、前后在各方向的定频振动。电动机对EPS的性能有很大影响，是EPS的关键部件之一，所以EPS对电动机有很高要求，不仅要求转矩大、转矩波动小、转动惯量小、尺寸小、质量轻、而且要求可靠性高，易控制。为此，设计时常针对EPS的特点，对电动机的结构做一些特殊的处理，如沿转子的表面开出斜槽或螺旋槽，定子磁铁设计成不等厚等。电动机的选择和助力机构的减速比、前轴载荷、蓄电池电压有关。在后面的分析中，我们还可以看到，电动机的转动惯量对EPS系统的响应有很大的影响。此外，在选择电动机时，必须考虑其噪声和振动对驾驶员的影响。

3.4  车速传感器
车速传感器将与车辆速度相关的电压信号送到转向系统的电子控制模块这个车辆速度相关信号也被送到自动变速器的电子控制模块。
注意:为了防止对转速传感器的电磁干扰，传感器的导线外有附加屏蔽。如果这层屏蔽被损坏或拆去。电子控制模块﹙计算机系统﹚的工作将会受到严重的影响。禁止随意更换传感器导线，禁止将传感器导线重新布置到它﹙例如火花塞导线等﹚附近。

3.5  ECU控制器
电控液压式助力转向系统的控制电路其核心是LpC2119微处理器25Jt，控制量是电动机的转矩大小和方向，基本输入信号是扭矩信号和车速信号。微控制器廿CZ11，9是基于一个支持实时仿真和跟踪的16/32位ARM7TDNll.SCpU，并带有128k字节伪B)嵌入的高速R班上存储器。128位宽度的存储器接口和独特的加速结构使犯位代码能够在最大时钟速率下运行。对代码规模有严格控制的应用可使用16位Th切nrb模式将代码规模降低超过30%，而性能的损失却很小。由于LPCZI19非常小的64脚封装、极低的功耗、多个32位定时器、4路10位ADC、2路CAN、PWM通道、46个GPOI以及多达9个外部中断使它们特别适用于汽车、工业控制应用以及医疗系统和容错维护总线。由于内置了宽范围的串行通信接口，它们也非常适合于通信网关、协议转换器以及其它各种类型的应用。
特性
。16/32位A斑M7TD加n.s核，超小LQ即64封装;16比片内SRAM;
。128kB片内Rash程序存储器，128位宽度接口功口速器可实现高达60MHz工作频率;
。可加密:全球首个实现可加密的ARM微控制器:
。通过片内boot装载程序实现在系统编程OSP)和在应用编程伪密)。512字节行编程时间为1ms。单扇区或整片擦除时间为4C0咖s;
.EmbdededCIE可实现断点和观察点。当使用片内Re翻MOnitor软件对前台任务进行调试时，中断服务程序可继续运行;
。嵌入式跟踪宏单元伍卫M)支持对执行代码进行无干扰的高速实时跟踪;
。2个互连的CAN接口，带有先进的验收滤波器;
。4路10位A/D转换器，转换时间低至2.44娜;
。2个32位定时器(带4路捕获和4路比较通询、PWM单元(6路输出)、实时时钟和看门狗;
。多个串行接口，包括2个16c550工业标准UART、高速护c接口砰oo妞七)和2个sPI接口;
。通过片内PLL可实现最大为60加任几的CPU操作频率;
。向量中断控制器。可配置优先级和向量地址;
。多达46个通用拍口(可承受sv电压)，9个边沿或电平触发的外部中断引;
。通过外部中断将处理器从掉电模式中唤醒;
。双电源一CUP操作电压范围:1.65一1，95V(1.8班。.15码;一FO操作电压范围:3.)3.6V(3.0班or%)，可承受SV电压。
LPC2119包含一个支持仿真的ARN17TD州压SC卫U、与片内存储器控制器接口的ARM7局部总线、与中断控制器接口的AMB[A高性能总线(AHB)和连接片内外设功能的VLSI外设总线(VPB，ARMA州B[A总线的兼容超集)。LPCZlgl将A及M7TD州压S配置为小端(little.c耐lna)字节顺序。






第四章  电控式液压助力转向系统的控制方法
4.1  电控液压式助力转向系统的动力学方程
电控液压式助力转向系统是由下列几部分组成的:原汽车的机械转向部分、助力装置传动机构、电动机、控制器和在助力机架里的方向盘转矩转角传感器。电子助力转向系统的动力学模型如下。见图4.1。

图4-1电动转向器模型

其中
fK(:(0:一于)+，，，二)表示电动机输出的力矩:是x(，y)Its数表达式与控制策略的选取有关。
凡=F(x，V)+v:是作用在车轮和转动环节的外力，它的v:、车速犷、前轮转角(可由齿条的位移X来表示)、悬架举升效应点等因素的影响，是个典型的非线性函数。分析过程中，可以在忽略素后将其视作车速F和齿条位移X的函数。通常情况下，这个函数验数据结合轮胎的半经验模型来确定。
上式中忽略了电动机部分的刚度、转动惯量和阻尼系数，这三个化入转向柱对应的三个参数中。上述模型中没有考虑电动机电流控制策略对系统的影响。


4.2电控液压式助力转向系统对转向路感的影响
在电控液压式转向系统的动态特性研究中，路感与回正力矩有着密切的关系。以往研究路感时，是从系统的稳定性出发，得出系统助力系数的约束条件，再对控制系统进行校正和优化设计。这种设计方法并没有定量分析转向路感，而且忽略了汽车的车速。下面以汽车转向路感为出发点，对EPS的路感问题进行探讨，这对EPS的控制器的研究和设计具有指导意义。
4.2.1路感强度定义
汽车转向时，轮胎发生侧向变形，地面上作用着与这种变形分布相对应的侧向力，即侧偏力。另外，从轮胎的侧向变形来看，侧向合力的作用点不一定和轮胎接地中心一致，因此，作用于轮胎的侧向力将绕轮胎接地中心产生回正力矩。回正力矩除以转向系统传动比再加上传动中的摩擦阻力矩，就是汽车转向时所需克服的力矩，在动力转向系统中，由驾驶员和助力装置共同承担阁。回正力矩中包含了汽车载荷、轮胎气压、轮胎与地面附着状态等信息，使汽车的运动状态与驾驶员手上的力有一种对应关系，这种关系可以用路感来描述。“路感”就是驾驶员在进行转向动作时，通过转向器获得对路面状况和阻力变化的直接感觉。汽车中、高速行驶时，适当的路感是必不可少的，它使驾驶员能及时掌握转向时的情景，从而做出正确的判断，减少事故发生。路感的大小可理解为回正力矩通过传动装置传递到驾驶员手上的力矩的大小，它可以用路感强度值E来表示。影响路感的主要因素有:
a.传动中的摩擦阻力，它传递到转向盘会给驾驶员一种错觉，摩擦力矩使路感变弱。
b.动力转向器中，一部分回正力矩由助力机构来承担。可以认为，助力系数越大，回正力矩传递到转向盘上的力就越小，路感也就越差。路感强度。
E定义为转向负载增加单位值时对应的操纵力的相对变化量。
汽车操纵力矩和汽车的转向系统的结构、悬架特性、整车的参数(比如质心位置、车辆尺寸与和动力转向系统的控制策略有关。前面的三个因素在一辆汽车设计定型之后就很难改变了。但是转向系统的控制策略却是可以人为设定的。在目前的转阀式动力转向器中，液压助力系数一般恒定，若要得到不同的路感强度，必须通过改变扭杆的刚度和转阀刃口的过流面积来实现。对这种动力转向器调整转向路感是困难的。而EPS系统中通过合理的制定控制策略可以很好地解决这个问题。

4.3目标电流的控制策略
4.3.1目标电流的确定
电动机的目标电流是根据助力特性曲线确定的〔划，EPS的助力特性曲线属于车速感应型，在同一转向盘力矩输入下，电动机的目标电流随车速的增加而降低，电流越大助力越大，能较好地兼顾轻便性和路感的要求。本系统选用计算和改动最为简便的线性助力特性，横坐标为驾驶员操纵转向盘转矩Ts，纵坐标用电机目标电流加表示电机助力目标转矩Tt。

图4-2不同车速下电机助力特性

从图4一2它中可以看出，当驾驶员施加在转向盘上的转矩在死区范围内，即转向盘位于中间位置附近时，电机助力转矩为O，当转向盘转矩越过死区，电机根据转向盘偏离方向线性地施加助力转矩。车速越高，助力转矩与转向盘转矩之间的增益越小，以此保证应该系统在低车速时发挥较大的助力转向作用，在高车速时明显减小助力转向效果，从而使驾驶员在转向时获得较好的路感。
在永磁式直流电动机中，电机的电流大小决定了电机的输出力矩。制定EPS系统的控制策略首要的就是制定目标电流计算的算法，即确定式。


4.3.2电动机电流的PDI控制
PID(比例一积分一微分)控制器是最早发展的控制策略之一侧。因为这种控制器具有简单的控制结构，不需精确的计算模型、在实际应用中控制参数又比较容易整定，所以它己成为应用最为广泛的控制器。PDI控制只需设定三个参数(凡Kr和K。)即可，并且在某些情况下，不一定需要全部三个单元，只取其中的一到两个单元即可，但比例控制单元是必不可少的。数字P功控制有位置式和增量式两种。位置式数字PDI控制器输出为全量输出，若采用位置式数字PDI控制器控制电动机电流易产生转向盘振动。因此本系统采用增量式数字PDI控制器来进行电动机电流的控制，如图4.3所示。

图4-3电机电流控制P功算法框
如图4.4所示为电动机电流增量式数字P功控制程序框图。


图4-4电流P功控制算法程序框图





结论
根据现代的发展形势看，人们越来越重视驾驶的舒适性和安全性，随着车辆的增加每辆车的行驶面积将减少，有灵活轻便的功能也就受人重视，按这样看来，电控液压式转向机构将有很大的发展潜力，如今日本已有几种品牌的车型采用了此功能。
当车辆高速转弯时，离心力使车辆后部产生侧面移动的趋势，这会使后轮在路面上发生侧向滑动，车速和转向的急剧程度决定了侧滑的大小，如果侧滑过大，会使汽车发生横向旋转，从而失去了对车辆的控制，在高速时四轮转向系统的后轮转动方向与前轮相同，侧滑将会减轻，使稳定性得以改善。
因此，电控液压式转向具有很大的发展空间，值得我们去开发生产，也许在不久的将来，电控液压式转向系统将会像空调，ABS系统，电动门窗一样普遍的使用在车上。
















致 谢
短短的毕业设计的几个月过去了，在这段时间里是我在大学期间的总结，是对我所学知识的考察。
本课题在选题及写作过程中得到了朱宝全老师的悉心指导。经朱老师多次讨论研究，并为我指点迷津，帮助我开拓研究思路，精心点拨、热忱鼓励。朱老师一丝不苟的作风，严谨求实的态度，踏踏实实的精神，不仅授我以文，而且教我做人，虽历时四载，却给以终生受益无穷之道。对郭老师的感激之情是无法用言语表达的。
同时，还要感谢郑德林老师和席振鹏老师，感谢他们对我的帮助和指点。这对于我完成毕业设计起到了很大的作用。在此，我要向诸位老师深深地鞠上一躬。
感谢我0593301班的每一位同学，感谢他们四年来对我学习、生活的关心和帮助。
在论文即将完成之际，我的心情无法平静，从开始进入课题到论文的顺利完成，有多少可敬的师长、同学、朋友给了我无言的帮助，在这里请接受我诚挚的谢意！












参考文献
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【10】张小虞.汽车工程手册.人民交通出版社，2000：。













附录1
Final assembly plant test bed on complete car, places new demands on the implementation of software in electronic systems
Jan Schachtschabel
Volvo car corporation, product &process engineering, manufacturing engineering electrical systems.
Abstract: the current and future demands on greatly reduced emissions from motor vehicles will display new technology and solutions for engine control systems.
A control system performs a number of tasks in addition to the “control job”, It must also continuously supervise all signals from the network and find malfunctions or deviations from a normal function in the control system.
The implementation of those supervisory functions into software is mainly performed by the supplier of our systems.
When considering a complete vehicle, including a number of different control systems, it is an obvious fact that the supervisory functions will differ from system to systems.
The purpose embedding the supervisory functions the control system is to facilitate the development, production and service of the vehicle.
When using supervisory function in final assembly plant, to secure the total vehicle quality, we have seen the possibility for improvements of the software.
Final assembly plants, the flow, the time demands and the handling of the complete or incomplete vehicle focus on new demands for system software and its design and implementation into the control systems in the vehicle.
This article describes the ideas and new requirements, from a production point of view, on software for engine control systems which have been developed while on the Volvo 850 Turbo. The vehicle is equipped with a new engine, a 5cylinder(in line)2.3liter, a control system from Robert Bosch GmbH(Motronic M4.3)and an automatic gearbox with a , control system from AISIN AW Co. Ltd.
Air pollution is partly caused by emissions from vehicles with faulty emission control systems. Emissions from new vehicles have been drastically reduced, but the emissions from the malfunction vehicles are responsible for an increased share of the total emissions from motor vehicles.
On board Diagnostics(OBD)systems began to appear LDV: is in the beginning of the 80:s, due to the improved,“ closed loop ”,fuel control systems.
The OBD I requirements were introduced in 1988 by the California Air Resources Board (CARB). The purpose of the regulation was to expedite the proper repair of emissions, The OBD I system was to monitor the function of the onboard computer, computer sensor components, the fuel metering system and the exhaust gas recirculation.
Model year 94, the CARB introduces a new regulation, called OBD II, requiring powerful monitoring of the vehicle emission system, The system shall inform the driver that there is a malfunction in the emission control system by illuminating a lamp, the Malfunction Indiator Lamp (MIL), in the dashboard. The system shall also store Diagnostic Lamp (MIL), in the dashboard. The system shall also store Diagnostic Trouble Codes (TDC), that the workshop can later read out over the diagnostic link with an OBD II Diagnostic Scan Tool.
The production preparations for this new vehicle also included the development of a new tool for the final assembly factory, the purpose of which was to ensure quality in the complete vehicle.
The tool or system shall use information from the car via adiagnostic link in the same manner as a “workshop tool=VST(Volvo System Tester)”reads the DTC(Diagnostic Trouble Codes).
Based upon a flow diagram describing the flow of assembly in the Gent factory(Where the 850 is manufactured) it was discovered early on that the new OBD II functions could not be tested with any degree of certainty in the final assembly factory’s complete vehicle testing in the dynamometers.
The results produced by the process flow and the planned production rate for the Volvo 850 indicated that the driving of a maximum 300 seconds does not fulfil the requirements for long ,all—round driving which are required in order for OBD II supervisory functions to release a fault code. We predicted that the existing driving tomes were hard pressed. The final assembly plant expressed a desire to reduce the driving times in order to achieve a higher capacity.
Directly after the test in the dynamometer the vehicle shall be driven to a station which reads all system, their diagnostic-of-line-test. The reading use the diagnostic link based on OBD I/Volvo Diagnostic I concept.
Note that we read all systems, not only those effected by emission.
A Quick conclusion of this study shows us that the software’s supervisory and security requirements, when detecting a fault in the vehicle, do not correspond with the requirements for a quick and secure final test like the one of the factory.
Since we are in the final assemble factory we are at a great advantage in that there are a large number of identical new vehicles.
To a certain degree, the test conditions in the final assembly factory are ideal; many new vehicles, clear-cut test instructions and a small number of chosen, well trained operators.











附录2
整车的测试机床适应了电动系统的最新要求
Jan Schachtschabel
Volvo 汽车制造公司
摘要：现在和将来都要求利用新技术和解决发动机的控制系统来大大降低交通工具的消耗。
新的交通工具包括大量传感器，输入/输出的一个网络控制系统。
一个控制系统除了“控制工作”还运行许多的工作，它一直不断地自网络提供的所有信号而且找来自一个正常的功能故障或偏离。
那些管理的协能落实进入软件之内主要地被我们的系统供应者运行。
当考虑完整的车辆的时候，包括许多的不同控制系统，管理的功能将会区别此系统和其他功能。
目的是引用控制系统的管理功能的时候，确保了车辆质量，我们为软件的进步看到了可能性。
最后集中安装，流程，时间要求和完全的或不完全的交通工具在系统软件和它的设计和落实控制系统之内的目标。
这个文章描述从制造观点的主要核心要求，当外Volvo 850 Turbo的时候，发动机控制已经被外理过了。车辆被装备一个新的引擎，5cylinder(在线中)2.3liter,有来自AISIN AWCO的一个控制系统和来自罗勃特Bosch GmbH(Motronic M4.3)的自动变速箱。
空气污染是由于车辆的排放和控制系统的不良排放引发的。来自新的车辆的排放已经被减少。然而，来自新的交通工具的人代会放有大幅减速少，但是来自发动机的故障排放占较大比例。
OBD系统是在80年代初开始清理LDV的，由于改良的“闭环”燃料控制系统。
OBDⅠ需求被介绍在1988年加州空气资源董事会（CARB），规则的目的要加快排放的适当修理OBD系统要检测计算机的功能，感应器成份，燃料燃烧系统成分。
例如94年，CARB介绍一条新的规则，叫做了OBDⅡ，需要车辆排放系统有力监听，由一个故障灯（千分之一寸）系统将告知驾驶员在排放控制系统中有故障，在仪表板中。系统也将储存诊断的故障密码（DTC），那么处理器将调出一个OBDⅡ的诊断码。
产品为这种新车辆的工具发展而准备，目的要确定整车中的质量。
工具或系统将使用来自同一处理器的汽车信号读DTC（诊断的故障密码）。
基于OBDⅡ所在的动力工厂，测试新的OBDⅡ标准不能在任何温度下测试。
结果被Volvo 850的程序流程和计划的制造率表明，为Volvo 850的传统比率指示传统的测试最大值300秒的驾驶不符合在OBDⅡ上的标准 。为了得到大马力得减少驱动次数。
在测试之后直接在动力车辆将被驱使到读所有的系统，他们的诊状态和任何的被储存的被注册的DTC的OBD/Volvo诊断代码联编。
注意我们读了所有的系统，不只有那些被排放导致的。
这项研究的结论说明我们的那些软件的管理和安全需求，当在交通工具发现一种过失的时候，像工厂中的那些测试不相符合。
因为我们是在一个有很多的新型交通工具的高利益工厂。
对于某程度，在总装厂中测试的情况是许我新型的理想的交通工具，但是很少的选择训练良好的操作员。