小型SUV电动助力转向器设计
摘要：汽车工业的快速发展和市场竞争的需求极大地促进了小型SUV电子技术的应用和发展，而汽车电子技术本身的创新和进步也为小型SUV产业的发展提供了技术保证，并为汽车向电子化、智能化、网络化和多媒体方向发展创造了条件。汽车电子技术的发展正在改变着汽车的传统结构和扩展着汽车的功能。在设计中分析了现在常见的转向器结构形式，根据设计需要采用循环球式转向器。但是整个系只是简单的机械连接，仅仅从理论上实现了小型SUV的转向。
关键词 方向盘 转向系 转向器
1引言
在小型SUV行驶中，转向运动是最基本的运动。我们通过方向盘来操纵和控制小型SUV的行驶方向，从而实现自己的形式意图。在现代小型SUV上，转向系统是必不可少的最基本的系统之一，它也是决定小型SUV主动安全性的关键总成，特别是在车辆高速化，驾驶人员非职业化，车流密集的今天，针对更多不同的驾驶人群，小型SUV的操纵性设计显得尤为重要。
从上世纪四十年代起，为减轻驾驶员体力负担，在机械转向系统基础上增加了液压助力系统HPS(hydraulic power steering)，它是建立在机械系统的基础之上的，额外增加了一个液压系统，一般有油泵、V形带轮、油管、供油装置、助力装置和控制阀。由于其工作可靠、技术成熟至今仍被广泛应用。现在液压助力转向系统在实际中应用的最多，根据控制阀形式有转阀式和滑阀式之分。这个助力转向系统最重要的新功能是液力支持转向的运动，因此可以减少驾驶员作用在方向盘上的力。
虽然传统转向系统工作最可靠，但是也存在很多固有的缺点，传统转向系统由于方向盘和转向车轮之间的机械连接而产生一些自身无法避免的缺陷：①小型SUV的转向特性受驾驶员驾驶技术的影响严重；②转向传动比固定，使小型SUV转向响应特性随车速、侧向加速度等变化而变化，驾驶员必须提前针对小型SUV转向特性幅值和相位的变化进行一定的操作补偿，从而控制小型SUV按其意愿行驶。这就变相地增加了驾驶员的操纵负担，使小型SUV转向行驶存在很大的不安全隐患；③液压助力转向系统经济性差，一般轿车每行驶一百公里要多消耗0.3~0.4升的燃料；另外，存在液压油泄漏问题，对环境造成污染，在环保性能被日益强调的今天，无疑是一个明显的劣势。
电液动力转向系统
近年来，随着电子技术的不断发展，转向系统中愈来愈多的采用电子器件。相应的就出现了电液助力转向系统。电液助力转向可以分为两大类：电动液压助力转向系统EHPS(electro-hydraulic power steering)、电控液压助力转向ECHPS(electronically controlled hydraulic power steering)。EHPS是在液压助力系统基础上发展起来的，其特点是原来有发动机带动的液压助力泵改由电机驱动，取代了由发动机驱动的方式，节省了燃油消耗。ECHPS是在传统的液压助力转向系统的基础上增加了电控装置构成的。电液助力转向系统的助力特性可根据转向速率、车速等参数设计为可变助力特性，使驾驶员能够更轻松便捷的操纵小型SUV。
现代电液动力转向系统主要通过车速传感器将车速传递给电子元件，或微型计算机系统，控制电液转换装置改变动力转向的助力特性，使驾驶员的转向手力根据车速和行驶条件变化而改变，即在低速行驶或转急弯时能以很小的转向手力进行操作，在高速行驶时能以稍重的转向手力进行稳定操作，使操纵轻便性和稳定性达
EHPS相比传统HPS降低了能源损耗。但电液动力转向系统，不论ECHPS还是EHPS都与传统的HPS一样存在液压油泄漏问题。
电动助力转向系统
电动转向系统EPS(Electric Power Steering)把一个机械的系统和一个电控的电动马达结合在一起形成的一个动力转向系统。与液压系统不同的是，助力改由电机提供，因此，要有一个力矩传感器来测量作用在方向盘上的力矩，由电子控制单元来计算所需要的力矩。作用在方向盘上的力矩曲线由一个电动马达来分配。通过电动马达提供转向所必须要的力，它通过一个减速器作用在转向柱上，在循环球式的传动装置中，直接作用在齿扇上的力太大，因此大多选用齿轮齿条转向器。根据助力位置不同分为三种形式：1、转向柱助力式.2、小齿轮助力式.3、齿条助力式.
由于EPS改由电机提供助力，助力大小由电控单元ECU实时调节与控制，可以较好解决小型SUV操纵时轻与灵的矛盾。
电动助力转向最早应用在微型小型SUV上，1988年2月日本铃木公司首次在其Cervo车上装备，目前电动助力转向系统主要应用在轿车上，并逐渐从微型轿车向更大型轿车和商务车发展]。其优点有：
1.EPS能在各种行驶工况下提供最佳助力，减小由路面不平所引起的对转向系统的扰动，改善小型SUV的转向特性，减轻小型SUV低速行驶时的转向操纵力，提高小型SUV高速行驶时的转向稳定性，进而提高小型SUV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使用对象的需要。
2． EPS只在转向时电动机才提供助力(不像HPS，即使在不转向时，油泵也一直运转)，因而能减少燃料消耗。
3.由于直接由电动机提供助力，电动机由蓄电池供电，因此EPS能否助力与发动机是否起动无关，即使在发动机熄火或出现故障时也能提供助力。
4. EPS取消了油泵、皮带、皮带轮、液压软管、液压油及密封件等，其零件比HPS大大减少，因而其质量更轻、结构更紧凑，在安装位置选择方面也更容易，并且能降低噪声。
5 .EPS没有液压回路，比HPS更易调整和检测，装配自动化程度更高，并且可以通过设置不同的程序，快速与不同车型匹配，因而能缩短生产和开发周期。
6 .EPS不存在渗油问题，消除了液压助力中液压油泄漏问题，可大大降低保修成本，减小对环境的污染，改善了环保性。
7.EPS比HPS具有更好的低温工作性能。
电动助力转向目前已成为世界小型SUV技术发展的研究热点之一。
小型SUV转向系统分类
小型SUV转向系统分为两大类：机械转向系统和动力转向系统。
完全靠驾驶员手里操纵的转向系统称为机械转向系统。
借助动力来操纵的转向系统称为动力转向系统，动力转向系统又可分为液压动力转向系统和电动助力动力转向系统。
2设计任务书
小型SUV在行驶过程中需要不断改变方向，转向系就是通过一系列机械传动使得前轮发生偏转，从而实现小型SUV转向，达到改变行驶方向的目的。
驾驶员操纵方向盘，通过转向器把方向盘的旋转运动转化成转向摇臂一定角度的摆动，带动转向梯形运动，使前轮偏转一定的角度，实现小型SUV转向。
这次设计主要目的是总结所学知识，在设计中没有考虑到实际需要，只是从本专业出发，基于自己的实际能力对基础的机械设计进行练习。设计中对前桥的受力做简单的分析，对一些常见的转向器结构稍作分析并加以选择，并设计循环球式转向器。
3机械转向简介
机械转向系以驾驶员的体力作为转向能源，其中所有传力件都是机械的，机械转向系由转向操纵机构，转向器和转向传动机构三大部分组成。
3.1转向操纵机构
转向器操纵机构由方向盘，转向轴，转向管柱等组成，它的作用是将驾驶员转动转向盘的操纵力传给转向器。
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