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1、兰州工业学院汽车工程学院汽车助力力转向系系统的设设计摘 要随着人们们生活水水平的提提高，购购买汽车车已经不不再是一一件很困困难的事事情了，因因此汽车车在安全全性、舒舒适性以以及稳定定方面越越来越受受到大家家的关注注，汽车车转向系系统的性性能是汽汽车的稳稳定性和和安全性性的重要要指标之之一， 助力转转向，顾顾名思义义，是协协助驾驶驶员作汽汽车方向向调整，为为驾驶员员减轻打打方向盘盘的用力力强度，降低了驾驶员的工作量，对减轻疲劳驾驶有很大的帮助。本论文首首先介绍绍了传统统的汽车车助力转转向系统统的发展展历程，以以及传统统的液压压助力转转向系统统的工作作原理，并并在此基基础上提提出了本本论文的的控制
2、流流量式液液压助力力转向系系统，本本人通过过建立流流量数学学模型，在在以单片片机为主主控芯片片的基础础上，设设计了电电子控制制单元，根根据各个个传感器器收集到到的信号号反馈，来来达到准准确控制制电液比比例阀，从从而实现现转向助助力系统统。论文文在最后后的章节节中设计计了试验验测试，检检验单片片机对各各个电子子系统的的控制效效果。测测试结果果表明，各各个电子子单元可可以正常常运行，可可以满足足实现液液压助力力转向系系统的需需要。关键词：汽车，单片机机，助力转转向，驾驶员员AUTOOPOWWERSSTEEERINNGSYYSTEEMDEESIGGNABSTTRACCTAs ppeopple liv
3、vingg sttanddardd riise, buuyinng aa caar iis nno llongger is a vveryy diiffiicullt tthinng, so carrs iin ssafeety, coomfoort andd sttabiilitty oof mmoree annd mmoree peeoplle cconccernn, ccar turrnedd too thhe pperfformmancce oof tthe sysstemm iss thhe sstabbiliity andd seecurrityy off thhe ccar im
4、pporttantt inndiccatoors of, poowerr stteerringg, jjustt ass itts nnamee immpliies, iss too asssisst tthe driiverr foor aautoomobbilee diirecctioon aadjuusteed ffor thee drriveers of thee stteerringg whheell haard redducee sttrenngthh, aand to redducee thhe wworkkloaad oof tthe driiverr too reeducce
5、 ffatiiguee drriviing, haas vveryy grreatt heelp.Thiss paaperr fiirsttly inttrodducees tthe traadittionnal vehhiclle ppoweer ssteeerinng ssysttem devveloopmeent couursee, aand traadittionnal hyddrauulicc stteerringg syysteem pprinncipple of worrk, andd prropoosedd inn thhis fouundaatioon oof tthiss
6、paaperr coontrrol floow ttypee hyydraauliic ssteeerinng ssysttem, I thrrouggh tthe esttabllishhmennt oof mmathhemaaticcal moddel, inn orrderr too fllow as thee coontrrolller chiip mmicrrocoontrrolller werre ddesiigneed oon tthe bassis of thee ellecttronnic conntrool uunitt, aaccoordiing to varriouus
7、 ssenssorss too coolleect feeedbaack, thhe ssignnal to acccuraate conntrool eelecctroohyddrauulicc prropoortiionaal vvalvve, so as to reaalizze tthe steeeriing sysstemm. IIn tthe finnal secctioon oof tthe papper wass deesiggnedd wiith thee chhip to thee teest, teest eacch eelecctriicall syysteem cco
8、nttroll efffecct. Thee teest ressultts sshoww thhat eacch eelecctroonicc unnit cann ruun nnormmallly, cann saatissfy reaalizze hhydrraullic steeeriing sysstemm neeedss.KEY WORRDS：Autoomobbilee , Sinnglee Chhip Miccro-commputter , PPoweer AAssiisteed SSteeerinng , DDrivver目录第1章汽汽车助力力转向系系统介绍绍11. 1 汽汽车
9、助力力转向系系统的分分类11. 2 汽汽车转向向系统的的发展过过程21.22.1 传统的的机械式式助力转转向系统统31.22.2 传统的的液压式式助力转转向系统统4第2章液液压助力力转向系系统的原原理分析析62.11 液压压控制阀阀的结构构介绍662.22 汽车车直线行行驶时液液压控制制阀的状状态82.33 汽车车左转向向时液压压控制阀阀的状态态92.44 汽车车右转向向时液压压控制阀阀的状态态10第3章 汽车液液压式EESP控控制系统统设计1123.11 液压压式ESSP系统统工作原原理1223.22液压式式ESPP转向系系统1333.33 主要要元器件件介绍1153.33.1 单片机机15
10、3.33.2 转换电电路及转转换控制制电路构构成1883.44 单片片机控制制系统2203.44.1 单片机机信号采采集系统统203.44.2单单片机控控制系统统电路2213.55 控制制器的设设计2333.55.1 控制策策略的介介绍2333.55.2 PIDD算法244第4章汽汽车液压压式ESSP控制制系统模模拟试验验264.11 液压压式模拟拟试验台台工作原原理2664.22 液压压式模拟拟试验台台测控系系统设计计264.22.1 试验台台测控系系统的模模拟测试试264.22.2 试验台台测控单单元的功功能2774.33 程序序的编写写284.44 传感感器2884.44.1 光电车车速
11、传感感器2884.44.2 光电车车速传感感器技术术指标2294.44.3 光电车车速传感感器技术术性能3304.44.4 光电车车速传感感器的模模拟3004.55 测试试结果333结束语335参考文献献36致谢388附 录1139附 录2241VI第1章 汽车助力力转向系系统介绍绍1.11 汽车车助力转转向系统统的分类类汽车的转转向系统统分为机机械转向向系统和和助力转转向系统统两大类类。汽车车的转向向性能是是汽车的的主要性性能之一一，它直直接影响响到汽车车的操作作稳定性性，对于于确保车车辆的安安全行驶驶、减少少交通事事故以及及保护驾驾驶员的的人生安安全、改改变驾驶驶员的工工作条件件起着重重要
12、作用用。为了了提高转转向性能能，目前前普遍采采用了助助力转向向系统。液压助力力转向系系统是最最早采用用的助力力转向系系统的形形式，电电子技术术、电气气技术及及新的控控制策略略的应用用使得转转向系统统发生了了革命性性的变化化，助力力转向系系统由传传统的液液压助力力转向系系统(HHydrraullic Powwer Steeeriing,简称HPPS)向向电控液液压助力力转向系系统(EElecctrooniccalllyCoontrrollled Hyddrauulicc Poowerr Stteerringg Syysteem，简简称ECCHPSS)、电电动液压压助力转转向系统统(Ellectt
13、ro-Hyddrauulicc Poowerr Stteerringg，简称称EI-IPSS)、电电动助力力转向系系统(EElecctriicPoowerr Stteerringg，简称称EPSS)发展展。 电子控制制动力转转向系统统(简称EPPSEleectrroniicCoontrrolPPoweerStteerringg)，根根据动力力源不同同又可分分为液压压式电子子控制动动力转向向系统(液压式式EPSS)和电电动式电电子控制制动力转转向系统统(电动式式EPSS)。液液压式电电子控制制动转力力向系统统是在传传统的液液压动力力转向系系统的基基础上增增设了控控制液体体流量的的电液比比例阀、车
14、车速传感感器和电电子控制制单元等等，电子子控制单单元根据据检测到到的车速速信号，控控制电液液比例阀阀，使转转向动力力放大倍倍率实现现连续可可调，从从而满足足高、低低速时的的转向助助力要求求。它具具有如下下优点：（1）设设计新颖颖，结构构紧凑。安安装占据据体积小小，质量量轻，通通过设置置不同程程序与不不同车型型匹配，大大大缩短短生产和和开发周周期。（2）稳稳定性好好。通过过软件控制制，本系系统增大大汽车低低速行驶驶时的转转向操纵纵力，提提高汽车车高速行行驶时的的转向稳稳定性，提提高汽车车主动安安全性，能能通过电电子控制制器设置置不同的的转向回回力特性性来满足足不同使使用对象象的需求求。（3）高高
15、抗干扰扰性能。对对汽车行行驶时的的测向力力和侧风风带来的的影响有有很好的的校正作作用。（4）提提高了转转向操纵纵力。克克服了液液压助力力系统的的传动比比不可调调的缺点点。同时时，由于于利用了了惯性减减震器来来减少车车轮的反反转和转转向前轮轮摆振，因因而提高高了转向向盘的跟跟随性能能。（5）转转向回正正性好。可可以充分分发挥软软件编程程的优势势，根据据不同的的车速和和不同的的车况，控控制电液液比例阀阀提供不不同的流流量特性性和与车车辆动态态性能相相匹配的的转向回回正性。目前，国国内仅有有为数不不多的院院校和企企业正在在开展汽汽车液压压式电动动助力转转向系统统的研究究，研究究工作并并不深入入，未开
16、开发出成成熟的产产品而严严重受制制于国外外企业的的垄断，因因此，研研究和开开发满足足各种车车型需求求的新型型汽车液液压式电电子控制制动力转转向系统统，填补补国内该该类产品品的空白白，形成成产品规规模化、系系列化，建建立面向向高新技技术领域域的汽车车电动助助力转向向系统产产业基地地，已是是亟待发发展的急急迫任务务。开展展本项目目的研发发和产业业化，将将达到以以下目的的：（1）研研究开发发面向重重型车型型的新型型汽车液液压式电电子控制制动力转转向系统统，其应应用前景景广泛，技技术性能能优越；该系统统设计新新颖，结结构紧凑凑，工作作安全可可靠，稳稳定性好好，转向向跟随特特性和回回正特性性都将具具备优
17、良良的动态态品质。（2）本本系统将将研发电电子控制制器，通通过软件件进行非非线性、数数字滤波波，PIID算法法等。此此种设计计极大的的提高了了新型汽汽车液压压式电动动助力转转向系统统的操作作轻便性性和驾驶驶稳定性性，保证证安全可可靠。（3）创创建具有有较大规规模广东东省及国国内汽车车动力转转向技术术开发中中心和生生产基地地，具有有活跃的的技术创创新力和和自主知知识产权权。开展展新型汽汽车液压压式电子子控制动动力转向向系统的的研制和和产业化化，将有有以下重重要意义义：（1）提提供高性性能的具具有自主主知识产产权的汽汽车液压压式电动动助力转转向系统统装备，跟跟踪和赶赶超国际际先进科科技水平平，在提
18、提高综合合国力和和科技水水平方面面做出贡贡献。（2）项项目完成成后，将将为我国国高精度度、高性性能的汽汽车助力力转向系系统产业业化打下下良好的的基础，初初步建立立起产业业化中心心，以产产生强大大的市场场竞争力力。（3）该该项目的的研制与与开发对对满足驾驾驶安全全以及社社会需求求，将产产生巨大大的经济济效益和和社会效效益。1. 2 汽车车转向系系统的发发展过程程汽车转向向系统是是用于改改变或保保持汽车车行驶方方向的专专门机构构，其作作用是使使汽车能能在行驶驶过程中中按照驾驾驶员的的操纵要要求而适适时地改改变其行行驶方向向，在受受到路面面传来的的冲击及及偏离行行驶方向向时，能能与行驶驶系统配配合共
19、同同保持汽汽车继续续稳定行行驶，因因此，转转向系统统的性能能直接影影响着汽汽车的操操纵稳定定性和安安全性。1.22.1传统的的机械式式助力转向向系统机械式转转向系统统以驾驶驶员的体体力作为为转向动动力，所所有传递递动力的的部件都都是机械械的，没没有辅助助动力源源。机械械转向系系统主要要由转向向操纵机机构、转转向器和和转向传传动机构构三部分分组成如如图1-1所示。图1-11机械式式转向系系统转向操纵纵机构就就是驾驶驶员操纵纵转向器器工作的的机构，包包括从转转向盘到到转向器器输入端端的零部部件等。操操纵汽车车转向时时，驾驶驶员对转转向盘的的操纵力力是非常常有限的的，因此此需要借借助增力力装置来来使
20、转向向车轮发发生偏转转。而转转向器就就是把转转向盘传传来的转转矩按一一定传动动比进行行放大并并输出。转向器(也常称称为转向向机)是完成成由旋转转运动到到直线运运动(或近似似直线运运动)的一组组齿轮机机构，同同时也是是转向系系中的减减速传动动装置。目目前较常常用的有有齿轮齿齿条式、循循环球曲曲柄指销销式、蜗蜗丰丁曲曲柄指销销式、循循环球齿条齿齿扇式、蜗蜗杆滚轮轮式等。转向传动动机构是是把转向向器的运运动传给给转向车车轮的机机构，包包括从摇摇臂到转转向车轮轮的零部部件。整整个机械械转向系系统的工工作方式式为：驾驾驶员需需要转向向时，对对转向盘盘施加转转向力矩矩，该力力矩通过过转向轴轴输入到到机械转
21、转向器，力力矩经转转向器减减速放大大后由转转向摇臂臂传到转转向直拉拉杆，最最后再传传给固定定于转向向节上的的转向节节臂，使使转向节节和它所所支承的的转向车车轮发生生偏转；与此同同时，经经梯形转转向机构构带动另另一侧的的转向车车轮同时时发生偏偏转，从从而改变变汽车的的行驶方方向。根据机械械式转向向器形式式的不同同，可以以将其分分为：齿齿轮齿条条式、循循环球式式、蜗杆杆滚轮式式、蜗杆杆指销式式。应用用最广泛泛的主要要是齿轮轮齿条式式和循环环球式(用于需需要较大大的转向向力时)。循环球式式转向器器由于是是滚动摩摩擦形式式，因而而正传动动效率很很高，操操作方便便且使用用寿命长长，而且且承载能能力强，故
22、故广泛地地应用于于载货汽汽车上。齿齿轮齿条条式转向向器与循循环球式式相比，最最大特点点是刚性性大，结结构紧凑凑重量轻轻，且成成本低。由由于这种种方式容容易将反反作用力力由车轮轮传至转转向盘，因因此具有有对路面面状态反反应灵敏敏的优点点，但同同时也容容易产生生打手和和摆振等等现象，且且其承载载能力相相对较弱弱，故主主要应用用于小汽汽车及轻轻型货车车上，目目前我国国大部分分轿车上上采用的的就是齿齿轮齿条条式机械械转向系系统。1.22.2传统统的液压压式助力力转向系系统液压助力力转向于于20世纪纪30年代代首先应应用在重重型车辆辆上。由由于当时时汽车装装载质量量和整备备质量的的增加，在在转向过过程中
23、需需要克服服的前轮轮转向阻阻力矩也也将相应应增加，作作用在转转向盘上上的转向向力也随随着增加加，使驾驾驶员感感到“转向沉沉重。当前前轴负荷荷增加到到某一数数值后，靠靠人力去去转动转转向轮就就很吃力力。为使使驾驶员员操纵轻轻便，提提高车辆辆的机动动性，最最有效的的方法就就是在汽汽车的转转向系中中加装转转向助力力装置，借借助于汽汽车发动动机的动动力驱动动油泵、空空气压缩缩机和发发电机等等，以液液力、气气力或电电力增大大驾驶员员操纵前前轮转向向的力量量，使驾驾驶员可可以轻便便灵活地地操纵汽汽车转向向，减轻轻劳动强强度，提提高了行行驶安全全性。液液压助力力转向系系统除了了传统的的机械转转向器以以外，尚
24、尚需增加加控制阀阀、动力力缸、油油泵、油油罐和管管路等。而而轿车对对动力转转向的要要求与重重型车辆辆不完全全相同。比比如重型型车辆对对动力转转向系统统噪声的的要求较较低，轿轿车则对对噪声要要求很高高，轿车车还要求求选用的的转向器器系统结结构要更更简单、尺尺寸更小小、成本本更低等等。但是是重型车车辆动力力转向技技术的发发展无疑疑为轿车车动力转转向技术术奠定了了基础。传传统液压压助力转转向系统统按转向向控制阀阀形式分分为滑阀阀式和转转阀式两两种。目目前在轿轿车上的的液压助助力转向向采用的的是转阀阀式控制制阀。在轿车上上装备液液压助力力转向系系统有如如下优点点：1. 减减轻驾驶驶员的疲疲劳强度度。动
25、力力转向可可以减小小驾驶员员的转向向操纵力力，提高高转向轻轻便性。2. 提提高转向向灵敏度度。可以以比较自自由地根根据操纵纵稳定性性要求选选择转向向器传动动比，不不会受到到转向力力的制约约。允许许转向车车轮承受受更大的的负荷，不不会引起起转向沉沉重问题题。3. 衰衰减道路路冲击，提提高行驶驶安全性性。液压压系统的的阻尼作作用可以以衰减道道路不平平度对转转向盘的的冲击。同时液压压助力转转向系统统也有不不足：1. 选选定参数数完成设设计之后后，助力力特性就就确定了了，不能能再进行行调节与与控制，因因此协调调轻便性性与路感感的关系系困难：如按低低速性能能设计转转向系统统时，高高速行驶驶时转向向力往往
26、往过小，“路感”较差，甚至感觉汽车发“飘”，从而影响操纵稳定性：而按高速性能设计转向系统时，低速时转向力往往过大。2. 即即使在不不转向时时，油泵泵也一直直运转，增增加了能能量消耗耗。3. 存存在渗油油与维护护问题，提提高了保保修成本本，且泄泄漏的液液压油会会对环境境造成污污染。图1-22液压助助力转向向系统58第2章 液压助力力转向系系统的原原理分析析2.11液压控制制阀的结结构介绍绍回转式转转向控制制阀安装装在转向向器的上上端，如如下图22-1所示，控控制阀的的主要机机件与齿齿轮输出出轴100同轴，输输入轴22的上端端通过花花键与转转向中间间轴的下下“十字轴万万向节轴轴相连。控控制阀的的进
27、油口口18通过过管路与与转向油油泵的出出油口相相连，出出油口119通过过管路与与储油罐罐相通。转转向控制制阀主要要由阀体体，转阀阀，输入入轴组件件，输出出轴组件件，调整整螺塞组组件，轴轴承，密密封件组组成。在图2-1中，控控制阀阀阀体7滑装在在壳体221上部部的孔中中，在其其外圆柱柱面上有有3道较宽宽深的环环槽和44道较浅浅窄的环环槽。宽宽深的环环槽是环环形油槽槽，其底底部均开开有均匀匀的4个油孔孔，中间间环形油油槽与进进油口118连通通，其底底部的44个油孔孔较大，是是进油通通道。两两侧V-环形油油槽的底底部也有有均布的的4个直径径较小的的油孔，是是出油通通道，左左侧V-环形油油槽通过过壳体
28、内内设的油油道166与动力力缸左腔腔室相通通，右侧侧V-环形油油槽通过过壳体内内设的油油道166与动力力缸右腔腔室相通通，浅窄窄的环槽槽是用于于安装密密封圈组组件的，4个密封圈组件14分别装在4个环槽中，从而将3个宽深的环形油槽分隔开来。阀体的内表面制有8条与两端不惯通的纵向切槽，如图2-2，从而形成分别相间分布的8道纵槽和8道槽肩，它们与转阀外表面相应纵槽和槽肩配合形成油液流通的间隙通道。在阀体的下部7装有锁销8，它与斜齿轮输出轴10相卡，7和10不能相互转动。转阀(与与输出轴轴一体)2的外外圆柱面面与阀体体7的内孔孔滑动配配合，间间隙很小小，配合合精度很很高，与与阀体形形成组件件，不可可单
29、独更更换，它它的外圆圆柱面上上开有与与阀体内内孔表面面上对应应的8条不贯贯通的纵纵槽，并并形成88道槽肩肩(如图21)。转转阀与阀阀体配合合后纵槽槽肩相对对可形成成油液流流通的间间隙通道道。在转转阀2的4个纵槽槽上开有有4个通孔孔与回油油口199连通。转转阀上端端开有环环槽，其其中装有有O形密封封圈6。转阀阀2上端与与扭杆11之间装装有定位位销3，保证证扭杆33与输出出轴2(转阀)同步转转动。转转阀2与扭杆杆之间有有很大的的间隙，用用以流通通回油的的轴油。输入轴22，扭杆杆1和锁定定销3组成输输入轴组组件，输输入轴22为空心心管形轴轴件，其其上端外外表面制制有三角角细花键键，与转转向中间间轴下
30、端端的“十字轴万万向节相相连。扭扭杆1具有较较好的扭扭转弹性性，扭杆杆穿过输输出轴22中心孔孔，并用用锁定销销3与输入入轴固定定，扭杆杆上部与与输入轴轴间有密密封圈44密封，扭扭杆4的下端端通过三三角细花花键与铜铜套122固连。铜铜套与斜斜齿轮输输出轴过过盈配合合。扭杆杆1，铜套套12，斜齿轮轮输出轴轴10，锁锁定销88，阀体体7联成一一体，可可实现同同步转动动。1扭杆杆2输入入轴(转阀) 3锁锁定销44密封封圈5密封封圈组件件6密封封圈7阀体体8锁销销9滚针针轴承110斜斜齿轮输输出轴111密密封圈组组件122铜套套13深深沟球轴轴承144密封封圈155深沟沟球轴承承16通通左液压压缸177
31、通右右液压缸缸18进进油口119出出油口220锁锁紧螺母母21壳壳体图2-11转向器器结构图图图2-22转向控控制阀阀阀体与转转阀断面面结构及及相对位位置锁紧螺母母20拧在在转向器器壳体底底部的螺螺纹底座座孔中，输输入轴组组件的上上部通过过深沟球球轴承115支撑撑在壳体体中心孔孔内，输输出轴组组件通过过深沟球球轴承113支承承在壳体体中心孔孔内，从从而使输输入，输输出轴组组件实现现了径向向定位。输输出轴110与锁锁紧螺母母20之间间有密封封圈组件件11，输输入轴22与壳体体21之间间有密封封圈组件件5，以防防泄漏。2.22 汽车车直线行行驶时液液压控制制阀的状状态1扭杆杆2输入入轴(转阀) 3
32、锁锁定销44密封封圈5密封封圈组件件6密封封圈7阀体体8锁销销9滚针针轴承110斜斜齿轮输输出轴111密密封圈组组件122铜套套13深深沟球轴轴承144密封封圈155深沟沟球轴承承16通通左液压压缸177通右右液压缸缸18进进油口119出出油口220锁锁紧螺母母21壳壳体图2-33汽车直直线行驶驶时转阀阀位置及及油流状状态当汽车直直线行驶驶时，驾驾驶员未未转动方方向盘，此此时转阀阀+处于如如图2-3所示的的中间位位置。来来自转向向油泵出出油口的的高压油油从转向向器的进进油口进进入到阀阀体和转转阀之间间。由于于转阀处处于中间间位置，所所以油液液就分别别通过阀阀体和转转阀纵槽槽，槽肩肩形成的的间隙
33、流流入阀体体内表面面两侧的的纵槽中中，然后后通过其其槽底的的油孔进进入阀体体外圆柱柱面的下下油环槽槽(图中即即左槽)和上油油环槽(左槽)。下油油环槽的的油液通通过壳体体中的油油道166与转向向动力缸缸左腔室室相通，上上有环槽槽的油液液通过壳壳体中的的油道117与转转向动力力缸右腔腔室相通通，这样样动力缸缸左，右右油腔油油压相等等。此时时，齿条条一活塞塞既没有有受到斜斜齿轮输输出轴110所产产生的轴轴向推动动力，也也没有受受到左，右右油腔因因压差对对齿条一一活塞所所产生的的轴向移移动力，所所以齿条条一活塞塞也处于于中间位位置，转转向助力力器不起起作用。流流入到阀阀体内表表面纵槽槽中的油油液又经经
34、过阀体体，转阀阀槽肩之之间形成成的间隙隙，流入入转阀纵纵槽底面面油口中中，再流流入转阀阀2与扭杆杆1之间的的空隙，最最后经转转阀上部部通孔流流入壳体体上的油油口199，流回回转向油油泵储油油罐，从从而形成成常流式式的油液液循。2.33汽车左左转向时时液压控控制阀的的状态汽车左转转向时，驾驾驶员向向左转动动方由于于转动转转向轮有有一定的的转向阻阻力，起起初转动动方向盘盘的力矩矩不足以以克服转转向阻力力使斜齿齿轮输出出轴100转动，这这样阀体体7也不转转动，那那么作用用在输出出轴2上的转转向力矩矩将使扭扭杆1产生扭扭转变形形，从而而输入轴轴2(即转转阀)相对阀阀体逆时时针转过过一个角角度。转转阀逆
35、时时针转过过一个角角度后，几几乎关闭闭了通向向动力缸缸向盘，输输入轴22在转向向中间轴轴的驱动动下有逆逆时针方方向转动动的趋势势(图2-4)。输输入轴22即转阀阀有同步步转动的的趋势；另一方方面，输输入轴22通过锁锁定销33带动扭扭杆1的上端端有同步步转动的的趋势，但但扭杆底底部和输输出轴110，阀阀心7，锁定定销8相连，则则输出轴轴10，阀心7，锁定定销8，有同同步转动动的趋势势，右腔腔室的通通道177，开大大了通向向动力缸缸左腔室室的油液液通道116，这样就就使转向向油泵的的压力油油经阀体体中间环环槽，油油孔，转转阀纵槽槽，油孔孔进入阀阀体的下下油环槽槽(即左槽槽)，然后后经壳体体中的油油
36、道166进入动动力缸左左腔室，左左腔室中中的油液液压力上上升，与与此同时时，由于于转阀相相对阀体体逆时针针转动，开开打了动动力缸右右腔室与与转阀回回油孔之之间的通通道，这这样动力力缸右腔腔室的油油液经壳壳体油道道17，阀阀体上环环槽(即右槽槽)，油孔孔，转阀阀纵槽，油油孔，转转阀与扭扭杆间隙隙，油孔孔，与壳壳体上的的回油口口19连通通，动力力缸右腔腔室的油油液压力力下降。在在动力缸缸左，右右腔油液液压差作作用下，产产生了使使齿轮-活塞向向左移动动的作用用力，这这个作用用力与转转向时通通过输入入轴2-扭杆杆1和斜齿齿轮输出出轴100-齿条条-活塞塞上的转转向力是是相同的的，因此此起到了了明显得得
37、助力效效果。当驾驶员员停止转转动方向向盘后，输输入轴22随之不不再转动动，而斜斜齿轮输输出轴110由于于通过转转向机构构与转向向轮相连连，在惯惯性力作作用下它它不可能能立即停停止转动动，从而而使之同同步转动动的阀体体仍将逆逆时针转转动。阀阀体相对对转阀逆逆时针转转动后，使使转阀与与阀体间间的相对对位置又又回到了了如图22-2所示状状态，动动力缸左左，右腔腔中的油油液压力力又重新新恢复相相同，那那么转向向助力作作用也随随之消失失，转向向轮保持持在与方方向盘转转角成比比例的转转向位置置，这种种作用就就是随动动作用。1扭杆杆2输入入轴(转阀) 3锁锁定销44密封封圈5密封封圈组件件6密封封圈78锁销
38、销9滚针针轴承110斜斜齿轮输输出轴111密密封圈组组件122铜套套13深深沟球轴轴承144密封封圈155深沟沟球轴承承16通通左液压压缸177通右右液压缸缸18进进油口119出出油口220锁锁紧螺母母21壳壳体图2-44汽车左左转弯时时转阀位位置及油油流状态态2.44汽车右右转向时时液压控控制阀的的状态汽车右转转向时，动动力转向向控制阀阀的工作作与左转转向类似似，只是是由于转转向方向向相反，阀阀体与转转阀的相相对位置置及油液液流通方方向与左左转弯时时相反，其其位置及及油流状状况如图图2-5所示，在在这种情情况下，动动力缸右右腔室通通高压油油，而左左腔室与与回油路路相通是是低压油油液，所所以其
39、助助理作用用方向也也与左转转向时相相反。1扭杆杆2输入入轴(转阀) 3锁锁定销44密封封圈5密封封圈组件件6密封封圈7阀体体8锁销销9滚针针轴承110斜斜齿轮输输出轴111密密封圈组组件122铜套套13深深沟球轴轴承144密封封圈155深沟沟球轴承承16通通左液压压缸177通右右液压缸缸18进进油口119出出油口220锁锁紧螺母母21壳壳体图2-55汽车右右转时转转阀位置置及油流流状态第3章 汽车液液压式EESP控控制系统统设计3.11液压式式ESPP系统工工作原理理流量控制制式液压压助力转转向系统统工作原原理图如如图3-1所示示。图3-11流量控控制式液液压助力力转向系系统工作作原理图图汽车
40、液压压式ESSP控制制系统采采用流量量控制式式液压助助力转向向系统方方案。该该系统主主要由车车速传感感器、电电液比例例阀、整整体式动动力转向向控制阀阀、动力力转向油油泵和电电子控制制单元等等组成。电电液比例例阀安装装在通向向转向动动力缸活活塞两侧侧油室的的油道之之间，当当电液比比例阀的的阀芯完完全开启启时，两两油道就就被电液液比例阀阀旁路。流流量控制制式液压压助力转转向系统统就是根根据车速速传感器器的信号号，控制制电液比比例阀阀阀芯的开开启程度度，从而而控制转转向动力力缸活塞塞两侧油油室的旁旁路液压压油流量量，来改改变转向向盘上的的转向力力。车速速越高，流流过电液液比例阀阀电磁线线圈的平平均电
41、流流值越大大，电液液比例阀阀阀芯的的开启程程度越大大，旁路路液压油油流量越越大，流流入动力力缸的流流量越小小，使转转向盘的的灵敏度度下降，这这就是流流量控制制式液压压助力转转向系统统的工作作原理。电电液比例例阀自己己是不具具备智能能化的，于于是我们们采用电电子控制制单元(单片机机系统)采集车车速信号号，经计计算后决决定提供供的助力力大小，以以控制电电液比例例阀线圈圈的电流流大小，实实现转向向助力可可调。3.22液压式式ESPP转向系系统在第2章章中非常常详细地地分析了了汽车的的液压助助力系统统的工作作原理。现现在，在在原有液液压系统统并联一一个电液液比例阀阀后的状状况。图3-22是液压压式电控
42、控助力转转向系统统工作原原理图，右右图是液液压式电电控助力力转向系系统等效效模型图图。按规规定的工工作状况况，写出出液压式式电控助助力转向向系统的的数学模模型。液液压泵的的总流量量Q0，电电液比例例阀的流流量Qdd，其余余参数定定义和前前面同。假假定系统统在初始始状态下下，输入入角度为为0时。Q0 = Qdd + Qs （3-11）Qs = Q44 + Q3 （3-2）图3-22流量控控制式液液压助力力转向系系统等效效模型图图（3-5）（3-4）（3-3）由初始工工况可知知：Q3=QQ4（3-6）由此可得得（3-7）（3-8）（3-9）如果只考考虑QS(s)与QL (ss)的关关系，则则上式可
43、可简化为为由式和式式可得寻找到了了油泵总总流量OO0，以及及电液比比例阀阀阀口面积积与负载载流量QQL(s)之间的的关系，不不过M的值很很难确定定下来，因因为它与与P1，P2，Ps，阀阀口转角角等因素素有关，可可以把它它看作一一个常数数(此值可可正可负负，也可可为0，不不好确定定下来)，这是是由于一一旦与之之相关的的因素确确定下来来，它也也就确定定了。其中A为为电液比比例阀的的开口面面积。由由上式可可知，流流向转阀阀地流量量和电液液比例阀阀的开口口成反比比。控制制阀选用用力士乐乐公司型型号为44WRAAE 66EI-15-2X的的比例方方向阀，其其使用参参数如下下：最高高压力3315bbar，
44、最最大流量量42 L/mmin，带带有内置置放大器器；通径径6mmm；电源源24vvDC；控制输输入电压压100v；滞滞环55；反反向误差差1；灵敏敏度11；频频率响应应l0HHz：此此阀的压压差为ll0baar时的的额定流流量为115L/minn，由此此推算出出此时AA=7.5766mm22；当此此阀压差差为600barr时，流流量可算算出为331L/minn。假设：阀阀芯最大大位移为为3mmm；阀压压降为66MPaa时的流流量系数数Cd=0.7。根根据该阀阀的相关关资料，可可以算出出：节流槽额额定通流流面积AA=7.57662mmm2 阀阀芯位移移死区00.6mmm最大有效效阀芯位位移2.
45、4mmm 死区区电压为为2V阀芯运动动时间常常数111ms代入W22L2=5.222277后，当A=77.57762时时，Qss =00.499Qo。3.33 主要要元器件件介绍电子控制制单元由由单片机机采集子子系统和和控制子子系统组组成，现现在先介介绍用到到的几种种电子元元件。3.33.1单单片机AT899C511是一种种带4KK字节闪闪烁可编编程可擦擦除只读读存储器器(FPPEROOMFFlashPrrogrrammmablle aand Eraasabble Reaad OOnlyy Meemorry)的的低电压压，高性性能CMMOS88位微处处理器，俗俗称单片片机。由由于将多多功能88
46、位CPPU和闪闪烁存储储器组合合在单个个芯片中中，ATTMELL的ATT89CC51是是一种高高效微控控制器， AT889C单单片机为为很多嵌嵌入式控控制系统统提供了了一种灵灵活性高高且价廉廉的方案案。1主要要特性：与MCSS-511兼容4K字节节可编程程闪式存存储器寿命：110000写/擦循环环数，据据保留时时间：110年全静态工工作：00Hz-24MMHz三级程序序存储器器锁定128*8位内内部RAAM32可编编程I/O线两个166位定时时器/计计数器5个中断断源可编程串串行通道道低功耗的的闲置和和掉电模模式片内振荡荡器和时时钟电路路2.管脚脚说明：VCC：供电电电压。 GND：接地。 P
47、0口：P0口口为一个个8位漏漏级开路路双向II/O口口，每脚脚可吸收收8TTTL门电电流。当当P0口口的管脚脚第一次次写1时时，被定定义为高高阻输入入。P00能够用用于外部部程序数数据存储储器，它它可以被被定义为为数据/地址的的第八位位。在FFIASSH编程程时，PP0 口口作为原原码输入入口，当当FIAASH进进行校验验时，PP0输出出原码，此此时P00外部必必须被拉拉高。图3-33AT899C511管脚图图P1口：P1口口是一个个内部提提供上拉拉电阻的的8位双双向I/O口，PP1口缓缓冲器能能接收输输出4TTTL门门电流。PP1口管管脚写入入1后，被被内部上上拉为高高，可用用作输入入，P11口被外外部下拉拉为低电电平时，将将输出电电流，这这是由于于内部上上拉的缘缘故。在在FLAASH编编程和校校验时，PP1口作作为第八八位地址址接收。 P2口：