外文翻译--汽车电动助力转向系统的研究

中文译文 汽车电动助力转向系统的研究 随着汽车电子技术的迅猛发展 ,人们对汽车转向操纵性能的要求也日益提高。汽车转向系统已从传统机械转向、液压助力转向 (简称 电控液压助力转向 ( 简称 , 发展到电动助力转向系统(简称 ,最终还将过渡到线控转向系统 (y 简称 机械转向系统是指以驾 驶员的体力作为转向能源 ,其中所有传力件都是机械的 ,汽车的转向运动是由驾驶员操纵方向盘 ,通过转向器和一系列的杆件传递到转向车轮而实现的。机械转向系由转向操纵机构、转向器和转向传动机械 3大部分组成。 通常根据机械式转向器形式可以分为 :齿轮齿条式、循环球式、蜗杆滚轮式、蜗杆指销式。应用最广的两种是齿轮齿条式和循环球式 (用于需要较大的转向力时 ) 。在循环球式转向器中 ,输入转向圈与输出的转向摇臂摆角是成正比的 ;在齿轮齿条式转向器中 ,输入转向圈数与输出的齿条位移是成正比的。循环球式转向器由于是滚动摩擦形式 ,因而正传动效 率很高 ,操作方便且使用寿命长 ,而且承载能力强 ,故广泛应用于载货汽车上。齿轮齿条式转向器与循环球式相比 ,最大特点是刚性大 ,结构紧凑重量轻 ,且成本低。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 ,但同时也容易产生打手和摆振等现象 ,且其承载效率相对较弱 ,故主要应用于小汽车及轻型货车上 ,目前大部分低端轿车采用的就是齿轮齿条式机械转向系统。 随着车辆载重的增加以及人们对车辆操纵性能要求的提高 ,简单的机械式转向系统已经无法满足需要 ,动力转向系统应运而生 ,它能在驾驶员转动方向盘的同时提供助 力 ,动力转向系统分为液压转向系统和电动转向系统 2种。其中液压转向系统是目前使用最为广泛的转向系统。 液压转向系统在机械系统的基础上增加了液压系统 ,包括液压泵、 V 形带轮、油管、供油装置、助力装置和控制阀。它借助于汽车发动机的动力驱动液压泵、空气压缩机和发电机等 ,以液力、气力或电力增大驾驶员操纵前轮转向的力量 ,使驾驶员可以轻便灵活地操纵汽车转向 ,减轻了劳动强度 ,提高了行驶安全性。 液压助力转向系统从发明到现在已经有了大约半个世纪的历史 ,可以说是一种较为完善的系统 ,由于其工作可靠、技术成熟至今仍被广泛应用。它由 液压泵作为动力源 ,经油管道控制阀向动力液压缸供油 ,通过活塞杆带动转向机构动作 ,可通过改变缸径及油压的大小来改变助力的大小 ,由此达到转向助力的作用。传统液压式动力转向系统一般按液流的形式可以分为 :常流式和常压式 2 种类型 ,也可根据控制阀形式分为转阀式和滑阀式。 随着液压动力转向系统在汽车上的日益普及 ,人们对操作时的轻便性和路感的要求也日益提高 ,然而液压动力转向系统却存在许多的缺点 : 由于其本身的结构决定了其无法保证车辆在任何工况下转动转向盘时 ,都有较理想的操纵稳定性 ,即无法同时保证低速时的转向轻便性和高速时 的操纵稳定性 ; 汽车的转向特性受驾驶员驾驶技术的影响严重 ; 转向传动比固定 ,使汽车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汽车转向特性幅值和相位的变化进行一定的操作补偿 ,从而控制汽车按其意愿行驶。这样增加了驾驶员的操纵负担 ,也使汽车转向行驶中存在不安全隐患 ;而此后出现了电控液压助力系统 ,它在传统的液压动力转向系统的基础上增加速度传感器 ,使汽车能够随着车速的变化自动调节操纵力的大小 ,在一定程度上缓和了传统的液压转向系统存在的问题。 目前我国生产的商用车和轿车上采用的大多是电控液压助力 转向系统 ,它是比较成熟和应用广泛的转向系统。尽管电控液压助力装置从一定程度上缓解了传统的液压转向中轻便性和路感之间的矛盾 ,然而它还是没有从根本上解决 统存在的不足 ,随着汽车微电子技术的发展 ,汽车燃油节能的要求以及全球性倡导环保 ,其在布置、安装、密封性、操纵灵敏度、能量消耗、磨损与噪声等方面的不足已越来越明显 ,转向系统向着电动助力转向系统发展。 电动助力转向系统是现在汽车转向系统的发展方向 ,其工作原理是 :统的 来自转向盘转矩传感器和车速传感器的信号进行分析处理后 ,控制电机产生适当的助 力转矩 ,协助驾驶员完成转向操作。近几年来 ,随着电子技术的发展 ,大幅度降低 日本的大发汽车公司、三菱汽车公司、本田汽车公司、美国的 车系统公司、 F 公司都相继研制出 大公司共同投资 6500万英镑用于开发 目标是到 2002 年装车 ,年产 300 万套 ,成为全球 造商。到目前为止 ,统在轻微型轿车、厢式车上得到广泛的应用 ,并且每年以 300 万台的速度发展。 转 向 是一个专业术语 ,适用于采集部件 ,联系等 ,其中允许一艘 (舰 船 )或 汽车 (轿车 )按照预期的方向行驶 . 一个例外的情况是 铁路运输 由 路轨 组合在一起 铁路道岔 提供转向功能。 许多现代轿车使用齿轮 齿条式 转向器 ,在方向盘末端有转动齿轮 ;该齿轮带动齿条移动 ,它是一种线性的齿轮紧密配合 ,从一边到一边。这种运动把转矩通过转向横拉杆和一种叫做转向节臂的短形臂传递给转向轮的主销。 以前的设计往往采用 循环球 式转向器 ,而这种转向器仍然应用在卡车和多用途车辆。这是一种老式的螺母和齿扇设计，该转向管柱转动大螺丝 (蜗轮 ),它与一个齿扇齿轮啮合 ,当蜗轮转动时，齿扇也随之转动，一个安装在齿扇轴上且与转向联动有关的摇臂带动转向节臂 ,从而使车轮转动 . 循环球式转向器通过安装滚珠减少螺母和螺杆之间的摩擦 ;两根导管和螺母内的螺旋管状通道组合成两条各自独立的封闭的钢球“流到”。 齿轮齿条式转向器设计具有很大程度的反馈和直接转向 路感 ;它也通常不会有任何 反弹 ,或呆滞。缺点是 ,它是不可调的 ,因此当它磨损唯一的解决办法更换。 循环球式转向器的优点是 机械优势 ,因此 ,它被使用在较大较重的车辆 ,而齿轮齿条式原本仅限于较小和较轻 ;由于几乎普遍采用 动力转向系统 ,不过 ,这已不再是一个重要的优势 ,导致越来越多地在新型汽车应用齿轮齿条式转向器。 循环球式转向器设计在中心也有明显的冲击 ,或 死点 。凡一分钟交替方向盘出不来并不移动转向机构 ;这是很容易可调螺杆的端部来减少磨损 ,但它并不能完全消除或机制开始磨损很快。 这项设计目前仍在使用中 ,在卡车和其他大型车辆 ,也应用于迅速转向 ,路感与稳健性 ,可维护性 ,和机械的优势相比不太重要的场合。 较小程度的反馈 ,这样的设计也有时是一种优点 ;当前轮碰撞时，使用齿轮齿条转向的司机只有自己的大拇指受伤 ,造成方向盘揭开一边突然 (因为驾驶教 练告诉学生把自己的大拇指在前面的方向盘 ,而非放在左右的内边缘 )循环球式转向防止这种程度的反馈 ,只是因为它可以在正常情况下防止可取反馈。 转向连锁连接转向器和车轮通常符合一个 阿克曼转向几何 的变化 ,它交代了一个事实 :当转向是 ,内轮转过的半径比外轮小得多，因此适合驾驶的直路 ,是不适合曲折。 由于车辆已成为较重而改用 前轮驱动 ,为了扭转方向盘，通常的 ,主要的是 体力。为了解决这一问题 ,汽车业 发展 的动力转向 系统。 有两种类型的助力转向系统 电子。 还有一种液压 液压助力转向系统 (用油压供应的一个发动机驱动泵 ,以协助将方向盘转转动。 电动助力转向系统 (式 ,是较有效率的液压助力转向系统 ,由于电动助力转向汽车只需要提供协助时 ,方向盘被转动 ,而液压泵必须不断运行。 在 帮助下是很容易调节车型 ,最高车速 ,甚至驾驶的喜好。 另外一个好处是 ,通过泄漏和处置动力转向液消除对环境构成危险 。 动力转向的分支是速度可调转向而转向是大量辅助以低速行驶 ,稍微协助高速。 汽车制造商认为 ,当要停车时驾驶人可能需要做出大量转向投入，但当时高速行驶时则不然。第一辆有这特点的汽车 ,是雪铁龙与其 然改变了现代汽车转向系统资金的投入，但它改变了定心凸轮的压力，使得方向盘尽力去回到原来的位置。现代速度可调式动力转向系统 ,当速度增长时减少了活塞的压力 ,给予更直接的感受。这一特点在所有新车正逐渐成为司空见惯。 四轮转向 (或全轮转向 )是一种系统 ,当 高速行驶时能增加车辆稳定型，而在低速行驶时可以减小转弯半径。 大多数的四轮转向系统 ,后轮转向通过单片机和驱动器实现。 后轮一般不能反过来 ,有几个系统 ,包括 系统在本田的生产前线，当前轮低速时，允许后轮在 相反方向转向。这使得车辆转弯半径较小 ,有时应用于大型 卡车 车辆及挂车。 电子动力转向系统 图 1 电子动力转向系统的工作原理 电子动力转向系统是通过一个电动机来驱动动力方向盘液压泵或直接驱动转向联动装置。 电子动力转向的功能由于不依 赖于发动机转速，所以能节省能源 电子动力转向系统是这样运行的 传统的动力方向盘系统使用一条引擎辅助传送带驾驶泵浦，提供操作在动力方向盘齿轮或作动器的一个活塞协助司机的被加压的流体。在电动液压的指点，一个电子动力方向盘概念使用一台电动机驾驶的一个高效率泵浦。 泵浦速度是由一个电控制器调控的变化泵浦压力和流程，提供被剪裁的指点努力为不同的驾驶的情况。 泵浦可以跑在低速或关闭提供节能在大多时间在多数世界市场上 )直向前的驾驶期间 (直接电指点使用一台电动机附加指点机架通过齿轮机构 (没有泵浦或流体 )。 各种各样的马 达类型和齿轮驱动是可能的。 微处理器控制指点动力学和司机努力。 输入包括车速和指点、轮子扭矩，角位和转动率。 工作运行时的具体细节： A “指点传感器”位于它进入传动箱住房的输入轴。 指点传感器实际上是在一个的二个传感器： 那“扭矩的传感器”转换指点扭矩输入和它的方向成电压信号，并且那“自转的传感器”转换转动速度和方向成电压信号。 分享同一套住房的“接口”电路转换从扭矩传感器和自转传感器的信号成控制电子学可能处理的信号。从指点传感器的输入由那微处理器的控制单元消化也监测从车速传感器的输入。 传感器输入然后被比较确定多少机械化根据一张被预编程序的“力量地图”需要在控制单元的记忆。 控制单元然后派出适当的命令对然后供给电动机以潮流的“电源装置”。 马达推挤机架在右边或左根据哪个方式电压流动 (扭转潮流扭转方向马达旋转 )。 增加潮流对马达增加功率协助。系统有三种操作方式： 左边或右边机械化提供以回应从指点扭矩和自转传感器的输入的输入的“正常”控制方式 ; 被用于在完成轮以后协助指点回归的“回归”控制方式 ; 并且改变与车速改进路感受和挫伤佣金的“更加潮湿的”控制方式。如果方向盘被转动，并且举行在充分锁位置 和指点协助到达最大值，控制单元使潮流降低到电动机防止也许损坏马达的超载情况。 控制单元也被设计保护马达以防止电压浪涌免受一个有毛病的交流发电机或充电的问题。 电子转向控制单位有能力在自我诊断的缺点通过监测系统输入和产品和电动机的激励电流上。 如果问题发生，控制单元通过开动在电源装置的一个故障自动保险的中转关闭系统。 这消灭所有机械化，造成系统恢复回到手工指点。 破折号 告灯也被阐明警告司机。 要诊断问题，技术员跳服务检查连接器的终端并且读出问题代码。 图 2 电子动力方向盘机制 当前发明与提供的供给动力的援助一电子功率驱动器马达关连给车操纵机构。根据当前发明的一个方面，那里为提供供给动力的援助提供一个电子功率驱动器机制给有车的操纵机构一名手动地可旋转的成员为操作操纵机构、传动机构包括可行扭矩的传感器感觉手动地被申请于可旋转的成员的扭矩，一个电子功率驱动器马达操纵着被连接到可旋转的成员和安排控制主驱动电动机自转速度和方向以回应从扭矩传感器收到的信号的控制器，扭矩传感器包括为与可旋转的成员的连接适应的传感器轴形成引伸因此，以便扭矩通过前述传 感器轴被传送，当时 可旋转的成员被转动，并且应变仪在导致的信号传感器轴手动地登上表示通过前述轴被传送的相当数量扭矩。 图 3 传感器轴不旋转更好地登上在一个轴向末端在第一名联结成员和不旋转地登上在它的相反轴向末端在第二名联结成员，第一和第二名联结成员相互允诺允许有限的自转之间连接，以便在一个被预先决定的极限之下的扭矩由仅传感器轴传送，并且，以便在前述被预先决定的极限之上的扭矩通过第 一和第二名联结成员被传送。 更适宜地安排第一和第二名联结成员作为操纵的连接的第一和第二个部分的一座桥梁互相的旋转式成员。合适的传感器轴是通常在多数的长方形横断面它的长度中。应变仪包括一个或更多的适应地看见了谐振器绑到传感器轴上。好的马达操纵的被连接到可旋转的成员通过传动器。马达更好地包括一个工具箱和同心地被安排相对可旋转的成员。当前发明的面此后将描述，关于伴随的图画， ：图 1 是一个车操纵机构的一个图表看法包括一个电子功率驱动器机制根据当前发明，图 2 是说明在图显示的传动机构的各种各样的组分的 之间流程图互作用 1 上，图 3 是一个轴截面通过在图显示的传动机构 1，图 4 上是一张截面图被采取沿着线 表 3，图 5 是在图显示的输入推进联结的一张更加详细的分解图 3上，和图 6是显示在表 图 1的最初 里显示一个车操纵机构 10 操纵的被连接到一个对易操纵的路轮子 12。这个显示的操纵机构包括一个齿条和齿轮汇编 14 被连接到路轮子 12 通过联接 15。 鸟翼末端 (没显示 )汇编 14可旋转地驾驶一名手动地可旋转的成员以驾驶杆 18 的形式哪些由方向盘 19 手动地转动。这个驾 驶杆 18 包括包括一台电主驱动电动机的一个电力的传动机构 30 (没显示在驾驶的鸟翼末端图 1)上以回应在驾驶杆 18 的扭矩装货为了为机械人员提供力量援助，当转动方向盘 19时。如概要地被说明在表 2，电力的传动机构包括测量驾驶杆申请的扭矩 18，当驾驶鸟翼末端时并且提供信号给控制器 40 的扭矩传感器 20。 控制器 40 被连接到主驱动电动机 50 并且控制电流被提供给马达 50 控制马达 50 和它的自转的方向扭矩引起的相当数量。马达 50 操纵的更适宜地被连接到驾驶杆 18通过工具箱 60，更适宜地一个周转齿轮箱子和传动器 70。 在一定条件 下传动器 70在正常运行时更适宜地永久地接合并且是有效的隔绝从马达 50的驱动使鸟翼末端通过传动机构 30 手动地被驾驶。 这是使机制的安全特点起作用在试图的马达50 情形下驾驶太快速的驾驶杆并且 /或者在错误的方向或在案件 电动机和工具箱占领了。 扭矩传感器 20 更适宜地是一个汇编包括在扭矩应用达到的传感器轴登上应变仪能够准确测量张力在一个被预先决定的范围之内的一个短的传感器轴。被测量扭矩的被预先决定的范围是 0更好是关于 测量的扭矩的范围更好地对应于大约 0指令，并且传感器轴的建筑 更好被选择这样 5矩比在轴的 2导致较少的转弯，少于 1 。好的应变仪是锯谐振器，在 3832 被描述的一台适当的锯谐振器。 类似在图显示的那3832 3 上更好地运用配置，二看见谐振器被安排在对轴轴的 45和在 90对互相。谐振器经营与在 200 0 500 因此，当传感器轴不被扭转的归结于缺乏扭矩时，它导致一个 1 号。当它导致在 间的一个信号的传 感器轴在一个方向被扭转。 当传感器轴在相反方向时被扭转它导致在 间的一个信号。 因而同样传感器能导致信号表示程度扭矩并且传感器轴的自转的方向。好的马达扭矩引起的相当数量以回应在 0间被测量的扭矩是 0且为在 间被测量的扭矩是0馈电路提供自我调节，借以马达使用的电流由控制器 40 测量并且比较保证马达在正确方向运行并且提供期望功率协助。 控制器更好地行动使被测量的扭矩降低到零和如此控制马达增加它的扭矩产品减少被测量的扭矩。 (没显示 )更适宜地提供 车速传感器哪些寄发一个信号表示车速到控制器。 控制器使用这个信号修改程度力量协助提供以回应被测量的扭矩。将提供在低车速最大力量协助的，因而，并且将提供高车速极小的力量协助。更适宜地是逻辑顺序器有一个现场可编程序的门数组例如 005如 这样控制器不依靠软件和，因此能更起作用可靠地在汽车车环境里。 被想象也许使用有逻辑的序列一个现场可编程序的列阵。 一个电力传动机构 10 的 A 具体建筑在表 电子动力转向系统（英文简称 与液压动力转向系统（ 比， 有很多优点。即 优势在于： 1）效率高。 率很低，一般为 60%70%；而 电机连接，效率高，有的可高达90%以上。 2）耗能少。汽车在实际行驶过程中，处于转向的时间约占行驶时间的 5%，对于 统，发动机运转时，油泵始终处于工作状态，油液一直在管路中循环，从而使汽车燃油消耗率增加 4%6%；而 在需要时供能，使汽车的燃油消耗率仅增加 右。 3）“路感“好。由于 部采用刚性连接，系统的滞后特性可以通过软件加以控制，且可以根据驾驶员的操作习惯进行调整。 4）回正性好。 构简单内部阻力小，回正性好，从而可得到最佳的转向回正特性，改善汽车操纵稳定性。 5）对环境污染少。 压回路中有液压软管和接头，存在油液泄露问题，而且液压软管不可回收，对环境有有一定污染；而 环境几乎没有污染。 6）可以独立于发动机工作。 电池为动力元件，只要电池电量充足，不论发动机出于何种状态，都可以产生助力作用。 7）应有范围广。 8）装配性好易于布置。 现在，动力转向系统已成为一些轿车的标准设置，全世界约有一半的轿车采用动力转向。随着汽车电子技术的发展，目 前一些轿车已经使用电动助力转向器，使汽车的经济性、动力性和机动性都有所提高。电动助力转向装置是汽车上一种新的助力转向系统装置 ,近年来在国内外发展迅速 ,由于它采用了可编程电子控制装置 ,在带来灵活性的同时也存在着安全隐患 笔者结合电子控制装置的特点 ,指出了事关安全性的因素 ,提出了处理安全性的措施 ,并讨论了几个事关安全性的具体问题 现有标准不能够满足电动助力转向装置安全性的需要 ;并提出了对电动助力转向装置进行安全性测评的思想 考意义。 英文原文 by to is is is to y be is by s in is is by a of to by to be to Is in In in is In is is is of on is is is is on by to to to so on on at of is as as to to at it to is at in V It of in so by or to to be to to of is It by to to of to on to by it is to is to to to be is so on to at of on to s in to it in to a At on is it is to it to PS as as it in so on is of CU on to to In PS to ar USs s wo 5,000,000 to in a 002, 00 PS So PS in on 00 is to of a or to An is of by is to a is in of to it to a on of a or as to at or in to a of is a of to to of a is on is a on a a of a it to as is an to of is to of by of of at of a to of of a of it or A is it is so it is of a so it on to to of is no an to of on a on a of in is a on of to it be or to is in in of of be an of a a to to sudde