某乘用車轉向柱助力式轉向系統(tǒng)設計開題報告

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畢業(yè)論文（設計）—開題報告 本科畢業(yè)論文（設計） 開 題 報 告 論文題目 某乘用車轉向柱助力式轉向系統(tǒng)設計 班 級 姓 名 院（系） 導 師 開題時間 - 0 - 1．課題研究的目的和意義 隨著近些年來社會生活的汽車化, 汽車的保有量不斷增加, 由此造成交通錯綜復雜, 使得轉向盤的操作頻率增大, 這就需要減輕駕駛疲勞,提高操縱的輕便性和靈活性, 對動力轉向系統(tǒng)的要求也越來越高, 現(xiàn)今廣泛使用的液壓式動力向系統(tǒng)存在著制造工藝復雜, 對密封要求嚴格、維修保養(yǎng)困難等缺陷, 已不能滿足日益發(fā)展的要求, 同時隨著電子技術在發(fā)動機、變速器、制動器和懸架等系統(tǒng)的廣泛應用, 電動助力轉向(Electric Power Steering, 簡稱 EPS) 技術應運而生, 成為世界汽車技術發(fā)展的研究熱點。國內研究EPS的主要是幾所高校(如清華大學、合肥工業(yè)大學、北京理工大學、華南理工大學、武漢理工大學等),且大都局限于理論和計算機仿真。[1-3]。電動助力轉向系統(tǒng)較傳統(tǒng)的液壓動力轉向優(yōu)越很多: 結構簡單，車輛布置設計容易，節(jié)約燃料, 能夠提高主動安全性, 并且有利于環(huán)保, 是一項緊扣現(xiàn)代汽車發(fā)展主題的高新技術, 因此它有逐步取代傳統(tǒng)液壓動力轉向的趨勢。[2] 電動轉向助力按助力位置不同可分為轉向柱助力式、小齒輪助力式、雙小齒輪助力式以及齒條助力式。 此次設計的目的是設計一套轉向柱助力式轉向系統(tǒng)，確定總體結構方案，而后在方案基礎上轉向系統(tǒng)的設計計算以及轉向梯形[4]的優(yōu)化設計，從實際駕駛的舒適性及安全性能角度出發(fā)，進行優(yōu)化設計[5]和可行性分析，建立三維實體模型。 2．國內外研究現(xiàn)狀 目前，國外 EPS 的機械結構部分都相對成熟完善，各派系各零部件企業(yè)都有自己的獨特之處。主要發(fā)展方向集中在控制策略、性能匹配以及可靠性等方面。早期 EPS簡單的助力曲線早已不能適應當代汽車的要求，目前 EPS 不僅僅是提供轉向助力，而是與整車操穩(wěn)性能相匹配，綜合各種影響因素，從而在某些工況下通過對轉向系統(tǒng)施加阻尼或是補償?shù)龋垣@得更好的駕駛感覺。EPS 產品基本上都能實現(xiàn)轉向助力功能, 但也存在一定問題, 如轉向盤抖振、噪聲大、左右轉向不對稱等。在產業(yè)化方面, 整車企業(yè)在電控技術及 EPS 的行業(yè)標準方面存在滯后性, EPS 研發(fā)單位與整車企業(yè)的全面合作尚不夠深入, 因此其樣機得不到全面的考核,涉及整車操縱穩(wěn)定性能方面的研究較少。為了適應市場潮流，國內諸多企業(yè)也開始 EPS 的研發(fā)。但都是處于起步階段，大多處在設計和性能驗證階段，只有少數(shù)企業(yè)將管柱助力式 EPS 應用在量產車型上。[6] EPS 系統(tǒng)通常由傳感器 (車速傳感器、轉矩傳感器、轉向角傳感器)、電子控制器 ECU、執(zhí)行器 (電動機、電磁離合器和減速機構) 等 3 部分組成。[7] 2.1 扭矩傳感器 在現(xiàn)有技術基礎上,扭矩傳感器將向低價格和多功能兩個方向發(fā)展[8]。 2.1.1 低價格傳感器 該種傳感器是在目前批量生產的扭矩傳感器的基礎上,進行技術革新, 通過采用新的材料, 減少組成傳感器的零件數(shù)量, 從而降低傳感器的生產成本而形成的。但是它只能測出扭矩信號,而不能測量轉角。 2.1.2 多功能傳感器 隨著車輛底盤控制系統(tǒng)的發(fā)展, 除需要知道轉向盤力矩信號外,還迫切需要轉向盤轉角信號, 供EPS、AFS (Active Front Wheel Steering) 和 ESP(Electronic StabilityProgram)等控制器使用。為滿足功能要求, 并提高傳感器的安裝方便性, 降低成本,需要在扭矩傳感器的基礎上, 集成轉角傳感器。 2.2 電機 電動助力轉向系統(tǒng)得到了廣泛應用, 它不但被安裝在微型車上, 還應用于經濟性轎車, 并逐漸向中級轎車和高級轎車上發(fā)展。隨著車輛質量和體積的增加, 對電機的輸出扭矩提出了更高的要求。最初電機的輸出電流是 25 A, 現(xiàn)在已經發(fā)展到了 90 A, 以后還有繼續(xù)增大的趨勢。 2.3 ECU 電動助力轉向系統(tǒng)的 ECU 一般安裝在駕駛艙中。但是在某些情況下, ECU 必須安裝在發(fā)動機罩下面，在這種情況下, 就應該提高 ECU 的防水性能和耐高溫性能。同時, 還要增加一個溫度傳感器, 直接測量 ECU 的環(huán)境溫度, 并根據(jù)環(huán)境溫度的高低,采取相應的措施, 保護 ECU。 3. 本課題的研究內容及技術方案 本論文主要包括轉向柱助力式轉向系統(tǒng)的總體設計、轉向梯形的優(yōu)化設計和轉向系統(tǒng)完整的三維實體模型，并繪制工程圖。 3.1轉向系統(tǒng)的總體設計 3.1.1扭矩傳感器 扭矩傳感器的功能是測量駕駛員作用在轉向盤上的力矩的大小，是EPS的主輸入信號之一?？紤]主副電壓輸出特性，耐久可靠性能。 3.1.2電動機 電動機輸出適宜的輔助力矩，要求電流轉速、電流扭矩特性曲線符合性能、耐久可靠性要求。 3.1.3減速機構 減速機構與電動機相連，起減速增扭的作用，對傳動效率，耐磨性能有一定的要求。 3.1.3裝配后整車轉向性能 必須符合國家車輛管理部門對整車的強制檢驗項目要求、整車操縱穩(wěn)定性要求。 3.2轉向梯形的優(yōu)化設計 1）轉向梯形優(yōu)化設計的模型的建立。 2）轉向梯形的數(shù)學模型的建立。 3）利用MATLAB進行分析[9]，得出優(yōu)化解。 4. 本設計的特色 1）建立在電動助力的基礎上，符合節(jié)能環(huán)保和科學技術發(fā)展的的要求。 2）通過對轉向柱助力式轉向系統(tǒng)的總體設計，轉向梯形的優(yōu)化設計，與汽車整體轉向系統(tǒng)的工作實況結合，對實際工程設計有很大幫助。 3）利用MATLAB軟件進行分析優(yōu)化，得出設計的最優(yōu)結果。 5. 進度安排 第1 - 3 周：查閱相關資料，撰寫開題報告； 第4 - 8 周：確定總體方案，進行轉向系統(tǒng)設計計算； 第9 - 11 周：對轉向梯形進行優(yōu)化設計； 第12-15 周：三維實體建模，繪制二維工程圖； 第16-18 周：撰寫畢業(yè)設計論文，復查設計內容，準備答辯。 6. 參考文獻 [1] 閆俊，張欣：汽車電動助力轉向技術分析 北京交通大學 機械與電子控制工程學院 北京 [2] 余卓平 孟 濤，陳 慧，張立軍：電動助力轉向系統(tǒng)的技術發(fā)展趨勢 同濟大學汽車學院 20050904 [3]黃榕清，向鐵明，許迎東：電動助力轉向的原理及發(fā)展 華南理工大學 汽車工程學院廣東 廣州 [4] 張習泉：轉向梯形應用簡析 成都市工業(yè)職業(yè)技術學校汽車工程系 成都 [5] 李玉民1，李旭宏1，過學迅2：轉向梯形驅動機構的運動分析及優(yōu)化設計 1.東南大學交通學院 南京 2武漢理工大學 [6] 楊洪斌：汽車轉向管柱的有限元分析及設計優(yōu)化 四川綿陽三力股份有限公司 綿陽 [7] 羅新聞：汽車可變轉向系統(tǒng)結構及工作原理 201112 [8] 易愛斌：轉向柱式電動助力轉向（C-EPS）系統(tǒng)的技術分析與技術確認研究華中科技大學 機械工程 20060828 [9] 楊俊治1，楊文興2，周強1 2：基于MATLAB的轉向梯形機構的優(yōu)化研究 1.蘭州電源車輛研究所有限公司 2.蘭州理工大學 機電工程學院 開題報告檢查組意見：（以下空4~6行文字） 組長（簽字）： 年 月 日 （此行置于頁面底部分） - 3 -