某乘用車轉向小齒輪助力式轉向系統(tǒng)設計開題報告

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某乘用車轉向小齒輪助力式轉向系統(tǒng)設計 本科畢業(yè)論文（設計） 開 題 報 告 論文題目 某乘用車轉向小齒輪助力式轉向系統(tǒng)設計 班 級 姓 名 院（系） 導 師 開題時間 - 1 - 1．課題研究的目的和意義 2013年中國已經成為世界上最大的汽車產銷國，市場競爭的日益加劇引導了汽車技術的迅速發(fā)展，電動助力系統(tǒng)具有節(jié)能環(huán)保、高度的控制性、高性能化、組件少，節(jié)省裝配時間、重量輕、成本低效益高、易與汽車其它電子控制系統(tǒng)集成和不需要特殊保養(yǎng)等優(yōu)點。電動助力轉向系統(tǒng)（EPS）代表未來動力轉向技術的發(fā)展方向，將作為標準件裝備到汽車上，并將在動力轉向領域占據重要地位。 電動助力轉向系統(tǒng)是在傳統(tǒng)機械轉向機構基礎上，增加信號傳感器裝置、電子控制裝置和轉向助力機構等構成的。電動助力轉向系統(tǒng)的功能著眼點是使用電力驅動執(zhí)行機構實現在不同的駕駛條件下為駕駛人員提供適宜的輔助力。系統(tǒng)主要由以下幾個部分組成：電子控制單元（ECU）、車速傳感器和扭矩傳感器、伺服電動機、變速機構和轉向柱總成等 [1]。隨著生活水平和消費水平的提高，人們對汽車的操縱穩(wěn)定性的要求也越來越高，轉向系統(tǒng)作為其重要的影響因素已成為現代汽車研究的重要課題。 通過對本課題的研究，了解電動助力系統(tǒng)未來發(fā)展的主要方向：改進控制系統(tǒng)性能和降低控制系統(tǒng)的制造成本，未來的電動助力轉向系統(tǒng)還將向著電子四輪轉向的方向發(fā)展，并與電子懸架統(tǒng)一、協(xié)調控制，從而實現電動助力轉向系統(tǒng)與汽車上的其它控制單元的通訊聯系，實現控制系統(tǒng)的集約化。電動助力轉向系統(tǒng)的發(fā)展的總體趨勢本質而言并沒有大幅度的改變電動助力轉向系統(tǒng)的基本框架結構，其機械部分的比重都比較大。放眼將來，電動轉向系統(tǒng)將向著更純粹的電子化和智能化的動力轉向系統(tǒng)發(fā)展[2]。 本論文研究目的在于對小齒輪助力式轉向系統(tǒng)進行總體方案設計、參數計算、三維建模、有限元分析等，以達到綜合應用所學知識，分析解決實際工程問題，鍛煉創(chuàng)造能力的目的。 2．國內外研究現狀[3] 電動助力轉向系統(tǒng)是于 20 世紀 80 年代中期提出來的。世界各主要汽車生產國對電動助力轉向系統(tǒng)均進行了深入的研究與系統(tǒng)開發(fā)設計。 EPS 系統(tǒng)最先在日本獲得實際應用。日本鈴木公司于 1988 年首次在其生產的 Cervo 車上裝備了 EPS系統(tǒng)，隨后用在 Alto 車上。此后，電動助力轉向技術得到了迅速的發(fā)展。日本的大發(fā)汽車公司、三菱汽車公司、本田汽車公司、美國的 Delphi 汽車公司、TRW 公司，德國的 ZF 公司，都相繼研制出各自的 EPS系統(tǒng)。其中技術發(fā)展最快、應用較為成熟的當屬 TRW 轉向系統(tǒng)和 Delphi Saginaw(薩吉諾)轉向系統(tǒng)，而Delphi Saginaw(薩吉諾)轉向系統(tǒng)又代表著電動轉向系統(tǒng)發(fā)展的前沿。TRW 公司從 1998 年開始便投入大量的人力、物力用于 EPS 系統(tǒng)的開發(fā)。最初針對客車轉向柱助力式 EPS 系統(tǒng)，其后的小齒輪助力式 EPS 系統(tǒng)開發(fā)也獲得成功。1999 年，TRW 公司的 EPS 系統(tǒng)已經裝備在轎車上，如 Ford Fiesta 和 Mazda 323F 等。Delphi 汽車系統(tǒng)公司已經為大眾的 Polo、歐寶 318i 以及菲亞特的 Punto 開發(fā)出 EPS 系統(tǒng)。最近韓國的一些開發(fā)機構也宣布獨立開發(fā)出自己的電動助力轉向系統(tǒng)。應該說現今的 EPS 系統(tǒng)主要應用對象是中小型轎車，但是最新的資料表明，Mercedes－Benz 和 Siemens Automotive 兩大公司共同投資開發(fā)新的 EPS 系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠使用于汽車前橋負荷超過 1200kg 的車型，因此貨車也將可能成為 EPS 系統(tǒng)的裝備目標。 經過近 20 年的發(fā)展，EPS 技術日趨成熟。其應用范圍已經從最初的微型轎車向大型轎車和商用客車方向發(fā)展。電動助力轉向系統(tǒng)的助力方式也從低速范圍助力型向全速范圍助力型發(fā)展，并且其控制方式和功能也進一步強化。 我國作為潛在的汽車消費大國也同樣對電動助力轉向系統(tǒng)的研究與開發(fā)給予了很大的關注。國內的一些大學、研究機構和一些汽車系統(tǒng)公司也在這方面作了很多工作。吉林大學對電動助力轉向系統(tǒng)的前景進行了展望，對電動助力轉向系統(tǒng)的控制策略進行了有益的探討清華大學、華中科技大學和江蘇大學等院校紛紛開展了電動助力轉向系統(tǒng)的建模、動態(tài)分析等工作；合肥工業(yè)大學、湖北汽車工業(yè)學校等院校也對汽車電動助力轉向系統(tǒng)進行了仿真分析。陜西、吉林、安徽等省都將電動助力轉向系統(tǒng)作為科技攻關項目進行研究。目前在國內南方動力據稱已經研制出電動助力控制系統(tǒng)的樣機，并在進行車試，在業(yè)界來講是一件振奮人心的消息。但是就目前而言，國內的很多研究還緊緊是在定性的層次上，真正對系統(tǒng)進行具體的研制工作的機構還很鮮聞。東南大學機械系是較早投入這方面研究的大學之一，目前已經在具體工作的開展過程中獲得了關于電動助力轉向系統(tǒng)設計開發(fā)工作中的比較有價值的經驗和部分成果。 據 TRW 公司預言，到 2010 年全世界生產的汽車中每三輛就有一輛裝備 EPS 系統(tǒng)，特別是低排放汽車、混合動力汽車、燃料電池汽車、電動汽車四大汽車將構成未來汽車發(fā)展的主體，這給 EPS 系統(tǒng)的發(fā)展帶來了更加廣闊的應用前景和巨大的商機。但是應當看到我國的基礎工業(yè)不是很發(fā)達，很多與電動助力轉向系統(tǒng)開發(fā)相關的技術現況并不是很理想，要想在未來的世界汽車電動助力轉向系統(tǒng)中有一席之地不是一件很容易的事情?？上驳氖窃趪业摹笆濉币?guī)劃中將電動助力轉向系統(tǒng)的研制工作作為一個重要的研究內容，規(guī)劃確定了“十五”的目標是解決關鍵技術，開發(fā)成功新產品，主要研究內容是：傳感器技術、控制技術、電機技術、離合器技術和減速機構等技術。國家政策的傾斜一定程度上可以解決目前國內的一些研究機構經費不足的問題，也必將提升電動助力轉向系統(tǒng)相關零部件性能，從而有助于我國自主的電動助力轉向系統(tǒng)產品的成功研制。 3. 本課題的研究內容及技術方案 本論文主要包括轉向系統(tǒng)的總體設計、轉向梯形的優(yōu)化設計和轉向器、轉向梯形完整的三維實體模型，并繪制工程圖。 1）轉向系統(tǒng)的總體設計：所設計的電動助力轉向系統(tǒng)總體上包括兩大部分。其一是機械部分；其二是控制部分。 機械部分主要是轉向系統(tǒng)的數據采集單元、傳動單元和執(zhí)行單元。具體而言主要包括扭矩傳感器、車速傳感器、離合器、轉向柱總成以及伺服電機等?？刂撇糠种饕遣杉瘉碜詡鞲衅鞲袦y到的外部信號，進行必要的運算處理發(fā)出控制指令，為轉向提供輔助力。本論文對機械部分進行總體設計。 扭矩傳感器：這種傳感器的功能是測量作用于轉向盤的力矩的大小和方向。扭矩傳感器信號是 EPAS 最重要的輸入控制信號，扭矩傳感器要求精確可靠、抗干擾能力強。扭矩傳感器選擇：電位器式扭矩傳感器、電磁式扭矩傳感器、光電式扭矩傳感器。 車速傳感器：利用電磁感應的原理設計而成，是一種非接觸式的傳感器。在電動助力轉向控制系統(tǒng)中所起作用是把車輪的運動狀態(tài)轉變?yōu)殡娦盘査腿腚娮涌刂茊卧?。車速傳感器選擇：電磁車速傳感器、光電車速傳感器、霍爾車速傳感器。 電動機：電動機是電動助力轉向系統(tǒng)的關鍵部件之一，擔負著系統(tǒng)控制指令執(zhí)行功能。電動機的選擇直接關系到系統(tǒng)的調節(jié)品質和控制效果。電動機的選擇為直流伺服電動機。 電磁離合器：電磁離合器的作用是傳遞電動機的助力轉矩，電磁離合器安裝在電動機和減速機構之間。電磁離合器的設置是為了使電動機和減速機構快速的結合和分離。 減速機構：減速機構的作用是降低電動機的輸出軸的轉速，從而將電動機輸出軸的輸出轉矩放大后作用于轉向輸出軸。減速機構主要有兩種形式：雙行星齒輪減速機構和蝸輪蝸桿減速機構。雙行星齒輪減速機構采用了雙行星齒輪和傳動齒輪驅動組合式。因為是多級減速，可提供較大的助力扭矩。為了降低噪聲和提高使用壽命，減速機構部分采用樹脂材料齒輪。雙行星齒輪減速機構因為可提供較大的助力，通常用在小齒輪助力式和齒條助力式系統(tǒng)。 2） 基于MATLAB的轉向梯形的優(yōu)化設計 1.轉向梯形機構優(yōu)化模型的建立 2.轉向梯形數學模型的建立 3.建立約束條件 4.利用MATLAB軟件編程優(yōu)化及結果分析：利用優(yōu)化工具箱中的Lsqnonlin函數求優(yōu)化解程序。 4. 本設計的特色 1）本設計建立在對小齒輪電動助力轉向系統(tǒng)深入分析基礎上，利用仿真和實驗手段總結其他特性，這也是文獻中所欠缺的一項基礎性工作，將對實際電動助力轉向系統(tǒng)的設計具有指導性意義； 2）本設計建立在MATLAB仿真平臺上，而且可以充分利用實驗室條件進行試驗驗證。 5. 進度安排 第1周至第3周：搜集資料，撰寫開題報告； 第4周至第8周：確定總體方案，進行轉向系統(tǒng)設計計算； 第9周至第11周：對轉向梯形進行優(yōu)化設計 第12周至第15周：三維實體建模，繪制二維工程圖； 第16周至17周： 撰寫畢業(yè)設計論文。 第18周：準備答辯。 6. 參考文獻 [1] 謝剛：汽車電動助力系統(tǒng)的設計與控制技術研究 四川大學博士學位論文 2006.9 [2] 李書龍：汽車電動助力轉向系統(tǒng)的研究與開發(fā) 東南大學碩士學位論文 2008.9 [3] 陳麗：基于ADAMS的汽車電動助力轉向系統(tǒng)的轉向分析 華中科技大學碩士學位論文 2005.5 [4] 楊俊智，楊文興，周強 基于MATLAB的轉向梯形機構的優(yōu)化研究 Vol.45. No.2 2013.1 開題報告檢查組意見： 組長（簽字）： 年 月 日 - 7 -