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南京工程學(xué)院
車輛工程系
本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開題報(bào)告
題目：電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)試驗(yàn)臺
結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
專業(yè)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動化(汽車技術(shù))
班 級： 學(xué) 號：
學(xué)生姓名：
指導(dǎo)教師： 副教授
2011年3月
本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)開題報(bào)告
學(xué)生姓名
學(xué) 號
專 業(yè)
機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動化（汽車技術(shù)）
指導(dǎo)教師
職 稱
所在院系
車輛工程
課題來源
自擬課題
課題性質(zhì)
工程設(shè)計(jì)
課題名稱
電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)試驗(yàn)臺結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
畢業(yè)設(shè)計(jì)的內(nèi)容和意義
本課題的設(shè)計(jì)內(nèi)容：
EPS（電動助力轉(zhuǎn)向）系統(tǒng)在傳統(tǒng)的機(jī)械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的基礎(chǔ)上增加了傳感檢測裝置、控制單元以及轉(zhuǎn)向助力機(jī)構(gòu)(包括電動機(jī)、減速機(jī)構(gòu)、傳動裝置)，它是通過電動機(jī)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩來幫助駕駛員進(jìn)行轉(zhuǎn)向的。
本課題是試驗(yàn)臺的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，需完成的主要內(nèi)容如下：
1. 試驗(yàn)臺總體方案設(shè)計(jì)
2. 試驗(yàn)臺總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
3. 通用件、標(biāo)準(zhǔn)件的選用
4. 各部件裝配圖的設(shè)計(jì)
5. 非標(biāo)零件圖設(shè)計(jì)
6. 編寫設(shè)計(jì)說明書
本課題研究的意義：
本課題對電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)試驗(yàn)臺的機(jī)械系統(tǒng)進(jìn)行了研究和設(shè)計(jì)，其意義如下：
畢業(yè)設(shè)計(jì)的內(nèi)容和意義
電動助力轉(zhuǎn)向更能做到能量高效，環(huán)境相容。它消耗的能量約為傳統(tǒng)的液壓動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的二十分之一，并且，它不含任何油，不論是生產(chǎn)還是報(bào)廢它都不污染環(huán)境。因此，這激發(fā)了越來越多地車輛裝備EPS。電動助力轉(zhuǎn)向(EPAS，electric power-assisted steering)是汽車動力轉(zhuǎn)向的新技術(shù)與新結(jié)構(gòu)，近年來在國內(nèi)外轎車上的應(yīng)用逐漸增多。EPAS的成功開發(fā)必須進(jìn)行大量的實(shí)車試驗(yàn)，將系統(tǒng)的性能調(diào)整到最佳的工作狀態(tài)。實(shí)車試驗(yàn)需要消耗大量的財(cái)力、人力和物力，如果在實(shí)車試驗(yàn)之前進(jìn)行必要的臺架試驗(yàn)，為后續(xù)實(shí)車試驗(yàn)獲得某些基本參數(shù)和算法，是非常有益的。通過臺架試驗(yàn)研究可以探索電動機(jī)的助力規(guī)律，檢驗(yàn)助力控制程序的運(yùn)行效果，分析EPS對汽車轉(zhuǎn)向輕便性的影響。同時也可以降低直接裝車進(jìn)行路試的危險性和研究成本。
文
獻(xiàn)
綜
述
電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)最早應(yīng)用在日本的微型轎車上，歐、美等國的汽車公司對EPS的開發(fā)研究比日本晚10年時間，但開發(fā)的力度比較大，目前，一些公司己經(jīng)研發(fā)并將EPS作為其轎車的標(biāo)準(zhǔn)裝備[1]。
在國內(nèi)，隨著2000年昌河北斗星廂式車安裝進(jìn)口電動助力轉(zhuǎn)向器，汽車轉(zhuǎn)向器歷史上掀開了新的一頁。由于國內(nèi)的EPS起步比較晚，目前正處于技術(shù)開發(fā)和產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)化的初期[2]。EPS以它的一系列優(yōu)點(diǎn)以及它不斷擴(kuò)大的市場吸引了國內(nèi)越來越多的專家、學(xué)者以及有關(guān)企業(yè)的關(guān)注，在2005年12月的上海零部件展上，18家國內(nèi)有成就的EPS相關(guān)企業(yè)聯(lián)合展出，組織了電動轉(zhuǎn)向聯(lián)合展臺。2005年國內(nèi)電動助力轉(zhuǎn)向器裝車己達(dá)6萬臺(4個廠家)，預(yù)計(jì)2006年將達(dá)到12萬臺(廠家將達(dá)到8~10家)。國內(nèi)生產(chǎn)的昌河北斗星、上海大眾途安、廣州本田飛度、吉利豪情等轎車上已經(jīng)安裝了EPS系統(tǒng)。國內(nèi)很多高校(如吉林大學(xué)、清華大學(xué)、江蘇大學(xué)等)也在這方面做了一系列的研究工作，在實(shí)驗(yàn)室臺架試驗(yàn)上取得了一些進(jìn)展，但是在試驗(yàn)車上轉(zhuǎn)向的效果有待改進(jìn)，如轉(zhuǎn)向盤抖振、噪聲大、左右轉(zhuǎn)向不對稱等。在產(chǎn)業(yè)化方面，整車企業(yè)在電控技術(shù)及EPS的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)方面存在滯后性[3][4]。
EPS試驗(yàn)臺搭建的必要性：電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)關(guān)系到汽車的舒適性、安全性和可靠性，在開發(fā)前進(jìn)行大量的實(shí)車試驗(yàn)，將系統(tǒng)性能調(diào)整到最佳工作狀態(tài)是開發(fā)的必要要求。然而，在實(shí)車試驗(yàn)中需要消耗大量的人力、物力和財(cái)力，為了在實(shí)車試驗(yàn)前盡量的完善系統(tǒng)軟件、硬件設(shè)計(jì)，以減少設(shè)計(jì)中的某些不足導(dǎo)致實(shí)車試驗(yàn)的失敗，在實(shí)車試驗(yàn)之前的臺架試驗(yàn)是非常必要的。
電動助力轉(zhuǎn)向試驗(yàn)臺可以通過模擬轉(zhuǎn)向的實(shí)際工況向轉(zhuǎn)向系統(tǒng)提供轉(zhuǎn)向阻力，并通過臺架中的傳感器收集相關(guān)數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)可用來研究系統(tǒng)的控制方法和參數(shù)，特別是轉(zhuǎn)矩傳感器的工作特性、直流電機(jī)轉(zhuǎn)矩的控制等。也可以用來初步研究EPS系統(tǒng)助力控制規(guī)律，確定助力控制規(guī)律將如何滿足駕駛員對汽車轉(zhuǎn)向輕便性的要求。還可以研究EPS系統(tǒng)的工作特性，深入了解EPS系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)、功能，以及為EPS系統(tǒng)的仿真研究提供實(shí)際試驗(yàn)數(shù)據(jù)，以便驗(yàn)證仿真模型。這些研究內(nèi)容都是電動助力轉(zhuǎn)向技術(shù)的基本問題，能為將來的實(shí)車試驗(yàn)提供必要的數(shù)據(jù)準(zhǔn)備，是電動助力轉(zhuǎn)向產(chǎn)品化開發(fā)設(shè)計(jì)的前提和基礎(chǔ)。
在試驗(yàn)臺設(shè)計(jì)時有以下三點(diǎn)要求：
(1)EPS系統(tǒng)試驗(yàn)臺雖不同于實(shí)車上的EPS系統(tǒng)，但可用來研究系統(tǒng)的一些性能和控制算法，為實(shí)車試驗(yàn)所需的一些數(shù)據(jù)做準(zhǔn)備。
(2)由于EPS系統(tǒng)與車輛的其他系統(tǒng)密切相關(guān)，且與行車環(huán)境等因素緊密聯(lián)系，所以，為了使臺架試驗(yàn)數(shù)據(jù)比較真實(shí)、準(zhǔn)確地反映實(shí)際情況，試驗(yàn)結(jié)果有說服力，設(shè)計(jì)的試驗(yàn)臺能夠更好的為系統(tǒng)的開發(fā)和研究提供幫助，臺架設(shè)計(jì)時，一定要盡可能的模擬出汽車行駛時的實(shí)際情況。
(3)所設(shè)計(jì)的試驗(yàn)臺要在滿足臺架最基本功能的基礎(chǔ)上，考慮投資成本問題，在選擇部件時盡可能選擇成本較低、性能適中的部件。
設(shè)計(jì)試驗(yàn)臺的目的是要驗(yàn)證仿真模擬中的一些設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，本文中所設(shè)計(jì)的試驗(yàn)臺主要是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。
在試驗(yàn)臺的研究方面，國內(nèi)外研制試驗(yàn)臺的目的基本上都是滿足產(chǎn)品質(zhì)量檢測的需要，并開發(fā)出了形式各異、種類繁多的試驗(yàn)臺架。國外的幾家著名汽車零部件公司，如博世(BOSCH)、采埃孚(ZP)等，其開發(fā)的試驗(yàn)臺在結(jié)構(gòu)和測試方面并重。其在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上充分考慮現(xiàn)場操作的實(shí)際情況，從人機(jī)工程學(xué)角度出發(fā)引導(dǎo)試驗(yàn)臺的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；當(dāng)然，其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重點(diǎn)仍然是試驗(yàn)臺結(jié)構(gòu)的合理性和可靠性，同時還兼顧到臺架的美觀性[5]。
文獻(xiàn)綜述
EPS試驗(yàn)臺的基本功能主要包括以下幾個方面：
(1) 模擬出汽車在各種路況下行駛時產(chǎn)生對轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的阻力。
(2) 能模擬出汽車在不同車速下提供給控制系統(tǒng)的車速信號。
(3) 能夠顯示出汽車方向盤產(chǎn)生的助力扭矩。
(4) 能夠模擬出發(fā)動機(jī)信號和點(diǎn)火信號。
(5) 提供人機(jī)交互界面，進(jìn)行計(jì)算機(jī)后臺數(shù)據(jù)處理[6]。
通過網(wǎng)上的查找，發(fā)現(xiàn)一些有關(guān)電動助力轉(zhuǎn)向試驗(yàn)臺的研究，如：一汽集團(tuán)的電動助力轉(zhuǎn)向試驗(yàn)臺，其裝置包括有EPS系統(tǒng)總成、檢測系統(tǒng)，其特征是：它還包括有加載機(jī)構(gòu)、測試裝置控制系統(tǒng)，EPS系統(tǒng)總成還包括右轉(zhuǎn)向前輪總成，右轉(zhuǎn)向前輪總成由轉(zhuǎn)向控制臂、轉(zhuǎn)向節(jié)臂和前輪組成，轉(zhuǎn)向控制臂和轉(zhuǎn)向節(jié)臂與前輪連接，轉(zhuǎn)向節(jié)臂的另一端和轉(zhuǎn)向橫拉桿連接，加載機(jī)構(gòu)一部分與轉(zhuǎn)向齒條聯(lián)結(jié)，另一部分與轉(zhuǎn)向控制臂聯(lián)結(jié)，測試裝置控制系統(tǒng)與EPS系統(tǒng)總成、加載機(jī)構(gòu)電連接。電動助力轉(zhuǎn)向試驗(yàn)臺轉(zhuǎn)向阻力模擬精度高、控制系統(tǒng)實(shí)時性好、能提供實(shí)時的車輛動力學(xué)仿真環(huán)境[7]。還有長安大學(xué)的研究的試驗(yàn)臺，其結(jié)構(gòu)包括：阻力加載裝置、齒輪齒條傳動機(jī)構(gòu)、聯(lián)軸器、轉(zhuǎn)向器、霍爾電流傳感器、霍爾電壓傳感器、助力電機(jī)、雙萬向節(jié)、固定座、轉(zhuǎn)矩傳感器、方向盤等。
試驗(yàn)臺的工作原理為：當(dāng)手動輸入一定的轉(zhuǎn)矩，模擬駕駛員轉(zhuǎn)動方向盤時，方向盤上的力矩傳遞給轉(zhuǎn)向軸，帶動齒輪齒條壓縮彈簧，彈簧變形從而向轉(zhuǎn)向系統(tǒng)施加阻力。此時，轉(zhuǎn)向軸上的轉(zhuǎn)矩傳感器隨轉(zhuǎn)向軸轉(zhuǎn)動，獲得方向盤轉(zhuǎn)矩信號，傳遞給工控機(jī)，工控機(jī)由預(yù)先設(shè)定的理想助力轉(zhuǎn)矩算出電機(jī)的助力轉(zhuǎn)矩，控制電機(jī)輸出助力矩。助力電機(jī)的電流、電壓、助力矩由試驗(yàn)臺的測控系統(tǒng)獲得。所測的所有信號測控系統(tǒng)都會記錄并保存，用于EPS系統(tǒng)的性能分析[8]。
查閱有關(guān)書籍發(fā)現(xiàn)，一般電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)主要包括：機(jī)械式轉(zhuǎn)向器、轉(zhuǎn)矩傳感器、減速機(jī)構(gòu)、離合器、電動機(jī)、電子控制單元和車速傳感器等[9]。翻閱大量資料后，對自己要設(shè)計(jì)的電動助力轉(zhuǎn)向試驗(yàn)臺的結(jié)構(gòu)也有了比較清晰的認(rèn)識，在一般的電動助力轉(zhuǎn)向器上加上臺架，試驗(yàn)板，阻力加載裝置等。重點(diǎn)參考南京東華轉(zhuǎn)向器廠的電動助力轉(zhuǎn)向試驗(yàn)臺的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。
參考文獻(xiàn)
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研
究
內(nèi)
容
通過查閱有關(guān)電動助力轉(zhuǎn)向器試驗(yàn)臺架的國內(nèi)外資料，發(fā)現(xiàn)北京理工大學(xué)電動車輛工程技術(shù)中心和吉林大學(xué)汽車工程學(xué)院聯(lián)合進(jìn)行汽車電動助力轉(zhuǎn)向試驗(yàn)臺測試系統(tǒng)的開發(fā)研究，他們研制的試驗(yàn)臺使用方便，運(yùn)行穩(wěn)定可靠，測試精度和效率均能滿足要求，適用于電動助力轉(zhuǎn)向基本特性的測試與控制系統(tǒng)的開發(fā)。根據(jù)掌握的資料，制定具體研究內(nèi)容如下：
1. 研究電動助力轉(zhuǎn)向器試驗(yàn)臺的結(jié)構(gòu)組成。
2. 完成電動助力轉(zhuǎn)向器試驗(yàn)臺的總體方案的設(shè)計(jì)。
3. 結(jié)合電動助力轉(zhuǎn)向器的結(jié)構(gòu)，完成其試驗(yàn)臺架的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。
4. 采用CAD對電動助力轉(zhuǎn)向器各零件進(jìn)行設(shè)計(jì)。
5. 通過CAD生成電動助力轉(zhuǎn)向器試驗(yàn)臺工程總裝圖、部件圖和非標(biāo)零件圖。
6. 撰寫畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書。
研
究
計(jì)
劃
3.01 --- 3.14 調(diào)研，查閱、收集資料
3.15 --- 3.21 完成相關(guān)的英文資料翻譯
3.22 --- 3.28 編寫并完成開題報(bào)告
3.29 --- 4.04 進(jìn)行系統(tǒng)分析、比較、計(jì)算、選擇
4.05 --- 4.18 試驗(yàn)臺總體方案確定和方案設(shè)計(jì)
4.19 --- 4.25 通用件、標(biāo)準(zhǔn)價的選用
4.26 --- 5.16 各部件裝配圖設(shè)計(jì)
5.17 --- 5.23 非標(biāo)零件圖設(shè)計(jì)
5.24 --- 5.30 部件圖生成
5.31 --- 6.06 非標(biāo)零件圖生成
6.07 --- 6.13 編寫設(shè)計(jì)說明書
6.14 --- 6.18 完成中英文摘要，完善設(shè)計(jì)說明書，準(zhǔn)備答辯
特
色
與
創(chuàng)
新
試驗(yàn)臺采用液壓滑臺設(shè)計(jì)，軸向移動控制方便。
指導(dǎo)教師
意 見
指導(dǎo)教師簽名：
年 月 日
教研室意見
主任簽名：
年 月 日
系部意見
教學(xué)主任簽名：
年 月 日