某乘用车转向小齿轮助力式转向系统设计开题报告

某乘用车转向小齿轮助力式转向系统设计 本科毕业论文（设计）开 题 报 告论文题目 某乘用车转向小齿轮助力式转向系统设计 班 级姓 名 院（系）导 师开题时间- 1 -1课题研究的目的和意义2013年中国已经成为世界上最大的汽车产销国，市场竞争的日益加剧引导了汽车技术的迅速发展，电动助力系统具有节能环保、高度的控制性、高性能化、组件少，节省装配时间、重量轻、成本低效益高、易与汽车其它电子控制系统集成和不需要特殊保养等优点。电动助力转向系统（EPS）代表未来动力转向技术的发展方向，将作为标准件装备到汽车上，并将在动力转向领域占据重要地位。 电动助力转向系统是在传统机械转向机构基础上，增加信号传感器装置、电子控制装置和转向助力机构等构成的。电动助力转向系统的功能着眼点是使用电力驱动执行机构实现在不同的驾驶条件下为驾驶人员提供适宜的辅助力。系统主要由以下几个部分组成：电子控制单元（ECU）、车速传感器和扭矩传感器、伺服电动机、变速机构和转向柱总成等 1。随着生活水平和消费水平的提高，人们对汽车的操纵稳定性的要求也越来越高，转向系统作为其重要的影响因素已成为现代汽车研究的重要课题。通过对本课题的研究，了解电动助力系统未来发展的主要方向：改进控制系统性能和降低控制系统的制造成本，未来的电动助力转向系统还将向着电子四轮转向的方向发展，并与电子悬架统一、协调控制，从而实现电动助力转向系统与汽车上的其它控制单元的通讯联系，实现控制系统的集约化。电动助力转向系统的发展的总体趋势本质而言并没有大幅度的改变电动助力转向系统的基本框架结构，其机械部分的比重都比较大。放眼将来，电动转向系统将向着更纯粹的电子化和智能化的动力转向系统发展2。 本论文研究目的在于对小齿轮助力式转向系统进行总体方案设计、参数计算、三维建模、有限元分析等，以达到综合应用所学知识，分析解决实际工程问题，锻炼创造能力的目的。2国内外研究现状3电动助力转向系统是于 20 世纪 80 年代中期提出来的。世界各主要汽车生产国对电动助力转向系统均进行了深入的研究与系统开发设计。 EPS 系统最先在日本获得实际应用。日本铃木公司于 1988 年首次在其生产的 Cervo 车上装备了 EPS系统，随后用在 Alto 车上。此后，电动助力转向技术得到了迅速的发展。日本的大发汽车公司、三菱汽车公司、本田汽车公司、美国的 Delphi 汽车公司、TRW 公司，德国的 ZF 公司，都相继研制出各自的 EPS系统。其中技术发展最快、应用较为成熟的当属 TRW 转向系统和 Delphi Saginaw(萨吉诺)转向系统，而Delphi Saginaw(萨吉诺)转向系统又代表着电动转向系统发展的前沿。TRW 公司从 1998 年开始便投入大量的人力、物力用于 EPS 系统的开发。最初针对客车转向柱助力式 EPS 系统，其后的小齿轮助力式 EPS 系统开发也获得成功。1999 年，TRW 公司的 EPS 系统已经装备在轿车上，如 Ford Fiesta 和 Mazda 323F 等。Delphi 汽车系统公司已经为大众的 Polo、欧宝 318i 以及菲亚特的 Punto 开发出 EPS 系统。最近韩国的一些开发机构也宣布独立开发出自己的电动助力转向系统。应该说现今的 EPS 系统主要应用对象是中小型轿车，但是最新的资料表明，MercedesBenz 和 Siemens Automotive 两大公司共同投资开发新的 EPS 系统，该系统能够使用于汽车前桥负荷超过 1200kg 的车型，因此货车也将可能成为 EPS 系统的装备目标。 经过近 20 年的发展，EPS 技术日趋成熟。其应用范围已经从最初的微型轿车向大型轿车和商用客车方向发展。电动助力转向系统的助力方式也从低速范围助力型向全速范围助力型发展，并且其控制方式和功能也进一步强化。 我国作为潜在的汽车消费大国也同样对电动助力转向系统的研究与开发给予了很大的关注。国内的一些大学、研究机构和一些汽车系统公司也在这方面作了很多工作。吉林大学对电动助力转向系统的前景进行了展望，对电动助力转向系统的控制策略进行了有益的探讨清华大学、华中科技大学和江苏大学等院校纷纷开展了电动助力转向系统的建模、动态分析等工作；合肥工业大学、湖北汽车工业学校等院校也对汽车电动助力转向系统进行了仿真分析。陕西、吉林、安徽等省都将电动助力转向系统作为科技攻关项目进行研究。目前在国内南方动力据称已经研制出电动助力控制系统的样机，并在进行车试，在业界来讲是一件振奋人心的消息。但是就目前而言，国内的很多研究还紧紧是在定性的层次上，真正对系统进行具体的研制工作的机构还很鲜闻。东南大学机械系是较早投入这方面研究的大学之一，目前已经在具体工作的开展过程中获得了关于电动助力转向系统设计开发工作中的比较有价值的经验和部分成果。 据 TRW 公司预言，到 2010 年全世界生产的汽车中每三辆就有一辆装备 EPS 系统，特别是低排放汽车、混合动力汽车、燃料电池汽车、电动汽车四大汽车将构成未来汽车发展的主体，这给 EPS 系统的发展带来了更加广阔的应用前景和巨大的商机。但是应当看到我国的基础工业不是很发达，很多与电动助力转向系统开发相关的技术现况并不是很理想，要想在未来的世界汽车电动助力转向系统中有一席之地不是一件很容易的事情。可喜的是在国家的“十五”规划中将电动助力转向系统的研制工作作为一个重要的研究内容，规划确定了“十五”的目标是解决关键技术，开发成功新产品，主要研究内容是：传感器技术、控制技术、电机技术、离合器技术和减速机构等技术。国家政策的倾斜一定程度上可以解决目前国内的一些研究机构经费不足的问题，也必将提升电动助力转向系统相关零部件性能，从而有助于我国自主的电动助力转向系统产品的成功研制。 3. 本课题的研究内容及技术方案 本论文主要包括转向系统的总体设计、转向梯形的优化设计和转向器、转向梯形完整的三维实体模型，并绘制工程图。1）转向系统的总体设计：所设计的电动助力转向系统总体上包括两大部分。其一是机械部分；其二是控制部分。 机械部分主要是转向系统的数据采集单元、传动单元和执行单元。具体而言主要包括扭矩传感器、车速传感器、离合器、转向柱总成以及伺服电机等。控制部分主要是采集来自传感器感测到的外部信号，进行必要的运算处理发出控制指令，为转向提供辅助力。本论文对机械部分进行总体设计。扭矩传感器：这种传感器的功能是测量作用于转向盘的力矩的大小和方向。扭矩传感器信号是 EPAS 最重要的输入控制信号，扭矩传感器要求精确可靠、抗干扰能力强。扭矩传感器选择：电位器式扭矩传感器、电磁式扭矩传感器、光电式扭矩传感器。车速传感器：利用电磁感应的原理设计而成，是一种非接触式的传感器。在电动助力转向控制系统中所起作用是把车轮的运动状态转变为电信号送入电子控制单元。车速传感器选择：电磁车速传感器、光电车速传感器、霍尔车速传感器。电动机：电动机是电动助力转向系统的关键部件之一，担负着系统控制指令执行功能。电动机的选择直接关系到系统的调节品质和控制效果。电动机的选择为直流伺服电动机。电磁离合器：电磁离合器的作用是传递电动机的助力转矩，电磁离合器安装在电动机和减速机构之间。电磁离合器的设置是为了使电动机和减速机构快速的结合和分离。减速机构：减速机构的作用是降低电动机的输出轴的转速，从而将电动机输出轴的输出转矩放大后作用于转向输出轴。减速机构主要有两种形式：双行星齿轮减速机构和蜗轮蜗杆减速机构。双行星齿轮减速机构采用了双行星齿轮和传动齿轮驱动组合式。因为是多级减速，可提供较大的助力扭矩。为了降低噪声和提高使用寿命，减速机构部分采用树脂材料齿轮。双行星齿轮减速机构因为可提供较大的助力，通常用在小齿轮助力式和齿条助力式系统。2） 基于MATLAB的转向梯形的优化设计 1.转向梯形机构优化模型的建立 2.转向梯形数学模型的建立 3.建立约束条件 4.利用MATLAB软件编程优化及结果分析：利用优化工具箱中的Lsqnonlin函数求优化解程序。4. 本设计的特色1）本设计建立在对小齿轮电动助力转向系统深入分析基础上，利用仿真和实验手段总结其他特性，这也是文献中所欠缺的一项基础性工作，将对实际电动助力转向系统的设计具有指导性意义；2）本设计建立在MATLAB仿真平台上，而且可以充分利用实验室条件进行试验验证。5. 进度安排第1周至第3周：搜集资料，撰写开题报告；第4周至第8周：确定总体方案，进行转向系统设计计算；第9周至第11周：对转向梯形进行优化设计第12周至第15周：三维实体建模，绘制二维工程图；第16周至17周： 撰写毕业设计论文。第18周：准备答辩。6. 参考文献1 谢刚：汽车电动助力系统的设计与控制技术研究 四川大学博士学位论文 2006.92 李书龙：汽车电动助力转向系统的研究与开发 东南大学硕士学位论文 2008.93 陈丽：基于ADAMS的汽车电动助力转向系统的转向分析 华中科技大学硕士学位论文 2005.54 杨俊智，杨文兴，周强 基于MATLAB的转向梯形机构的优化研究 Vol.45. No.2 2013.1开题报告检查组意见： 组长（签字）： 年 月 日 - 7 -