某商用车整体式液压助力转向系统设计开题报告

某商用车整体式液压助力转向系统设计 本科毕业论文（设计）开 题 报 告论文题目 某商用车整体式液压助力转向系统设计 班 级姓 名 院（系）导 师开题时间- 16 -1课题研究的目的和意义 作为汽车的一个重要组成部分，转向系统是用来保持或改变汽车行驶方向的机构，在汽车转向行驶时，它能保证各转向轮之间有协调的转角关系。转向轮的转动方向必须与转向盘的转动方向保持一致，因此必须对转向垂臂的位置、转向传动机构的构成等进行运动学校核。汽车转向系统是决定汽车主动安全性的关键总成，如何设计汽车的转向特性，使汽车具有良好的操纵性能，始终是各汽车生产厂家和科研机构的重要研究课题。特别是在车辆高速化、驾驶人员非职业化、车流密集化的今天，针对更多不同水平的驾驶人群，汽车的操纵设计显得尤为重要1。近年来，随着汽车技术的不断发展，汽车上广泛使用各类助力转向系统。乘用车负载较小，对速度性能要求较高，通常采用齿轮齿条式EPS 以及EHPS 转向系统;而由于前轮载荷较大、电机功率以及加工工艺方面的因素制约，商用车通常采用循环球式HPS系统提供助力2。液压助力转向系统完全是靠液压力驱动，在方向盘和转向轮之间的机械连接，被液压管路、液压阀、液压执行器所取代。当转向轮转动时，方向盘控制阀输出与转向轮摆动速度成比例的液体流量，液体再流入到转向液压缸工作腔内，由液压缸推动车辆的转向系统。转向器需要独立液压动力源，通常利用定量泵直接供油3。液压助力转向系统是在驾驶员的控制下，借助于汽车发动机带动液压泵产生的压力来实现车轮转向。液压助力转向系统的助力特性是由转向伺服转阀及油泵供油量决定的。当一个转向助力系统设计定型后，阀口和扭杆的参数固定，对于常流量系统，其助力特性是固定的。在设计液压助力转向系统时，若保证汽车在泊车时提供足够的助力，就必然导致在高速时助力过大，失去路感4。其主要缺点是无法根据车速对助力特性进行调节，由发动机带动的液压泵一直处于工作状态，液压转向系统使整个发动机燃油消耗量增加了35，对油耗影响较大5。本课题内容包含总体方案设计、参数计算、三维建模、有限元分析等。通过本次课题设计，对液压助力转向系统进行设计计算，对转向梯形进行优化，建立转向器、转向梯形完整的三维模型，达到综合运用所学知识，分析和解决实际工程问题，锻炼创造能力的目的，并切实掌握和锻炼设计能力和分析方法。2国内外研究现状2.1 商用车整体发展趋势 卡车由于运输成本低、效率高，逐渐成为公路运输的首选，因此卡车的研发和生产成为汽车生产厂家竞争的一个焦点。随着社会经济、物流产业和公路交通运输业的迅猛发展，商用车在国民经济中的作用愈显重要。目前，世界知名商用车制造商，如欧洲的奔驰、斯堪尼亚、沃尔沃、曼、雷诺，北美的Navistar，亚洲的五十铃、日野等公司，其产品整体性能上与我国的东风、一汽、中国重汽、北汽福田、陕汽等公司相比处于较高的技术水平。随着科学技术的发展以及人们对卡车的要求越来越高，汽车生产商对卡车研发的投入也越来越大，卡车的发展呈现以下的趋势6： （1）低油耗 由于国际能源危机，降低油耗成为各式车辆的重要发展目标，而卡车耗油量较多，因此降低油耗成为卡车发展的重要方向。降低油耗的方法主要有：一是减轻汽车重量；二是改进发动机，改善燃油在发动机中的燃烧，三是提高传动装置的效率，减少功率损失。 （2）大吨位、大功率、高时效 随着经济的不断发展，货运量越来越大，要求卡车的吨位也越来越大。且用载重量大的车辆运输，其成本比载重量小的车辆运输要低，沃尔沃公司的FHl6系列卡车装备了660PS 发动机。 （3）主动安全性的提高 汽车安全性能逐渐成为人们重点关注的问题，因为它直接关系到人身财产的安全。提高卡车的安全性主要包括两个方面：一是主动安全性，即如何避免发生事故；二是被动安全性，即如何减少事故对人员的伤害。汽车的主动安全性不断成为车辆安全性的研究重点。国外已采用制动防抱死系统（ABS）、驱动防滑控制系统（TCS）、电子控制制动系统（EBS）、翻车警告系统以及轮胎自动监测系统，并开始选装电子稳定系统（ESP），如德国奔驰公司在Actros车型上就装用ESP作为标准配置。国产商用车已开始安装ABS和TCS等装置，其核心零部件国产与进口并存，但缺乏匹配设计能力。 （4）操纵驾驶更方便、更轻松舒适卡车驾驶的操纵劳动强度太大，长期驾驶容易疲劳，而疲劳驾驶是导致交通事故的主要原因之一，因此提高卡车的操纵舒适性非常重要，国外商用车已开始使用电控机械式自动变速器（AMT），进一步提高车辆的换挡品质和起步性，同时提高车辆的动力性与经济性。平顺性和驾驶室舒适性方面，欧洲商用车已普遍采用空气悬架，平顺性和驾驶室舒适性已接近轿车水平。我国商用车在平顺性、舒适性方面具有较大的提升空间。2.2汽车转向技术发展趋势助力转向系统经过几十年的发展, 技术日趋完善。今后, 电动助力转向系统将进一步成熟, 线控转向系统将成为我们研究的努力方向。具体来说, 转向系统主要从以下几个方面进一步发展7: ( 1) 传感器技术 性能完善的电动助力转向系统需要采集转向盘转角信号、转向盘转矩信号、转向盘转速信号、电机电压信号、电机电流信号等。目前, 传感器的成本是制约电动助力转向系统迅速市场化的主要因素, 因此, 设计和开发适合电动助力转向系统使用的性价比较高的传感器是未来技术发展的关键。 ( 2) 控制策略的研究 控制策略是影响助力转向系统性能的关键因素之一, 也是电动助力转向系统的核心技术之一。目前, 国内外许多学者都在探讨将先进的控制理论应用于助力转向系统的研究, 如鲁棒控制理论、模糊控制理论、神经网络控制理论和自适应控制理论等。今后, 控制策略研究的重点主要集中在如何抑制电机的力矩波动、如何获得较好的路感、如何抑制路面干扰和传感器的噪声等方面, 以进一步优化和改善助力转向系统的动态性能和稳定性。 ( 3) 助力电机的研究 助力电机是电动助力转向系统的执行元件,助力电机的特性直接影响到控制的难易程度和驾驶员的手感。目前, 电动助力转向系统普遍采用成本较低的直流有刷电机。由于直流无刷电机采用电子换向, 减少了换向时的火花, 不需要经常维护以及具有较高的效率和功率密度等优点而受到越来越多的关注。因此, 开发适合助力转向系统使用的低成本的直流无刷电机是今后助力电机的研究方向。2.3液压助力转向系统的发展8 1953年通用汽车公司首次使用了液压助力转向系统，此后该技术迅速发展，使得动力转向系统在体积、功率消耗和价格等方面都取得了很大的进步。 80年代后期，又出现了变减速比的液压动力转向系统。在接下来的数年内，动力转向系统的技术革新差不多都是基于液压转向系统，比较有代表性的是变流量泵液压动力转向系统(Variable Displacement Power Steering Pump)和电动液压助力转向(Electric Hydraulic Power Steering，简称EHPS)系统。变流量泵助力转向系统在汽车处于比较高的行驶速度或者不需要转向的情况下，泵的流量会相应地减少，从而有利于减少不必要的功耗。电动液压转向系统采用电动机驱动转向泵，由于电机的转速可调，可以即时关闭，所以也能够起到降低功耗的功效9。 液压助力转向系统使驾驶室变得宽敞，布置更方便，降低了转向操纵力，也使转向系统更为灵敏。由于该类转向系统技术成熟、能提供大的转向操纵助力，目前在部分乘用车、大部分商用车特别是重型车辆上广泛应用。但是液压助力转向系统在系统布置、安装、密封性、操纵灵敏度、能量消耗、磨损与噪声等方面存在不足10。3. 本课题的研究内容及技术方案 本论文主要研究某商用车整体式液压助力转向系统设计，设计计算该转向系统并对转向梯形进行优化设计。目前研究人员针对乘用车齿轮齿条式电动助力转向系统( EPS ) 、电控液压转向系统( EHPS) 的动态特性已经做了大量的研究，而针对商用车整体式液压助力转向系统( HPS) 的研究甚少，本论文在总结现有研究成果的基础上，从整体式液压助力转向系统基本结构入手再进行对液压助力转向系统优化深入研究。本论文研究的主要内容如下：1.研究液压助力转向系统的主要结构原理，掌握商用车液压助力转向系统的设计要领以及注意事项；2.查阅国内外商用车液压助力转向系统研究论文，了解国内外商用车液压助力转向系统研究动态，并将现有理论应用于本次毕业设计中，对本次毕业设计关键技术进行深入探讨；3.总结本次设计经验，建立整体式液压助力转向系统设计模型；利用MATLAB/SIMULINK、CATIA等软件建立转向器、转向梯形的三维实体模型，并进行相关有限元分析。 4. 本设计的特色1）本设计建立在对汽车转向系统的全面了解的基础上，对商用车整体式液压助力转向系统进行三维建模、有限元分析及结构优化设计，将对实际商用车整体式液压助力转向系统的设计具有指导意义和参考价值。2）由于前轮载荷较大、电机功率以及加工工艺方面的因素制约，商用车通常采用整体式液压助力转向系统提供助力，但其仍存在无法根据车速对助力特性进行调节的缺点，故本设计的结构优化对实际具有指导意义。3）本设计建立在MATLAB/SIMULINK仿真平台和CATIA三维建模基础上，给设计带来极大的简便和科学性。5. 进度安排第13周：搜集资料，撰写开题报告；第48周：确定总体方案，进行转向系统设计计算；第911周：对转向梯形进行优化设计；第1215周：三维实体建模，绘制二维工程图；第1617周：撰写毕业设计论文；第18周：准备答辩。6. 参考文献1 王常友，董爱杰： 汽车转向系统的现状及发展趋势 2007.042 施国标,申荣卫,林逸.：电动助力转向系统的建模与仿真技术.吉林大学学报(工学版),2007,37(1):3136.3 季学武, 陈奎元： 动力转向系统的发展与节能. 世界汽车, 1999, 10: 7104 廖抒华：动力转向系统特性及其对汽车操纵稳定性影响的试验与仿真研究. 博士学位论文. 长春:吉林大学汽车工程学院, 20005 毕大宁：汽车转阀式动力转向器的设计与应用北京：人民交通出版社，19986 孙营： 重型商用车转向系统建模及整车动力学仿真研究 博士学位论文.2011.087 解后循，高翔： 电控/电动液压助力转向控制技术研究现状与展望J 农业机械学报， 2007，38( 11) : 178 1828 江浩斌，史益朋，耿国庆，董家寅：商用车液压助力转向系统建模及整车转向操纵性能仿真 江苏大学汽车与交通工程学院，江苏镇江 2120139 高翔.赵万里.谢后循.张多：电控液压助力转向的建模和仿真期刊论文-拖拉机与农用运输车 2007(5)10 石培吉，施国标，林逸： 转阀式液压助力转向系统建模与仿真分析J 机床与液压， 2009，37( 2) : 37 38开题报告检查组意见：（以下空46行文字） 组长（签字）： 年 月 日（此行置于页面底部分）- 7 -