某乘用车转向柱助力式转向系统设计开题报告

毕业论文（设计）开题报告 本科毕业论文（设计）开 题 报 告论文题目 某乘用车转向柱助力式转向系统设计 班 级姓 名 院（系）导 师开题时间- 0 -1课题研究的目的和意义随着近些年来社会生活的汽车化, 汽车的保有量不断增加, 由此造成交通错综复杂, 使得转向盘的操作频率增大, 这就需要减轻驾驶疲劳,提高操纵的轻便性和灵活性, 对动力转向系统的要求也越来越高, 现今广泛使用的液压式动力向系统存在着制造工艺复杂, 对密封要求严格、维修保养困难等缺陷, 已不能满足日益发展的要求, 同时随着电子技术在发动机、变速器、制动器和悬架等系统的广泛应用, 电动助力转向(Electric Power Steering, 简称 EPS) 技术应运而生, 成为世界汽车技术发展的研究热点。国内研究EPS的主要是几所高校(如清华大学、合肥工业大学、北京理工大学、华南理工大学、武汉理工大学等),且大都局限于理论和计算机仿真。1-3。电动助力转向系统较传统的液压动力转向优越很多: 结构简单，车辆布置设计容易，节约燃料, 能够提高主动安全性, 并且有利于环保, 是一项紧扣现代汽车发展主题的高新技术, 因此它有逐步取代传统液压动力转向的趋势。2电动转向助力按助力位置不同可分为转向柱助力式、小齿轮助力式、双小齿轮助力式以及齿条助力式。此次设计的目的是设计一套转向柱助力式转向系统，确定总体结构方案，而后在方案基础上转向系统的设计计算以及转向梯形4的优化设计，从实际驾驶的舒适性及安全性能角度出发，进行优化设计5和可行性分析，建立三维实体模型。2国内外研究现状目前，国外 EPS 的机械结构部分都相对成熟完善，各派系各零部件企业都有自己的独特之处。主要发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简单的助力曲线早已不能适应当代汽车的要求，目前 EPS 不仅仅是提供转向助力，而是与整车操稳性能相匹配，综合各种影响因素，从而在某些工况下通过对转向系统施加阻尼或是补偿等，以获得更好的驾驶感觉。EPS 产品基本上都能实现转向助力功能, 但也存在一定问题, 如转向盘抖振、噪声大、左右转向不对称等。在产业化方面, 整车企业在电控技术及 EPS 的行业标准方面存在滞后性, EPS 研发单位与整车企业的全面合作尚不够深入, 因此其样机得不到全面的考核,涉及整车操纵稳定性能方面的研究较少。为了适应市场潮流，国内诸多企业也开始 EPS 的研发。但都是处于起步阶段，大多处在设计和性能验证阶段，只有少数企业将管柱助力式 EPS 应用在量产车型上。6EPS 系统通常由传感器 (车速传感器、转矩传感器、转向角传感器)、电子控制器 ECU、执行器 (电动机、电磁离合器和减速机构) 等 3 部分组成。72.1 扭矩传感器在现有技术基础上,扭矩传感器将向低价格和多功能两个方向发展8。2.1.1 低价格传感器该种传感器是在目前批量生产的扭矩传感器的基础上,进行技术革新, 通过采用新的材料, 减少组成传感器的零件数量, 从而降低传感器的生产成本而形成的。但是它只能测出扭矩信号,而不能测量转角。2.1.2 多功能传感器随着车辆底盘控制系统的发展, 除需要知道转向盘力矩信号外,还迫切需要转向盘转角信号, 供EPS、AFS (Active Front Wheel Steering) 和 ESP(Electronic StabilityProgram)等控制器使用。为满足功能要求, 并提高传感器的安装方便性, 降低成本,需要在扭矩传感器的基础上, 集成转角传感器。2.2 电机电动助力转向系统得到了广泛应用, 它不但被安装在微型车上, 还应用于经济性轿车, 并逐渐向中级轿车和高级轿车上发展。随着车辆质量和体积的增加, 对电机的输出扭矩提出了更高的要求。最初电机的输出电流是 25 A, 现在已经发展到了 90 A, 以后还有继续增大的趋势。2.3 ECU电动助力转向系统的 ECU 一般安装在驾驶舱中。但是在某些情况下, ECU 必须安装在发动机罩下面，在这种情况下, 就应该提高 ECU 的防水性能和耐高温性能。同时, 还要增加一个温度传感器, 直接测量 ECU 的环境温度, 并根据环境温度的高低,采取相应的措施, 保护 ECU。3. 本课题的研究内容及技术方案本论文主要包括转向柱助力式转向系统的总体设计、转向梯形的优化设计和转向系统完整的三维实体模型，并绘制工程图。3.1转向系统的总体设计3.1.1扭矩传感器扭矩传感器的功能是测量驾驶员作用在转向盘上的力矩的大小，是EPS的主输入信号之一。考虑主副电压输出特性，耐久可靠性能。3.1.2电动机电动机输出适宜的辅助力矩，要求电流转速、电流扭矩特性曲线符合性能、耐久可靠性要求。3.1.3减速机构减速机构与电动机相连，起减速增扭的作用，对传动效率，耐磨性能有一定的要求。3.1.3装配后整车转向性能必须符合国家车辆管理部门对整车的强制检验项目要求、整车操纵稳定性要求。3.2转向梯形的优化设计1）转向梯形优化设计的模型的建立。2）转向梯形的数学模型的建立。3）利用MATLAB进行分析9，得出优化解。4. 本设计的特色1）建立在电动助力的基础上，符合节能环保和科学技术发展的的要求。2）通过对转向柱助力式转向系统的总体设计，转向梯形的优化设计，与汽车整体转向系统的工作实况结合，对实际工程设计有很大帮助。3）利用MATLAB软件进行分析优化，得出设计的最优结果。5. 进度安排第1 - 3 周：查阅相关资料，撰写开题报告；第4 - 8 周：确定总体方案，进行转向系统设计计算；第9 - 11 周：对转向梯形进行优化设计；第12-15 周：三维实体建模，绘制二维工程图；第16-18 周：撰写毕业设计论文，复查设计内容，准备答辩。6. 参考文献1 闫俊，张欣：汽车电动助力转向技术分析 北京交通大学 机械与电子控制工程学院 北京2 余卓平 孟 涛，陈 慧，张立军：电动助力转向系统的技术发展趋势 同济大学汽车学院 200509043黄榕清，向铁明，许迎东：电动助力转向的原理及发展 华南理工大学 汽车工程学院广东 广州 4 张习泉：转向梯形应用简析 成都市工业职业技术学校汽车工程系 成都5 李玉民1，李旭宏1，过学迅2：转向梯形驱动机构的运动分析及优化设计 1.东南大学交通学院 南京 2武汉理工大学 6 杨洪斌：汽车转向管柱的有限元分析及设计优化 四川绵阳三力股份有限公司 绵阳 7 罗新闻：汽车可变转向系统结构及工作原理 2011128 易爱斌：转向柱式电动助力转向（C-EPS）系统的技术分析与技术