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本科生毕业设计（论文）开题报告学生姓名：章乘阳学 号：14021220班 级：140212专 业：机电一体化指导教师：高春甫一、课题介绍1.1 课题名称：电动式转向机综合性能试验台12本课题研究目的和意义汽车作为现代化的交通工具已经受到大众的接受，个人拥有私人汽车的数量也在每年以迅猛的速度增加。然而随着科学技术的发展，汽车制造业的竞争也是日见激烈。如何掌握先进的汽车制造技术，研发出让大众满意的汽车，成为了众多汽车制造商的当务之急。在汽车行驶中，转向运动是最基本的运动。我们通过方向盘来操纵和控制汽车的行驶方向，从而实现自己的行驶意图。采用动力转向系统的汽车转向所需的能量，在正常情况下，只有小部分是驾驶员提供的体能，而大部分是发动机( 或电机 )驱动的油泵 (或空气压缩机) 所提供的液压能(或气压能)。用以将发动机( 或电机 )输出的部分机械能转化为压力能，并在驾驶员控制下，对转向传动装置或转向器中某一传动件施加不同方向的液压或气压作用力，以助驾驶员施力不足的一系列零部件，总称为动力转向器。在现代汽车上，转向系统是必不可少的最基本的系统之一，它也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，始终是各汽车厂家和科研机构的重要课题。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，针对更多不同的驾驶人群，汽车的操纵性设计显得尤为重要。转向机综合性能实验台能够对汽车转向器的各项性能指标进行测试，让研法人员对所测试的转向器的各项指标有个直观的了解。一个功能齐全，效率高的综合实验台无疑能够在对汽车转向器的研发中起到关键的作用。因此这里把转向机性能实验台作为一个项目来研究，其主要目的就是更好的服务于汽车工业的发展。历史上曾出现过许多种形式的转向器，目前较常用的有齿轮齿条式、蜗杆曲柄指销式、循环球-齿条齿扇式、循环球曲柄指销式、蜗杆滚轮式等。其中第二、第四种分别是第一、第三种的变形形式，而蜗杆滚轮式则更少见。我们只介绍目前最常用，最有代表性的两种形：齿轮齿条式和循环球式。齿轮齿条式：齿轮齿条方式的最大特点是刚性大，结构紧凑重量轻，且成本低。由于这种方式容易由车轮将反作用力传至转向盘，所以具有对路面状态反应灵敏的优点，但同时也容易产生打手和摆振等现象。齿轮与齿条直接啮合，将齿轮的旋转运动转化为齿条的直线运动，使转向拉杆横向拉动车轮产生偏转。齿轮并非单纯的平齿轮，而是特殊的螺旋形状，这是为了尽量减小齿轮与齿条之间的啮合间隙，使转向盘的微小转动能够传递到车轮，提高操作的灵敏性，也就是我们通常所说的减小方向盘的旷量。不过齿轮啮合过紧也并非好事，它使得转动转向盘时的操作力过大，人会感到吃力。二、课题任务电动式动力转向装置是最新形式的转向装置，由于它节能，故受到人们的重视。它是利用蓄电池转动电机产生推力。由于不直接使用发动机的动力，所以大大降低了发动机的功率损失(液压式最大损失 5-10 马力)，且不需要液压管路，便于安装。尤其有利于中置发动机后轮驱动的汽车。电动助力转向系统相对于传统的液力助力而言，转向更精确，操控更便捷，而且不消耗发动机动力。但目前电动式动力转向装置所得动力还比不上液压式，所以只限用于前轮轴轻的中置发动机后驱动的汽车上三、本设计的内容和要求3.1 原实验台存在的问题与不足传统的汽车转向系统是机械系统，汽车的转向运动是由驾驶员操纵方向盘，通过转向器和一系列的杆件传递到转向车轮而实现的。普通的转向系统建立在机械转向的基础上，通常根据机械式转向器形式可以分为：齿轮齿条式、循环球式、蜗杆滚轮式、蜗杆指销式。常用的有两种是齿轮齿条式和循环球式(用于需要较大的转向力时)。这种转向系统是我们最常见的，目前大部分低端轿车采用的就是齿轮齿条式机械转向系统。虽然传统转向系统工作最可靠，但是也存在很多固有的缺点，传统转向系统由于方向盘和转向车轮之间的机械连接而产生一些自身无法避免的缺陷：汽车的转向特性受驾驶员驾驶技术的影响严重；转向传动比固定，使汽车转向响应特性随车速、侧向加速度等变化而变化，驾驶员必须提前针对汽车转向特性幅值和相位的变化进行一定的操作补偿，从而控制汽车按其意愿行驶。这就变相地增加了驾驶员的操纵负担，使汽车转向行驶存在很大的不安全隐患；液压助力转向系统经济性差，一般轿车每行驶一百公里要多消耗 0.30.4 升的燃料；另外，存在液压油泄漏问题，对环境造成污染，在环保性能被日益强调的今天，无疑是一个明显的劣势。3.2 开发电动式转向器性能实验台的意义近年来，随着电子技术的不断发展，转向系统中愈来愈多的采用电子器件。相应的就出现了电液助力转向系统。电液助力转向可以分为两大类：电动液压助力转向系统 EHPS(electro-hydraulic power steering)、电控液压助力转向ECHPS(electronically controlled hydraulic power steering)。EHPS 是在液压助力系统基础上发展起来的，其特点是原来有发动机带动的液压助力泵改由电机驱动，取代了由发动机驱动的方式，节省了燃油消耗。ECHPS 是在传统的液压助力转向系统的基础上增加了电控装置构成的。电液助力转向系统的助力特性可根据转向速率、车速等参数设计为可变助力特性，使驾驶员能够更轻松便捷的操纵汽车。 现代电液动力转向系统主要通过车速传感器将车速传递给电子元件，或微型计算机系统，控制电液转换装置改变动力转向的助力特性，使驾驶员的转向手力根据车速和行驶条件变化而改变，即在低速行驶或转急弯时能以很小的转向手力进行操作，在高速行驶时能以稍重的转向手力进行稳定操作，使操纵轻便性和稳定性达到最合适的平衡状态。为了保证转向轻便性，要求增大转向器的传动比。但是，增大角传动比虽然可以减小转向盘上的手力，但同时也造成汽车对操纵的反应减慢，甚至有可能导致驾驶员没有能力来转动转向盘进行紧急避障等转向操作，即不够“灵” 。 机械式转向器的设计目标是保证汽车在各种行驶条件下将转向盘上的手力保持在驾驶员能接受的合理范围内，同时保证适当的转向灵敏度。但是机械式转向器的结构特点注定“ 轻” 与 “灵”矛盾的存在(包括变传动比机械转向器)， 而电液助力转向系在一定程度上解决了这一矛盾。3.3 本设计的要求1 伺服泵站额定压力：21 MPa 工作压力：10 MPa0.5 %工作流量：40 L / min 可调电机功率：18 kW工作油温：502.5C油箱容积（有效）：120 L加热器功率：5 kW冷却器功率：8.14 kW滤油精度：吸口 80，出口 52.助力泵站工作压力：1.5-28 MPa 连续可调，程序设定，示值精度 1% 设定值工作流量：0-40 L / min，连续可调（手动） ，电机功率：10 kW工作油温：502.5C油箱容积（有效）：100 L加热器功率：3 kW冷却器功率：6.5 kW3.液压分配器蓄能器公称容积：1 L滤油精度：34.转向器输入输出端最大输入转矩：50Nm，示值精度 0.5 % FS最大输入转角：双向无限，示值精度 0.05最大加载力 ：10kN，示值精度 0.5 % FS最大输出位移：150 mm，示值精度 0.5 % FS5.助力器流量测量：工作流量 15 L / min，示值精度 0.3 L /min泄漏流量 5 L / min，示值精度 0.1 L /min6.声级计：20-100dB（A） ，示值精度 0.1 dB7.压块间隙量仪：20mm0.005mm 4.总体设计方案硬件组成部分：1.试验台的硬件组成如图 1 所示，可分为如下 6 个组成部分： (1)主机台架。包括被试转向机总成、被试阀体总成、转向机输入轴电液伺服驱动装置（双向伺服马达含电液伺服阀） 、转向机输出齿条电液伺服加载装置（伺服油缸含电液伺服阀） 、输入轴转矩传感器、输入轴转角编码器、齿条负荷传感器、齿条位移传感器、助力油流量传感器、压块间隙传感器、声级计，以及安装这些总成的基础平台和安装夹具。(2)伺服泵站。包括油泵电机组、伺服油箱、恒温控制装置、恒压控制装置。 (3)液压分配器。含 2 级稳压蓄能器和 3 级精滤器。(4)助力泵站。包括油泵电机组、油箱、恒温控制装置、调压调速回路。(5)电气控制柜。包括双通道电液伺服控制器、两路油源温度控制器、测量电路、手动操作面板、仪表显示器、报警器、运行指示灯等。(6)微机测控装置。包括工控机、控制接口板、测量接口板、17彩显、激光打印机、键盘、鼠标、硬驱、光驱、U 盘等。软件系统组成：软件系统采用模块化编程技术。可分为如下 5 个组成部分：1.试验运行模块：包括控制信号发生器、全数字 PID 调节器、多通道协调模块、数采模块、信号实时跟踪显示模块。2.试验工况设定模块：包括被试件参数输入、试验运行参数设定3.输出模块：试验