电动助力转向系统试验台结构设计(EPS)【带CAD图纸和说明书】
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带CAD图纸和说明书
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车辆工程系 本科毕业设计（论文）开题报告题目：电动助力转向系统试验台 结构设计 专业： 机械设计制造及其自动化(汽车技术) 班 级：学生姓名：指导教师： 2011年3月本科毕业设计(论文)开题报告学生姓名学 号专 业机械设计制造及其自动化（汽车技术）指导教师职 称所在院系车辆工程课题来源自拟课题课题性质工程设计课题名称电动助力转向系统试验台结构设计毕业设计的内容和意义本课题的设计内容：EPS（电动助力转向）系统在传统的机械转向系统的基础上增加了传感检测装置、控制单元以及转向助力机构(包括电动机、减速机构、传动装置)，它是通过电动机产生的转矩来帮助驾驶员进行转向的。本课题是试验台的结构设计，需完成的主要内容如下：1. 试验台总体方案设计2. 试验台总体结构设计3. 通用件、标准件的选用4. 各部件装配图的设计5. 非标零件图设计6. 编写设计说明书本课题研究的意义：本课题对电动助力转向系统试验台的机械系统进行了研究和设计，其意义如下：毕业设计的内容和意义电动助力转向更能做到能量高效，环境相容。它消耗的能量约为传统的液压动力转向系统的二十分之一，并且，它不含任何油，不论是生产还是报废它都不污染环境。因此，这激发了越来越多地车辆装备EPS。电动助力转向(EPAS，electric power-assisted steering)是汽车动力转向的新技术与新结构，近年来在国内外轿车上的应用逐渐增多。EPAS的成功开发必须进行大量的实车试验，将系统的性能调整到最佳的工作状态。实车试验需要消耗大量的财力、人力和物力，如果在实车试验之前进行必要的台架试验，为后续实车试验获得某些基本参数和算法，是非常有益的。通过台架试验研究可以探索电动机的助力规律，检验助力控制程序的运行效果，分析EPS对汽车转向轻便性的影响。同时也可以降低直接装车进行路试的危险性和研究成本。文献综述电动助力转向系统最早应用在日本的微型轿车上，欧、美等国的汽车公司对EPS的开发研究比日本晚10年时间，但开发的力度比较大，目前，一些公司己经研发并将EPS作为其轿车的标准装备1。在国内，随着2000年昌河北斗星厢式车安装进口电动助力转向器，汽车转向器历史上掀开了新的一页。由于国内的EPS起步比较晚，目前正处于技术开发和产业转化的初期2。EPS以它的一系列优点以及它不断扩大的市场吸引了国内越来越多的专家、学者以及有关企业的关注，在2005年12月的上海零部件展上，18家国内有成就的EPS相关企业联合展出，组织了电动转向联合展台。2005年国内电动助力转向器装车己达6万台(4个厂家)，预计2006年将达到12万台(厂家将达到810家)。国内生产的昌河北斗星、上海大众途安、广州本田飞度、吉利豪情等轿车上已经安装了EPS系统。国内很多高校(如吉林大学、清华大学、江苏大学等)也在这方面做了一系列的研究工作，在实验室台架试验上取得了一些进展，但是在试验车上转向的效果有待改进，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34。EPS试验台搭建的必要性：电动助力转向系统关系到汽车的舒适性、安全性和可靠性，在开发前进行大量的实车试验，将系统性能调整到最佳工作状态是开发的必要要求。然而，在实车试验中需要消耗大量的人力、物力和财力，为了在实车试验前尽量的完善系统软件、硬件设计，以减少设计中的某些不足导致实车试验的失败，在实车试验之前的台架试验是非常必要的。电动助力转向试验台可以通过模拟转向的实际工况向转向系统提供转向阻力，并通过台架中的传感器收集相关数据，这些数据可用来研究系统的控制方法和参数，特别是转矩传感器的工作特性、直流电机转矩的控制等。也可以用来初步研究EPS系统助力控制规律，确定助力控制规律将如何满足驾驶员对汽车转向轻便性的要求。还可以研究EPS系统的工作特性，深入了解EPS系统的基本结构、功能，以及为EPS系统的仿真研究提供实际试验数据，以便验证仿真模型。这些研究内容都是电动助力转向技术的基本问题，能为将来的实车试验提供必要的数据准备，是电动助力转向产品化开发设计的前提和基础。在试验台设计时有以下三点要求：(1)EPS系统试验台虽不同于实车上的EPS系统，但可用来研究系统的一些性能和控制算法，为实车试验所需的一些数据做准备。(2)由于EPS系统与车辆的其他系统密切相关，且与行车环境等因素紧密联系，所以，为了使台架试验数据比较真实、准确地反映实际情况，试验结果有说服力，设计的试验台能够更好的为系统的开发和研究提供帮助，台架设计时，一定要尽可能的模拟出汽车行驶时的实际情况。(3)所设计的试验台要在满足台架最基本功能的基础上，考虑投资成本问题，在选择部件时尽可能选择成本较低、性能适中的部件。设计试验台的目的是要验证仿真模拟中的一些设计数据，本文中所设计的试验台主要是结构设计。在试验台的研究方面，国内外研制试验台的目的基本上都是满足产品质量检测的需要，并开发出了形式各异、种类繁多的试验台架。国外的几家著名汽车零部件公司，如博世(BOSCH)、采埃孚(ZP)等，其开发的试验台在结构和测试方面并重。其在结构设计上充分考虑现场操作的实际情况，从人机工程学角度出发引导试验台的结构设计；当然，其结构设计的重点仍然是试验台结构的合理性和可靠性，同时还兼顾到台架的美观性5。文献综述EPS试验台的基本功能主要包括以下几个方面：(1) 模拟出汽车在各种路况下行驶时产生对转向系统的阻力。(2) 能模拟出汽车在不同车速下提供给控制系统的车速信号。(3) 能够显示出汽车方向盘产生的助力扭矩。(4) 能够模拟出发动机信号和点火信号。(5) 提供人机交互界面，进行计算机后台数据处理6。通过网上的查找，发现一些有关电动助力转向试验台的研究，如：一汽集团的电动助力转向试验台，其装置包括有EPS系统总成、检测系统，其特征是：它还包括有加载机构、测试装置控制系统，EPS系统总成还包括右转向前轮总成，右转向前轮总成由转向控制臂、转向节臂和前轮组成，转向控制臂和转向节臂与前轮连接，转向节臂的另一端和转向横拉杆连接，加载机构一部分与转向齿条联结，另一部分与转向控制臂联结，测试装置控制系统与EPS系统总成、加载机构电连接。电动助力转向试验台转向阻力模拟精度高、控制系统实时性好、能提供实时的车辆动力学仿真环境7。还有长安大学的研究的试验台，其结构包括：阻力加载装置、齿轮齿条传动机构、联轴器、转向器、霍尔电流传感器、霍尔电压传感器、助力电机、双万向节、固定座、转矩传感器、方向盘等。试验台的工作原理为：当手动输入一定的转矩，模拟驾驶员转动方向盘时，方向盘上的力矩传递给转向轴，带动齿轮齿条压缩弹簧，弹簧变形从而向转向系统施加阻力。此时，转向轴上的转矩传感器随转向轴转动，获得方向盘转矩信号，传递给工控机，工控机由预先设定的理想助力转矩算出电机的助力转矩，控制电机输出助力矩。助力电机的电流、电压、助力矩由试验台的测控系统获得。所测的所有信号测控系统都会记录并保存，用于EPS系统的性能分析8。查阅有关书籍发现，一般电动助力转向系统主要包括：机械式转向器、转矩传感器、减速机构、离合器、电动机、电子控制单元和车速传感器等9。翻阅大量资料后，对自己要设计的电动助力转向试验台的结构也有了比较清晰的认识，在一般的电动助力转向器上加上台架，试验板，阻力加载装置等。重点参考南京东华转向器厂的电动助力转向试验台的机械结构设计。参考文献1 Xu Hanbin,Zhang Zhongfu.Offline Detection of Electric Power Steering (EPS) J. Wuhan: School of Mechantronic Engineering Wuhan University of Technology.20052 施国标,林逸,陈万忠,邹常,潘海鹏.汽车电动助力转向试验台测试系统开发J.测控技术,2005,24(3) : 23-253 王其东,杨孝剑,陈无畏,姜武华.电动助力转向系统控制的台架试验研究J.汽车工程,2004,26(5): 553-5564 赵景波.汽车电动助力转向系统的研制及台架实验研究D.江苏: 江苏大学, 20075 余敏.汽车动力转向器试验台测试系统设计D.武汉: 武汉理工大学,20056 牛继高.电动助力转向系统测试平台的开发与研究D.重庆: 重庆交通大学, 20097 /Search/CNViewSearch?wd=vdkvgwkey=200720094337&jsk=search_gb#8 梁爽.汽车电动助力转向系统控制策略研究及试验台方案设计D.西安: 长安大学, 20109 陈家瑞. 汽车构造(第四版)M.北京: 机械工业出版社, 2009.6研究内容通过查阅有关电动助力转向器试验台架的国内外资料，发现北京理工大学电动车辆工程技术中心和吉林大学汽车工程学院联合进行汽车电动助力转向试验台测试系统的开发研究，他们研制的试验台使用方便，运行稳定可靠，测试精度和效率均能满足要求，适用于电动助力转向基本特性的测试与控制系统的开发。根据掌握的资料，制定具体研究内容如下：1. 研究电动助力转向器试验台的结构组成。2. 完成电动助力转向器试验台的总体方案的设计。3. 结合电动助力转向器的结构，完成其试验台架的结构设计。4. 采用CAD对电动助力转向器各零件进行设计。5. 通过CAD生成电动助力转向器试验台工程总装图、部件图和非标零件图。6. 撰写毕业设计说明书。研究计划3.01 - 3.14 调研，查阅、收集资料3.15 - 3.21 完成相关的英文资料翻译3.22 - 3.28 编写并完成开题报告3.29 - 4.04 进行系统分析、比较、计算、选择4.05 - 4.18 试验台总体方案确定和方案设计4.19 - 4.2
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