汽車電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)(EPS)的設(shè)計(jì)[12張cad圖紙+文檔全套資料]
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附件B：開題報(bào)告
附件B：
汽車電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)設(shè)計(jì)
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開題報(bào)告
1、 課題的目的及意義（含國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀分析或設(shè)計(jì)方案比較、選型分析等）
繼電子技術(shù)在發(fā)動(dòng)機(jī)、變速器、制動(dòng)器和懸架等系統(tǒng)得到廣泛應(yīng)用之后，國外汽車電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向(Electric power steering，簡稱EPS)已部分取代傳統(tǒng)液壓助力轉(zhuǎn)向(Hydraulic power steering，簡稱HPS)。電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向已成為世界汽車技術(shù)發(fā)展的研究熱點(diǎn)。EPS用電動(dòng)機(jī)直接提供助力，助力大小由電控單元(ECU)控制。它能節(jié)約燃料，提高主動(dòng)安全性，且有利于環(huán)保，是一項(xiàng)緊扣現(xiàn)代汽車發(fā)展主題的高新技術(shù)，所以一經(jīng)出現(xiàn)就受到高度重視。國外汽車公司對(duì)EPS的研究已經(jīng)有20多年的歷史，但是以前一直沒有取得大的進(jìn)展，其主要原因是EPS的成本太高。近幾年來，隨著電子技術(shù)的發(fā)展，大幅度降低EPS的成本已成為可能，加上EPS具有一系列優(yōu)點(diǎn)，使得它越來越受到人們的青睞。
1988年3月，日木鈴木公司開發(fā)出一種全新的電子控制式EPS，真正擺脫了液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的束縛。1993年，本田汽車公司首次將EPS裝備于大批量生產(chǎn)的、在國際市場(chǎng)上同法拉利和波爾舍競爭的愛克NSX跑車。同年，在歐洲市場(chǎng)銷售的一種經(jīng)濟(jì)型轎車——菲亞特幫托也將美國Delphi汽車系統(tǒng)公司生產(chǎn)的EPS作為標(biāo)準(zhǔn)裝備。由于EPS完全取消液壓裝置，用電能取代液壓能，減少了發(fā)動(dòng)機(jī)的能量消耗，加上其性能的優(yōu)越性，很快在越來越多的國外轎車上得到應(yīng)用，如本田最新推出的Insight轎車上就是其中的—例。目前在中型以上貨車和中級(jí)以上轎車上廣泛采用的機(jī)械—液壓助力轉(zhuǎn)向器將逐漸被效率更高、適應(yīng)性更強(qiáng)的EPS所代替，為此，國外幾家大公司(如德國的ZF、英國盧卡斯—偉利達(dá)、Saginaw、TRW、日本的NSK、Koyo)等相繼推出自己的ESP
我國在2002年才開始研制開發(fā)汽車EPS產(chǎn)品，目前已經(jīng)知道的有13家企業(yè)和科研院校正在研制中。其中南摩股份有限公司(生產(chǎn)轉(zhuǎn)向柱式的EPS產(chǎn)品)在2003年開始進(jìn)入小批量生產(chǎn)階段，其他廠家和科研院校均在開發(fā)階段中。吉利汽車集團(tuán)開發(fā)的具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的EPS產(chǎn)品也已經(jīng)裝備其吉利豪情等系列轎車上。
設(shè)計(jì)方案比較：按照轉(zhuǎn)向助力機(jī)構(gòu)位置的不同，將EPS分為3類：轉(zhuǎn)向軸助力式、轉(zhuǎn)向器小齒輪助力式和齒條助力式。
(1)轉(zhuǎn)向軸助力式：轉(zhuǎn)向助力機(jī)構(gòu)安裝在轉(zhuǎn)向軸上，當(dāng)駕駛員轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)向盤時(shí)，控制單元接受轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)動(dòng)方向、車速等信號(hào)，控制直流助力電機(jī)的電流，電機(jī)的助力經(jīng)離合器、電機(jī)齒輪傳給轉(zhuǎn)向軸的齒輪，然后經(jīng)萬向節(jié)及中問軸傳給轉(zhuǎn)向器。
(2)轉(zhuǎn)向器小齒輪助力式：轉(zhuǎn)向助力機(jī)構(gòu)安裝在轉(zhuǎn)向器小齒輪處，與轉(zhuǎn)向軸助力式相比，可以提供較大的轉(zhuǎn)向力，適用于中型車。
(3)齒條助力式：轉(zhuǎn)向助力機(jī)構(gòu)安裝在轉(zhuǎn)向齒條處，電動(dòng)機(jī)通過減速傳動(dòng)機(jī)構(gòu)直接驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)向齒條，與轉(zhuǎn)向器小齒輪助力式相比，可以提供更大的轉(zhuǎn)向力，適用
于大型車。
因?yàn)殡妱?dòng)助力轉(zhuǎn)向的關(guān)鍵是在找出系統(tǒng)的助力特性（轉(zhuǎn)向軸轉(zhuǎn)矩與電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩的關(guān)系，轉(zhuǎn)向軸轉(zhuǎn)角與電機(jī)轉(zhuǎn)角的關(guān)系）但是考慮到安裝的方便性和助力力矩的大小，因此本次設(shè)計(jì)采用轉(zhuǎn)向小齒輪助力式電動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。
研究電動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是因?yàn)樗c液壓助力系統(tǒng)相比，具有如下特點(diǎn)：
(1) 降低了燃油消耗，只有在工作時(shí)才消耗能源。
(2) 增強(qiáng)了轉(zhuǎn)向跟隨性。在EPS中，電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生助力轉(zhuǎn)矩，通過適當(dāng)?shù)目刂品椒ǎ梢韵簤褐ο到y(tǒng)的轉(zhuǎn)向遲滯效應(yīng)，增強(qiáng)了轉(zhuǎn)向車輪對(duì)轉(zhuǎn)向盤的隨動(dòng)性能。
(3)改善了轉(zhuǎn)向回正特性。該系統(tǒng)采用了微電子技術(shù)，利用軟件控制電動(dòng)機(jī)的動(dòng)作，在最大限度內(nèi)調(diào)整設(shè)計(jì)參數(shù)以獲得最佳的回正特性。從最低車速到最高車速，可得到一簇回正特性曲線，而傳統(tǒng)的液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)無法做到這一 點(diǎn)。
(4)提高了操縱穩(wěn)定性。采用EPS高速行駛(100km/h)的汽車，給其一個(gè)過度的轉(zhuǎn)角迫使它側(cè)傾，在短時(shí)間的自回正過程中，由于采用了微電腦控制，使得汽車具有更高穩(wěn)定性，駕駛員有更舒適的感覺。
(5)有利于環(huán)保。EPS應(yīng)用電能作為能源，完全取締了液壓裝置，不會(huì)有液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中的泄油問題，避免了污染。該系統(tǒng)沒有油泵，降低了噪聲。再者，EPS中的95％可再回收利用，有利于保護(hù)環(huán)境。
(6)輕量化顯著。液壓助力系統(tǒng)因有液壓缸、油泵、轉(zhuǎn)閥、液壓管道等部件，使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，零件數(shù)目多，占用空間大，布置不方便。EPS則表現(xiàn)出了明顯的優(yōu)勢(shì)，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊、質(zhì)量減輕、無油滲漏問題、系統(tǒng)易于布置等。
(7)系統(tǒng)安全保護(hù)。當(dāng)EPS出現(xiàn)故障時(shí)，即切斷電動(dòng)機(jī)與減速傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的助力傳送，迅速轉(zhuǎn)人人工一機(jī)械轉(zhuǎn)向狀態(tài)。
(8)易于包裝和裝配。EPS沒有液壓系統(tǒng)所需要的油泵、油管、流量控制閥、儲(chǔ)油罐等部件，零件數(shù)目大大減少，減少了裝配的工作量，節(jié)省了裝配時(shí)間，提高了裝配效率。
2.課題任務(wù)、重點(diǎn)研究內(nèi)容、實(shí)現(xiàn)途徑
課題任務(wù)：以汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)為研究對(duì)象，設(shè)計(jì)一個(gè)電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，以滿足汽車轉(zhuǎn)向輕便與操控穩(wěn)定性要求，建立汽車電動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的物理模型和數(shù)學(xué)模型，并進(jìn)行模擬計(jì)算分析。
重點(diǎn)研究內(nèi)容：
1) 電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)方案比較及選型分析
2) 汽車轉(zhuǎn)向特性的研究
3) 電動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)物理模型和數(shù)學(xué)模型的建立
4) 電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)
5) 電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)機(jī)械裝置設(shè)計(jì)
6) 主要零部件設(shè)計(jì)與選型。
實(shí)現(xiàn)途徑：在機(jī)械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的基礎(chǔ)上添加電動(dòng)助力部分，采用控制單元對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)矩進(jìn)行控制，根據(jù)作用在方向盤上的轉(zhuǎn)矩信號(hào)和車速信號(hào)， 按照汽車?yán)碚搶?duì)轉(zhuǎn)向特性的要求和汽車的運(yùn)行狀況，確定轉(zhuǎn)向助力特性，通過電子控制裝置使電機(jī)產(chǎn)生相應(yīng)大小和方向的輔助力，協(xié)助駕駛員進(jìn)行轉(zhuǎn)向操作， 并獲得最佳轉(zhuǎn)向特性。
選型通過對(duì)現(xiàn)有的電動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)進(jìn)行比較，綜合考慮其安裝和助力特性，本次采用轉(zhuǎn)向軸式電動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（C-EPS）。
轉(zhuǎn)向特性按照汽車?yán)碚摰南嚓P(guān)理論，保證汽車的平順性和操控性，同時(shí)要求有一定的路感，且轉(zhuǎn)向輕便。電機(jī)的選取應(yīng)按照功率和電路的最大負(fù)載來決定，并考慮其體積大小和安裝是否方便。
物理模型采用傳統(tǒng)的機(jī)械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，加上電機(jī)和控制單元。而數(shù)學(xué)模型則按照經(jīng)典力學(xué)來進(jìn)行建立
系統(tǒng)設(shè)計(jì)則是綜合機(jī)械單元和控制單元，建立控制思想，使其成為一個(gè)有機(jī)整體，并對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化。
3、進(jìn)度計(jì)劃
序號(hào)
起止周次
工 作 內(nèi) 容
1
4周至 5 周
文獻(xiàn)檢索，文獻(xiàn)綜述，開題報(bào)告
2
5周至 6 周
外文資料翻譯
3
6周至 8周
電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)設(shè)計(jì)
4
9周至 11周
電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)機(jī)械設(shè)計(jì)
5
12周至13周
主要零部件設(shè)計(jì)
6
14周至15周
外購件選型
7
16周至 17周
編寫說明書，答辯
B3
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