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畢業(yè)論文（設(shè)計）—開題報告
本科畢業(yè)論文（設(shè)計）
開 題 報 告
論文題目
某乘用車轉(zhuǎn)向柱助力式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)設(shè)計
班 級
姓 名
院（系）
導(dǎo) 師
開題時間
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1．課題研究的目的和意義
隨著近些年來社會生活的汽車化, 汽車的保有量不斷增加, 由此造成交通錯綜復(fù)雜, 使得轉(zhuǎn)向盤的操作頻率增大, 這就需要減輕駕駛疲勞,提高操縱的輕便性和靈活性, 對動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的要求也越來越高, 現(xiàn)今廣泛使用的液壓式動力向系統(tǒng)存在著制造工藝復(fù)雜, 對密封要求嚴(yán)格、維修保養(yǎng)困難等缺陷, 已不能滿足日益發(fā)展的要求, 同時隨著電子技術(shù)在發(fā)動機(jī)、變速器、制動器和懸架等系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用, 電動助力轉(zhuǎn)向(Electric Power Steering, 簡稱 EPS) 技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生, 成為世界汽車技術(shù)發(fā)展的研究熱點。國內(nèi)研究EPS的主要是幾所高校(如清華大學(xué)、合肥工業(yè)大學(xué)、北京理工大學(xué)、華南理工大學(xué)、武漢理工大學(xué)等),且大都局限于理論和計算機(jī)仿真。[1-3]。電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)較傳統(tǒng)的液壓動力轉(zhuǎn)向優(yōu)越很多: 結(jié)構(gòu)簡單，車輛布置設(shè)計容易，節(jié)約燃料, 能夠提高主動安全性, 并且有利于環(huán)保, 是一項緊扣現(xiàn)代汽車發(fā)展主題的高新技術(shù), 因此它有逐步取代傳統(tǒng)液壓動力轉(zhuǎn)向的趨勢。[2]
電動轉(zhuǎn)向助力按助力位置不同可分為轉(zhuǎn)向柱助力式、小齒輪助力式、雙小齒輪助力式以及齒條助力式。
此次設(shè)計的目的是設(shè)計一套轉(zhuǎn)向柱助力式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，確定總體結(jié)構(gòu)方案，而后在方案基礎(chǔ)上轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的設(shè)計計算以及轉(zhuǎn)向梯形[4]的優(yōu)化設(shè)計，從實際駕駛的舒適性及安全性能角度出發(fā)，進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計[5]和可行性分析，建立三維實體模型。
2．國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
目前，國外 EPS 的機(jī)械結(jié)構(gòu)部分都相對成熟完善，各派系各零部件企業(yè)都有自己的獨(dú)特之處。主要發(fā)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簡單的助力曲線早已不能適應(yīng)當(dāng)代汽車的要求，目前 EPS 不僅僅是提供轉(zhuǎn)向助力，而是與整車操穩(wěn)性能相匹配，綜合各種影響因素，從而在某些工況下通過對轉(zhuǎn)向系統(tǒng)施加阻尼或是補(bǔ)償?shù)?，以獲得更好的駕駛感覺。EPS 產(chǎn)品基本上都能實現(xiàn)轉(zhuǎn)向助力功能, 但也存在一定問題, 如轉(zhuǎn)向盤抖振、噪聲大、左右轉(zhuǎn)向不對稱等。在產(chǎn)業(yè)化方面, 整車企業(yè)在電控技術(shù)及 EPS 的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)方面存在滯后性, EPS 研發(fā)單位與整車企業(yè)的全面合作尚不夠深入, 因此其樣機(jī)得不到全面的考核,涉及整車操縱穩(wěn)定性能方面的研究較少。為了適應(yīng)市場潮流，國內(nèi)諸多企業(yè)也開始 EPS 的研發(fā)。但都是處于起步階段，大多處在設(shè)計和性能驗證階段，只有少數(shù)企業(yè)將管柱助力式 EPS 應(yīng)用在量產(chǎn)車型上。[6]
EPS 系統(tǒng)通常由傳感器 (車速傳感器、轉(zhuǎn)矩傳感器、轉(zhuǎn)向角傳感器)、電子控制器 ECU、執(zhí)行器 (電動機(jī)、電磁離合器和減速機(jī)構(gòu)) 等 3 部分組成。[7]
2.1 扭矩傳感器
在現(xiàn)有技術(shù)基礎(chǔ)上,扭矩傳感器將向低價格和多功能兩個方向發(fā)展[8]。
2.1.1 低價格傳感器
該種傳感器是在目前批量生產(chǎn)的扭矩傳感器的基礎(chǔ)上,進(jìn)行技術(shù)革新, 通過采用新的材料, 減少組成傳感器的零件數(shù)量, 從而降低傳感器的生產(chǎn)成本而形成的。但是它只能測出扭矩信號,而不能測量轉(zhuǎn)角。
2.1.2 多功能傳感器
隨著車輛底盤控制系統(tǒng)的發(fā)展, 除需要知道轉(zhuǎn)向盤力矩信號外,還迫切需要轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角信號, 供EPS、AFS (Active Front Wheel Steering) 和 ESP(Electronic StabilityProgram)等控制器使用。為滿足功能要求, 并提高傳感器的安裝方便性, 降低成本,需要在扭矩傳感器的基礎(chǔ)上, 集成轉(zhuǎn)角傳感器。
2.2 電機(jī)
電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)得到了廣泛應(yīng)用, 它不但被安裝在微型車上, 還應(yīng)用于經(jīng)濟(jì)性轎車, 并逐漸向中級轎車和高級轎車上發(fā)展。隨著車輛質(zhì)量和體積的增加, 對電機(jī)的輸出扭矩提出了更高的要求。最初電機(jī)的輸出電流是 25 A, 現(xiàn)在已經(jīng)發(fā)展到了 90 A, 以后還有繼續(xù)增大的趨勢。
2.3 ECU
電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的 ECU 一般安裝在駕駛艙中。但是在某些情況下, ECU 必須安裝在發(fā)動機(jī)罩下面，在這種情況下, 就應(yīng)該提高 ECU 的防水性能和耐高溫性能。同時, 還要增加一個溫度傳感器, 直接測量 ECU 的環(huán)境溫度, 并根據(jù)環(huán)境溫度的高低,采取相應(yīng)的措施, 保護(hù) ECU。
3. 本課題的研究內(nèi)容及技術(shù)方案
本論文主要包括轉(zhuǎn)向柱助力式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的總體設(shè)計、轉(zhuǎn)向梯形的優(yōu)化設(shè)計和轉(zhuǎn)向系統(tǒng)完整的三維實體模型，并繪制工程圖。
3.1轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的總體設(shè)計
3.1.1扭矩傳感器
扭矩傳感器的功能是測量駕駛員作用在轉(zhuǎn)向盤上的力矩的大小，是EPS的主輸入信號之一。考慮主副電壓輸出特性，耐久可靠性能。
3.1.2電動機(jī)
電動機(jī)輸出適宜的輔助力矩，要求電流轉(zhuǎn)速、電流扭矩特性曲線符合性能、耐久可靠性要求。
3.1.3減速機(jī)構(gòu)
減速機(jī)構(gòu)與電動機(jī)相連，起減速增扭的作用，對傳動效率，耐磨性能有一定的要求。
3.1.3裝配后整車轉(zhuǎn)向性能
必須符合國家車輛管理部門對整車的強(qiáng)制檢驗項目要求、整車操縱穩(wěn)定性要求。
3.2轉(zhuǎn)向梯形的優(yōu)化設(shè)計
1）轉(zhuǎn)向梯形優(yōu)化設(shè)計的模型的建立。
2）轉(zhuǎn)向梯形的數(shù)學(xué)模型的建立。
3）利用MATLAB進(jìn)行分析[9]，得出優(yōu)化解。
4. 本設(shè)計的特色
1）建立在電動助力的基礎(chǔ)上，符合節(jié)能環(huán)保和科學(xué)技術(shù)發(fā)展的的要求。
2）通過對轉(zhuǎn)向柱助力式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的總體設(shè)計，轉(zhuǎn)向梯形的優(yōu)化設(shè)計，與汽車整體轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的工作實況結(jié)合，對實際工程設(shè)計有很大幫助。
3）利用MATLAB軟件進(jìn)行分析優(yōu)化，得出設(shè)計的最優(yōu)結(jié)果。
5. 進(jìn)度安排
第1 - 3 周：查閱相關(guān)資料，撰寫開題報告；
第4 - 8 周：確定總體方案，進(jìn)行轉(zhuǎn)向系統(tǒng)設(shè)計計算；
第9 - 11 周：對轉(zhuǎn)向梯形進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計；
第12-15 周：三維實體建模，繪制二維工程圖；
第16-18 周：撰寫畢業(yè)設(shè)計論文，復(fù)查設(shè)計內(nèi)容，準(zhǔn)備答辯。
6. 參考文獻(xiàn)
[1] 閆俊，張欣：汽車電動助力轉(zhuǎn)向技術(shù)分析 北京交通大學(xué) 機(jī)械與電子控制工程學(xué)院 北京
[2] 余卓平 孟 濤，陳 慧，張立軍：電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的技術(shù)發(fā)展趨勢 同濟(jì)大學(xué)汽車學(xué)院 20050904
[3]黃榕清，向鐵明，許迎東：電動助力轉(zhuǎn)向的原理及發(fā)展 華南理工大學(xué) 汽車工程學(xué)院廣東 廣州
[4] 張習(xí)泉：轉(zhuǎn)向梯形應(yīng)用簡析 成都市工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)校汽車工程系 成都
[5] 李玉民1，李旭宏1，過學(xué)迅2：轉(zhuǎn)向梯形驅(qū)動機(jī)構(gòu)的運(yùn)動分析及優(yōu)化設(shè)計 1.東南大學(xué)交通學(xué)院 南京 2武漢理工大學(xué)
[6] 楊洪斌：汽車轉(zhuǎn)向管柱的有限元分析及設(shè)計優(yōu)化 四川綿陽三力股份有限公司 綿陽
[7] 羅新聞：汽車可變轉(zhuǎn)向系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及工作原理 201112
[8] 易愛斌：轉(zhuǎn)向柱式電動助力轉(zhuǎn)向（C-EPS）系統(tǒng)的技術(shù)分析與技術(shù)確認(rèn)研究華中科技大學(xué) 機(jī)械工程 20060828
[9] 楊俊治1，楊文興2，周強(qiáng)1 2：基于MATLAB的轉(zhuǎn)向梯形機(jī)構(gòu)的優(yōu)化研究
1.蘭州電源車輛研究所有限公司 2.蘭州理工大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院
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年 月 日
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