電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)試驗臺結構設計(EPS)【含8張CAD圖紙、文檔全套】【GC系列】
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南京工程學院 車輛工程系 本科畢業(yè)設計(論文)開題報告題目:電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)試驗臺 結構設計 專業(yè): 機械設計制造及其自動化(汽車技術) 班 級: 學 號: 學生姓名: 指導教師: 副教授 2011年3月本科畢業(yè)設計(論文)開題報告學生姓名學 號專 業(yè)機械設計制造及其自動化(汽車技術)指導教師職 稱所在院系車輛工程課題來源自擬課題課題性質(zhì)工程設計課題名稱電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)試驗臺結構設計畢業(yè)設計的內(nèi)容和意義本課題的設計內(nèi)容:EPS(電動助力轉(zhuǎn)向)系統(tǒng)在傳統(tǒng)的機械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的基礎上增加了傳感檢測裝置、控制單元以及轉(zhuǎn)向助力機構(包括電動機、減速機構、傳動裝置),它是通過電動機產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩來幫助駕駛員進行轉(zhuǎn)向的。本課題是試驗臺的結構設計,需完成的主要內(nèi)容如下:1. 試驗臺總體方案設計2. 試驗臺總體結構設計3. 通用件、標準件的選用4. 各部件裝配圖的設計5. 非標零件圖設計6. 編寫設計說明書本課題研究的意義:本課題對電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)試驗臺的機械系統(tǒng)進行了研究和設計,其意義如下:畢業(yè)設計的內(nèi)容和意義電動助力轉(zhuǎn)向更能做到能量高效,環(huán)境相容。它消耗的能量約為傳統(tǒng)的液壓動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的二十分之一,并且,它不含任何油,不論是生產(chǎn)還是報廢它都不污染環(huán)境。因此,這激發(fā)了越來越多地車輛裝備EPS。電動助力轉(zhuǎn)向(EPAS,electric power-assisted steering)是汽車動力轉(zhuǎn)向的新技術與新結構,近年來在國內(nèi)外轎車上的應用逐漸增多。EPAS的成功開發(fā)必須進行大量的實車試驗,將系統(tǒng)的性能調(diào)整到最佳的工作狀態(tài)。實車試驗需要消耗大量的財力、人力和物力,如果在實車試驗之前進行必要的臺架試驗,為后續(xù)實車試驗獲得某些基本參數(shù)和算法,是非常有益的。通過臺架試驗研究可以探索電動機的助力規(guī)律,檢驗助力控制程序的運行效果,分析EPS對汽車轉(zhuǎn)向輕便性的影響。同時也可以降低直接裝車進行路試的危險性和研究成本。文獻綜述電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)最早應用在日本的微型轎車上,歐、美等國的汽車公司對EPS的開發(fā)研究比日本晚10年時間,但開發(fā)的力度比較大,目前,一些公司己經(jīng)研發(fā)并將EPS作為其轎車的標準裝備1。在國內(nèi),隨著2000年昌河北斗星廂式車安裝進口電動助力轉(zhuǎn)向器,汽車轉(zhuǎn)向器歷史上掀開了新的一頁。由于國內(nèi)的EPS起步比較晚,目前正處于技術開發(fā)和產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)化的初期2。EPS以它的一系列優(yōu)點以及它不斷擴大的市場吸引了國內(nèi)越來越多的專家、學者以及有關企業(yè)的關注,在2005年12月的上海零部件展上,18家國內(nèi)有成就的EPS相關企業(yè)聯(lián)合展出,組織了電動轉(zhuǎn)向聯(lián)合展臺。2005年國內(nèi)電動助力轉(zhuǎn)向器裝車己達6萬臺(4個廠家),預計2006年將達到12萬臺(廠家將達到810家)。國內(nèi)生產(chǎn)的昌河北斗星、上海大眾途安、廣州本田飛度、吉利豪情等轎車上已經(jīng)安裝了EPS系統(tǒng)。國內(nèi)很多高校(如吉林大學、清華大學、江蘇大學等)也在這方面做了一系列的研究工作,在實驗室臺架試驗上取得了一些進展,但是在試驗車上轉(zhuǎn)向的效果有待改進,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)在電控技術及EPS的行業(yè)標準方面存在滯后性34。EPS試驗臺搭建的必要性:電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)關系到汽車的舒適性、安全性和可靠性,在開發(fā)前進行大量的實車試驗,將系統(tǒng)性能調(diào)整到最佳工作狀態(tài)是開發(fā)的必要要求。然而,在實車試驗中需要消耗大量的人力、物力和財力,為了在實車試驗前盡量的完善系統(tǒng)軟件、硬件設計,以減少設計中的某些不足導致實車試驗的失敗,在實車試驗之前的臺架試驗是非常必要的。電動助力轉(zhuǎn)向試驗臺可以通過模擬轉(zhuǎn)向的實際工況向轉(zhuǎn)向系統(tǒng)提供轉(zhuǎn)向阻力,并通過臺架中的傳感器收集相關數(shù)據(jù),這些數(shù)據(jù)可用來研究系統(tǒng)的控制方法和參數(shù),特別是轉(zhuǎn)矩傳感器的工作特性、直流電機轉(zhuǎn)矩的控制等。也可以用來初步研究EPS系統(tǒng)助力控制規(guī)律,確定助力控制規(guī)律將如何滿足駕駛員對汽車轉(zhuǎn)向輕便性的要求。還可以研究EPS系統(tǒng)的工作特性,深入了解EPS系統(tǒng)的基本結構、功能,以及為EPS系統(tǒng)的仿真研究提供實際試驗數(shù)據(jù),以便驗證仿真模型。這些研究內(nèi)容都是電動助力轉(zhuǎn)向技術的基本問題,能為將來的實車試驗提供必要的數(shù)據(jù)準備,是電動助力轉(zhuǎn)向產(chǎn)品化開發(fā)設計的前提和基礎。在試驗臺設計時有以下三點要求:(1)EPS系統(tǒng)試驗臺雖不同于實車上的EPS系統(tǒng),但可用來研究系統(tǒng)的一些性能和控制算法,為實車試驗所需的一些數(shù)據(jù)做準備。(2)由于EPS系統(tǒng)與車輛的其他系統(tǒng)密切相關,且與行車環(huán)境等因素緊密聯(lián)系,所以,為了使臺架試驗數(shù)據(jù)比較真實、準確地反映實際情況,試驗結果有說服力,設計的試驗臺能夠更好的為系統(tǒng)的開發(fā)和研究提供幫助,臺架設計時,一定要盡可能的模擬出汽車行駛時的實際情況。(3)所設計的試驗臺要在滿足臺架最基本功能的基礎上,考慮投資成本問題,在選擇部件時盡可能選擇成本較低、性能適中的部件。設計試驗臺的目的是要驗證仿真模擬中的一些設計數(shù)據(jù),本文中所設計的試驗臺主要是結構設計。在試驗臺的研究方面,國內(nèi)外研制試驗臺的目的基本上都是滿足產(chǎn)品質(zhì)量檢測的需要,并開發(fā)出了形式各異、種類繁多的試驗臺架。國外的幾家著名汽車零部件公司,如博世(BOSCH)、采埃孚(ZP)等,其開發(fā)的試驗臺在結構和測試方面并重。其在結構設計上充分考慮現(xiàn)場操作的實際情況,從人機工程學角度出發(fā)引導試驗臺的結構設計;當然,其結構設計的重點仍然是試驗臺結構的合理性和可靠性,同時還兼顧到臺架的美觀性5。文獻綜述EPS試驗臺的基本功能主要包括以下幾個方面:(1) 模擬出汽車在各種路況下行駛時產(chǎn)生對轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的阻力。(2) 能模擬出汽車在不同車速下提供給控制系統(tǒng)的車速信號。(3) 能夠顯示出汽車方向盤產(chǎn)生的助力扭矩。(4) 能夠模擬出發(fā)動機信號和點火信號。(5) 提供人機交互界面,進行計算機后臺數(shù)據(jù)處理6。通過網(wǎng)上的查找,發(fā)現(xiàn)一些有關電動助力轉(zhuǎn)向試驗臺的研究,如:一汽集團的電動助力轉(zhuǎn)向試驗臺,其裝置包括有EPS系統(tǒng)總成、檢測系統(tǒng),其特征是:它還包括有加載機構、測試裝置控制系統(tǒng),EPS系統(tǒng)總成還包括右轉(zhuǎn)向前輪總成,右轉(zhuǎn)向前輪總成由轉(zhuǎn)向控制臂、轉(zhuǎn)向節(jié)臂和前輪組成,轉(zhuǎn)向控制臂和轉(zhuǎn)向節(jié)臂與前輪連接,轉(zhuǎn)向節(jié)臂的另一端和轉(zhuǎn)向橫拉桿連接,加載機構一部分與轉(zhuǎn)向齒條聯(lián)結,另一部分與轉(zhuǎn)向控制臂聯(lián)結,測試裝置控制系統(tǒng)與EPS系統(tǒng)總成、加載機構電連接。電動助力轉(zhuǎn)向試驗臺轉(zhuǎn)向阻力模擬精度高、控制系統(tǒng)實時性好、能提供實時的車輛動力學仿真環(huán)境7。還有長安大學的研究的試驗臺,其結構包括:阻力加載裝置、齒輪齒條傳動機構、聯(lián)軸器、轉(zhuǎn)向器、霍爾電流傳感器、霍爾電壓傳感器、助力電機、雙萬向節(jié)、固定座、轉(zhuǎn)矩傳感器、方向盤等。試驗臺的工作原理為:當手動輸入一定的轉(zhuǎn)矩,模擬駕駛員轉(zhuǎn)動方向盤時,方向盤上的力矩傳遞給轉(zhuǎn)向軸,帶動齒輪齒條壓縮彈簧,彈簧變形從而向轉(zhuǎn)向系統(tǒng)施加阻力。此時,轉(zhuǎn)向軸上的轉(zhuǎn)矩傳感器隨轉(zhuǎn)向軸轉(zhuǎn)動,獲得方向盤轉(zhuǎn)矩信號,傳遞給工控機,工控機由預先設定的理想助力轉(zhuǎn)矩算出電機的助力轉(zhuǎn)矩,控制電機輸出助力矩。助力電機的電流、電壓、助力矩由試驗臺的測控系統(tǒng)獲得。所測的所有信號測控系統(tǒng)都會記錄并保存,用于EPS系統(tǒng)的性能分析8。查閱有關書籍發(fā)現(xiàn),一般電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)主要包括:機械式轉(zhuǎn)向器、轉(zhuǎn)矩傳感器、減速機構、離合器、電動機、電子控制單元和車速傳感器等9。翻閱大量資料后,對自己要設計的電動助力轉(zhuǎn)向試驗臺的結構也有了比較清晰的認識,在一般的電動助力轉(zhuǎn)向器上加上臺架,試驗板,阻力加載裝置等。重點參考南京東華轉(zhuǎn)向器廠的電動助力轉(zhuǎn)向試驗臺的機械結構設計。參考文獻1 Xu Hanbin,Zhang Zhongfu.Offline Detection of Electric Power Steering (EPS) J. Wuhan: School of Mechantronic Engineering Wuhan University of Technology.20052 施國標,林逸,陳萬忠,鄒常,潘海鵬.汽車電動助力轉(zhuǎn)向試驗臺測試系統(tǒng)開發(fā)J.測控技術,2005,24(3) : 23-253 王其東,楊孝劍,陳無畏,姜武華.電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)控制的臺架試驗研究J.汽車工程,2004,26(5): 553-5564 趙景波.汽車電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的研制及臺架實驗研究D.江蘇: 江蘇大學, 20075 余敏.汽車動力轉(zhuǎn)向器試驗臺測試系統(tǒng)設計D.武漢: 武漢理工大學,20056 牛繼高.電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)測試平臺的開發(fā)與研究D.重慶: 重慶交通大學, 20097 http:/search.cnpat.com.cn/Search/CNViewSearch?wd=vdkvgwkey=200720094337&jsk=search_gb#8 梁爽.汽車電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)控制策略研究及試驗臺方案設計D.西安: 長安大學, 20109 陳家瑞. 汽車構造(第四版)M.北京: 機械工業(yè)出版社, 2009.6研究內(nèi)容通過查閱有關電動助力轉(zhuǎn)向器試驗臺架的國內(nèi)外資料,發(fā)現(xiàn)北京理工大學電動車輛工程技術中心和吉林大學汽車工程學院聯(lián)合進行汽車電動助力轉(zhuǎn)向試驗臺測試系統(tǒng)的開發(fā)研究,他們研制的試驗臺使用方便,運行穩(wěn)定可靠,測試精度和效率均能滿足要求,適用于電動助力轉(zhuǎn)向基本特性的測試與控制系統(tǒng)的開發(fā)。根據(jù)掌握的資料,制定具體研究內(nèi)容如下:1. 研究電動助力轉(zhuǎn)向器試驗臺的結構組成。2. 完成電動助力轉(zhuǎn)向器試驗臺的總體方案的設計。3. 結合電動助力轉(zhuǎn)向器的結構,完成其試驗臺架的結構設計。4. 采用CAD對電動助力轉(zhuǎn)向器各零件進行設計。5. 通過CAD生成電動助力轉(zhuǎn)向器試驗臺工程總裝圖、部件圖和非標零件圖。6. 撰寫畢業(yè)設計說明書。研究計劃3.01 - 3.14 調(diào)研,查閱、收集資料3.15 - 3.21 完成相關的英文資料翻譯3.22 - 3.28 編寫并完成開題報告3.29 - 4.04 進行系統(tǒng)分析、比較、計算、選擇4.05 - 4.18 試驗臺總體方案確定和方案設計4.19 - 4.25 通用件、標準價的選用4.26 - 5.16 各部件裝配圖設計5.17 - 5.23 非標零件圖設計5.24 - 5.30 部件圖生成5.31 - 6.06 非標零件圖生成6.07 - 6.13 編寫設計說明書6.14 - 6.18 完成中英文摘要,完善設計說明書,準備答辯特色與創(chuàng)新試驗臺采用液壓滑臺設計,軸向移動控制方便。指導教師意 見指導教師簽名:年 月 日教研室意見主任簽名:年 月 日系部意見教學主任簽名:年 月 日
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