汽車轉向器液壓助力系統(tǒng)設計-開題報告.doc

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中 北 大 學 信 息 商 務 學 院 畢業(yè)設計開題報告 學 生 姓 名： 劉子軒 學 號： 1301034118 系 名： 機械工程系 專 業(yè)： 車輛工程 設 計 題 目： 汽車轉向器液壓助力系統(tǒng)設計 指導教師: 張翼 2017年3 月3日  畢 業(yè) 設 計 開 題 報 告 1．文獻綜述： (1) 選題背景 汽車的轉向系統(tǒng)的性能是汽車的主要性能之一，轉向系統(tǒng)的性能直接影響到汽車的操縱穩(wěn)定性，它對于確保車輛的安全行駛、減少交通事故以及保護駕駛員的人身安全、改善駕駛員的工作條件起著重要的作用。本次課題設計主要總數(shù)國內外轉向系統(tǒng)的研究發(fā)展，介紹各轉向系統(tǒng)的結構原理及其關鍵技術并提出汽車轉向系的發(fā)展趨勢，合理地設計轉向系統(tǒng)，使汽車具有良好的操縱性能。這始終是設計人員的重要研究課題，在車輛高速化、駕駛人員非職業(yè)化、車流密集化的今天，針對更多不同水平的駕駛人群，汽車的易操縱性設計顯得尤為重要。電子控制動力轉向系統(tǒng)(簡稱EPS),根據(jù)動力源不同又可分為液壓式電子控制動力轉向系統(tǒng)（液壓式EPS，又作EHPS）和電動式電子控制動力轉向系統(tǒng)（電動式EPS）。EHPS是在傳統(tǒng)的液壓動力轉向系統(tǒng)的基礎上增設了控制液體流量的電磁閥、車速傳感器和電子控制單元等裝置構成的，電子控制單元根據(jù)檢測到的車速信號，控制電磁閥的開度，使轉向動力放大倍率實現(xiàn)連續(xù)可調，從而滿足高、低速時的轉向助力要求。 (2)課題研究意義 隨著汽車工業(yè)的飛速發(fā)展以及人們對于舒適、安全性能要求的不斷提高，對轉向器的安全性及操作穩(wěn)定性的要求也進一步提高。本次設計通過分析轉向器的功能要求，結合轉向器的布置設計，比較各類型的轉向器的優(yōu)缺點設計一款轉向器。根據(jù)一些指定的參數(shù)結合《汽車設計》和其他相關書籍中關于轉向器的理論知識，給出優(yōu)化設計的目標函數(shù)和設計變量的選擇范圍使設計出的轉向器液壓助力器符合使用要求。作為汽車轉向系統(tǒng)的一個重要組成部分，轉向器對汽車的操縱穩(wěn)定性和駕駛員的安全駕駛有這直接的影響。特別是在車輛高速化，車流密集化的今天，汽車轉向器的設計極為重要。通過對轉向器的優(yōu)化設計，使其達到汽車總體設計的要求，以達到對汽車的機構整體優(yōu)化，更好地提高相應性能，達到更高水平。通過此次設計提高自身實習運用有關機械設計手冊、查圖表、畫圖規(guī)范等有關資料文獻的能力，從而進一步培養(yǎng)自身識圖、辯圖，運算和編寫技術文件等基本技能。通過汽車轉向器液壓助力系統(tǒng)的設計，培養(yǎng)理論聯(lián)系實際的設計思想，鞏固和加強所學的專業(yè)知識，加強機械設計計算和編寫技術文件等的基本 功能，從事汽車設計方面的工作奠定良好的基礎。 （3）國內外研究現(xiàn)狀[5] 汽車轉向器機構涉及整車的操縱性、穩(wěn)定性和安全性，它的質量也反映了車輛的質量，是直接關系到車輛性能的關鍵部件。汽車轉向動力的來源由以前的人轉變?yōu)槿肆右簤褐?。液壓助力系統(tǒng)HPS（HydraulicPowerSteering）是在機械式轉向系統(tǒng)的基礎上增加了一個液壓系統(tǒng)而成。該液壓系統(tǒng)一般與發(fā)動機相連當發(fā)動機啟動的時候，一部分發(fā)動機能量提供汽車前進的動能，另外一部分則為液壓系統(tǒng)提供動力。由于其工作可靠、技術成熟至今仍被廣泛應用。[6]這種助力轉向系統(tǒng)主要的特點是液壓力支持轉向運動，減小駕駛者作用在方向盤上的力，改善了汽車轉向的輕便性和汽車運行的穩(wěn)定性。 機械液壓助力：[7] 機械液壓助力是我們最常見的一種助力方式，它誕生于1902年，由英國人Frederick W. Lanchester發(fā)明，而最早的商品化應用則推遲到了半個世紀之后，1951年克萊斯勒把成熟的液壓轉向助力系統(tǒng)應用在了Imperial車系上。由于技術成熟可靠，而且成本低廉，得以被廣泛普及。 機械液壓助力系統(tǒng)的主要組成部分有液壓泵、油管、壓力流體控制閥、V型傳動皮帶、儲油罐等等。這種助力方式是將一部分發(fā)動機動力輸出轉化成液壓泵壓力，對轉向系統(tǒng)施加輔助作用力，從而使輪胎轉向。 根據(jù)系統(tǒng)內液流方式的不同可以分為常壓式液壓助力和常流式液壓助力。常壓式液壓助力系統(tǒng)的特點是無論方向盤處于正中位置還是轉向位置、方向盤保持靜止還是在轉動，系統(tǒng)管路中的油液總是保持高壓狀態(tài)；而常流式液壓轉向助力系統(tǒng)的轉向油泵雖然始終工作，但液壓助力系統(tǒng)不工作時，油泵處于空轉狀態(tài)，管路的負荷要比常壓式小，現(xiàn)在大多數(shù)液壓轉向助力系統(tǒng)都采用常流式?？梢钥吹?，不管哪種方式，轉向油泵都是必備部件，它可以將輸入的發(fā)動機機械能轉化為油液的壓力。[8] 機械液壓助力優(yōu)缺點： 機械液壓助力的方向盤與轉向輪之間全部是機械部件連接，操控精準，路感直接，信息反饋豐富；液壓泵由發(fā)動機驅動，轉向動力充沛，大小車輛都適用；技術成熟，可靠性高，平均制造成本低。 由于依靠發(fā)動機動力來驅動油泵，能耗比較高，所以車輛的行駛動力無形中就被消耗了一部分；液壓系統(tǒng)的管路結構非常復雜，各種控制油液的閥門數(shù)量繁多，后期的保養(yǎng)維護需要成本；整套油路經(jīng)常保持高壓狀態(tài)，使用壽命也會受到影響，這些都是機械液壓助力轉向系統(tǒng)的缺點所在。[9] 電子液壓助力： 由于機械液壓助力需要大幅消耗發(fā)動機動力，所以人們在機械液壓助力的基礎上進行改進，開發(fā)出了更節(jié)省能耗的電子液壓助力轉向系統(tǒng)。 這套系統(tǒng)的轉向油泵不再由發(fā)動機直接驅動，而是由電動機來驅動，并且在之前的基礎上加裝了電控系統(tǒng)，使得轉向輔助力的大小不光與轉向角度有關，還與車速相關。機械結構上增加了液壓反應裝置和液流分配閥，新增的電控系統(tǒng)包括車速傳感器、電磁閥、轉向ECU等。[10] 電子液壓助力的原理與機械液壓助力基本相同，不同的是油泵由電動機驅動，同時助力力度可變。車速傳感器監(jiān)控車速，電控單元獲取數(shù)據(jù)后通過控制轉向控制閥的開啟程度改變油液壓力，從而實現(xiàn)轉向助力力度的大小調節(jié)。[11] 電子液壓助力擁有機械液壓助力的大部分優(yōu)點，同時還降低了能耗，反應也更加靈敏，轉向助力大小也能根據(jù)轉角、車速等參數(shù)自行調節(jié)，更加人性化。不過引入了很多電子單元，其制造、維修成本也會相應增加，使用穩(wěn)定性也不如機械液壓式的牢靠，隨著技術的不斷成熟，這些缺點正在被逐漸克服，電子液壓助力已為很多家用車型選擇。 電動助力：[12] EPS就是英文Electric Power Steering的縮寫，即電動助力轉向系統(tǒng)。電動助力轉向系統(tǒng)是汽車轉向系統(tǒng)的發(fā)展方向。該系統(tǒng)由電動助力機直接提供轉向助力，省去了液壓動力轉向系統(tǒng)所必需的動力轉向油泵、軟管、液壓油、傳送帶和裝于發(fā)動機上的皮帶輪，既節(jié)省能量，又保護了環(huán)境。另外，還具有調整簡單、裝配靈活以及在多種狀況下都能提供轉向助力的特點。正是有了這些優(yōu)點，電動助力轉向系統(tǒng)作為一種新的轉向技術，將挑戰(zhàn)大家都非常熟知的、已具有50多年歷史的液壓轉向系統(tǒng)。 駕駛員在操縱方向盤進行轉向時，轉矩傳感器檢測到轉向盤的轉向以及轉矩的大小，將電壓信號輸送到電子控制單元，電子控制單元根據(jù)轉矩傳感器檢測到的轉距電壓信號、轉動方向和車速信號等，向電動機控制器發(fā)出指令，使電動機輸出相應大小和方向的轉向助力轉矩，從而產(chǎn)生輔助動力。汽車不轉向時，電子控制單元不向電動機控制器發(fā)出指令，電動機不工作。 技術優(yōu)勢：[13] 1、節(jié)能環(huán)保 由于發(fā)動機運轉時，液壓泵始終處于工作狀態(tài)，液壓轉向系統(tǒng)使整個發(fā)動機燃油消耗量增加了3％～5％，而EPS以蓄電池為能源，以電機為動力元件，可獨立于發(fā)動機工作，EPS幾乎不直接消耗發(fā)動機燃油。EPS不存在液壓動力轉向系統(tǒng)的燃油泄漏問題，EPS通過電子控制，對環(huán)境幾乎沒有污染，更降低了油耗。 2、安裝方便 EPS的主要部件可以配集成在一起，易于布置，與液壓動力轉向系統(tǒng)相比減少了許多元件，沒有液壓系統(tǒng)所需要的油泵、油管、壓力流量控制閥、儲油罐等，元件數(shù)目少，裝配方便，節(jié)約時間。[14] 3、效率高 液壓動力轉向系統(tǒng)效率一般在60%～70%，而EPS的效率較高，可高達90％以上。 4、路感好 傳統(tǒng)純液壓動力轉向系大多采用固定放大倍數(shù)，工作驅動力大，但卻不能實現(xiàn)汽車在各種車速下駕駛時的輕便性和路感。而EPS系統(tǒng)的滯后特性可以通過EPS控制器的軟件加以補償，使汽車在各種速度下都能得到滿意的轉向助力。 5、回正性好 EPS系統(tǒng)結構簡單，不僅操作簡便，還可以通過調整EPS控制器的軟件，得到最佳的回正性，從而改善汽車操縱的穩(wěn)定性和舒適性。[15] 主要結構：電動助力轉向系統(tǒng)由轉向傳感裝置、車速傳感器、助力機械裝置、提供轉向助力電機及微電腦控制單元組成。 工作原理：微電腦控制單元根據(jù)轉向傳感裝置和車速傳感器傳出的信號，確定轉向助力的大小和方向，并驅動電機輔助轉向操作。 參考文獻： [1] 過學迅主編.汽車設計．北京：人民交通出版社，2005 [1] 劉鴻文.材料力學-4版.北京：高等教育出版社，2004 [2]宋云，陳全世，王霄峰．輕型電動客車車身一車架的有限元結構分析及實驗研究．汽車技術，1997．10 [3] 濮良貴 紀名剛.機械設計.北京：高等教育出版社，2006 [4] 陳家瑞.汽車構造（下冊）.北京：人民交通出版社，2008 [5] 秦秀文等. 62 聯(lián)體后橋的傳動路線及優(yōu)化方案［J］. 農業(yè)裝備 與車輛工程，2009，（6）． [6] Lqbal Husain(美）. Electric Vehicles: Desigedition 機械工業(yè)出版社 . [7]高云凱，張榮榮，彭和東，王青海．微型電動轎車車身骨架結構分析[J]．汽車工程， [8]Robert D.Cook,Macheal E. Plesha FiniElement Analysis 西安交通大學出版社. [9] 曾向陽.謝國明，王學平,等.UGNX基礎及應用教程.北京:電子工業(yè)出版社，2003. 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