電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)試驗(yàn)臺(tái)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

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南京工程學(xué)院 車(chē)輛工程系 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開(kāi)題報(bào)告 題目：電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)試驗(yàn)臺(tái) 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 專業(yè)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化(汽車(chē)技術(shù)) 班 級(jí)： 學(xué) 號(hào)： 學(xué)生姓名： 指導(dǎo)教師： 副教授 2011年3月 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)開(kāi)題報(bào)告 學(xué)生姓名 學(xué) 號(hào) 專 業(yè) 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化（汽車(chē)技術(shù)） 指導(dǎo)教師 職 稱 所在院系 車(chē)輛工程 課題來(lái)源 自擬課題 課題性質(zhì) 工程設(shè)計(jì) 課題名稱 電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)試驗(yàn)臺(tái)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 畢業(yè)設(shè)計(jì)的內(nèi)容和意義 本課題的設(shè)計(jì)內(nèi)容： EPS（電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向）系統(tǒng)在傳統(tǒng)的機(jī)械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的基礎(chǔ)上增加了傳感檢測(cè)裝置、控制單元以及轉(zhuǎn)向助力機(jī)構(gòu)(包括電動(dòng)機(jī)、減速機(jī)構(gòu)、傳動(dòng)裝置)，它是通過(guò)電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩來(lái)幫助駕駛員進(jìn)行轉(zhuǎn)向的。 本課題是試驗(yàn)臺(tái)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，需完成的主要內(nèi)容如下： 1. 試驗(yàn)臺(tái)總體方案設(shè)計(jì) 2. 試驗(yàn)臺(tái)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 3. 通用件、標(biāo)準(zhǔn)件的選用 4. 各部件裝配圖的設(shè)計(jì) 5. 非標(biāo)零件圖設(shè)計(jì) 6. 編寫(xiě)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 本課題研究的意義： 本課題對(duì)電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)試驗(yàn)臺(tái)的機(jī)械系統(tǒng)進(jìn)行了研究和設(shè)計(jì)，其意義如下： 畢業(yè)設(shè)計(jì)的內(nèi)容和意義 電動(dòng)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(dòng)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(bào)廢它都不污染環(huán)境。因此，這激發(fā)了越來(lái)越多地車(chē)輛裝備EPS。電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向(EPAS，electric power-assisted steering)是汽車(chē)動(dòng)力轉(zhuǎn)向的新技術(shù)與新結(jié)構(gòu)，近年來(lái)在國(guó)內(nèi)外轎車(chē)上的應(yīng)用逐漸增多。EPAS的成功開(kāi)發(fā)必須進(jìn)行大量的實(shí)車(chē)試驗(yàn)，將系統(tǒng)的性能調(diào)整到最佳的工作狀態(tài)。實(shí)車(chē)試驗(yàn)需要消耗大量的財(cái)力、人力和物力，如果在實(shí)車(chē)試驗(yàn)之前進(jìn)行必要的臺(tái)架試驗(yàn)，為后續(xù)實(shí)車(chē)試驗(yàn)獲得某些基本參數(shù)和算法，是非常有益的。通過(guò)臺(tái)架試驗(yàn)研究可以探索電動(dòng)機(jī)的助力規(guī)律，檢驗(yàn)助力控制程序的運(yùn)行效果，分析EPS對(duì)汽車(chē)轉(zhuǎn)向輕便性的影響。同時(shí)也可以降低直接裝車(chē)進(jìn)行路試的危險(xiǎn)性和研究成本。 文 獻(xiàn) 綜 述 電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)最早應(yīng)用在日本的微型轎車(chē)上，歐、美等國(guó)的汽車(chē)公司對(duì)EPS的開(kāi)發(fā)研究比日本晚10年時(shí)間，但開(kāi)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(chē)的標(biāo)準(zhǔn)裝備[1]。 在國(guó)內(nèi)，隨著2000年昌河北斗星廂式車(chē)安裝進(jìn)口電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向器，汽車(chē)轉(zhuǎn)向器歷史上掀開(kāi)了新的一頁(yè)。由于國(guó)內(nèi)的EPS起步比較晚，目前正處于技術(shù)開(kāi)發(fā)和產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)化的初期[2]。EPS以它的一系列優(yōu)點(diǎn)以及它不斷擴(kuò)大的市場(chǎng)吸引了國(guó)內(nèi)越來(lái)越多的專家、學(xué)者以及有關(guān)企業(yè)的關(guān)注，在2005年12月的上海零部件展上，18家國(guó)內(nèi)有成就的EPS相關(guān)企業(yè)聯(lián)合展出，組織了電動(dòng)轉(zhuǎn)向聯(lián)合展臺(tái)。2005年國(guó)內(nèi)電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向器裝車(chē)己達(dá)6萬(wàn)臺(tái)(4個(gè)廠家)，預(yù)計(jì)2006年將達(dá)到12萬(wàn)臺(tái)(廠家將達(dá)到8~10家)。國(guó)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(chē)上已經(jīng)安裝了EPS系統(tǒng)。國(guó)內(nèi)很多高校(如吉林大學(xué)、清華大學(xué)、江蘇大學(xué)等)也在這方面做了一系列的研究工作，在實(shí)驗(yàn)室臺(tái)架試驗(yàn)上取得了一些進(jìn)展，但是在試驗(yàn)車(chē)上轉(zhuǎn)向的效果有待改進(jìn)，如轉(zhuǎn)向盤(pán)抖振、噪聲大、左右轉(zhuǎn)向不對(duì)稱等。在產(chǎn)業(yè)化方面，整車(chē)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[3][4]。 EPS試驗(yàn)臺(tái)搭建的必要性：電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)關(guān)系到汽車(chē)的舒適性、安全性和可靠性，在開(kāi)發(fā)前進(jìn)行大量的實(shí)車(chē)試驗(yàn)，將系統(tǒng)性能調(diào)整到最佳工作狀態(tài)是開(kāi)發(fā)的必要要求。然而，在實(shí)車(chē)試驗(yàn)中需要消耗大量的人力、物力和財(cái)力，為了在實(shí)車(chē)試驗(yàn)前盡量的完善系統(tǒng)軟件、硬件設(shè)計(jì)，以減少設(shè)計(jì)中的某些不足導(dǎo)致實(shí)車(chē)試驗(yàn)的失敗，在實(shí)車(chē)試驗(yàn)之前的臺(tái)架試驗(yàn)是非常必要的。 電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向試驗(yàn)臺(tái)可以通過(guò)模擬轉(zhuǎn)向的實(shí)際工況向轉(zhuǎn)向系統(tǒng)提供轉(zhuǎn)向阻力，并通過(guò)臺(tái)架中的傳感器收集相關(guān)數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)可用來(lái)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(jī)轉(zhuǎn)矩的控制等。也可以用來(lái)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(duì)汽車(chē)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(jié)構(gòu)、功能，以及為EPS系統(tǒng)的仿真研究提供實(shí)際試驗(yàn)數(shù)據(jù)，以便驗(yàn)證仿真模型。這些研究?jī)?nèi)容都是電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向技術(shù)的基本問(wèn)題，能為將來(lái)的實(shí)車(chē)試驗(yàn)提供必要的數(shù)據(jù)準(zhǔn)備，是電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向產(chǎn)品化開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)的前提和基礎(chǔ)。 在試驗(yàn)臺(tái)設(shè)計(jì)時(shí)有以下三點(diǎn)要求： (1)EPS系統(tǒng)試驗(yàn)臺(tái)雖不同于實(shí)車(chē)上的EPS系統(tǒng)，但可用來(lái)研究系統(tǒng)的一些性能和控制算法，為實(shí)車(chē)試驗(yàn)所需的一些數(shù)據(jù)做準(zhǔn)備。 (2)由于EPS系統(tǒng)與車(chē)輛的其他系統(tǒng)密切相關(guān)，且與行車(chē)環(huán)境等因素緊密聯(lián)系，所以，為了使臺(tái)架試驗(yàn)數(shù)據(jù)比較真實(shí)、準(zhǔn)確地反映實(shí)際情況，試驗(yàn)結(jié)果有說(shuō)服力，設(shè)計(jì)的試驗(yàn)臺(tái)能夠更好的為系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)和研究提供幫助，臺(tái)架設(shè)計(jì)時(shí)，一定要盡可能的模擬出汽車(chē)行駛時(shí)的實(shí)際情況。 (3)所設(shè)計(jì)的試驗(yàn)臺(tái)要在滿足臺(tái)架最基本功能的基礎(chǔ)上，考慮投資成本問(wèn)題，在選擇部件時(shí)盡可能選擇成本較低、性能適中的部件。 設(shè)計(jì)試驗(yàn)臺(tái)的目的是要驗(yàn)證仿真模擬中的一些設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，本文中所設(shè)計(jì)的試驗(yàn)臺(tái)主要是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。 在試驗(yàn)臺(tái)的研究方面，國(guó)內(nèi)外研制試驗(yàn)臺(tái)的目的基本上都是滿足產(chǎn)品質(zhì)量檢測(cè)的需要，并開(kāi)發(fā)出了形式各異、種類繁多的試驗(yàn)臺(tái)架。國(guó)外的幾家著名汽車(chē)零部件公司，如博世(BOSCH)、采埃孚(ZP)等，其開(kāi)發(fā)的試驗(yàn)臺(tái)在結(jié)構(gòu)和測(cè)試方面并重。其在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上充分考慮現(xiàn)場(chǎng)操作的實(shí)際情況，從人機(jī)工程學(xué)角度出發(fā)引導(dǎo)試驗(yàn)臺(tái)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；當(dāng)然，其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重點(diǎn)仍然是試驗(yàn)臺(tái)結(jié)構(gòu)的合理性和可靠性，同時(shí)還兼顧到臺(tái)架的美觀性[5]。 文獻(xiàn)綜述 EPS試驗(yàn)臺(tái)的基本功能主要包括以下幾個(gè)方面： (1) 模擬出汽車(chē)在各種路況下行駛時(shí)產(chǎn)生對(duì)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的阻力。 (2) 能模擬出汽車(chē)在不同車(chē)速下提供給控制系統(tǒng)的車(chē)速信號(hào)。 (3) 能夠顯示出汽車(chē)方向盤(pán)產(chǎn)生的助力扭矩。 (4) 能夠模擬出發(fā)動(dòng)機(jī)信號(hào)和點(diǎn)火信號(hào)。 (5) 提供人機(jī)交互界面，進(jìn)行計(jì)算機(jī)后臺(tái)數(shù)據(jù)處理[6]。 通過(guò)網(wǎng)上的查找，發(fā)現(xiàn)一些有關(guān)電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向試驗(yàn)臺(tái)的研究，如：一汽集團(tuán)的電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向試驗(yàn)臺(tái)，其裝置包括有EPS系統(tǒng)總成、檢測(cè)系統(tǒng)，其特征是：它還包括有加載機(jī)構(gòu)、測(cè)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(jī)構(gòu)一部分與轉(zhuǎn)向齒條聯(lián)結(jié)，另一部分與轉(zhuǎn)向控制臂聯(lián)結(jié)，測(cè)試裝置控制系統(tǒng)與EPS系統(tǒng)總成、加載機(jī)構(gòu)電連接。電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向試驗(yàn)臺(tái)轉(zhuǎn)向阻力模擬精度高、控制系統(tǒng)實(shí)時(shí)性好、能提供實(shí)時(shí)的車(chē)輛動(dòng)力學(xué)仿真環(huán)境[7]。還有長(zhǎng)安大學(xué)的研究的試驗(yàn)臺(tái)，其結(jié)構(gòu)包括：阻力加載裝置、齒輪齒條傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、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(jī)、雙萬(wàn)向節(jié)、固定座、轉(zhuǎn)矩傳感器、方向盤(pán)等。 試驗(yàn)臺(tái)的工作原理為：當(dāng)手動(dòng)輸入一定的轉(zhuǎn)矩，模擬駕駛員轉(zhuǎn)動(dòng)方向盤(pán)時(shí)，方向盤(pán)上的力矩傳遞給轉(zhuǎn)向軸，帶動(dòng)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(shí)，轉(zhuǎn)向軸上的轉(zhuǎn)矩傳感器隨轉(zhuǎn)向軸轉(zhuǎn)動(dòng)，獲得方向盤(pán)轉(zhuǎn)矩信號(hào)，傳遞給工控機(jī)，工控機(jī)由預(yù)先設(shè)定的理想助力轉(zhuǎn)矩算出電機(jī)的助力轉(zhuǎn)矩，控制電機(jī)輸出助力矩。助力電機(jī)的電流、電壓、助力矩由試驗(yàn)臺(tái)的測(cè)控系統(tǒng)獲得。所測(cè)的所有信號(hào)測(cè)控系統(tǒng)都會(huì)記錄并保存，用于EPS系統(tǒng)的性能分析[8]。 查閱有關(guān)書(shū)籍發(fā)現(xiàn)，一般電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)主要包括：機(jī)械式轉(zhuǎn)向器、轉(zhuǎn)矩傳感器、減速機(jī)構(gòu)、離合器、電動(dòng)機(jī)、電子控制單元和車(chē)速傳感器等[9]。翻閱大量資料后，對(duì)自己要設(shè)計(jì)的電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向試驗(yàn)臺(tái)的結(jié)構(gòu)也有了比較清晰的認(rèn)識(shí)，在一般的電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向器上加上臺(tái)架，試驗(yàn)板，阻力加載裝置等。重點(diǎn)參考南京東華轉(zhuǎn)向器廠的電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向試驗(yàn)臺(tái)的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。 參考文獻(xiàn) [1] Xu Hanbin,Zhang Zhongfu.Offline Detection of Electric Power Steering (EPS) [J]. 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