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中 北 大 學(xué) 信 息 商 務(wù) 學(xué) 院 畢業(yè)設(shè)計(jì)開(kāi)題報(bào)告 學(xué) 生 姓 名： 劉子軒 學(xué) 號(hào)： 1301034118 系 名： 機(jī)械工程系 專 業(yè)： 車輛工程 設(shè) 計(jì) 題 目： 汽車轉(zhuǎn)向器液壓助力系統(tǒng)設(shè)計(jì) 指導(dǎo)教師: 張翼 2017年3 月3日  畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 開(kāi) 題 報(bào) 告 1．文獻(xiàn)綜述： (1) 選題背景 汽車的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的性能是汽車的主要性能之一，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的性能直接影響到汽車的操縱穩(wěn)定性，它對(duì)于確保車輛的安全行駛、減少交通事故以及保護(hù)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(shè)計(jì)主要總數(shù)國(guó)內(nèi)外轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的研究發(fā)展，介紹各轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)原理及其關(guān)鍵技術(shù)并提出汽車轉(zhuǎn)向系的發(fā)展趨勢(shì)，合理地設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，使汽車具有良好的操縱性能。這始終是設(shè)計(jì)人員的重要研究課題，在車輛高速化、駕駛?cè)藛T非職業(yè)化、車流密集化的今天，針對(duì)更多不同水平的駕駛?cè)巳?，汽車的易操縱性設(shè)計(jì)顯得尤為重要。電子控制動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)(簡(jiǎn)稱EPS),根據(jù)動(dòng)力源不同又可分為液壓式電子控制動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（液壓式EPS，又作EHPS）和電動(dòng)式電子控制動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（電動(dòng)式EPS）。EHPS是在傳統(tǒng)的液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的基礎(chǔ)上增設(shè)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(gòu)成的，電子控制單元根據(jù)檢測(cè)到的車速信號(hào)，控制電磁閥的開(kāi)度，使轉(zhuǎn)向動(dòng)力放大倍率實(shí)現(xiàn)連續(xù)可調(diào)，從而滿足高、低速時(shí)的轉(zhuǎn)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(duì)于舒適、安全性能要求的不斷提高，對(duì)轉(zhuǎn)向器的安全性及操作穩(wěn)定性的要求也進(jìn)一步提高。本次設(shè)計(jì)通過(guò)分析轉(zhuǎn)向器的功能要求，結(jié)合轉(zhuǎn)向器的布置設(shè)計(jì)，比較各類型的轉(zhuǎn)向器的優(yōu)缺點(diǎn)設(shè)計(jì)一款轉(zhuǎn)向器。根據(jù)一些指定的參數(shù)結(jié)合《汽車設(shè)計(jì)》和其他相關(guān)書(shū)籍中關(guān)于轉(zhuǎn)向器的理論知識(shí)，給出優(yōu)化設(shè)計(jì)的目標(biāo)函數(shù)和設(shè)計(jì)變量的選擇范圍使設(shè)計(jì)出的轉(zhuǎn)向器液壓助力器符合使用要求。作為汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的一個(gè)重要組成部分，轉(zhuǎn)向器對(duì)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(zhuǎn)向器的設(shè)計(jì)極為重要。通過(guò)對(duì)轉(zhuǎn)向器的優(yōu)化設(shè)計(jì)，使其達(dá)到汽車總體設(shè)計(jì)的要求，以達(dá)到對(duì)汽車的機(jī)構(gòu)整體優(yōu)化，更好地提高相應(yīng)性能，達(dá)到更高水平。通過(guò)此次設(shè)計(jì)提高自身實(shí)習(xí)運(yùn)用有關(guān)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)、查圖表、畫(huà)圖規(guī)范等有關(guān)資料文獻(xiàn)的能力，從而進(jìn)一步培養(yǎng)自身識(shí)圖、辯圖，運(yùn)算和編寫(xiě)技術(shù)文件等基本技能。通過(guò)汽車轉(zhuǎn)向器液壓助力系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，培養(yǎng)理論聯(lián)系實(shí)際的設(shè)計(jì)思想，鞏固和加強(qiáng)所學(xué)的專業(yè)知識(shí)，加強(qiáng)機(jī)械設(shè)計(jì)計(jì)算和編寫(xiě)技術(shù)文件等的基本 功能，從事汽車設(shè)計(jì)方面的工作奠定良好的基礎(chǔ)。 （3）國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀[5] 汽車轉(zhuǎn)向器機(jī)構(gòu)涉及整車的操縱性、穩(wěn)定性和安全性，它的質(zhì)量也反映了車輛的質(zhì)量，是直接關(guān)系到車輛性能的關(guān)鍵部件。汽車轉(zhuǎn)向動(dòng)力的來(lái)源由以前的人轉(zhuǎn)變?yōu)槿肆右簤褐?。液壓助力系統(tǒng)HPS（HydraulicPowerSteering）是在機(jī)械式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的基礎(chǔ)上增加了一個(gè)液壓系統(tǒng)而成。該液壓系統(tǒng)一般與發(fā)動(dòng)機(jī)相連當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)的時(shí)候，一部分發(fā)動(dòng)機(jī)能量提供汽車前進(jìn)的動(dòng)能，另外一部分則為液壓系統(tǒng)提供動(dòng)力。由于其工作可靠、技術(shù)成熟至今仍被廣泛應(yīng)用。[6]這種助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)主要的特點(diǎn)是液壓力支持轉(zhuǎn)向運(yùn)動(dòng)，減小駕駛者作用在方向盤(pán)上的力，改善了汽車轉(zhuǎn)向的輕便性和汽車運(yùn)行的穩(wěn)定性。 機(jī)械液壓助力：[7] 機(jī)械液壓助力是我們最常見(jiàn)的一種助力方式，它誕生于1902年，由英國(guó)人Frederick W. Lanchester發(fā)明，而最早的商品化應(yīng)用則推遲到了半個(gè)世紀(jì)之后，1951年克萊斯勒把成熟的液壓轉(zhuǎn)向助力系統(tǒng)應(yīng)用在了Imperial車系上。由于技術(shù)成熟可靠，而且成本低廉，得以被廣泛普及。 機(jī)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(dòng)皮帶、儲(chǔ)油罐等等。這種助力方式是將一部分發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力輸出轉(zhuǎn)化成液壓泵壓力，對(duì)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)施加輔助作用力，從而使輪胎轉(zhuǎn)向。 根據(jù)系統(tǒng)內(nèi)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(diǎn)是無(wú)論方向盤(pán)處于正中位置還是轉(zhuǎn)向位置、方向盤(pán)保持靜止還是在轉(zhuǎn)動(dòng)，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(zhuǎn)向助力系統(tǒng)的轉(zhuǎn)向油泵雖然始終工作，但液壓助力系統(tǒng)不工作時(shí)，油泵處于空轉(zhuǎn)狀態(tài)，管路的負(fù)荷要比常壓式小，現(xiàn)在大多數(shù)液壓轉(zhuǎn)向助力系統(tǒng)都采用常流式?？梢钥吹剑还苣姆N方式，轉(zhuǎn)向油泵都是必備部件，它可以將輸入的發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)械能轉(zhuǎn)化為油液的壓力。[8] 機(jī)械液壓助力優(yōu)缺點(diǎn)： 機(jī)械液壓助力的方向盤(pán)與轉(zhuǎn)向輪之間全部是機(jī)械部件連接，操控精準(zhǔn)，路感直接，信息反饋豐富；液壓泵由發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，轉(zhuǎn)向動(dòng)力充沛，大小車輛都適用；技術(shù)成熟，可靠性高，平均制造成本低。 由于依靠發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力來(lái)驅(qū)動(dòng)油泵，能耗比較高，所以車輛的行駛動(dòng)力無(wú)形中就被消耗了一部分；液壓系統(tǒng)的管路結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，各種控制油液的閥門數(shù)量繁多，后期的保養(yǎng)維護(hù)需要成本；整套油路經(jīng)常保持高壓狀態(tài)，使用壽命也會(huì)受到影響，這些都是機(jī)械液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的缺點(diǎn)所在。[9] 電子液壓助力： 由于機(jī)械液壓助力需要大幅消耗發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力，所以人們?cè)跈C(jī)械液壓助力的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)，開(kāi)發(fā)出了更節(jié)省能耗的電子液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。 這套系統(tǒng)的轉(zhuǎn)向油泵不再由發(fā)動(dòng)機(jī)直接驅(qū)動(dòng)，而是由電動(dòng)機(jī)來(lái)驅(qū)動(dòng)，并且在之前的基礎(chǔ)上加裝了電控系統(tǒng)，使得轉(zhuǎn)向輔助力的大小不光與轉(zhuǎn)向角度有關(guān)，還與車速相關(guān)。機(jī)械結(jié)構(gòu)上增加了液壓反應(yīng)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(zhuǎn)向ECU等。[10] 電子液壓助力的原理與機(jī)械液壓助力基本相同，不同的是油泵由電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，同時(shí)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(guò)控制轉(zhuǎn)向控制閥的開(kāi)啟程度改變油液壓力，從而實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向助力力度的大小調(diào)節(jié)。[11] 電子液壓助力擁有機(jī)械液壓助力的大部分優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)還降低了能耗，反應(yīng)也更加靈敏，轉(zhuǎn)向助力大小也能根據(jù)轉(zhuǎn)角、車速等參數(shù)自行調(diào)節(jié)，更加人性化。不過(guò)引入了很多電子單元，其制造、維修成本也會(huì)相應(yīng)增加，使用穩(wěn)定性也不如機(jī)械液壓式的牢靠，隨著技術(shù)的不斷成熟，這些缺點(diǎn)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(dòng)助力：[12] EPS就是英文Electric Power Steering的縮寫(xiě)，即電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的發(fā)展方向。該系統(tǒng)由電動(dòng)助力機(jī)直接提供轉(zhuǎn)向助力，省去了液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)所必需的動(dòng)力轉(zhuǎn)向油泵、軟管、液壓油、傳送帶和裝于發(fā)動(dòng)機(jī)上的皮帶輪，既節(jié)省能量，又保護(hù)了環(huán)境。另外，還具有調(diào)整簡(jiǎn)單、裝配靈活以及在多種狀況下都能提供轉(zhuǎn)向助力的特點(diǎn)。正是有了這些優(yōu)點(diǎn)，電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)作為一種新的轉(zhuǎn)向技術(shù)，將挑戰(zhàn)大家都非常熟知的、已具有50多年歷史的液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。 駕駛員在操縱方向盤(pán)進(jìn)行轉(zhuǎn)向時(shí)，轉(zhuǎn)矩傳感器檢測(cè)到轉(zhuǎn)向盤(pán)的轉(zhuǎn)向以及轉(zhuǎn)矩的大小，將電壓信號(hào)輸送到電子控制單元，電子控制單元根據(jù)轉(zhuǎn)矩傳感器檢測(cè)到的轉(zhuǎn)距電壓信號(hào)、轉(zhuǎn)動(dòng)方向和車速信號(hào)等，向電動(dòng)機(jī)控制器發(fā)出指令，使電動(dòng)機(jī)輸出相應(yīng)大小和方向的轉(zhuǎn)向助力轉(zhuǎn)矩，從而產(chǎn)生輔助動(dòng)力。汽車不轉(zhuǎn)向時(shí)，電子控制單元不向電動(dòng)機(jī)控制器發(fā)出指令，電動(dòng)機(jī)不工作。 技術(shù)優(yōu)勢(shì)：[13] 1、節(jié)能環(huán)保 由于發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，液壓泵始終處于工作狀態(tài)，液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)使整個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)燃油消耗量增加了3％～5％，而EPS以蓄電池為能源，以電機(jī)為動(dòng)力元件，可獨(dú)立于發(fā)動(dòng)機(jī)工作，EPS幾乎不直接消耗發(fā)動(dòng)機(jī)燃油。EPS不存在液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的燃油泄漏問(wèn)題，EPS通過(guò)電子控制，對(duì)環(huán)境幾乎沒(méi)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(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)相比減少了許多元件，沒(méi)有液壓系統(tǒng)所需要的油泵、油管、壓力流量控制閥、儲(chǔ)油罐等，元件數(shù)目少，裝配方便，節(jié)約時(shí)間。[14] 3、效率高 液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)效率一般在60%～70%，而EPS的效率較高，可高達(dá)90％以上。 4、路感好 傳統(tǒng)純液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向系大多采用固定放大倍數(shù)，工作驅(qū)動(dòng)力大，但卻不能實(shí)現(xiàn)汽車在各種車速下駕駛時(shí)的輕便性和路感。而EPS系統(tǒng)的滯后特性可以通過(guò)EPS控制器的軟件加以補(bǔ)償，使汽車在各種速度下都能得到滿意的轉(zhuǎn)向助力。 5、回正性好 EPS系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，不僅操作簡(jiǎn)便，還可以通過(guò)調(diào)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(jié)構(gòu)：電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)由轉(zhuǎn)向傳感裝置、車速傳感器、助力機(jī)械裝置、提供轉(zhuǎn)向助力電機(jī)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(zhuǎn)向傳感裝置和車速傳感器傳出的信號(hào)，確定轉(zhuǎn)向助力的大小和方向，并驅(qū)動(dòng)電機(jī)輔助轉(zhuǎn)向操作。 參考文獻(xiàn)： [1] 過(guò)學(xué)迅主編.汽車設(shè)計(jì)．北京：人民交通出版社，2005 [1] 劉鴻文.材料力學(xué)-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(dòng)客車車身一車架的有限元結(jié)構(gòu)分析及實(shí)驗(yàn)研究．汽車技術(shù)，1997．10 [3] 濮良貴 紀(jì)名剛.機(jī)械設(shè)計(jì).北京：高等教育出版社，2006 [4] 陳家瑞.汽車構(gòu)造（下冊(cè)）.北京：人民交通出版社，2008 [5] 秦秀文等. 62 聯(lián)體后橋的傳動(dòng)路線及優(yōu)化方案［J］. 農(nóng)業(yè)裝備 與車輛工程，2009，（6）． [6] Lqbal Husain(美）. 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