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东风K74M转向系统设计文献综述

 2020-04-25 20:22:18  

1.目的及意义

1、 目的及意义(含国内外的研究现状分析 )

汽车在行驶过程中,需要按照驾驶人的意志经常改变其行驶方向。即所谓汽车转向。在汽车直线行驶时,往往转向轮也会受到路面侧向干扰力的作用,自动偏转而改变行驶方向。此时,驾驶人也可以利用这套机构使转向轮向相反的方向偏转,从而使汽车恢复原来的行驶方向。这一套机构,称为汽车转向系统1

汽车转向系统分为机械转向系统和助力转向系统两大类2。汽车助力转向系统经历了从机械式液压助力转向系统(hydraulicpower steering,HPS),发展到电动液压助力转向系统(ElectricallyPower Hydraulic Steering,EHPS)和电动助力转向系统(ElectricPower Steering,EPS)及线控转向系统(Steer-by-wire,SBW)。3

HPS结构紧凑、功率密度高、可靠性好。然而,传统的HPS只能得到单一的助力特性,这导致HPS无法兼顾汽车在不同车速下的助力转向要求。另外,HPS中液压油泵是由发动机驱动,在汽车行驶过程中,无论是否转向,HPS都处于工作状态,导致HPS内部存在一定的节流损失,经济性较差。4

二十世纪八十年代以来,为了解决传统液压助力转向系统转向轻便性与操纵稳定性不可兼得的问题,提高汽车的行驶安全性和安全性,出现了多种电子控制的转向系统,电动液压助力转向系统(EPS)即是其中之一,EPS在机械液压助力转向系统的基础上增加了电机减速器总成、电控单元及相应的一些传感器如转向盘转矩传感器、车速传感器等。EPS 输出助力大小可随车速改变,低速时,输出助力较大,可使转向轻便;高速时,输出助力减少,甚至产生阻力矩,使转向沉稳.

自1953年通用汽车公司使用液压动力转向系统使驾驶员的转向操纵力大大降低,转向的灵敏性得到了提高,随着生产技术的发展,动力转向系统在体积,价格,消耗的功率等方面都取得了惊人的进步。在20世纪80年代后期,发了变减速比,电控液压动力转向系统。但是动力转向系统的技术革新都是基于液压动力转向系统的,无法消除HPS系统在布置、安装、密封性、操纵灵敏度、能量消耗、磨损与噪声等方面的缺陷。直到1988年日本铃木公司首次开发出一种全新的电子控制式电动助力转向系统,才真正摆脱了液压动力转向系统的束缚5】【6

EPS 是汽车转向技术的发展方向之一,无论是在国外还每百公里可节油达 0.33L,相应地也减少了约 8g/km 的二氧化碳排放量。因此,EPS 在轿车及其他轻型车辆上得到了广泛的应用。然而,是在国内都是一个研究热点。相比于传统 HPS,EPS 可实现可变助力特性,而且 EPS 效率高、节能环保,TRW公司的数据表明其公司生产的EPS受多方面的制约,其助力电机的功率一般小于 500W,阻碍了 EPS 在中重型车辆上的推广应用。7

SBW系统节能环保性能优异,但是对汽车可靠性和安全性仍有待不断验证。目前各国的汽车法规规定,道路上行驶的车辆转向机构必须有机械连接,不允许采用全动力转向系统。8

电动液压助力转向系统(EHPS)与EPS、HPS都有相似点与不同点,系统中转向液压泵不再HPS中用发动机进行驱动,取而代之的是由电动机驱动并且加装了电控单元对整个系统进行控制。外加装的电控单元与EPS中提到的基本相同,电控单元通过对系统中的传感器信息进行采集,同时控制电动机或其他组件的工作状态,来控制液压系统中液压油的流量,从而使得助力的大小可以根据电控单元的指令进行变化。9

EHPS 主要有以下三个优点:

1)EHPS 可根据汽车车速和转向盘转速的改变而输出不同的助力。同时,工作平顺、功率密度高。

2)EHPS符合节能与环保的要求。

3)EHPS结构更加紧凑,方便安装。10

EHPS国内外研究现状及最新发展趋势:

对于EHPS,其研究已有几十年了,早在1987年日本富士重工株式会社成功地在SubaruXT型汽车上装配了该助力转向系统。另外,美国的Delphi公司、Dana公司以及德国的ZF公司和日本的KOYO公司也相继开发了EHPS系统。韩国的Yong-KyounKim,Jun—HyukChoi and Jill Hur在2007年分析了用于42V车辆上的EHPS系统电动泵的发展状况,并采用等效磁路方法分析并设计了永磁同步电动机,该电动机通过了实验验证。11

国内对电动液压助力转向系统的研究还在处于初级阶段,研究机构正加大力度对其进行研究,但是由于国内关于这方面的资料很少,同时国外对此方面技术非常保密,所以国内在这方面比起国外还处于落后,仅有几家公司研发的EHPS批量用在实车上,大多数厂家都是有少量的产品在样车上进行实验,没有真正批量装车上路。所以说在国内对EHPS研发是个热门的行业,有广阔的前景。

电动液压助力转向系统最新发展趋势为:

(1)提高液压系统的工作效率。

(2)于商用车车辆使用的转向系统,应满足大功率、响应快等要求。

(3)国内外一直对轻型车的转向系统进行研发,反而中重型商用车还一直采用传统液压助力转向系统,所以说应开发适用

(4)进一步提高驾驶员的驾驶乐趣、减轻转向负担,提供良好地路感12

论文选题的意义

电动液压助力转向系统是转向系统技术的发展趋势,是未来转向技术的研究方向,对EHPS深入开展研究,不仅对我国汽车技术的发展、工业的发展都非常有意义,同时就技术差距来说,我国汽车工业会逐步追赶发达工业国家的技术,最后,也是最重要的一点,节能减排、保护环境,可以为社会及经济发展提供更大的帮助。目前传统车辆的发展受到能源问题、环境问题以及经济性等问题的严格限制。作为重要化工原料——石油,有一半以上是作为机动车的燃料,因此改善车辆中节能系统是不可忽视的。电动液压助力转向系统使油泵的运行状态与发动机脱离,可单独控制,以减少油耗和降低排放。将转向助力的提供控制的更加精确13】【14】【15

论文选题及目的:

针对中重型商用车现有的液压助力转向系统存在的高速转向时助力过大,失去路感的缺点和液压泵由发动机驱动,浪费发动机有用功的缺陷,并且由于商用车在电动液压助力转向系统方面的技术缺陷,本文提供了一种由外部电动机驱动液压泵,同时可根据车辆助力需求提供相应的助力大小,有效提高汽车转向操纵性且节约能耗的主要应用于商用车的电动液压助力转向系统。此转向系统应用在商用车上,具有助力大、能量密度高、节能、助力手感随车速可变等优点。


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2. 研究的基本内容与方案

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2、基本内容和技术方案

在转向系统中一直涉及到一个问题,就是汽车在初期进行设计时,若保证了在低速行驶或原地转向时提供足够的辅助助力,在高速行驶转向的话,会导致提供的助力过大,稍微转动一下转向盘就导致很大的转向反应,不仅失去路感,并且会直接影响到车辆的行车安全。 解决这一问题的方法都是采用折中调和的方案,不能使所有工况都达到理想状况。

随着汽车技术及高速公路的快速发展,汽车车速的提升,这一矛盾越来越突出,另外,对助力转向系统也提出了节能的要求。电控液压助力转向系统在传统液压助力转向系统的基础上,通过增加电控单元部分,对整个系统中液压油流量的相关参数进行调节,从而改变转向系统的助力特性,主要根据车速的变化量来控制系统所提供的助力值,使高速时转向稳定,有良好的路感;随车速的降低提高系统的助力,使低速时转向轻便,司机更省力。

本论文课题为东风K74M商用车转向系统设计,基于 EHPS 国内外研究现状以及我国在商用车上的EHPS 研究仍处于初级阶段,本文从实际出发,结合理论知识、系统设计的研究方法,研发出一套新型商用车电动液压助力转向系统,具体研究内容如下:

(1) EHPS 的数学模型建立。在阅读大量文献的基础上通过对 EHPS 系统各部分进行理论分析研究得到系统的数学模型。依据对数学模型的分析研究结合对汽车转向路感的研究设计得到 EHPS 的理想助力特性,进而得到 EHPS 转向控制策略,该策略须满足不同车速下助力特性可变的要求。

(3)完成转向运动校核。

(4)完成各转向部件结构(电机,液压油泵,转向柱,油缸等)设计

(5) EHPS仿真模型的搭建及仿真研究。基于已得到的数学模型,使用仿真软件软件建立 EHPS系统的仿真模型,导入控制策略,设定适当的车身及路面参数,运行仿真对前文所制定助力控制策略的效果进行验证。进行仿真,得到跟准确的数据,改进EHPS控制器程序编写.


3. 参考文献

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