汽车转向器液压助力系统设计------刘子轩-----开题报告
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中北大学信息商务学院
毕业设计开题报告
学生姓名：刘子轩学号：1301034118
系名：机械工程系
专业：车辆工程
设计题目：汽车转向器液压助力系统设计
指导教师:张翼
2017年3 月3日
毕业设计开题报告
1．文献综述：
(1)选题背景
汽车的转向系统的性能是汽车的主要性能之一，转向系统的性能直接影响到汽车的操纵稳定性，它对于确保车辆的安全行驶、减少交通事故以及保护驾驶员的人身安全、改善驾驶员的工作条件起着重要的作用。本次课题设计主要总数国内外转向系统的研究发展，介绍各转向系统的结构原理及其关键技术并提出汽车转向系的发展趋势，合理地设计转向系统，使汽车具有良好的操纵性能。这始终是设计人员的重要研究课题，在车辆高速化、驾驶人员非职业化、车流密集化的今天，针对更多不同水平的驾驶人群，汽车的易操纵性设计显得尤为重要。]1[电子控制动力转向系统(简称EPS),根据动力源不同又可分为液压式电子控制动力转向系统（液压式EPS，又作EHPS）和电动式电子控制动力转向系统（电动式EPS）。EHPS是在传统的液压动力转向系统的基础上增设了控制液体流量的电磁阀、车速传感器和电子控制单元等装置构成的，电子控制单元根据检测到的车速信号，控制电磁阀的开度，使转向动力放大倍率实现连续可调，从而满足高、低速时的转向助力要求。]2[
(2)课题研究意义
随着汽车工业的飞速发展以及人们对于舒适、安全性能要求的不断提高，对转向器的安全性及操作稳定性的要求也进一步提高。本次设计通过分析转向器的功能要求，结合转向器的布置设计，比较各类型的转向器的优缺点设计一款转向器。根据一些指定的参数结合《汽车设计》和其他相关书籍中关于转向器的理论知识，给出优化设计的目标函数和设计变量的选择范围使设计出的转向器液压助力器符合使用要求。]3[作为汽车转向系统的一个重要组成部分，转向器对汽车的操纵稳定性和驾驶员的安全驾驶有这直接的影响。]4[特别是在车辆高速化，车流密集化的今天，汽车转向器的设计极为重要。通过对转向器的优化设计，使其达到汽车总体设计的要求，以达到对汽车的机构整体优化，更好地提高相应性能，达到更高水平。通过此次设计提高自身实习运用有关机械设计手册、查图表、画图规范等有关资料文献的能力，从而进一步培养自身识图、辩图，运算和编写技术文件等基本技能。通过汽车转向器液压助力系统的设计，培养理论联系实际
的设计思想，巩固和加强所学的专业知识，加强机械设计计算和编写技术文件等的基本功能，从事汽车设计方面的工作奠定良好的基础。
（3）国内外研究现状[5]
汽车转向器机构涉及整车的操纵性、稳定性和安全性，它的质量也反映了车辆的质量，是直接关系到车辆性能的关键部件。汽车转向动力的来源由以前的人转变为人力加液压助力。液压助力系统HPS（HydraulicPowerSteering）是在机械式转向系统的基础上增加了一个液压系统而成。该液压系统一般与发动机相连当发动机启动的时候，一部分发动机能量提供汽车前进的动能，另外一部分则为液压系统提供动力。由于其工作可靠、技术成熟至今仍被广泛应用。[6]这种助力转向系统主要的特点是液压力支持转向运动，减小驾驶者作用在方向盘上的力，改善了汽车转向的轻便性和汽车运行的稳定性。
机械液压助力：[7]
机械液压助力是我们最常见的一种助力方式，它诞生于1902年，由英国人Frederick W. Lanchester发明，而最早的商品化应用则推迟到了半个世纪之后，1951年克莱斯勒把成熟的液压转向助力系统应用在了Imperial车系上。由于技术成熟可靠，而且成本低廉，得以被广泛普及。
机械液压助力系统的主要组成部分有液压泵、油管、压力流体控制阀、V型传动皮带、储油罐等等。这种助力方式是将一部分发动机动力输出转化成液压泵压力，对转向系统施加辅助作用力，从而使轮胎转向。
根据系统内液流方式的不同可以分为常压式液压助力和常流式液压助力。常压式液压助力系统的特点是无论方向盘处于正中位置还是转向位置、方向盘保持静止还是在转动，系统管路中的油液总是保持高压状态；而常流式液压转向助力系统的转向油泵虽然始终工作，但液压助力系统不工作时，油泵处于空转状态，管路的负荷要比常压式小，现在大多数液压转向助力系统都采用常流式。可以看到，不管哪种方式，转向油泵都是必备部件，它可以将输入的发动机机械能转化为油液的压力。[8]
机械液压助力优缺点：
机械液压助力的方向盘与转向轮之间全部是机械部件连接，操控精准，路感直接，信息反馈丰富；液压泵由发动机驱动，转向动力充沛，大小车辆都适用；技术成熟，可靠性高，平均制造成本低。
由于依靠发动机动力来驱动油泵，能耗比较高，所以车辆的行驶动力无形中就被消耗了一部分；液压系统的管路结构非常复杂，各种控制油液的阀门数量繁多，后期的保养维护需要成本；整套油路经常保持高压状态，使用寿命也会受到影响，这些都是机械液压助力转向系统的缺点所在。[9]
电子液压助力：
由于机械液压助力需要大幅消耗发动机动力，所以人们在机械液压助力的基础上进行改进，开发出了更节省能耗的电子液压助力转向系统。这套系统的转向油泵不再由发动机直接驱动，而是由电动机来驱动，并且在之前的基础上加装了电控系统，使得转向辅助力的大小不光与转向角度有关，还与车速相关。机械结构上增加了液压反应装置
和液流分配阀，新增的电控系统包括车速传感器、电磁阀、转向ECU等。[10]
电子液压助力的原理与机械液压助力基本相同，不同的是油泵由电动机驱动，同时助力力度可变。车速传感器监控车速，电控单元获取数据后通过控制转向控制阀的开启程度改变油液压力，从而实现转向助力力度的大小调节。[11]
电子液压助力拥有机械液压助力的大部分优点，同时还降低了能耗，反应也更加灵敏，转向助力大小也能根据转角、车速等参数自行调节，更加人性化。不过引入了很多电子单元，其制造、维修成本也会相应增加，使用稳定性也不如机械液压式的牢靠，随着技术的不断成熟，这些缺点正在被逐渐克服，电子液压助力已为很多家用车型选择。
电动助力：[12]
EPS就是英文Electric Power Steering的缩写，即电动助力转向系统。电动助力转向系统是汽车转向系统的发展方向。该系统由电动助力机直接提供转向助力，省去了液压动力转向系统所必需的动力转向油泵、软管、液压油、传送带和装于发动机上的皮带轮，既节省能量，又保护了环境。另外，还具有调整简单、装配灵活以及在多种状况下都能提供转向助力的特点。正是有了这些优点，电动助力转向系统作为一种新的转向技术，将挑战大家都非常熟知的、已具有50多年历史的液压转向系统。
驾驶员在操纵方向盘进行转向时，转矩传感器检测到转向盘的转向以及转矩的大小，将电压信号输送到电子控制单元，电子控制单元根据转矩传感器检测到的转距电压信号、转动方向和车速信号等，向电动机控制器发出指令，使电动机输出相应大小和方向的转向助力转矩，从而产生辅助动力。汽车不转向时，电子控制单元不向电动机控制器发出指令，电动机不工作。
技术优势：[13]
1、节能环保由于发动机运转时，液压泵始终处于工作状态，液压转向系统使整个发动机燃油消耗量增加了3％～5％，而EPS以蓄电池为能源，以电机为动力元件，可独立于发动机工作，EPS几乎不直接消耗发动机燃油。EPS不存在液压动力转向系统的燃油泄漏问题，EPS通过电子控制，对环境几乎没有污染，更降低了油耗。
2、安装方便 EPS的主要部件可以配集成在一起，易于布置，与液压动力转向系统相比减少了许多元件，没有液压系统所需要的油泵、油管、压力流量控制阀、储油罐等，元件数目少，装配方便，节约时间。[14]
3、效率高液压动力转向系统效率一般在60%～70%，而EPS的效率较高，可高达90％以上。