轿车前轮主动转向系统机械结构设计-开题报告

纸， 明书全套毕业设计均有 毕业设计（论文） 开题报告 学生姓名 系部 汽车与交通工程学院 专业、班级 指导教师姓名 职称 实验员 从事 专业 汽车运用技术 是否 外聘 是 否 题目名称 轿车前轮主动转向系统机械结构设计 一、 课题研究 现状、 选题 目的 和意义 汽车上用来改变或恢复其行驶方向的专设机构称为汽车转向系统。汽车的转向系统是用来改变汽车行驶方向和保持汽车直线行驶的机构，转向操纵机构主要由转向盘、转向轴、转向管柱等组成。转向器将转向盘的转动变为转向摇臂的摆动或齿条轴的直线往复运动，并对转向操纵力进行放大的机构。转向器一般 固定在汽车车架或车身上，转向操纵力通过转向器后一般还会改变传动方向。 在汽车转向行驶时，保证各转向轮之间有协调的转角关系，机械转向系依靠驾驶员的手力转动转向盘，经转向器和转向传动机构使转向轮偏转。转向器属于汽车系统中的关键部件，它在汽车系统中占有重要位置，因而它的发展同时也反映了汽车工业的发展，它的规模和质量也成为了衡量汽车工业发展水平的重要标志之一。 作为汽车的一个重要组成部分，汽车转向系统是决定汽车主动安全性的关键总成，如何设计汽车的转向特性，使汽车具有良好的操纵性能，始终是各汽车生产厂家和科研机构的重要 研究课题。特别是在车辆高速化、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，汽车的操纵设计显得尤为重要。 前轮主动转向系统与其控制技术的有机结合有效的提高了汽车行驶的安全性和稳定性，极大地提高了汽车的使用性能，二者相辅相成，缺一不可。本次设计主要是通过对主动转向特性的分析，熟悉主动转向系统控制器的工作原理，设计轿车前轮主动转向系统机械结构，并对其部分零件进行有效性的校核，完成转向系统的机械部分的设计。 自从汽车发明以来，驾驶转向的传动装置通常都是固定的，方向盘与前轮的转向角度比始终一成不变 。如果采用直接转向，驾驶者在过急弯时就不需要大幅转动方向盘，但是在高速行驶时，方向盘细微的动作都将会影响到行驶稳定性；反过来说，转向系统越是间接，车辆在高速公路上的行驶稳定性就越高，但是必须牺牲过弯时的操控性。所以，传统的转向系统都必须在安全性与舒适性之间做出权衡。 而 主动转向系统保留了传统转向系统中的机械构件，包括转向盘、转向柱、齿轮齿条转向机以及转向横拉杆等。其最大特点就是在转向盘和齿轮齿条转向机之间的转向柱上集成了一套双行星齿轮机构，用于向转向轮提供叠加转向角。主动转向系统通过一组双行星齿轮机构实现了 独立于驾驶员的转向叠加功能，完美地解决了低速时转向灵活轻便与高速时保持方向稳定性的矛盾，并在此基础上通过转向干预来防止极限工况下车辆转向过多的趋势，进一步提高了车辆的稳定性。同时，该系统能方便地与其他动力学控制系统进行集成控制，为今后汽车底盘一体化控制奠定了良好的基础。 主动转向系统的的双行星齿轮机构包括左右左右两副行星齿轮机构，公用一个行星架进行动力传递，左侧的主动太阳轮与转向盘相连，将转向盘上输入的转向角经由行星架传递给右侧的行星齿轮副，而右侧的行星齿轮具有两个转向舒服自由度，一个是行星架传递的转向盘转 角，另一个是由伺服电机叠加转角输入。右侧的太阳轮作为输出轴，其输出的转向角度是由转向盘转向角度与伺服电动驱动的行星架转动方向与转向盘相同，增加了后者的实际转向角度，高速时，伺服电动机电机驱动的行星架与转向盘转向相反，叠加后减少了实际的转向角度，转向过程变得更为间接，提高了汽车的稳定性和安全性。 转动车轮所用的力量，并不是由电动 机 决定，而是由独立的转向助力系统与传统的转向装置一同决定的。主动式转向系统的其他组成部件还包括判定当前驾驶条件和驾驶者指令的独立控制单元纸， 明书全套毕业设计均有 和多个传感器。 主动前轮转向系统随着汽车技术的发展 受到国内外的重视，同济大学和北京科技大学都对主动前轮转向系统有着深入的研究，随着汽车技术的发展和人们对于汽车安全性能要求的提高，会有更多的技术运用到主动前轮转向系统当中来。 在国外，上世纪 60 年代就已经开始了对主动转向系统的研究，而近几年这项技术才从理论阶段应用于实车上。比较典型的就是德国宝马公司和 司开发的一套主动前轮系统，此系统已经装备于部分宝马 3 系和 5 系车之上。 宝马的 转向系统主要是主动转向控制器通过对驾驶员输入的方向盘转角的叠加 /减的控制实现转向传动比的改变的。低速时，电动马达的作用与驾驶者转动方向 盘的方向一致，可以减少对转向力的需求。一直行驶至中速状态之前，它将提供比传统轿车更直接的转向传动比，转向操作保持轻松省力。在高速时电动马达的运转方向与驾驶者转动方向盘方向相反，这就减少了前轮转向角度，使转向更直接。此系统完美地解决了汽车低速转向轻便与高速转向稳重的矛盾，有效地抑制侧向干扰，提高了整车稳定性。 此套主动转向系统 可以根据车速变化而不断改变转向系统中主动齿轮与被动齿条的传动比。通常一般轿车的转向传动比是 16:1 和 18:1 之间，例如 50km/h 时， 当 转动方向盘 10 度 时 ，前轮即可转动1 度，而普通轿车需 要转动 16才能让前轮转动 1 度。反之，在高速时，例如，当车速达到 200km/带有主动转向系统的汽车 转动方向盘 20 度才能让前轮转动 1 度 。 除了可变传动比设计外，稳定性控制功能是宝马主动转向系统最大的特点。危险工况下该系统通过独立于驾驶员的转向干预来稳定车辆，通过主动改变驾驶员给定的转向盘转角使得车辆响应尽可能与理想的车辆响应特性相一致。 主动转向系统还有很重要的一点就是更安全，这一点主要体现在车辆高速行驶中的突然转向。例如在公路上高速行驶时突然变线以超越另一辆车然后回 到车道时，或者高速行驶中突然发现前方有障碍物需要急转弯时，很容易出现转向不足或者转向过度，车辆将偏离自己预定的方向，可能失去控制。在这种情况下，通常宝马车系的 主动转向 系统通过干预制动过程控制车辆的稳定，行车速度将大幅度降低，增加能量的损耗。而主动式转向系统从转向一开始就会判断转向后出现的情况，通过电子控制的机械调控器自动修正转向角度，干预降低偏航情况的发生。而 此 系统不必像在其他车辆中那样干预驾驶，保证车辆行驶的平稳性。 本设计通过整合已有的 的设计，通过努力，阅读大量的文献，掌握转向系统机械部分设计的基本步骤 和要求，以及制图的步骤和规则，掌握转向系统机械部分的相关设计方法，以及进一步更扎实汽车设计基本知识，学会使用 行基本二维制图，同时提高分析问题和解决问题的能力。 转向 系统机械部分的设计有利于提高汽车的整体性能，同时提高我们综合运用知识的能力和技能。通过课题的设计，积累相关理论知识，通过设计还可以系统的培养工程文化素养，有利于未来的发展。 二、 设计（论文） 的基本内容 、 拟解决的主要问题 设计的基本内容： 蜗杆滚轮式，蜗杆指销式，齿轮齿条式等。 结构 特点。 点 。 主动转向系统 机械部分 基本结构，工作原理等。 转向器的结构选择等 。 要性能参数的 计算。转向系统的效率，转向系统的传动比，刚度等 制 维图纸。 拟解决的主要问题： 械 结构形式的选择 。 要性能参数计算。 纸， 明书全套毕业设计均有 三、 技术路线（研究方法） 转向器结构选择 基础数据计算 主要参数选择 校核 编写说明书并绘制 根据题目查阅相关资料 否 转向系统的效率 转向系统的传动率与传动比 转向系统的刚度 齿轮齿条式转向器的设计 转向操纵机构设计计算 主动转向系统设计 纸， 明书全套毕业设计均有 四、 进度安排 1） 调研、查阅参考资料，了解 转向器 的功能、主要结构。 撰写开题报告。 第 2 周（ 3 月 1 日 3 月11 日） （ 2） 开题。 第 2 周（ 3 月 11 日） （ 3） 分析并确定 转向器 的具体结构形式，主要零部件及相互位置关系。根据给定的设计参数，按照有关的设计要求和顺序进行具体结构尺寸参数计算及其他有关参数的选配 ， 针对给定的设计参数优选 转向器 的总体方案。 第 3 周（ 3 月 12 日 3 月 20 日） （ 4）进行转向器零部件的设计计算。 第 4 5 周 （ 3 月 21 日 4 月 2 日） （ 5）完成部分设计图纸， 折合 0# 图纸 1 张，完成说明书初稿 。 第 6 周 8 周（ 4 月 3 日 4 月 22日） （ 6）中期检查。第 8 周（ 4 月 22 日） （ 7） 完成转向器装配图、主要零件图，完成设计说明书 第 913 周（ 4 月 23 日 5 月 27 日） （ 8）设计及说明书初稿提交。第 13 周（ 5 月 27 日） （ 9）毕业设计审核、修改。 第 14 16 周（ 5 月 28 日 6 月 17 日） （ 10）毕业设计答辩。 第 17 周（ 6 月 18 日 6 月 20 日） 五、 参考文献 1 蒋励 ,余卓平 ,高晓杰 J2 王望予主编 第四版 M. 北京 :机械工业出版社 ,2005 3 陈家瑞主编 M. 北京 :人民交通出版社 ,4 刘惟信主编 M. 北京 :清华大学出版社 ,2006 5