汽车EPS系统设计与仿真研究(含CAD零件图装配图,CATIA三维图)(任务书,开题报告,文献摘要,论文说明书15000字,CAD图纸5张,CATIA三维图)
摘 要
本文以某小轿车为背景，设计了一款转向轴助力式，装有齿轮齿条转向器的电动助力转向系统。利用汽车理论与汽车设计的相关知识，计算了转向系统的基本参数，完成了EPS（ElectricPowerSteering，电动助力转向的缩写）内部相关部件的尺寸、参数计算和强度校核。同时完成了部件选型，确定了系统的内部构造。利用CATIA软件实现EPS系统的三维建模，得到了EPS系统的三维模型，并进一步转换为二维图纸。运用MATLAB/Simulink软件进行了一定量的优化和仿真工作。
首先，本文对需要进行设计的助力转向系统和电动助力转向系统分别进行了介绍，包括它的发展历史、基本原理、结构组成和三种结构分类。分析了三种结构的优缺点，为后面的选型奠定了基础。
然后根据所选取的轿车参数，进行了EPS系统的基本参数计算，包括：转向器角传动比、转向系统角传动比、良好路况下的原地转向阻力矩、作用在转向盘上的手力，为部件的选型提供依据。随后对系统中重要的部件选型计算，包括：电控单元、传感器、电动机、转向器等，确定了最终的结构组成。
接着，简述了使用CATIA软件建立整个系统简化模型的过程，着重介绍了几个重要结构的几何特征，并将装配体和部分零件模型转化为2D图纸。。
最后，本文详述了利用MATLAB软件中的优化工具箱对系统中蜗轮蜗杆减速器进行优化计算的步骤，包括目标函数，约束条件公式的选择和计算。利用软件中同软件中的Simulink组件建立了EPS的动力学模型，输入合理的信号，运行得到结果。
汽车转向系统对于汽车的重要性显而易见，EPS作为转向系统的发展趋势有很大的研究价值。本文的特色在于：充分利用所学知识和软件，完成了EPS从计算选型到建模、仿真，每一个步骤都有所涉及。可以为EPS之后的研究提供思路，有一定参考价值。
关键词：EPS系统；CATIA三维建模；蜗轮蜗杆减速器；EPS动力学模型
Abstract
Thepaperdesignsashaft-poweringEPS (AbbreviateforElectricPowerSteering) systemwitharack-piniondiverterbasedonacertaincarmodel. FullyemployingrelativeknowledgefromVehicleTheoryandVehicleDesign, thepapercalculatesbasicparametersoftheEPSsystem. Afterfinishingthecalculationandstrengthcheckingofsomekeycomponents, itcarriesouttypeselectionanddeterminesthesystem’sstructureinside. UtilizingCATIA, itcompletesthe3Dmodelingandmovesforwardtotransformitinto2Dgraphs. Attheend, thepapertakestheadvantagesofMATLAB/Simulinktocompleteacertainamountofsimulationwork.
Firstly, thepapermakesanintroductiontotheEPSsystemthatneedstobedesigned, includingitshistory, basictheories, fundamentalstructureandits3specifictypes.Throughanalyzingitsstrengthandweakness, wecangainsomeinformationforthesystem'stypeselection.
Then, accordingtothedimensionsofthecarwechose, thepapercalculatestheEPSsystem'sbasicparameters, includingDiverter'sangletransmissionratio, Steeringsystem'stransmissionratio, On-siteSteeringtorqueingoodroadconditionandHandforceonthesteeringwheel. Wecanprovidethemasfoundationsforthetypeselectionofkeycomponents. Afterwards, thepaperconductstypeselectionfortheessentialcomponentslikeECU, sensors, motor, diverter, etc.
Next, thepaperintroducestheprocessofusingCATIAtoconstructthewhole3Dmodelinbriefwiththeemphasisonseveralkeystructures' geometricalfeatures. Atthesametime, ithasshownseveralpicturesofthe3Dmodel.
Atlast, thepaperillustrateshowtouseOptimizationToolboxinMATLABtocompletetheoptimizationofwormgearreducer, includingthewaytobuildandtosolvethetargetfunctionandinequalityconstrains. AswellasutilizingSimulinkmoduletoestablishEPSsystem'sdynamicmodel. Throughputtingintoreasonablesignals, wecanrunforthegraphs.
Theimportanceofthesteeringsystemtoavehiclecanbeapparent. EPS, tobeitstrendofdevelopment, isofgreatvaluetobestudied.ThecharacteristicofthepaperliesonthatitmakesfulluseoftheknowledgeandsoftwaretocompletethewholeprocessofdesigninganEPSsystemfromcalculation, modelingtosimulation. Itcanprovidethefuturestudywithsomeinspirationsandisofcertainreferencevalue.
Keywords：EPSSystem;CATIAModeling; WormGearReducer;EPS’sDynamicModel
3.1某轿车有关转向系统的参数
我们选定某轿车2017款作为研究对象，根据汽车之家网站提供的汽车参数[7]，我选取了部分与本次设计有关的参数，如下表所示
表3.1某轿车2017款的相关基本参数表
项目 数值
整车质量m/kg m=1760kg
轴距L/mm L=3180mm
前轮轮距B_1/mm B_1=1600mm
后轮轮距B_2/mm B_2=1626mm
最小转弯半径R/m R=6.25
轮胎规格 245/45R18
轮胎气压p/kpa P=250kpa
前后轴负荷比 1
转向盘直径D_sw/mm D_sw=380
发动机排量V/L V=2.0
方向盘总圈数n n=2
目录
第1章绪论 1
1.1 设计的目的及意义 1
1.2 助力转向系统的概述 1
1.3 电动助力转向系统发展历史和研究现状 2
1.3.1 电动助力转向系统的历史 2
1.3.2电动助力转向系统的国内外发展现状 2
1.4研究的主要内容 3
第2章EPS系统的结构与类型分析 4
2.1 EPS的结构组成 4
2.2EPS基本工作原理 4
2.3 电动助力转向系统的分类 4
2.4本章小结 5
第3章 EPS系统选型 6
3.1 某轿车有关转向系统的参数 6
3.2 基本参数的确定 6
3.2.1内外转向轮的最大转角α和β 6
3.2.2转向系统角传动比 7
3.2.3原地转向阻力矩Mr 7
3.2.4转向盘上的力Fh 8
3.3 助力方式的选取 8
3.4 关键部件的选型和计算 9
3.4.1 电控单元的选型 9
3.4.2 传感器的选型 9
3.4.3 助力电机的选型和计算 11
3.4.4 齿轮齿条转向器 13
3.4.5 离合器 15
3.4.6 减速器 16
3.4.7 转向传动机构部件的设计 17
3.5本章小结 17
第4章基于CATIA平台的EPS结构设计 18
4.1 CATIA软件简介 18
4.2CATIA中零件模型的创建 18
4.3 CAITA中装配模型的创建 19
4.4本章小结 19
第5章基于Matlab的蜗轮蜗杆减速器设计优化 20
5.1蜗轮蜗杆减速器的选型与选材 20
5.2目标函数选取 20
5.3 确定约束条件 20
5.3.1 几何参数的约束 20
5.3.2 性能约束条件 21
5.4 优化的结果 23
5.5本章小结 23
第6章 EPS动力学数学模型的建立 24
6.1 EPS数学模型的结构 24
6.2 EPS动力学模型 25
6.3 在Simulink中间搭建模型 25
6.3.1 Simulink软件的介绍 25
6.3.2 EPS模型的建立 25
6.4模型的仿真 28
6.4.1模型的输入 28
6.4.1模型的输出 29
6.5本章小结 30
第7章总结与展望 31
7.1 总结 31
7.2 展望 31
参考文献 32
附录 33
致谢 34
|
