论文杭州电子科技大学

470238492

杭州电子科技大学
毕业设计（论文）开题报告
题    目        1.5吨叉车电动助力转向系统电路设计
学    院        机械工程学院
专    业        车辆工程
姓    名        白纪龙
班    级        08010511
学    号        08015105
指导教师        吕永桂


































一、电动助力转向系统国内外的研究现状
1.1  叉车转向系统的衍变（其实是动力的不断改变）[1]
A、机械式
以人的体力作为为转向能源，但是这样会造成很大的资源浪费，而且尺寸过于庞大，安装也不方便。另外从舒适性来讲也不是很好，噪音也比较大
B、HPS式
是在机械转向系统上加了转向家里装置（一套液压系统），操纵灵活轻便工作无噪声，尺寸小，但是耗能比较厉害，最主要的不环保，存在油液泄露问题，维修起来也比较麻烦。还有就是效率低路感低
C、电控HPS式
控制方式虽然发生改变但本质仍然是HPS，只是操控上更灵活，但HPS所具有的缺点依然存在
D、EPS式
依靠电动机提供动力来实现转向，助力性能优、效率高、耗能少、路感好、环保、可独立于发动机工作、装配性好且易于布置
1.2  叉车电动助力转向系统国内外的研究现状[2][3][4]
    所以随着汽车技术的发展以及人们逐渐追求安全、轻便、舒适的驾驶环境的心理，使得汽车转向系统由普通转向系统向动力转向系统发展。动力转向装置主要有气动／液动助力转向和电动助力转向，其中电动助力转向因为具有装置(EPS)轻便、简单、节能、清洁等优点，倍受人们青睐。逐渐有取代其它助力方式的趋势。所以为解决国产电动叉车转向功能普遍采用液压助力转向系统而带来易漏油、结构复杂等问题，将电动助力转向(EPS)技术引入电动叉车转向系统设计中已经成为必然。
EPS系统是一种在机械转向系统的基础上，依靠电动机提供辅助扭矩的动力转向系统。由于它有利于环保，安装方便，而且能提高主动安全性，并且助力特性可以根据转向速率、车速等参数设计为可变助力特性，所以一经出现就受到高度重视。在国外，EPS已部分取代传统液压动力转向，成为世界汽车技术发展的研究热点。由于目前汽车蓄电池输出功率的限制，使EPS助力电动机提供的扭矩有限，所以EPS最先应用在小型车和家庭轿车上。然而现在它已广泛应用于较大型车辆上。这种扩大要归功于社会对节能型转向系统的需求，而且由于控制技术的进步使电动助力转向器性能达到甚至超过液力转向器的性能EPS应用到较大型车辆上的技术关键点是能提供大的辅助轴向力，因为中型或大型车辆需要的轴向力可达10000N，甚至更高。然而，在目前大多数汽车配装l2V电压系统的情况下，由于电动转向器的电机电流的限制，电机输出扭矩的增加受到很大限制。欧洲汽车制造商在研究配有42V电压系统的中型车辆上应用EPS方面走在了前头，而在拓展EPS的应用方面，日本的KOYO、NSK、HONDA及美国的DELPHI、TRW等公司已经开发了多种类型的EPS 。自1953年美国通用汽车公司在别克轿车上使用液压动力转向系统以来, HPS给汽车带来了巨大的变化, 几十年来的技术革新使液压动力转向技术发展异常迅速, 出现了电控式液压助力转向系统(Electric Hydraulic Power Steering,简称EHPS) 。1988年2月日本铃木公司首先在其Cervo车上装备EPS, 随后又应用在Alto汽车上; TRW公司继推出EHPS后也迅速推出了技术上比较成熟的带传动EPS和转向柱助力式EPS , 并装配在Ford Fiesta和Mazda 323F等车上, 此后EPS技术便得到了飞速的发展。在国外, EPS已进入批量生产阶段, 并成为汽车零部件的高新技术产品, 而我国动力转向系统目前绝大部分采用机械转向或液压助力转向,EPS的研究开发目前还处于起步阶段, 其产品、在2002年才有国内企业进行研制开发。目前,只有南摩股份有限公司能小批量生产用于汽车装配, 在昌河公司产的爱迪尔轿车、南京菲亚特公司产的新雅途轿车上使用。         
    同样对于叉车来说，其助力转向系统也发生很大的变化和进步。2000年左右，德国Jungheinrich公司在推出的前移式叉车产品上，率先装备了EPS系统。近10年来，随着叉车EPS电控、高效永磁电机或交流电机，大速比、小尺寸减速箱技术的成熟以及成本的下降，更多品种的电叉装备了EPS系统，如三支点、四支点平衡重式电叉、托盘堆垛车、托盘搬运车、拣选车、牵引车。在国际市场上，2007年以后欧洲和日本公司推出的新产品，70％以上装备EPS系统，而国内还处于研究初期，极少有国内公司生产装备EPS系统的电叉。现代叉车普遍采用电气动力转向(EPS)和电气液压动力转向(EHPS)，这也是国际叉车发展趋势之一
二、EPS转向系统研究的目的和意义
    首先汽车转向系统未来的发展趋势是：
（1）进一步改善控制性能，使之更好地与不同档次汽车相适应。如增加汽车转向反馈信号，对车辆回正性能进行控制等。
（2）提高系统的可靠性。如采用非接触式转矩传感器等。
（3）降低价格
     另外EPS助力转向系统是指在驾驶员的控制下，借助于汽车电动机通过电动机驱动力来实现车轮转向。助力转向是一种以驾驶员操纵转向盘为输入信号，以转向车轮的角位移为输出信号的伺服机构。动力部分跟踪手动操作，产生与转向阻力相平衡的辅助力，使车辆进行转向运动。与此同时，把部分输出力反馈给驾驶员，使其获得适当的手感，构成所谓的助力转向双伺服机构。随着高速公路的不断延伸与轿车的不断提高，传统的液压动力转向暴露出一个致命的弱点，即若要保证汽车在停车或低速掉头时转向轻便的话，那么当汽车在高速行驶就会感到有“发飘“的感觉；反之，若保证汽车在高速行驶时操作有适度感的话，那么当其要掉头或停车时就会有感到转向太重，两者不兼顾，这是由于传统的动力转向的结构决定的。
     为解决国产电动叉车转向功能普遍采用液压助力转向系统而带来易漏油、结构复杂等问题，随着仓储设备、前移式叉车、三支点叉车越来越广泛的应用，叉车上使用EPS助力转向将会越来越普遍，并有逐步替代传统液压助力转向的趋势。EPS相对液压助力转向的优势如下：
(1)取消了传统的全液压转向器，彻底解决了液压元件易渗漏、管路多、易老化、油温高、结构复杂等缺点。
(2)使用扭矩传感器代替转向器，控制精确。司机可精确控制转向角度，这对于在狭小空间内作业的叉车尤为重要。
(3)方向盘处转向力小，司机不易疲劳，可使用超小直径人机工程方向盘，易于整机布置。
(4)装备EPS系统的电动叉车可实现液压助力转向无法实现的“开机初始化．自动复位”功能，避免司机下车看轮胎初始位置的麻烦，车辆安全性大大提高。
三、研究内容及其初步方案的确定
3.1叉车电控助力转向系统基本结构及原理[5][6]
A、控制框图
电动助力式转向系统利用电动机产生的动力协助驾车者进行动力转向, 不同车的EPS结构部件尽管不一样, 但其基本原理是一致的。图1为EPS系统控制框图。

   B、基本原理
   助力转向系统其工作原理为：当操作人员转动方向盘时，与方向盘相连的传感器检测到相应的角位移，传感器将角位移信号传给助力控制器，助力控制器经计算后，输出相应的信号驱动电机转动并带到一对齿轮副转动，最终驱动叉车转向轮转动。与电机相连的编码器实时检测电机的转角。助力控制器与行走主控制器采用RS232串行方式通讯。
C、基本结构
EPS的主要部件包括角位移传感器、转向轮复位传感器、电动机、电子控制单元、减速机构等
3.2叉车助力转向系统方案













   

3.3叉车助力转向系统具体设计
    A、微控制器




拟采用PIC16F877单片机，该款机型是美国Microchip公司生产的8位RISC结构的单片机，具有高速数据处理的特性(执行速度可120ns)宽电压工作，可靠性高
B、转向轮复位传感器
采用高性能接近光电传感器，检测距离8mm。



   

    C、转角位置传感器




   

采用高性能编码器。
    D、驱动电机选择[7]



   

   
无刷直流电机：寿命几万小时，可靠性好，免维护。采用低速大扭矩无刷直流电机，结构简单，电机免维护，寿命长，稳定可靠，由于直接采用车载蓄电池供电，因而电控系统体积较小，控制方便，控制也可靠。欲采用H桥直流电机控制系统。
E、编程语言[8]
欲以C语言作为主要编程语言
四、研究（设计）方案与进度计划安排
























五、参考文献：

[1]吴信丽，栾英，姚刚.浅谈电动叉车转向系统的几种控制形式[J].物流技术，2011，05：43-45
[2]徐翔，宋文斌.电动叉车的电动助力转向（EPS）应用[J].机电工程，2010,27（11）：33-35
[3]Chen Xiang&Xiaoqun Chen&Kemin Zhou.Optimal Control of Electric Power-Assisted Steering System[D].Toronto, Canada:IEEE Conference on Control Applications,2005:1403-1408
[4]高建业.汽车电动助力转向系统电控单元的研究[J].中国新技术产品，2010,11:128
[5]Burton A W.Control Objectives and Systems Analysis :Innovation Drivers for Electric Power-Assisted Steering[D]. Anchorage, AK:TRW LucasVarity Electric Steering Ltd,2002:3401-3406
[6]孙仁云，付百学.汽车电器与电子技术[M].机械工业出版社，2010:266-287
[7]王大江，吴金强.基于TL494的H桥直流电机控制系统[J].传动技术，2010,24（2）：33-36
[8]范红刚，魏学海，任思璟.51单片机自学笔记[M].北京航空航天大学出版社，2010:169-187





























六、指导教师审核意见：
















指导教师签字：               

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七、系（教研室）评议意见：















系（教研室）主任签字：            
  
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八、开题小组评审意见：

















开题小组负责人签字：　　　　   

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九、学院领导审核意见：

1．通过；           2．完善后通过；　　　　　３．未通过     

学院领导签字：　　　　   

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