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畢業(yè)設(shè)計(論文)開題報告
設(shè)計(論文)題目: 液壓式四輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)設(shè)計
院 系 名 稱: 汽車與交通工程學(xué)院
專 業(yè) 班 級: 車輛B07-2班
學(xué) 生 姓 名: 李龍?zhí)?
導(dǎo) 師 姓 名: 安永東
開 題 時 間: 2011年3月14日
指導(dǎo)委員會審查意見:
簽字: 年 月 日
畢業(yè)設(shè)計(論文)開題報告
學(xué)生姓名
李龍?zhí)?
系部
汽車與交通工程學(xué)院
專業(yè)、班級
車輛B07-2班
指導(dǎo)教師姓名
安永東
職稱
副教授
從事
專業(yè)
車輛工程
是否外聘
□是■否
題目名稱
液壓式四輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)設(shè)計
一、課題研究現(xiàn)狀、選題目的和意義
1.課題研究現(xiàn)狀
所謂四輪轉(zhuǎn)向是指后輪也和前輪一樣具有一定的轉(zhuǎn)向功能,不僅可以與前輪同相(同方向)轉(zhuǎn)向,也可以與前輪逆相(反方向)轉(zhuǎn)向。在汽車低速行駛時其后輪和前輪逆相轉(zhuǎn)向,可以減少轉(zhuǎn)彎半徑,使
車輛容易就位,改善汽車低速時的操縱輕便性和機動性。在汽車中高速行駛時其后輪與前輪同相轉(zhuǎn)
向,有助于減少車輛側(cè)滑或扭擺,對平衡車輛在超車、變道或躲避不平路面時的反應(yīng)均有幫助,增強
了汽車在高速行駛或在側(cè)向風(fēng)力作用下的操縱穩(wěn)定性。鑒于四輪轉(zhuǎn)向技術(shù)的諸多優(yōu)點,近十幾年來國
外許多研究機構(gòu)從不同的角度對四輪轉(zhuǎn)向技術(shù)進行了大量研究,使這項技術(shù)日趨成熟,并發(fā)展出多于
四輪的轉(zhuǎn)向技術(shù),多輪轉(zhuǎn)向技術(shù)主要適用于非緊湊型汽車,如多功能運動型車、卡車、多軸重型特種
車輛等。
隨著汽車技術(shù)的發(fā)展,汽車行駛速度的提高及道路行使密度的增大,作為實現(xiàn)主動安全性的方法之一的四輪轉(zhuǎn)向技術(shù)日益受到重視。四輪轉(zhuǎn)向的主要優(yōu)點是在轉(zhuǎn)向時能夠保持重心偏角基本為零,極大地改善了橫擺角速度和側(cè)向加速度的瞬態(tài)性能指標(biāo)。另外低速時能夠減小汽車的轉(zhuǎn)彎半徑,使汽車在低速行使時更加靈活,而且還能獨立地控制汽車的運動軌跡與姿態(tài),使方向角與姿態(tài)角重合,提高汽車的側(cè)向穩(wěn)定性;高速行駛時同相位轉(zhuǎn)向,方向盤到后輪產(chǎn)生轉(zhuǎn)彎力的時間相對滯后,使車身方向與實際行駛方向的偏差減小,從而具有較好的穩(wěn)定感。近幾年,載貨車和專用作業(yè)車的噸位逐漸增大,有的總重量已超過30t,汽車車軸由兩軸增加多軸,因而工程機械操縱的靈活性和穩(wěn)定性要求顯得越來越重要。在電子技術(shù)不斷提高,控制理論不斷完善的前提下,開展四輪轉(zhuǎn)向技術(shù)的研究已是眾多汽車廠商能否占有市場的關(guān)鍵。
汽車改變方向是通過駕駛員轉(zhuǎn)動方向盤,前輪進行轉(zhuǎn)動,從而帶動車身轉(zhuǎn)動,因此汽車的前輪肯定是轉(zhuǎn)向的。對于工程用多軸汽車,由于其整車軸距較長、車體重、重心高等特點,因而轉(zhuǎn)向的靈活性和穩(wěn)定性差。同時工程用車一般調(diào)頭、轉(zhuǎn)向十分頻繁,對于一般的汽車(非四輪轉(zhuǎn)向的車輛),在有限的工作空間掉頭或轉(zhuǎn)向時,司機要多次左右旋轉(zhuǎn)方向盤,松合離合器和扳動前進檔,還要不斷地加大油門。完成一次調(diào)頭,往往需要前進后退反復(fù)好幾次,駕駛員易疲勞,工作效率低,嚴(yán)重污染環(huán)境和不必要的能源浪費。而對于四輪轉(zhuǎn)向的汽車,只要左右旋轉(zhuǎn)方向盤一次就能完成調(diào)頭。如果是全輪轉(zhuǎn)向的隧道用車,建筑用起重機車和自卸車,不僅能提高工作效率,降低駕駛員的勞動強度,還能充分利用空間,減小能耗。
為了提高汽車的操作靈活性,降低駕駛員的重復(fù)操作而引起的疲勞,增強車輛在壞路面上的適應(yīng)能力,近幾年國內(nèi)外都在積極開展四輪轉(zhuǎn)向技術(shù)。從英國利蘭公司1934年開始生產(chǎn)四軸載貨汽車算起,至今已有60多年的歷史。然而在一些工業(yè)發(fā)達國家卻由于法規(guī)方面的原因,在相當(dāng)長的時間內(nèi)一直不允許使用四軸車,在這方面較為典型的例子是原聯(lián)邦德國和美國。因此也就限制了四軸汽車的發(fā)展。但是由于四軸汽車比三軸和兩軸汽車裝載質(zhì)量大,有利于改善交通擁擠狀況,1985年原聯(lián)邦德國巴特勒研究所建議將四軸汽車作為改善交通流量的載貨汽車,1989年本茨公司生產(chǎn)了1320輛四軸汽車,具有90年代先進水平。四軸汽車的轉(zhuǎn)向靈活性差,于是有了雙前軸轉(zhuǎn)向汽車。進入20世紀(jì)90年代,電子技術(shù)的高速發(fā)展和微電腦在汽車上應(yīng)用日趨成熟,使汽車開始進入智能化階段。1985年日產(chǎn)汽車公司推出世界上第一套用于轎車的四輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)(電子控制液壓工作式),并把它命名為“高性能主動懸掛”。同時本系統(tǒng)增加了滯后控制,即讓后輪轉(zhuǎn)向時間比前輪稍微延遲一些。這種控制方法的應(yīng)用避免了后輪和前輪在同一時間內(nèi)做同相位轉(zhuǎn)向時后輪防礙車身旋轉(zhuǎn)的情況,消除了轉(zhuǎn)彎開始時汽車偏擺的滯后,得到自然的轉(zhuǎn)向反應(yīng)性?!案咝阅苤鲃討覓臁笔撬妮嗈D(zhuǎn)向系統(tǒng)控制方法的一次突破。新的控制理論不斷地與四輪轉(zhuǎn)向技術(shù)相結(jié)合,例如自適應(yīng)控制,模糊控制,最優(yōu)控制,神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制以及模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制,使得四輪轉(zhuǎn)向技術(shù)設(shè)計理念模塊化,智能化。
從20世紀(jì)初(1907年),日本政府頒發(fā)第一個關(guān)于四輪轉(zhuǎn)向的專利證書開始,對于汽車四輪轉(zhuǎn)向的研究一直伴隨著汽車工業(yè)的發(fā)展而進行著。二戰(zhàn)期間,美國的一些軍用車輛和工程車輛上采用一種前、后輪逆相位偏轉(zhuǎn)的簡單機械式四輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng),以適應(yīng)惡劣的路況,改善汽車低速轉(zhuǎn)向時的機動性能。1962年,在日本汽車工程協(xié)會的技術(shù)會議上,提出了后輪主動轉(zhuǎn)向的四輪轉(zhuǎn)向技術(shù),開始了現(xiàn)代四輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的研究。在70年代末,本田和馬自達積極投入到四輪轉(zhuǎn)向的開發(fā)。1985年,日本的尼桑在客車上應(yīng)用了世界上第一例實用的四輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng),應(yīng)用在一種車型的高性能主動控制懸架上。隨著對四輪轉(zhuǎn)向這一領(lǐng)域研究的不斷進展,出現(xiàn)了多種不同結(jié)構(gòu)形式、不同控制策略的實用四輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。一般來說,四輪轉(zhuǎn)向汽車在轉(zhuǎn)向過程中,根據(jù)不同的行駛條件,前、后輪轉(zhuǎn)向角之間應(yīng)遵循一定的規(guī)律。目前,典型四輪轉(zhuǎn)向汽車的后輪偏轉(zhuǎn)規(guī)律是:
(1)逆相位轉(zhuǎn)向
在低速行駛或者方向盤轉(zhuǎn)角較大時,前、后輪實現(xiàn)逆相位轉(zhuǎn)向,即后輪的偏轉(zhuǎn)方向與前輪的偏轉(zhuǎn)方向相反,且偏轉(zhuǎn)角度隨方向盤轉(zhuǎn)角增大而在一定范圍內(nèi)增大(后輪最大轉(zhuǎn)向角一般為5°左右)。這種轉(zhuǎn)向方式可改善汽車低速時的操縱輕便性,減小汽車的轉(zhuǎn)彎半徑,提高汽車的機動靈活性。便于汽車掉頭轉(zhuǎn)彎、避障行駛、進出車庫和停車場。
(2)同相位轉(zhuǎn)向
在中、高速行駛或方向盤轉(zhuǎn)角較小時,前、后輪實現(xiàn)同相位轉(zhuǎn)向,即后輪的偏轉(zhuǎn)方向與前輪的偏轉(zhuǎn)方向相同(后輪最大轉(zhuǎn)角一般為1°左右)。使汽車車身的橫擺角速度大大減小,可減小汽車車身發(fā)生動態(tài)側(cè)偏的傾向,保證汽車在高速超車、進出高速公路、高架引橋及立交橋時,處于不足轉(zhuǎn)向狀態(tài)。現(xiàn)在,有許多四輪轉(zhuǎn)向汽車把改善汽車操縱性能的重點放在提高汽車高速行駛的操縱穩(wěn)定性上,而不過分要求汽車在低速行駛時的轉(zhuǎn)向機動靈活性。其工作特點是低速時汽車只采用前輪轉(zhuǎn)向,只在汽車行駛速度達到一定數(shù)值后(如50km/h),后輪才參與轉(zhuǎn)向,進行同相位四輪轉(zhuǎn)向。與普通的前輪轉(zhuǎn)向汽車相比,四輪轉(zhuǎn)向汽車具有如下特點:
優(yōu)越性:
(1)轉(zhuǎn)向操作的響應(yīng)加快,準(zhǔn)確性提高;
(2)轉(zhuǎn)向操作的機動靈活性和行駛穩(wěn)定性提高;
(3)抗側(cè)向干擾的穩(wěn)定性好;
(4)超車時,變換車道更容易,減小了汽車產(chǎn)生擺尾和側(cè)滑的可能性。
不足性:
(1)低速轉(zhuǎn)向時,汽車尾部容易碰到障礙物;
(2)實現(xiàn)理想控制的技術(shù)難度大;
(3)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本高;
(4)轉(zhuǎn)向過程中,阿克曼定理難保證。
2. 選題目的和意義
對汽車四輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的組成和結(jié)構(gòu)原理進行簡單介紹,結(jié)合發(fā)展現(xiàn)狀,給出電液控制式四輪轉(zhuǎn)向液壓系統(tǒng)的設(shè)計過程,為設(shè)計開發(fā)四輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)提供參考依據(jù)。
四輪轉(zhuǎn)向技術(shù)是未來重型汽車轉(zhuǎn)向靈活性的發(fā)展趨勢,在高速發(fā)展的現(xiàn)代化社會,高的機械效
率和低的能量消耗在汽車設(shè)計中具有很重要的地位。四輪轉(zhuǎn)向汽車與現(xiàn)代化的設(shè)計理念相吻合,即它的環(huán)保性和節(jié)能性,它適應(yīng)汽車發(fā)展的趨勢,存在廣闊的市場前景。
二、設(shè)計(論文)的基本內(nèi)容、擬解決的主要問題
(一)設(shè)計的基本內(nèi)容
1.確定四輪轉(zhuǎn)向液壓系統(tǒng)方案;
2. 繪制液壓系統(tǒng)圖
3. 繪制壓力控制回路圖
4. 繪制流量控制回路圖
5.繪制方向控制回路圖
(二)擬解決的主要問題
1. 四輪轉(zhuǎn)向汽車的系統(tǒng)分析
2. 通過各種方案的對比確定四輪轉(zhuǎn)向液壓系統(tǒng)的最優(yōu)方案
3. 轉(zhuǎn)向液壓缸的設(shè)計
4. 液壓系統(tǒng)的液壓元件的選取
5. 繪制液壓系統(tǒng)圖及相應(yīng)液壓回路圖
三、技術(shù)路線(研究方法)
完成畢業(yè)設(shè)計和說明書
繪制方向控制回路圖
繪制調(diào)速回路圖
繪制壓力控制回路圖
繪制液壓系統(tǒng)圖
對液壓系統(tǒng)的液壓元件進行選取和設(shè)計
對四輪轉(zhuǎn)向液壓系統(tǒng)進行初步設(shè)計
調(diào)研并查閱相關(guān)資料
確定總體方案
四、進度安排
1、進行文獻檢索,查看相關(guān)資料,對課題的基本內(nèi)容有一定的認(rèn)識和了解。第1-2周(2月28日~3月11日)
2、初步確定設(shè)計的總體方案,討論確定方案;對四輪轉(zhuǎn)向液壓系統(tǒng)進行初步設(shè)計。第3-6周(3月14日~4月8日)
3、提交設(shè)計草稿,進行討論,修定。第7周(4月11日~4月15日)
4、對液壓系統(tǒng)的液壓元件進行選取和設(shè)計,繪制液壓系統(tǒng)圖、壓力控制回路圖、調(diào)速回路圖、方向控制回路圖。第8-12周(4月18日~5月20日)
5、提交正式設(shè)計,教師審核。第13-14周(5月23日~6月3日)
6、按照審核意見進行修改。第15周(6月6日~6月10日)
7、整理所有材料,裝訂成冊,準(zhǔn)備答辯。第16周(6月13日~6月17日)
五、參考文獻
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[16] Whitehead JC Four - Wheel - Steering Maneuverability and High Speed Stabilization
[17]Shibahata Y.Irle N.Itoh H The Development of an Experimental Four - Wheel - Steering Vehicle
六、備注
指導(dǎo)教師意見:
簽字: 年 月 日