汽车电动助力转向系统动力学仿真及分析

摘要

汽车产业高速发展，人们在对车辆的不断需求的同时也越来越重视交通事故。从过去的汽车事故调查中可以发现，除了人为因素导致的车祸外，汽车机械部件的损坏是造成车祸的第二大杀手。而汽车转向系统作为影响汽车操纵稳定性、行驶安全性和驾驶舒适性的关键子系统，因其部件损坏而造成的交通事故也时有发生。
　　 电动助力转向系统因其质量轻、节能、环保、助力特性优良等特点在市场上渐渐地普及开来，并有进一步取代液压助力转向系统的趋势。本文将EPS的拉杆球头的变形影响作为主要分析对象，选取齿条式EPS，对球头变形和未变形的转向系统机械部分结构进行有限元静力分析比较，并引入到整车模型中，对整车模型进行动力学仿真模拟，验证变形球头对整车行驶安全性能的影响，为结构优化和改进提供依据。
　　 首先，选择齿条式电动助力转向系统作为研究对象，研究对影响拉杆球头变形的相关部件之间的相互作用关系，对某厂家一款电动助力转向系统的总装图进行模型抽取和简化，将系统分成6个子零件在Pro/E中分别建模，按照各子零件之间的运动关系进行装配形成电动助力转向系统的三维模型，并总结在建模过程中遇到的问题和解决方法；
　　 其次，使用有限元分析理论对已经建好的电动助力转向系统模型进行系统静力分析。经过模型导入、单元及材料选择，网格划分、建立接触对其结果分析，得出齿条式电动助力转向系统机械部分结构的应力集中区域。分析结果表明，拉杆球头的脖颈、销以及超弹性材料橡胶都是该系统中应力集中容易发生变形的部位。并与实际变形球头有限元分析结果进行对比，验证了分析的正确性；且与实际转向系统工作的情形相符，模型分析结果真实可信，为转向系统的机械部分结构优化提供了依据。
　　 最后，使用整车仿真技术，建立整车模型，根据对拉杆球头变形的分析结果，修改其中的部分参数以模拟球头变形情况，将变形拉杆球头的状态在ADAMS中模拟仿真出来，并与具有正常未变形拉杆球头的整车系统进行动力学仿真分析比较。通过对整车的漂移仿真、角脉冲转向仿真结果比较，可以看出，具有变形拉杆球头的车辆比球头没有变形前的车辆，在车辆行驶轨迹、纵倾角、侧倾角、横摆加速度、车速等都有影响，而这些参数都是衡量车辆的操控性和安全性的重要参数，变形球头对参数的影响给车辆行驶安全带来了隐患。
　　 本文的研究，为汽车及零部件的故障分析、结构分析以及整车的动力学仿真分析，提供了有一定参考价值的思路和依据；并通过分析为汽车结构优化设计和改进指明方向。可以解决汽车复杂结构的结构动力优化设计问题，具有一定的工程应用价值。

目录

文摘

英文文摘

第一章 绪论

1.1 课题研究背景

1.2 国内外研究现状概述

1.2.1 国外研究现状

1.2.2 国内研究现状

1.3 本课题主要内容

第二章 EPS基本理论及机械部分三维模型建立

2.1 EPS的结构及工作原理

2.2 EPS关键技术

2.3 EPS的分类

2.4 电动助力转向系统机械部分三维模型建立

2.4.1 三维建模理论的发展概况

2.4.2 参数化建模理论

2.4.3 齿条式EPS机械部分三维模型建立

2.5 本章小结

第三章 电动助力转向系统机械部分有限元分析

3.1 有限元法概述

3.2 非线性分析理论

3.3 齿条式EPS机械部分应力分析

3.3.1 模型导入

3.3.2 材料属性及单元选择

3.3.3 有限元网格划分

3.3.4 接触对的建立及参数设置

3.3.5 定义边界条件和载荷

3.3.6 计算结果及分析

3.4 本章小结

第四章 球头变形后整车仿真与对比

4.1 整车分析背景

4.1.1 运动学模型建立

4.1.2 运动学模型求解

4.1.3 动力学分析

4.2 整车组合实体模型建立及仿真

4.2.1 建立前悬架模型子系统并进行模型验证

4.2.2 整车组合的其他子系统

4.3 调节模型参数与设置仿真环境

4.4 执行仿真及结果对比

4.4.1 开环转向仿真事佑漂移仿真

4.4.2 开环转向仿真-角脉冲转向仿真

4.5 建议

4.6 本章小结

第五章 结论与展望

5.1 结论

5.2 展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间论文发表及科研情况