本文關(guān)鍵詞：E-ECHPS系統(tǒng)的永磁轉(zhuǎn)差離合器設(shè)計(jì)及性能研究

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【摘要】：當(dāng)前重型車輛普遍采用液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)(HPS),其助力特性不可變,無法兼顧車輛的低速輕便性和高速操穩(wěn)性。此外,HPS的轉(zhuǎn)向泵在車輛行駛過程中始終高速運(yùn)轉(zhuǎn),產(chǎn)生了大量的溢流損耗。目前在乘用車和輕型商用車領(lǐng)域逐漸普及的電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)(EPS)受限于電機(jī)功率不能提供足夠助力轉(zhuǎn)矩,無法應(yīng)用于重型車輛。電液助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)(EHPS)是現(xiàn)階段改善重型車輛轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的可行方案。本文在課題組研究的電磁式轉(zhuǎn)差離合器基礎(chǔ)上,提出了采用永磁轉(zhuǎn)差離合器(PMSC)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)向泵輸出功率以實(shí)現(xiàn)低能耗及可變助力特性的新型電液助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)(E-ECHPS),在研究E-ECHPS系統(tǒng)性能要求的基礎(chǔ)上對其核心傳動(dòng)部件永磁轉(zhuǎn)差離合器(PMSC)進(jìn)行設(shè)計(jì)與性能研究,為重型車輛E-ECHPS的研發(fā)奠定基礎(chǔ)。主要內(nèi)容如下:首先,分析研究了E-ECHPS及其核心部件永磁轉(zhuǎn)差離合器(PMSC)的結(jié)構(gòu)組成與工作原理,并根據(jù)試驗(yàn)所得的駕駛員偏好轉(zhuǎn)向操縱力矩和仿真當(dāng)量轉(zhuǎn)向阻力矩,設(shè)計(jì)了E-ECHPS拋物線型助力特性曲線。在研究傳統(tǒng)HPS和E-ECHPS轉(zhuǎn)向泵轉(zhuǎn)速-流量特性的基礎(chǔ)上,對E-ECHPS轉(zhuǎn)向泵進(jìn)行轉(zhuǎn)矩匹配,為PMSC的設(shè)計(jì)和性能驗(yàn)證提供依據(jù)。其次,借鑒永磁電機(jī)場路結(jié)合的設(shè)計(jì)方法,建立了PMSC設(shè)計(jì)流程,根據(jù)樣車相關(guān)技術(shù)參數(shù)和E-ECHPS系統(tǒng)性能,確定了PMSC的設(shè)計(jì)要求和技術(shù)參數(shù)。運(yùn)用Ansoft Maxwell軟件建立了PMSC的電磁有限元模型,并對其進(jìn)行空載和負(fù)載工況的瞬態(tài)性能分析。通過反復(fù)修改和仿真分析,確定了PMSC具體的機(jī)械和電磁參數(shù)。分析了PMSC輸出轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)差的關(guān)系,通過調(diào)整外轉(zhuǎn)子繞組阻值來優(yōu)化臨界轉(zhuǎn)差以提高PMSC的效率。研制了PMSC樣機(jī)及相應(yīng)的轉(zhuǎn)差離合器測試系統(tǒng)進(jìn)行臺架測試,試驗(yàn)結(jié)果表明,樣機(jī)性能基本達(dá)到設(shè)計(jì)要求。隨后,基于直流斬波調(diào)速原理設(shè)計(jì)了PMSC的外控制調(diào)速電路,開關(guān)器件采用IGBT功率管,在Ansoft Maxwell中與本體模型相連進(jìn)行調(diào)速仿真,電路在高負(fù)載和低負(fù)載工況下調(diào)速功能良好,具有較好的調(diào)速響應(yīng)敏捷性。開發(fā)了PMSC的外控制電路并進(jìn)行調(diào)速試驗(yàn),高低負(fù)載工況下IGBT占空比與PMSC樣機(jī)輸出轉(zhuǎn)速的關(guān)系與仿真結(jié)果基本吻合。最后,以車輛在典型車速的直行和轉(zhuǎn)向工況為例,對PMSC的能耗進(jìn)行了仿真計(jì)算和對比,驗(yàn)證了PMSC的良好節(jié)能潛力,為進(jìn)一步研究E-ECHPS系統(tǒng)能量回收技術(shù)奠定了基礎(chǔ)。
【關(guān)鍵詞】：重型車輛 電液助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng) 永磁轉(zhuǎn)差離合器 直流斬波調(diào)速 節(jié)能性 樣機(jī)試驗(yàn)
【學(xué)位授予單位】：江蘇大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：U463.4
【目錄】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-11
• 第一章 緒論11-18
• 1.1 選題背景11-12
• 1.2 助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)12-15
• 1.2.1 助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)概述12-13
• 1.2.2 EHPS的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀13-15
• 1.3 轉(zhuǎn)差離合器15-16
• 1.4 本課題的研究目的和研究內(nèi)容16-18
• 第二章 E-ECHPS系統(tǒng)18-29
• 2.1 E-ECHPS的系統(tǒng)組成與工作原理18
• 2.2 PMSC的機(jī)械結(jié)構(gòu)與工作原理18-19
• 2.3 E-ECHPS的助力特性曲線設(shè)計(jì)19-25
• 2.3.1 助力特性曲線的選型19-21
• 2.3.2 駕駛員偏好力矩和方向盤等效阻力矩21-22
• 2.3.3 助力特性曲線特征參數(shù)22-24
• 2.3.4 助力特性曲線特征點(diǎn)24-25
• 2.4 E-ECHPS的轉(zhuǎn)向泵匹配25-28
• 2.4.1 轉(zhuǎn)向泵的轉(zhuǎn)速-流量特性25-27
• 2.4.2 轉(zhuǎn)向泵的轉(zhuǎn)矩匹配27-28
• 2.5 本章小結(jié)28-29
• 第三章 永磁轉(zhuǎn)差離合器的分析設(shè)計(jì)29-39
• 3.1 PMSC的設(shè)計(jì)思路29-30
• 3.2 PMSC的設(shè)計(jì)要求30-31
• 3.3 PMSC的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)31-35
• 3.3.1 分?jǐn)?shù)槽集中式繞組31-32
• 3.3.2 內(nèi)轉(zhuǎn)子磁路結(jié)構(gòu)32-33
• 3.3.3 極槽配合33-35
• 3.4 PMSC的設(shè)計(jì)參數(shù)35-38
• 3.4.1 外轉(zhuǎn)子鐵心參數(shù)35-36
• 3.4.2 外轉(zhuǎn)子繞組參數(shù)36-37
• 3.4.3 內(nèi)轉(zhuǎn)子參數(shù)37-38
• 3.5 本章小結(jié)38-39
• 第四章 PMSC的特性分析與試驗(yàn)驗(yàn)證39-53
• 4.1 PMSC的電磁模型39-43
• 4.1.1 模型繪制39-40
• 4.1.2 材料定義及分配40
• 4.1.3 激勵(lì)源加載40-41
• 4.1.4 邊界條件定義41
• 4.1.5 運(yùn)動(dòng)選項(xiàng)設(shè)置41-42
• 4.1.6 網(wǎng)格剖分42
• 4.1.7 外電路模型42-43
• 4.2 PMSC的特性仿真43-47
• 4.2.1 空載仿真43-44
• 4.2.2 負(fù)載仿真44-47
• 4.3 PMSC樣機(jī)的試驗(yàn)驗(yàn)證47-52
• 4.3.1 空載試驗(yàn)49-51
• 4.3.2 負(fù)載試驗(yàn)51-52
• 4.4 本章小結(jié)52-53
• 第五章 PMSC的調(diào)速設(shè)計(jì)與試驗(yàn)驗(yàn)證53-64
• 5.1 PMSC的調(diào)速方案53-56
• 5.1.1 串電阻調(diào)速53-54
• 5.1.2 直流斬波調(diào)速54-56
• 5.2 PMSC的調(diào)速電路56
• 5.3 PMSC的調(diào)速仿真56-59
• 5.4 樣機(jī)外電路與試驗(yàn)驗(yàn)證59-63
• 5.4.1 高負(fù)載小轉(zhuǎn)差60-61
• 5.4.2 低負(fù)載大轉(zhuǎn)差61
• 5.4.3 調(diào)速響應(yīng)試驗(yàn)61-63
• 5.5 本章小結(jié)63-64
• 第六章 PMSC的節(jié)能性分析64-69
• 6.1 直行工況64-66
• 6.2 轉(zhuǎn)向工況66-67
• 6.3 六種工況下的節(jié)能性對比67-68
• 6.4 本章小結(jié)68-69
• 第七章 總結(jié)與展望69-71
• 7.1 總結(jié)69-70
• 7.2 展望70-71
• 參考文獻(xiàn)71-75
• 致謝75-76
• 攻讀學(xué)位期間參加的科研項(xiàng)目及學(xué)術(shù)成果76

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本文編號：913728