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E-ECHPS系统的永磁转差离合器设计及性能研究

发布时间:2017-09-24 22:09

  本文关键词:E-ECHPS系统的永磁转差离合器设计及性能研究


  更多相关文章: 重型车辆 电液助力转向系统 永磁转差离合器 直流斩波调速 节能性 样机试验


【摘要】:当前重型车辆普遍采用液压助力转向系统(HPS),其助力特性不可变,无法兼顾车辆的低速轻便性和高速操稳性。此外,HPS的转向泵在车辆行驶过程中始终高速运转,产生了大量的溢流损耗。目前在乘用车和轻型商用车领域逐渐普及的电动助力转向系统(EPS)受限于电机功率不能提供足够助力转矩,无法应用于重型车辆。电液助力转向系统(EHPS)是现阶段改善重型车辆转向系统的可行方案。本文在课题组研究的电磁式转差离合器基础上,提出了采用永磁转差离合器(PMSC)调节转向泵输出功率以实现低能耗及可变助力特性的新型电液助力转向系统(E-ECHPS),在研究E-ECHPS系统性能要求的基础上对其核心传动部件永磁转差离合器(PMSC)进行设计与性能研究,为重型车辆E-ECHPS的研发奠定基础。主要内容如下:首先,分析研究了E-ECHPS及其核心部件永磁转差离合器(PMSC)的结构组成与工作原理,并根据试验所得的驾驶员偏好转向操纵力矩和仿真当量转向阻力矩,设计了E-ECHPS抛物线型助力特性曲线。在研究传统HPS和E-ECHPS转向泵转速-流量特性的基础上,对E-ECHPS转向泵进行转矩匹配,为PMSC的设计和性能验证提供依据。其次,借鉴永磁电机场路结合的设计方法,建立了PMSC设计流程,根据样车相关技术参数和E-ECHPS系统性能,确定了PMSC的设计要求和技术参数。运用Ansoft Maxwell软件建立了PMSC的电磁有限元模型,并对其进行空载和负载工况的瞬态性能分析。通过反复修改和仿真分析,确定了PMSC具体的机械和电磁参数。分析了PMSC输出转矩与转差的关系,通过调整外转子绕组阻值来优化临界转差以提高PMSC的效率。研制了PMSC样机及相应的转差离合器测试系统进行台架测试,试验结果表明,样机性能基本达到设计要求。随后,基于直流斩波调速原理设计了PMSC的外控制调速电路,开关器件采用IGBT功率管,在Ansoft Maxwell中与本体模型相连进行调速仿真,电路在高负载和低负载工况下调速功能良好,具有较好的调速响应敏捷性。开发了PMSC的外控制电路并进行调速试验,高低负载工况下IGBT占空比与PMSC样机输出转速的关系与仿真结果基本吻合。最后,以车辆在典型车速的直行和转向工况为例,对PMSC的能耗进行了仿真计算和对比,验证了PMSC的良好节能潜力,为进一步研究E-ECHPS系统能量回收技术奠定了基础。
【关键词】:重型车辆 电液助力转向系统 永磁转差离合器 直流斩波调速 节能性 样机试验
【学位授予单位】:江苏大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2016
【分类号】:U463.4
【目录】:
  • 摘要5-7
  • ABSTRACT7-11
  • 第一章 绪论11-18
  • 1.1 选题背景11-12
  • 1.2 助力转向系统12-15
  • 1.2.1 助力转向系统概述12-13
  • 1.2.2 EHPS的国内外研究现状13-15
  • 1.3 转差离合器15-16
  • 1.4 本课题的研究目的和研究内容16-18
  • 第二章 E-ECHPS系统18-29
  • 2.1 E-ECHPS的系统组成与工作原理18
  • 2.2 PMSC的机械结构与工作原理18-19
  • 2.3 E-ECHPS的助力特性曲线设计19-25
  • 2.3.1 助力特性曲线的选型19-21
  • 2.3.2 驾驶员偏好力矩和方向盘等效阻力矩21-22
  • 2.3.3 助力特性曲线特征参数22-24
  • 2.3.4 助力特性曲线特征点24-25
  • 2.4 E-ECHPS的转向泵匹配25-28
  • 2.4.1 转向泵的转速-流量特性25-27
  • 2.4.2 转向泵的转矩匹配27-28
  • 2.5 本章小结28-29
  • 第三章 永磁转差离合器的分析设计29-39
  • 3.1 PMSC的设计思路29-30
  • 3.2 PMSC的设计要求30-31
  • 3.3 PMSC的结构设计31-35
  • 3.3.1 分数槽集中式绕组31-32
  • 3.3.2 内转子磁路结构32-33
  • 3.3.3 极槽配合33-35
  • 3.4 PMSC的设计参数35-38
  • 3.4.1 外转子铁心参数35-36
  • 3.4.2 外转子绕组参数36-37
  • 3.4.3 内转子参数37-38
  • 3.5 本章小结38-39
  • 第四章 PMSC的特性分析与试验验证39-53
  • 4.1 PMSC的电磁模型39-43
  • 4.1.1 模型绘制39-40
  • 4.1.2 材料定义及分配40
  • 4.1.3 激励源加载40-41
  • 4.1.4 边界条件定义41
  • 4.1.5 运动选项设置41-42
  • 4.1.6 网格剖分42
  • 4.1.7 外电路模型42-43
  • 4.2 PMSC的特性仿真43-47
  • 4.2.1 空载仿真43-44
  • 4.2.2 负载仿真44-47
  • 4.3 PMSC样机的试验验证47-52
  • 4.3.1 空载试验49-51
  • 4.3.2 负载试验51-52
  • 4.4 本章小结52-53
  • 第五章 PMSC的调速设计与试验验证53-64
  • 5.1 PMSC的调速方案53-56
  • 5.1.1 串电阻调速53-54
  • 5.1.2 直流斩波调速54-56
  • 5.2 PMSC的调速电路56
  • 5.3 PMSC的调速仿真56-59
  • 5.4 样机外电路与试验验证59-63
  • 5.4.1 高负载小转差60-61
  • 5.4.2 低负载大转差61
  • 5.4.3 调速响应试验61-63
  • 5.5 本章小结63-64
  • 第六章 PMSC的节能性分析64-69
  • 6.1 直行工况64-66
  • 6.2 转向工况66-67
  • 6.3 六种工况下的节能性对比67-68
  • 6.4 本章小结68-69
  • 第七章 总结与展望69-71
  • 7.1 总结69-70
  • 7.2 展望70-71
  • 参考文献71-75
  • 致谢75-76
  • 攻读学位期间参加的科研项目及学术成果76

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本文编号:913728


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