电动无人巴士转向系统设计开题报告
2020-04-12 04:04
1. 研究目的与意义（文献综述）
1.1 选题目的及意义
转向系统是整车系统中必不可少的最基本的组成系统。汽车在行驶过程中能按照驾驶员的操纵要求而适时地改变其行驶方向，并在受到路面传来的偶然冲击及汽车意外地偏离行驶方向时，能与行驶系统配合共同保持汽车继续稳定行驶。
随着科技的进步与技术的发展，近年来，无人驾驶技术成为了车辆研究的重点及未来的发展方向无人驾驶汽车是通过车载传感系统感知道路环境，自动规划行车路线并控制车辆到达预定目标的智能汽车。它是利用车载传感器来感知车辆周围环境，并根据感知所获得的道路、车辆位置和障碍物信息，控制车辆的转向和速度，从而使车辆能够安全、可靠地在道路上行驶。集自动控制、体系结构、人工智能、视觉计算等众多技术于一体，是计算机科学、模式识别和智能控制技术高度发展的产物，也是衡量一个国家科研实力和工业水平的一个重要标志，在国防和国民经济领域具有广阔的应用前景。目前，百度、谷歌、苹果等公司均已开展无人驾驶汽车的研究，并已取得了初步的成果。
随着无人驾驶技术的发展，传统汽车的结构将发生巨大的变化。其中，转向系统是决定汽车主动安全性的关键总成，被称为汽车的安保件。特别是在车辆高速化、自动化、车流密集化的今天，它对于确保车辆的安全行驶、减少交通事故以及保护乘客的人身安全起着重要的作用。汽车转向系统分为两大类：机械转向系统和动力转向系统，机械转向系统以驾驶员的体力作为转向能源，其中所有传力件都是机械的；动力转向系统是兼用驾驶员体力和发动机动力为转向能源的转向系。在无人驾驶的未来，这两种转向系统都将不再适用，转向系统将向着完全的电力化发展。对无人驾驶汽车转向系统的研究与设计，是无人驾驶技术中及其关键的一环，由于无人驾驶汽车不再需要驾驶员，传统转向系统的结构也将进行新一轮的更新，未来的无人驾驶汽车转向系统将会向着轻便化、去机械化、电控化的方向发展，它将与电控系统、制动系统等一起，确保无人驾驶汽车的安全
本次选题是设计电动无人巴士的转向系统，电动无人巴士是以电力驱动并配以无人驾驶技术的载人巴士，其转向系统需要完成的任务是接收ECU下发的转向指令，完成转向操作，并在此基础上保证巴士转向时的通过性、灵活性及平稳性。
1.2 国内外现状分析
转向系统的发展经历了一个多世纪，经历了传统机械转向系统MS、液压助力转向系统HPS、电液助力转向系统EHPS和电动助力转向系统EPS4个发展阶段，最适用于无人驾驶转向系统是抛去所有机械结构的的线控转向，但这一技术尚不成熟。线控转向系统曾应用到奔驰概的F400Carving、宝马的BMWZ22和雪铁龙C_Crosser概念车等， 2013年，英菲尼迪发布的Q50乘用车采用了DAS（主动线控转向系统）系统，实现了完全的线控转向，但在2014年由于该转向系统的设计缺陷选择召回，至此，市面上还没有一款完全的线控转向车辆。
图1 英菲尼迪线控转向系统结构
目前汽车转向系统正处在液压助力、电液助力转向系统全面向电动助力转向系统过渡的阶段。
| 三种助力转向系统比较 | |||
| 名称 | 液压助力转向 | 电子液压助力转向 | 电动助力转向 |
| 辅助动力源 | 发动机 | 电动机 | 电动机 |
| 原理 | 通过发动机驱动油泵 将输出部分械能转化为液压能，增大驾驶员操纵前轮转向的力量液压能，使其可以轻便灵 活地改变汽车方向，减轻劳动强度、提高行驶的安全性。 | 在机械液压助力转向系统的基础上改进后的系统，转向油泵由电动机直接驱动，并加装了电控系统。该系统可根据车型、 车速、转角等不同，提供不同助力 | 在传统机械转向系统的基础上，增加了传感器装置、电子控制装置和转向助力机构等，通过控制电动机产生助力进而实现转向，彻底摆脱了油液加压 助力方式。 |
| 优点 | 控制精准；路感直接，信息反馈丰富；技术成熟，可靠性高，成本低；转向动力充沛，大小车辆都适用 | 能耗低；反应灵敏；转向助力可以根据转向角、车速等参数自行调节，更为人性化 | 结构精简、重量小、占用空间小；能耗低、运行噪声低；电子系统反应灵敏、动作直接迅速；可与其它电子系统联动，提升了车辆操作性能和主动安全表现 |
| 缺点 | 能耗较高；操纵灵敏度、能量消耗、磨损较高；噪声较大 | 稳定性不如机械液压式；制造和维护成本较机械液压式增加 | 电子部件较多，系统稳定性、可靠性较机械液压式低；成本较高；路感信息匮乏 |
随着技术的成熟与成本的下降，电动助力转向系统（EPS）市占率已经超过50%，2017-2018年新出的车辆几乎都是电动助力转向系统，目前我国的电动助力转向系统（EPS）市场仍被外资企业占有绝对优势，我国能自主生产EPS系统的厂家较少。因为线控转向系统的发展研究不够完善，未来一段时间转向市场将会全面转向EPS系统。
图2 2016年我国EPS市场国内、国外厂商份额
本次毕业设计考虑设计无人巴士的四轮转向系统，即在汽车前轮设置转向装置的基础上，后轮也设置有转向装置，称为四轮转向系统(fourwheelsteering，简称4WS)，四轮转向系统使车辆在低速时更加灵活，高速过弯时也更加稳定，多用于豪华运动轿车或者大型商用车，其在低速转向前轮转向和后轮转向的方向相反，高速转向时前轮转向与后轮转向相同，四轮转向技术出现时间较早，与1907年就首次采用，当下由于成本较高、可靠性低等制约因素，多用于豪华车上如凯迪拉克CT6、保时捷panamera、雷诺拉古娜GT等。
附表-几大厂商车型转向机构及其特点
2. 研究的基本内容与方案
2.1 基本内容
本次毕业设计为创新设计的电动无人驾驶巴士转向系统设计，电动无人驾驶巴士是全新的车型，无人驾驶意思是车辆可以自动驾驶，不需要人操作
需考虑解决的内容：
3. 研究计划与安排
| 周次 | 对应学校时间 | 毕业设计内容 |
| 1 | 第7学期第20周 | 确定毕业设计选题、校内资料收集 |
| 2 | 第8学期第1周 | 方案构思、文献检索、完成开题报告 |
| 3 | 第8学期第2周 | 外文翻译、资料再收集 |
| 4～7 | 第8学期第3-6周 | 转向系统结构设计 |
| 8～10 | 第8学期第7-9周 | 转向系统各零件设计 |
| 11～13 | 第8学期第10-12周 | 图样绘制、系统的校核与仿真 |
| 14-15 | 第8学期第13-14周 | 论文的撰写 |
| 16 | 第8学期第15周 | 参加答辩 |
4. 参考文献（12篇以上）
[1]胡国强,黄妙华.电控电动式四轮转向系统理论及应用研究[c]// 国际节能与新能源汽车创新发展论坛. 2011.
[2]hiramine m,hayashi y,suzuki t. 2-drive motor controlunit for electric power steering[j]. sae international journal of passengercars - electronic and electrical systems, 2017, 10(2).
[3]sosa-ruiz l d,garcía-rodríguez c,arias-montiel m.design and construction of a passive mechanism for emulation of load forces inan electric power steering system[c]// international conference on electricalengineering, computing science and automatic control. 2017.
