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1、10申请公布号CN102094818A43申请公布日20110615CN102094818ACN102094818A21申请号201010601994422申请日20101223F04C15/00200601F04C2/344200601B62D5/0620060171申请人大连工业大学地址116034辽宁省大连市甘井子区轻工苑1号72发明人陶学恒刘秀坤里红杰74专利代理机构大连东方专利代理有限责任公司21212代理人李洪福54发明名称一种汽车转向助力泵的定子及定子曲线的设计方法57摘要本发明公开了一种汽车转向助力泵的定子及定子曲线的设计方法，所述的定子的外表面横截面为正圆形结构，内表面横截面。
2、的周边曲线即定子的定子曲线由大圆弧A1A2、大圆弧A3A4、小圆弧B1B2、小圆弧B3B4以及连接这四段圆弧的四段过渡曲线组成；所述的过渡曲线由简谐梯形分段组合式运动规律曲线构成。述的设计方法包括对优化目标函数加速度AM进行优化、仿真求解、最终得到最优的简谐梯形分段组合式运动规律曲线。本发明设计的定子曲线不会产生“硬冲”或“刚性冲击”，也不会因加速度突变而引起“软冲”或“柔性冲击”，满足定子曲线无振动冲击和低噪声的要求，有效消除了驾驶室内的转向噪声，提高了转向助力泵的使用寿命。51INTCL19中华人民共和国国家知识产权局12发明专利申请权利要求书2页说明书5页附图1页CN102094824A。
3、1/2页21一种汽车转向助力泵的定子，固定于转向助力泵体内，定子2的中间空腔为压缩室1，压缩室1内有转子和叶片，叶片随着转子的转动而在压缩室1内转动，定子2的外表面横截面为正圆形结构，内表面横截面的周边曲线即定子2的定子曲线由大圆弧A1A2、大圆弧A3A4、小圆弧B1B2、小圆弧B3B4以及连接这四段圆弧的四段过渡曲线组成；其特征在于所述的过渡曲线由简谐梯形分段组合式运动规律曲线构成；所述的简谐梯形分段组合式运动规律是指某点的运动规律为正弦运动规律时，以该正弦运动规律为基础，在该运动规律的最高点、中间零点和最低点处分别把等加速运动规律，即正弦加速、等速和等加速等减速运动规律对应组合进去，从而得。
4、到描述该点的运动学特性参数的速度V、加速度A和加速度变化率J即跃度都连续变化的分段组合式运动规律。2根据权利要求1所述的一种汽车转向助力泵的定子，其特征在于所述的过渡曲线由加速度逐渐变大的加速运动、等加速运动、加速度逐渐减小的加速运动、等速运动、加速度逐渐变大的减速运动、等减速运动、加速度逐渐减小的减速运动共7段运动规律曲线组成。3一种汽车转向助力泵的定子曲线的设计方法，其特征在于包括以下步骤A、变量定义设叶片的升程S为时间T的函数，即SST，令叶片在T0时开始升程，到达最大升程的时间为TH，当TTH时，达到的最大升程值为H，则无因次升程S为无因次时间T为第I时刻的无因次时间为TI，对于分段组。
5、合式定子曲线，每当有一组TI值就有一种曲线，因而可构成曲线族，该曲线族可分为严格对称的组合曲线以及不严格对称的组合曲线两大类严格对称的组合曲线不仅关于中点对称，而且每个梯形段左右两部分也是对称的，此时TI值的7个变量中只有两个独立变量；不严格对称的组合曲线只关于中点对称，每个梯形段左、右两部分并不对称，此时TI值的7个变量中有3个独立变量；在这些曲线族中每一类都应该有满足所需条件的优化曲线，通过分析可知，不严格对称的曲线比严格对称曲线的综合性能参数要好，因此本发明选择不严格对称的组合曲线进行优化设计；B、优化设计B11、对优化目标函数加速度AM进行优化，优化目标函数加速度AM的数学模型可表示为。
6、设计变量为TT1，T2，T3T，满足0T105、0T205、0T305、T2T1、T3T2；此外，约束条件为VMVM、JMJM和JMMJMM，其中JMM为跃度变化率的最权利要求书CN102094818ACN102094824A2/2页3大值；目标函数VM以及JM的优化方法与目标函数AM的优化方法相同；B12、对于该目标优化问题，可以利用MATLAB的多目标优化函数FGOALATTAIN进行求解；而利用多目标优化函数FGOALATTAIN进行求解时，需要用到单个目标单独优化时可以达到的目标值；因此首先需要对单个目标进行优化，采用基于MATLAB的惩罚函数法进行求解得出其目标值，然后再利用多目标优。
7、化函数FGOALATTAIN进行优化求解；C、仿真求解仿真求解可得目标函数AM的最优解为AM48686；采用与目标函数AM相同的优化方法可以得出目标函数VM的最优解为VM19259；目标函数JM的最优解为JM899775；由此可得最优的简谐梯形分段组合式运动规律，该运动规律以正弦运动规律为基础，在该运动规律的最高点、中间零点和最低点处分别把等加速运动规律，正弦加速、等速和等加速等减速运动规律对应组合进去，从而得到描述该点的运动学特性参数速度V、加速度A和加速度变化率J即跃度都连续变化的分段组合式定子曲线。权利要求书CN102094818ACN102094824A1/5页4一种汽车转向助力泵的定。
8、子及定子曲线的设计方法技术领域0001本发明涉及汽车转向助力机构的制造技术，特别是一种汽车转向助力泵的定子及定子曲线的设计方法。背景技术0002随着汽车工业的迅速发展，人们对汽车的舒适性和安全性有了更高的要求。汽车液压系统的转向性能作为衡量汽车性能的主要指标，直接影响到汽车操作的稳定性，在确保车辆的安全行驶、减少交通事故以及保护驾驶员的人身安全、改善驾驶员的工作条件等方面均起到重要的作用。0003液压动力转向助力泵是液压动力转向系统的关键部件，转向助力泵作为汽车动力转向系统的动力源，其性能的好坏直接关系到动力转向系统是否能正常运行，直接影响到汽车的转向安全性，而影响转向助力泵性能的关键部分为转。
9、向助力泵定子的定子曲线。0004目前，国内大部分企业还无法独立设计出合理的具有优良特性的定子曲线，对于定子曲线的生产加工主要是采用仿制的方法。首先购买国外的先进产品，然后使用靠模的方法仿制，或者运用逆向工程技术的方法进行仿制，即先用精密测量仪器测量关键数据，根据测量工具推出回归方程，从而得出定子曲线方程的方法。采用上述方法制造出来的转向助力泵在节能、降噪方面均存在着很大的不足。发明内容0005为解决现有技术存在的上述问题，本发明的目的在于提供一种既适合于高压高转速环境，又具有噪声低使用寿命长的汽车转向助力泵的定子及定子曲线的设计方法。0006为了实现上述目的，本发明的技术方案如下一种汽车转向助。
10、力泵的定子，固定于转向助力泵体内，定子的中间空腔为压缩室，压缩室内有转子和叶片，叶片随着转子的转动而在压缩室内转动，定子的外表面横截面为正圆形结构，内表面横截面的周边曲线即定子的定子曲线由大圆弧A1A2、大圆弧A3A4、小圆弧B1B2、小圆弧B3B4以及连接这四段圆弧的四段过渡曲线组成；0007所述的过渡曲线由简谐梯形分段组合式运动规律曲线构成；0008所述的简谐梯形分段组合式运动规律是指某点的运动规律为正弦运动规律时，以该正弦运动规律为基础，在该运动规律的最高点、中间零点和最低点处分别把等加速运动规律，即正弦加速、等速和等加速等减速运动规律对应组合进去，从而得到描述该点的运动学特性参数的速度。
11、V、加速度A和加速度变化率J即跃度都连续变化的分段组合式运动规律。0009本发明所述的过渡曲线由加速度逐渐变大的加速运动、等加速运动、加速度逐渐减小的加速运动、等速运动、加速度逐渐变大的减速运动、等减速运动、加速度逐渐减小的减速运动共7段运动规律曲线组成。0010一种汽车转向助力泵的定子曲线的设计方法，包括以下步骤说明书CN102094818ACN102094824A2/5页50011A、变量定义0012设叶片的升程S为时间T的函数，即SST，令叶片在T0时开始升程，到达最大升程的时间为TH，当TTH时，达到的最大升程值为H，则无因次升程S为00130014无因次时间T为00150016第I时。
12、刻的无因次时间为TI，对于分段组合式定子曲线，每当有一组TI值就有一种曲线，因而可构成曲线族，该曲线族可分为严格对称的组合曲线以及不严格对称的组合曲线两大类严格对称的组合曲线不仅关于中点对称，而且每个梯形段左右两部分也是对称的，此时TI值的7个变量中只有两个独立变量；不严格对称的组合曲线只关于中点对称，每个梯形段左、右两部分并不对称，此时TI值的7个变量中有3个独立变量；0017在这些曲线族中每一类都应该有满足所需条件的优化曲线，通过分析可知，不严格对称的曲线比严格对称曲线的综合性能参数要好，因此本发明选择不严格对称的组合曲线进行优化设计；0018B、优化设计0019B11、对优化目标函数加速。
13、度AM进行优化，优化目标函数加速度AM的数学模型可表示为00200021设计变量为TT1，T2，T3T，满足0T105、0T205、0T305、T2T1、T3T2；此外，约束条件为VMVM、JMJM、JMMJMM，其中JMM为跃度变化率的最大值；目标函数VM以及JM的优化方法与目标函数AM的优化方法相同；0022B12、对于该目标优化问题，可以利用MATLAB的多目标优化函数FGOALATTAIN进行求解；而利用多目标优化函数FGOALATTAIN进行求解时，需要用到单个目标单独优化时可以达到的目标值；因此首先需要对单个目标进行优化，采用基于MATLAB的惩罚函数法进行求解得出其目标值，然后再。
14、利用多目标优化函数FGOALATTAIN进行优化求解；0023C、仿真求解0024仿真求解可得目标函数AM的最优解为AM48686；采用与目标函数AM相同的优化方法可以得出目标函数VM的最优解为VM19259；目标函数JM的最优解为JM899775；0025由此可得最优的简谐梯形分段组合式运动规律，该运动规律以正弦运动规律为基础，在该运动规律的最高点、中间零点和最低点处分别把等加速运动规律，正弦加速、等速和等加速等减速运动规律对应组合进去，从而得到描述该点的运动学特性参数速度V、加速度A和加速度变化率J即跃度都连续变化的分段组合式定子曲线。说明书CN102094818ACN102094824A。
15、3/5页60026与现有技术相比，本发明具有以下有益效果00271、本发明通过对现有汽车转向助力泵的结构和原理进行比较分析，认为影响轿车转向助力泵输出油液流量脉动而导致噪声较大的主要原因在于定子中间压缩室连接大小圆弧的过渡曲线在设计上存在很大的缺陷。因此，本发明对该过渡曲线采用简谐梯形分段组合式运动规律曲线，定子曲线的径向速度V不会发生突变，即曲线上该点的径向加速度A在理论上不会等于无穷大，不会产生“硬冲”或“刚性冲击”。此外，定子曲线加速度和加速度变化率也不会产生突变，即不会引起叶片对定子的压紧力发生变化，同样不会因加速度突变而引起“软冲”或“柔性冲击”，满足定子曲线无振动冲击和低噪声的要求。
16、。00282、本发明通过对定子中间压缩室的外周边过渡曲线进行优化设计，可使汽车转向助力泵输出油液压力脉冲降低，整体结构设计合理，有效降低了转向助力泵的噪声，消除了驾驶室内的转向噪声，提高了转向助力泵的使用寿命，使驾乘的舒适性和安全性得到了极大的提高。附图说明0029本发明共有附图2幅，其中0030图1为汽车转向助力泵的定子曲线示意图；0031图2为简谐梯形分段组合式运动规律特性曲线图。0032图中1、压缩室，2、定子；曲线1为跃度曲线，曲线2为加速度曲线，曲线3为速度曲线，曲线4为位移曲线。具体实施方式0033下面结合附图对本发明进行进一步地描述。如图1所示，一种汽车转向助力泵的定子，固定于转。
17、向助力泵体内，定子2的中间空腔为压缩室1，压缩室1内有转子和叶片，叶片随着转子的转动而在压缩室1内转动，定子2的外表面横截面为正圆形结构，内表面横截面的周边曲线即定子2的定子曲线由大圆弧A1A2、大圆弧A3A4、小圆弧B1B2、小圆弧B3B4以及连接这四段圆弧的四段过渡曲线组成；0034所述的过渡曲线由简谐梯形分段组合式运动规律曲线构成；0035所述的简谐梯形分段组合式运动规律是指某点的运动规律为正弦运动规律时，以该正弦运动规律为基础，在该运动规律的最高点、中间零点和最低点处分别把等加速运动规律，即正弦加速、等速和等加速等减速运动规律对应组合进去，从而得到描述该点的运动学特性参数的速度V、加速。
18、度A和加速度变化率J即跃度都连续变化的分段组合式运动规律。0036所述的过渡曲线由加速度逐渐变大的加速运动、等加速运动、加速度逐渐减小的加速运动、等速运动、加速度逐渐变大的减速运动、等减速运动、加速度逐渐减小的减速运动共7段运动规律曲线组成。0037如图2所示，曲线1为跃度J运动规律曲线，曲线2为加速度A运动规律曲线，曲线3为速度V运动规律曲线，曲线4为位移运动规律曲线。为了满足转向助力泵的各种性能要求，定子曲线的速度、加速度、跃度特性曲线既要光滑连续、无突变，又要满足特性值VM、AM、JM等无量纲最大值尽可能的小。因此本发明对该分段组合曲线以最大速度VM、最大加速度说明书CN10209481。
19、8ACN102094824A4/5页7AM、最大跃度JM为优化目标函数，进行多目标约束优化设计。具体设计方法包括以下步骤0038A、变量定义0039设叶片的升程S为时间T的函数，即SST，令叶片在T0时开始升程，到达最大升程的时间为TH，当TTH时，达到的最大升程值为H，则无因次升程S为00400041无因次时间T为00420043第I时刻的无因次时间为TI，对于分段组合式定子曲线，每当有一组TI值就有一种曲线，因而可构成曲线族，该曲线族可分为严格对称的组合曲线以及不严格对称的组合曲线两大类严格对称的组合曲线不仅关于中点对称，而且每个梯形段左右两部分也是对称的，此时TI值的7个变量中只有两个独。
20、立变量；不严格对称的组合曲线只关于中点对称，每个梯形段左、右两部分并不对称，此时TI值的7个变量中有3个独立变量；0044在这些曲线族中每一类都应该有满足所需条件的优化曲线，通过分析可知，不严格对称的曲线比严格对称曲线的综合性能参数要好，因此本发明选择不严格对称的组合曲线进行优化设计。0045B、优化设计0046B11、对优化目标函数加速度AM进行优化，优化目标函数加速度AM的数学模型可表示为00470048设计变量为TT1，T2，T3T，满足0T105、0T205、0T305、T2T1、T3T2；此外，约束条件为VMVM、JMJM和JMMJMM，其中JMM为跃度变化率的最大值；目标函数VM以。
21、及JM的优化方法与目标函数AM的优化方法相同；0049B12、对于该目标优化问题，可以利用MATLAB的多目标优化函数FGOALATTAIN进行求解；而利用多目标优化函数FGOALATTAIN进行求解时，需要用到单个目标单独优化时可以达到的目标值；因此首先需要对单个目标进行优化，采用基于MATLAB的惩罚函数法进行求解得出其目标值，然后再利用多目标优化函数FGOALATTAIN进行优化求解；0050C、仿真求解0051仿真求解可得目标函数AM的最优解为AM48686；采用与目标函数AM相同的优化方法可以得出目标函数VM的最优解为VM19259；目标函数JM的最优解为JM899775；0052由此可得最优的简谐梯形分段组合式运动规律，该运动规律以正弦运动规律为基础，在该运动规律的最高点、中间零点和最低点处分别把等加速运动规律，正弦加速、等速和等加速等减速运动规律对应组合进去，从而得到描述该点的运动学特性参数速度V、加说明书CN102094818ACN102094824A5/5页8速度A和加速度变化率J即跃度都连续变化的分段组合式定子曲线。说明书CN102094818ACN102094824A1/1页9图1图2说明书附图CN102094818A。