Knowledge base: Warsaw University of Technology

Settings and your account

Back

Design of steer-by-wire steering column in a L7E-CP category vehicle

Jakub Krywko

Abstract

The purpose of the work was to construct a steer-by-wire steering column prepared according to the requirements of the L7e-CP vehicle category. At the beginning of the work, it was explained why steer-by-wire is considered to be an important technology in the future of cars. The main assumptions of the designed steering column are described. The next chapter describes the construction of a conventional steering system with particular attention to the steering column and the electrical power steering system. The principle of operation and the main advantages of fly-by-wire systems from which steer-by-wire is derived have been described. The requirements of the L7e-CP category of vehicles are presented and the steer-by-wire system already introduced for use in the automotive industry is described. At the beginning of the construction process, drawings describing the individual elements of the designed column were presented. Next, the requirements concerning the construction, safety factor for stresses, operating principle, safety and forces generated on the shaft of the designed mechanism are presented. The steering wheel angle sensor and the torque torsion exerted in the steering shaft axis were chosen from the automotive industry. For safety reasons, the steering wheel angle reading has been doubled with an encoder. Due to the type of sensor used, installed in series in the column drive transmission system, the construction system was chosen with a steering wheel simulation system installed directly to the sensor shaft. The method of planned shafts connections was described and the steering shaft was selected from a passenger car. Then, analytical calculations of the transmission system were carried out and a BLDC electric motor and a worm gear reducer were selected. Transmissions output shaft was designed, analytical strength of the groove was calculated. Next, the finite element analysis of the drive transmission system was performed, charging the system with the forces obtained from the L7e-CP category homologation. A force of 150N was applied tangentially to the outer diameter of the steering wheel. Stresses occurring in the transmission output shaft were checked. The reactions obtained on the bearings were used to select the bearings of the column shafts. Next, the steering column housing was designed, the process of making the appropriate modules was described and subjected to FEM analysis. The system was loaded with reaction forces on bearings, torque generated by the engine and the mass of the engine and transmission.
Diploma type
Engineer's / Bachelor of Science
Diploma type
Engineer's thesis
Author
Jakub Krywko (FPAE) Jakub Krywko,, Faculty of Power and Aeronautical Engineering (FPAE)
Title in Polish
Konstrukcja kolumny kierowniczej typu steer-by-wire w pojeździe kategorii L7E-CP
Supervisor
Michał Kowalik (FPAE/IAAM) Michał Kowalik,, The Institute of Aeronautics and Applied Mechanics (FPAE/IAAM)Faculty of Power and Aeronautical Engineering (FPAE)
Certifying unit
Faculty of Power and Aeronautical Engineering (FPAE)
Affiliation unit
The Institute of Aeronautics and Applied Mechanics (FPAE/IAAM)
Study subject / specialization
, Mechanika i Projektowanie Maszyn
Language
(pl) Polish
Status
Finished
Defense Date
25-06-2019
Issue date (year)
2019
Pages
39 + rysunki
Internal identifier
MEL; PD-5172
Reviewers
Michał Kowalik (FPAE/IAAM) Michał Kowalik,, The Institute of Aeronautics and Applied Mechanics (FPAE/IAAM)Faculty of Power and Aeronautical Engineering (FPAE) Marek Matyjewski (FPAE/IAAM) Marek Matyjewski,, The Institute of Aeronautics and Applied Mechanics (FPAE/IAAM)Faculty of Power and Aeronautical Engineering (FPAE)
Keywords in Polish
kolumna kierownicza, steer-by-wire, układ kierowniczy, pojazdy L7e-CP,motoryzacja, przekładnia ślimakowa
Keywords in English
steering column, steer-by-wire, steering system, L7e-CP vehicles, automotive,worm gear
Abstract in Polish
Celem pracy było skonstruowanie kolumny kierowniczej typu steer-by-wire przygotowanej według wymagań kategorii pojazdów L7e-CP. Na początku pracy wytłumaczono dlaczego steer-by-wire jest uznawane za technologię istotną w przyszłości motoryzacji. Opisano główne założenia projektowanej kolumny kierowniczej. W kolejnym rozdziale opisano budowę konwencjonalnego układu kierowniczego oraz systemu elektrycznego wspomagania ze zwróceniem szczególnej uwagi na kolumnę kierowniczą. Opisano zasadę działania oraz główne zalety układów typu fly-by-wire, z którego wywodzi się steer-by-wire. Przedstawiono wymagania kategorii L7e-CP pojazdów oraz opisano wprowadzony do użytku w branży motoryzacyjnej układ typu steer-by-wire. Na początku procesu konstrukcyjnego przedstawiono rysunki poglądowe opisujące poszczególne elementy projektowanej kolumny. Następnie przedstawiono wymagania dotyczące budowy, współczynnika bezpieczeństwa dla naprężeń, zasady działania, bezpieczeństwa oraz sił generowanych na wale projektowanego mechanizmu. Dobrano czujnik kąta skrętu kierownicy oraz momentu skręcającego wywieranego w osi wału kierowniczego stosowany w branży motoryzacyjnej. Ze względów bezpieczeństwa, odczyt kąta skrętu kierownicy zdublowano za pomocą enkodera. W związku z typem zastosowanego czujnika, montowanego szeregowo w układzie przeniesienia napędu kolumny, dobrano układ konstrukcji z systemem symulowania oporu kierownicy zamontowanym bezpośrednio do czujnika. Opisano sposób planowanego łączenia wałów oraz dobrano wał kierownicy z samochodu osobowego. Następnie przeprowadzono obliczenia analityczne układu przeniesienia napędu oraz dobrano silnik elektryczny typu BLDC i niesamohamowną przekładnię ślimakową. Zaprojektowano wał przekładni, policzono analitycznie wytrzymałość wpustu. Następnie wykonano analizę metodą elementów skończonych samego układu przeniesienia napędu, obciążając układ siłami pozyskanymi z homologacji kategorii L7e-CP. Przyłożono siłę 150N stycznie do średnicy zewnętrznej kierownicy. Sprawdzono naprężenia występujące w wale przekładni. Reakcje uzyskane na łożyskach posłużyły do doboru łożysk wałów kolumny. Następnie zaprojektowano obudowę kolumny kierowniczej, opisano proces wykonywania odpowiednich modułów oraz poddano analizie MES. Układ obciążono siłami reakcji na łożyskach, momentem generowanym przez silnik oraz masą silnika i przekładni.
File
  • File: 1
    271119_INŻ.pdf
Request a WCAG compliant version
Local fields
Identyfikator pracy APD: 34857

Uniform Resource Identifier
https://repo.pw.edu.pl/info/bachelor/WUT63b0352e4c9243c1823122dd850d7460/
URN
urn:pw-repo:WUT63b0352e4c9243c1823122dd850d7460

Confirmation
Are you sure?
Report incorrect data on this page