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畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)開(kāi)題報(bào)告
設(shè)計(jì)(論文)題目: 越野車液壓主動(dòng)懸架系統(tǒng)設(shè)計(jì)
院 系 名 稱: 汽車與交通工程學(xué)院
專 業(yè) 班 級(jí): 車輛工程B07-1
學(xué) 生 姓 名: 嘎力班
導(dǎo) 師 姓 名: 安永東
開(kāi) 題 時(shí) 間: 2011年2月28日
指導(dǎo)委員會(huì)審查意見(jiàn):
簽字: 年 月 日
畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)開(kāi)題報(bào)告
學(xué)生姓名
嘎力班
系部
汽車與交通工程學(xué)院
專業(yè)、班級(jí)
車輛B07-1班
指導(dǎo)教師姓名
安永東
職稱
副教授
從事
專業(yè)
車輛工程
是否外聘
□是√否
題目名稱
越野車液壓主動(dòng)懸架系統(tǒng)設(shè)計(jì)
一、課題研究現(xiàn)狀、選題目的和意義
1:課題研究現(xiàn)狀
車輛行駛時(shí),由路面不平等因素引起振動(dòng),影響乘坐舒適性和操作穩(wěn)定性,甚至影響行駛速度,損壞車輛的零部件和運(yùn)載的貨物。同時(shí)車輛振動(dòng)也是車內(nèi)噪聲的主要來(lái)源。
車輛減振主要是通過(guò)使用車輛懸架系統(tǒng)來(lái)完成。傳統(tǒng)的被動(dòng)懸架的阻尼和剛度參數(shù)一般按經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)或優(yōu)化設(shè)計(jì)方法選擇,一經(jīng)選定,在車輛行駛過(guò)程中就無(wú)法再進(jìn)行調(diào)節(jié),因而不能適應(yīng)車輛參數(shù)運(yùn)行工況等的復(fù)雜多變。在某個(gè)特定工況下按目標(biāo)優(yōu)化出的懸架系統(tǒng),一旦載荷、車速和路況等發(fā)生變化,懸架在新的工況下便不再是最優(yōu)。
自從汽車發(fā)明以來(lái),工程師們就一直在研究如何將汽車的懸架系統(tǒng)設(shè)計(jì)得更好。最初的汽車懸架系統(tǒng)是使用馬車的彈性鋼板,效果當(dāng)然不會(huì)很好。1908年螺旋彈簧開(kāi)始用于轎車,當(dāng)時(shí)就曾經(jīng)有兩種截然不同的意見(jiàn)。第一種意見(jiàn)主張安裝剛性較大的螺旋彈簧,以使車輪保持著與路面接觸的傾向,提高輪胎的抓地能力。但是這樣的弊端是乘坐汽車時(shí)有較強(qiáng)烈的顛簸感覺(jué)。另一種意見(jiàn)認(rèn)為應(yīng)該采用較軟的螺旋彈簧,以適應(yīng)崎嶇不平的路面,提高乘坐汽車時(shí)的平穩(wěn)性及舒適性。但是這樣的汽車操縱性較差。到了三四十年代,獨(dú)立懸架開(kāi)始出現(xiàn),并得到很大發(fā)展。減振器也由早期的摩擦式發(fā)展為液力式。這些改進(jìn)無(wú)疑提高了懸架的性能,但無(wú)論怎樣改良,此時(shí)的懸架仍然屬于被動(dòng)式懸架,仍然在很多方面有很大局限性。
衡量懸架性能好壞的主要指標(biāo)是汽車行駛的平順性和操縱穩(wěn)定性,但這兩個(gè)方面是相互排斥的性能要求,往往不能同時(shí)滿足。怎樣在二者之間取得合理的平衡以達(dá)到最好的效果,一直是工程師們的研究課題。
平順性一般通過(guò)車體或車身某個(gè)部位(如車底板、駕駛員座椅處)的加速度響應(yīng)來(lái)評(píng)價(jià),操縱穩(wěn)定性則可以通過(guò)車輪的動(dòng)載來(lái)度量。例如,若降低彈簧的剛度,則車體加速度減少使平順性變好,但同時(shí)會(huì)導(dǎo)致車體位移的增加。由此產(chǎn)生車體重心的變動(dòng)將引起輪胎負(fù)荷變化的增加,對(duì)操縱穩(wěn)定性產(chǎn)生不良影響;另一方面,增加彈簧剛度會(huì)提高操縱穩(wěn)定性,但硬的彈簧將導(dǎo)致汽車對(duì)路面不平度很敏感,使平順性降低。所以,理想的懸架應(yīng)該在不同的使用條件下具有不同的彈簧剛度和減振器阻尼,既能滿足平順性要求又能滿足操縱穩(wěn)定性要求
為了克服這個(gè)缺陷,國(guó)外在50年代就提出了主動(dòng)懸架的概念。主動(dòng)懸架采用有源或無(wú)源可控元件組成的一個(gè)閉環(huán)或開(kāi)環(huán)的控制系統(tǒng),根據(jù)車輛系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)和外部輸入的變化(路面激勵(lì)或者駕駛員方向盤的操作)作出反應(yīng),主動(dòng)地調(diào)節(jié)和產(chǎn)生所需的控制力,是懸架始終處于最佳減振狀態(tài)。主動(dòng)懸架由控制系統(tǒng)喝執(zhí)行機(jī)構(gòu)組成,執(zhí)行機(jī)構(gòu)味有源液壓系統(tǒng)的主動(dòng)懸架簡(jiǎn)稱全主動(dòng)懸架,而無(wú)源主動(dòng)懸架則簡(jiǎn)稱半主動(dòng)懸架。半主動(dòng)懸架由可調(diào)節(jié)彈簧或可調(diào)阻尼器構(gòu)成,與全主動(dòng)懸架相比,最大的優(yōu)點(diǎn)就是工作幾乎不消耗發(fā)動(dòng)機(jī)的功率,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,造價(jià)較低,因此受到廣泛重視?!?
由于被動(dòng)懸架設(shè)計(jì)的出發(fā)點(diǎn)是在滿足汽車平順性和操縱穩(wěn)定性之間進(jìn)行折衷,對(duì)于不同的使用要求,只能是在滿足主要性能要求的基礎(chǔ)上犧牲次要性能。所以盡管被動(dòng)懸架在設(shè)計(jì)上以不斷改進(jìn)被動(dòng)元件而實(shí)現(xiàn)了低成本、高可靠性的目標(biāo),但始終無(wú)法解決同時(shí)滿足平順性和操縱穩(wěn)定性之間相矛盾的要求。
為此,自五六十年代起產(chǎn)生了主動(dòng)懸架的概念,它能夠根據(jù)懸架質(zhì)量的加速度,利用電控液壓部件主動(dòng)地控制汽車的振動(dòng)。在這方面的研究,各大汽車制造公司均不遺余力。典型的例子,早期有雪鐵龍公司在1955年發(fā)展的一種液壓-空氣懸架系統(tǒng),可以使汽車具有較好的行駛性能和舒適性,但是它的制造工序太復(fù)雜,最終難以普及。到90年代,日產(chǎn)公司在無(wú)限Q45轎車上應(yīng)用了新式主動(dòng)懸架,進(jìn)一步提高了轎車適應(yīng)崎嶇路面的能力。
隨著電子技術(shù)的發(fā)展,出現(xiàn)了可變特性懸架控制系統(tǒng)。它可根據(jù)運(yùn)行條件與路面狀況,以手動(dòng)控制懸架特性變化。手動(dòng)開(kāi)關(guān)可選擇兩種擋位:1.“SPORT”擋位,剛性高,相當(dāng)于高級(jí)跑車的懸架特性。2.“TOURING”擋位,柔性,相當(dāng)于高級(jí)旅行車的懸架特性。圖 1為可變特性懸架的構(gòu)造,表1為其主要部件功能,表2為手動(dòng)選擇開(kāi)關(guān)擋位特點(diǎn)。
現(xiàn)時(shí)引人注意的是奔馳公司發(fā)展的ABC(Active Body Control)系統(tǒng),可算是相對(duì)先進(jìn)的主動(dòng)懸架系統(tǒng)代表。
ABC系統(tǒng)的設(shè)計(jì)人員從一開(kāi)始就沒(méi)有將注意力放在傳統(tǒng)的思路上,而是另辟蹊徑,集中研究車身在行駛時(shí)的跳動(dòng)。他們認(rèn)為,從穩(wěn)定性考慮,通過(guò)抑制車身在行駛時(shí)的起伏、傾斜及跳動(dòng),可以最大限度地提高舒適性,而且更簡(jiǎn)單直接。對(duì)駕駛而言,采用剛性較大的螺旋彈簧,可以使汽車優(yōu)越的操縱駕駛性得到保證。早在多年前,研究人員已經(jīng)進(jìn)行過(guò)這方面的驗(yàn)證。隨著近年來(lái)電子技術(shù)及電腦控制在轎車上大量應(yīng)用,這種新型主動(dòng)懸架變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)的條件越來(lái)越成熟。最新面世的系統(tǒng)采用了大量電子控制技術(shù),奔馳公司稱之為主動(dòng)式車身控制系統(tǒng),簡(jiǎn)稱ABC 。
傳統(tǒng)的懸架系統(tǒng)工作方式主要是通過(guò)厚重的車身跳動(dòng),推壓液壓油,通過(guò)阻尼減振器抑制車身的振動(dòng),并由螺旋彈簧將跳動(dòng)能量吸收。這種完全被動(dòng)的方式當(dāng)然有許多不足之處。而ABC系統(tǒng)則通過(guò)感應(yīng)最輕微的車輪及車身動(dòng)作,在任何大的車身振動(dòng)之前及時(shí)對(duì)懸架系統(tǒng)作出調(diào)整,保持車身的平衡。該系統(tǒng)能夠很好地適應(yīng)各種路面情況,即使在異常崎嶇不平的地方,轎車也能保持優(yōu)越的操縱性、舒適性及方向穩(wěn)定性。
為了達(dá)到理想的效果,ABC系統(tǒng)在各條懸架滑柱內(nèi)裝有一套新型的液力調(diào)節(jié)伺服器,可動(dòng)態(tài)調(diào)整的液壓缸根據(jù)不同的路面情況自動(dòng)調(diào)節(jié)螺旋彈簧座的位置,這一點(diǎn)很重要。當(dāng)車輪遇到障礙物時(shí),ABC系統(tǒng)通過(guò)傳感器感知,自動(dòng)調(diào)節(jié)彈簧座,并在彈簧座上施加壓力,使之能最大限度地抵消傳遞給車身的跳動(dòng)能量。同樣的方法,ABC系統(tǒng)還能夠避免轎車在制動(dòng)、加速及轉(zhuǎn)彎時(shí)產(chǎn)生的車身傾斜。當(dāng)汽車制動(dòng)或拐彎時(shí)的慣性引起彈簧變形,懸架傳感器會(huì)檢測(cè)出車身的傾斜度和橫向加速度。微電腦根據(jù)傳感器的信息,與預(yù)先設(shè)定的數(shù)值進(jìn)行比較計(jì)算,并立即確定在什么位置上將多大的負(fù)載加到懸架上,使車身的傾斜減到最小。幾乎可以說(shuō),車身在任何狀態(tài)下都能保持水平位置。
ABC系統(tǒng)的控制感應(yīng)裝置由兩個(gè)微型處理器及13個(gè)傳感器組成,每10μs對(duì)懸架系統(tǒng)作一次掃描和調(diào)整。各傳感器分別向微處理器傳送車速、車輪制動(dòng)壓力、踏動(dòng)油門踏板的速度、車身垂直方向的振幅及頻率、轉(zhuǎn)向盤角度及轉(zhuǎn)向速度等數(shù)據(jù)。電腦不斷接收這些數(shù)據(jù)并與預(yù)先設(shè)定的臨界值進(jìn)行比較。同時(shí),電腦能獨(dú)立控制每一個(gè)車輪上的執(zhí)行元件,從而能在任何時(shí)候、任何車輪上產(chǎn)生符合要求的懸架運(yùn)動(dòng)以適應(yīng)汽車的每一種行駛狀況。
ABC系統(tǒng)使汽車對(duì)側(cè)傾、俯仰、橫擺、跳動(dòng)和車身高度的控制都能更加迅速、精確,即使在路況較差的路面上,汽車的跳動(dòng)也很小。而且汽車高速行駛和轉(zhuǎn)彎的穩(wěn)定性大大提高。車身的側(cè)傾小,車輪外傾角度變化也小,輪胎就能較好地保持與地面垂直接觸,使輪胎對(duì)地面的附著力提高,以充分發(fā)揮輪胎的驅(qū)動(dòng)制動(dòng)作用。此外汽車的載重量無(wú)論如何變化,汽車始終能保持一定的車身高度,所以懸架的幾何關(guān)系也可以確保不變。
目前,這種主動(dòng)式車身控制系統(tǒng)已經(jīng)應(yīng)用在奔馳最新的C系列轎車上,雖然價(jià)格不菲,但也贏得極佳的口碑,被譽(yù)為是動(dòng)力性能和乘坐舒適性改進(jìn)的一個(gè)里程碑。
2:越野車液壓主動(dòng)懸架系統(tǒng)設(shè)計(jì)的意義
汽車懸架系統(tǒng)性能的優(yōu)劣直接影響汽車的乘坐舒適性和操縱安全性。傳統(tǒng)的被動(dòng)懸架由于其參數(shù)固定從根本上造成了兩者的矛盾,主動(dòng)懸架作為最先進(jìn)的懸架系統(tǒng),能根據(jù)實(shí)時(shí)工況,主動(dòng)及時(shí)地調(diào)整和產(chǎn)生所需懸架控制力,使懸架處于最優(yōu)的減振狀態(tài),從而達(dá)到兩者的完美結(jié)合?!?
主動(dòng)懸架擁有自身的能源,并以一個(gè)力的發(fā)生器取代了被動(dòng)懸架中的減振器,采用電液伺服閥作為懸架系統(tǒng)中液壓作動(dòng)器的控制閥,通過(guò)液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì),結(jié)合ECU的控制功能,實(shí)現(xiàn)對(duì)汽車車身高度的自動(dòng)調(diào)節(jié),阻尼及剛度的自動(dòng)調(diào)節(jié)。
主動(dòng)懸架因?yàn)槠溆刑囟ǖ慕Y(jié)構(gòu)特性而具有提高乘坐舒適性方面的巨大潛力,將逐步取代被動(dòng)懸架和半主動(dòng)懸架。隨著控制理論的不斷完善以及其他軟、硬件技術(shù)的發(fā)展,主動(dòng)懸架技術(shù)會(huì)漸漸走向成熟,從而可極大地提高汽車性能,使得主動(dòng)懸架具有廣闊的應(yīng)用前景。
主動(dòng)懸架因?yàn)槠溆刑囟ǖ慕Y(jié)構(gòu)特性而具有提高乘坐舒適性方面的巨大潛力,將逐步取代被動(dòng)懸架和半主動(dòng)懸架。隨著控制理論的不斷完善以及其他軟、硬件技術(shù)的發(fā)展,主動(dòng)懸架技術(shù)會(huì)漸漸走向成熟,從而可極大地提高汽車性能,使得主動(dòng)懸架具有廣闊的應(yīng)用前景。
二、設(shè)計(jì)(論文)的基本內(nèi)容、擬解決的主要問(wèn)題
基本內(nèi)容:
1:主動(dòng)懸架系統(tǒng)總體方案的設(shè)計(jì)
2:懸架剛度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
3:懸架阻尼調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
4:車身高度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
5:高速開(kāi)關(guān)閥的設(shè)計(jì)及校核
擬主要解決問(wèn)題
1 液壓系統(tǒng)方案確定
2 節(jié)流閥阻尼孔的確定
3 節(jié)流閥外形尺寸的選擇
4 傳感器的選擇
5 液壓缸參數(shù)的確定
6 液壓缸外形尺寸的計(jì)算與校核
三、技術(shù)路線(研究方法)
調(diào)查研究
數(shù)據(jù)處理分析
技術(shù)要求分析
主動(dòng)懸架系統(tǒng)總體方案的設(shè)計(jì)
懸架剛度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
懸架阻尼調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
車身高度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
計(jì)算校核,
繪制裝配圖零件圖
設(shè)計(jì)完成
四、進(jìn)度安排
1、進(jìn)行文獻(xiàn)檢索查,查看相關(guān)資料,對(duì)課題的基本內(nèi)容有一定的認(rèn)識(shí)和了解。第1-2周(2月28日~3月11日)
2、初步確定設(shè)計(jì)的總體方案,討論確定方案;對(duì)比例液壓系統(tǒng)進(jìn)行初步設(shè)計(jì)。第3-6周(3月14日~4月8日)
3、提交設(shè)計(jì)草稿,進(jìn)行討論,修定。第7周(4月11日~4月15日)
4、完善設(shè)計(jì),選取標(biāo)準(zhǔn)件,設(shè)計(jì)非標(biāo)件,繪制裝配圖及相應(yīng)非標(biāo)件零件圖。第8-12周(4月18日~5月20日)
5、提交正式設(shè)計(jì),教師審核。第13-14周(5月23日~6月3日)
6、按照審核意見(jiàn)進(jìn)行修改。第15周(6月6日~6月10日)
7、整理所有材料,裝訂成冊(cè),準(zhǔn)備答辯。第16周(6月13日~6月17日)
五、參考文獻(xiàn)
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六、備注
指導(dǎo)教師意見(jiàn):
簽字: 年 月 日