越野車液壓主動懸架系統(tǒng)設計【含CAD高清圖紙和說明書】

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車輛行駛時，由路面不平等因素引起振動，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載的貨物。同時車輛振動也是車內噪聲的主要來源。車輛減振主要是通過使用車輛懸架系統(tǒng)來完成。傳統(tǒng)的被動懸架的阻尼和剛度參數(shù)一般按經驗設計或優(yōu)化設計方法選擇，一經選定，在車輛行駛過程中就無法再進行調節(jié)，因而不能適應車輛參數(shù)運行工況等的復雜多變。在某個特定工況下按目標優(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，工程師們就一直在研究如何將汽車的懸架系統(tǒng)設計得更好。最初的汽車懸架系統(tǒng)是使用馬車的彈性鋼板，效果當然不會很好。1908年螺旋彈簧開始用于轎車，當時就曾經有兩種截然不同的意見。第一種意見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有較強烈的顛簸感覺。另一種意見認為應該采用較軟的螺旋彈簧，以適應崎嶇不平的路面，提高乘坐汽車時的平穩(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，獨立懸架開始出現(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。這些改進無疑提高了懸架的性能，但無論怎樣改良，此時的懸架仍然屬于被動式懸架，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是汽車行駛的平順性和操縱穩(wěn)定性，但這兩個方面是相互排斥的性能要求，往往不能同時滿足。怎樣在二者之間取得合理的平衡以達到最好的效果，一直是工程師們的研究課題。平順性一般通過車體或車身某個部位(如車底板、駕駛員座椅處)的加速度響應來評價，操縱穩(wěn)定性則可以通過車輪的動載來度量。例如，若降低彈簧的剛度，則車體加速度減少使平順性變好，但同時會導致車體位移的增加。由此產生車體重心的變動將引起輪胎負荷變化的增加，對操縱穩(wěn)定性產生不良影響；另一方面，增加彈簧剛度會提高操縱穩(wěn)定性，但硬的彈簧將導致汽車對路面不平度很敏感，使平順性降低。所以，理想的懸架應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缺陷，國外在年代就提出了主動懸架的概念。主動懸架采用有源或無源可控元件組成的一個閉環(huán)或開環(huán)的控制系統(tǒng)，根據(jù)車輛系統(tǒng)的運動狀態(tài)和外部輸入的變化（路面激勵或者駕駛員方向盤的操作）作出反應，主動地調節(jié)和產生所需的控制力，是懸架始終處于最佳減振狀態(tài)。主動懸架由控制系統(tǒng)喝執(zhí)行機構組成，執(zhí)行機構味有源液壓系統(tǒng)的主動懸架簡稱全主動懸架，而無源主動懸架則簡稱半主動懸架。半主動懸架由可調節(jié)彈簧或可調阻尼器構成，與全主動懸架相比，最大的優(yōu)點就是工作幾乎不消耗發(fā)動機的功率，結構簡單，造價較低，因此受到廣泛重視。由于被動懸架設計的出發(fā)點是在滿足汽車平順性和操縱穩(wěn)定性之間進行折衷，對于不同的使用要求，只能是在滿足主要性能要求的基礎上犧牲次要性能。所以盡管被動懸架在設計上以不斷改進被動元件而實現(xiàn)了低成本、高可靠性的目標，但始終無法解決同時滿足平順性和操縱穩(wěn)定性之間相矛盾的要求。 為此，自五六十年代起產生了主動懸架的概念，它能夠根據(jù)懸架質量的加速度，利用電控液壓部件主動地控制汽車的振動。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雜，最終難以普及。到90年代，日產公司在無限Q45轎車上應用了新式主動懸架，進一步提高了轎車適應崎嶇路面的能力。 隨著電子技術的發(fā)展，出現(xiàn)了可變特性懸架控制系統(tǒng)。它可根據(jù)運行條件與路面狀況，以手動控制懸架特性變化。手動開關可選擇兩種擋位：1.“SPORT”擋位，剛性高，相當于高級跑車的懸架特性。2.“TOURING”擋位，柔性，相當于高級旅行車的懸架特性。圖 1為可變特性懸架的構造，表1為其主要部件功能，表2為手動選擇開關擋位特點。 現(xiàn)時引人注意的是奔馳公司發(fā)展的ABC(Active Body Control)系統(tǒng)，可算是相對先進的主動懸架系統(tǒng)代表。 ABC系統(tǒng)的設計人員從一開始就沒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的跳動。他們認為，從穩(wěn)定性考慮，通過抑制車身在行駛時的起伏、傾斜及跳動，可以最大限度地提高舒適性，而且更簡單直接。對駕駛而言，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，研究人員已經進行過這方面的驗證。隨著近年來電子技術及電腦控制在轎車上大量應用，這種新型主動懸架變?yōu)楝F(xiàn)實的條件越來越成熟。最新面世的系統(tǒng)采用了大量電子控制技術，奔馳公司稱之為主動式車身控制系統(tǒng)，簡稱ABC 。 傳統(tǒng)的懸架系統(tǒng)工作方式主要是通過厚重的車身跳動，推壓液壓油，通過阻尼減振器抑制車身的振動，并由螺旋彈簧將跳動能量吸收。這種完全被動的方式當然有許多不足之處。而ABC系統(tǒng)則通過感應最輕微的車輪及車身動作，在任何大的車身振動之前及時對懸架系統(tǒng)作出調整，保持車身的平衡。該系統(tǒng)能夠很好地適應各種路面情況，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。 為了達到理想的效果，ABC系統(tǒng)在各條懸架滑柱內裝有一套新型的液力調節(jié)伺服器，可動態(tài)調整的液壓缸根據(jù)不同的路面情況自動調節(jié)螺旋彈簧座的位置，這一點很重要。當車輪遇到障礙物時，ABC系統(tǒng)通過傳感器感知，自動調節(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能量。同樣的方法，ABC系統(tǒng)還能夠避免轎車在制動、加速及轉彎時產生的車身傾斜。當汽車制動或拐彎時的慣性引起彈簧變形，懸架傳感器會檢測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，與預先設定的數(shù)值進行比較計算，并立即確定在什么位置上將多大的負載加到懸架上，使車身的傾斜減到最小。幾乎可以說，車身在任何狀態(tài)下都能保持水平位置。 ABC系統(tǒng)的控制感應裝置由兩個微型處理器及13個傳感器組成，每10s對懸架系統(tǒng)作一次掃描和調整。各傳感器分別向微處理器傳送車速、車輪制動壓力、踏動油門踏板的速度、車身垂直方向的振幅及頻率、轉向盤角度及轉向速度等數(shù)據(jù)。電腦不斷接收這些數(shù)據(jù)并與預先設定的臨界值進行比較。同時，電腦能獨立控制每一個車輪上的執(zhí)行元件，從而能在任何時候、任何車輪上產生符合要求的懸架運動以適應汽車的每一種行駛狀況。 ABC系統(tǒng)使汽車對側傾、俯仰、橫擺、跳動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，汽車的跳動也很小。而且汽車高速行駛和轉彎的穩(wěn)定性大大提高。車身的側傾小，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，使輪胎對地面的附著力提高，以充分發(fā)揮輪胎的驅動制動作用。此外汽車的載重量無論如何變化，汽車始終能保持一定的車身高度，所以懸架的幾何關系也可以確保不變。 目前，這種主動式車身控制系統(tǒng)已經應用在奔馳最新的C系列轎車上，雖然價格不菲，但也贏得極佳的口碑，被譽為是動力性能和乘坐舒適性改進的一個里程碑。2：越野車液壓主動懸架系統(tǒng)設計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)的被動懸架由于其參數(shù)固定從根本上造成了兩者的矛盾，主動懸架作為最先進的懸架系統(tǒng)，能根據(jù)實時工況，主動及時地調整和產生所需懸架控制力，使懸架處于最優(yōu)的減振狀態(tài)，從而達到兩者的完美結合。主動懸架擁有自身的能源，并以一個力的發(fā)生器取代了被動懸架中的減振器，采用電液伺服閥作為懸架系統(tǒng)中液壓作動器的控制閥，通過液壓系統(tǒng)的設計，結合ECU的控制功能，實現(xiàn)對汽車車身高度的自動調節(jié)，阻尼及剛度的自動調節(jié)。主動懸架因為其有特定的結構特性而具有提高乘坐舒適性方面的巨大潛力，將逐步取代被動懸架和半主動懸架。隨著控制理論的不斷完善以及其他軟、硬件技術的發(fā)展，主動懸架技術會漸漸走向成熟，從而可極大地提高汽車性能，使得主動懸架具有廣闊的應用前景。主動懸架因為其有特定的結構特性而具有提高乘坐舒適性方面的巨大潛力，將逐步取代被動懸架和半主動懸架。隨著控制理論的不斷完善以及其他軟、硬件技術的發(fā)展，主動懸架技術會漸漸走向成熟，從而可極大地提高汽車性能，使得主動懸架具有廣闊的應用前景。二、設計（論文）的基本內容、擬解決的主要問題基本內容：1：主動懸架系統(tǒng)總體方案的設計2：懸架剛度調節(jié)機構設計3：懸架阻尼調節(jié)機構設計4：車身高度調節(jié)機構設計5：高速開關閥的設計及校核擬主要解決問題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算與校核三、技術路線（研究方法）調查研究 數(shù)據(jù)處理分析技術要求分析主動懸架系統(tǒng)總體方案的設計懸架剛度調節(jié)機構設計懸架阻尼調節(jié)機構設計車身高度調節(jié)機構設計計算校核,繪制裝配圖零件圖設計完成四、進度安排1、進行文獻檢索查，查看相關資料，對課題的基本內容有一定的認識和了解。第1-2周（2月28日3月11日）2、初步確定設計的總體方案，討論確定方案；對比例液壓系統(tǒng)進行初步設計。第3-6周（3月14日4月8日）3、提交設計草稿，進行討論，修定。第7周（4月11日4月15日）4、完善設計，選取標準件，設計非標件，繪制裝配圖及相應非標件零件圖。第8-12周（4月18日5月20日）5、提交正式設計，教師審核。第13-14周（5月23日6月3日）6、按照審核意見進行修改。第15周（6月6日6月10日）7、整理所有材料，裝訂成冊，準備答辯。第16周（6月13日6月17日）五、參考文獻1段俊法，陳思忠.越野車輛懸架系統(tǒng)的評價研究J.北京汽車，2006.(2):1821.2萬鋼.轎車懸架技術現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢J.上海汽車，2006.7:2628.3方子帆，陳永清等.汽車半主動懸架系統(tǒng)的關鍵技術及研究進展J.三峽大學學報，2005.2(1):4651. 4孟愛紅,王良曦,晁志強等.車輛主動懸架液壓伺服控制系統(tǒng)設計與仿真J.液壓與氣動,2004,(1):14-165許益民.電液比例控制系統(tǒng)分析與設計M.北京:機械工業(yè)出版社.20056孟愛紅.主動懸架液壓伺服控制系統(tǒng)仿真.北京:裝甲兵工程學院，20037林慕義,張福生.車輛底盤構造與設計.北京.冶金工業(yè)出版社.20078 Haeid S.Gndrew A Design of a New High-performance Electro Hydraulic Actuator 2000(02)9齊曉杰,安永東.汽車液壓,液力與氣壓傳動.北京.化工工業(yè)出版社.2007.910賈民平,張洪亭.測試技術.北京.高等教育出版社.2009.511 梁經芝 馬國新.電液主動懸架的自校正控制J.汽車工程,2005,27(2):209-211.12 管成 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