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理工科類 本科生畢業(yè)設計 論文 開題報告 論文 設計 題目 貨車懸架系統(tǒng)的設計 作者所在系別 機械電子工程 作者所在專業(yè) 車輛工程 作者所在班級 B13142 作 者 姓 名 李京城 作 者 學 號 201322353 指導教師姓名 趙秋芳 指導教師職稱 副教授 完 成 時 間 2017 年 2 月 北華航天工業(yè)學院教務處制 說 明 1 根據(jù)學校 畢業(yè)設計 論文 工作暫行規(guī)定 學生必須撰寫 畢業(yè)設 計 論文 開題報告 開題報告作為畢業(yè)設計 論文 答辯委員會對學生 答辯資格審查的依據(jù)材料之一 2 開題報告應在指導教師指導下 由學生在畢業(yè)設計 論文 工作前 期內完成 經(jīng)指導教師簽署意見及所在專業(yè)教研室論證審查后生效 開題 報告不合格者需重做 3 畢業(yè)設計開題報告各項內容要實事求是 逐條認真填寫 其中的文 字表達要明確 嚴謹 語言通順 外來語要同時用原文和中文表達 第一 次出現(xiàn)縮寫詞 須注出全稱 4 開題報告中除最后一頁外均由學生填寫 填寫各欄目時可根據(jù)內容 另加附頁 5 閱讀的主要參考文獻應在 10 篇以上 土建類專業(yè)文獻篇數(shù)可酌減 其中外文資料應占一定比例 本學科的基礎和專業(yè)課教材一般不應列為參 考資料 6 參考文獻的書寫應遵循畢業(yè)設計 論文 撰寫規(guī)范要求 7 開題報告應與文獻綜述 一篇外文譯文和外文原文復印件同時提交 文獻綜述的撰寫格式按畢業(yè)設計 論文 撰寫規(guī)范的要求 字數(shù)在 2000 字 左右 畢業(yè)設計 論文 開題報告 學生姓名 李京城 專 業(yè) 車輛工程 班 級 B13142 指導教師姓名 趙秋芳 職 稱 副教授 工作單位 課題來源 教室自擬課題 課題性質 應用設計 課題名稱 貨車懸架系統(tǒng)的設計 本設計的科學 依據(jù) 科學意義和應 用前景 國內外 研究概況 目前 技術現(xiàn)狀 水平 和發(fā)展趨勢等 機械裝置的基本規(guī)律指出 載貨汽車良好的舒適性 操縱穩(wěn)定性及 良好的承載能力在使用定剛度和定阻尼減震器的傳統(tǒng)懸架中是不能同時 滿足的 因此 傳統(tǒng)的懸架在設計過程中不可避免的要進行乘坐舒適性 和操縱穩(wěn)定性的折衷 盡管近年來傳統(tǒng)懸架在結構上的不斷更新和完善 采用優(yōu)化設計方法進行設計 已使汽車 特別是轎車 的乘坐舒適性和操 縱穩(wěn)定性有很大提高 例如橫臂式獨立懸架 縱臂式獨立懸架 車輪沿 主銷移動的懸架 燭式和麥弗遜式 等等的采用 但傳統(tǒng)懸架系統(tǒng)仍然受 到許多限制 如最終設計的懸架參數(shù) 彈簧剛度 減振器阻尼系數(shù) 是不 可調節(jié)的 致使傳統(tǒng)懸架系統(tǒng)只能保證汽車在一種特定的道路和速度條 件下達到性能最優(yōu)的折衷 當前在大型商用汽車 半掛車中采用空氣懸架系統(tǒng)越來越多 空氣 懸架突出的優(yōu)點是平順性好 維修少 壽命長 對承運的乘客和貨物的 保護比鋼板彈簧懸架有著很大的提高 而對整車和路面的損壞程度也大 大減少 空氣彈簧基于空氣的可壓縮性 封閉在氣囊里的空氣是彈性元 件 空氣彈簧通過不同氣囊的壓力來平衡不同的載荷 空氣彈簧的固有 頻率穩(wěn)定 因此它的彈性性能也穩(wěn)定 這樣就意味著空氣彈簧更加的接 近理想狀態(tài) 隨著我國高速公路的迅速發(fā)展 公路運輸量的增加 對汽車性能的 要求也越來越高 空氣懸架憑著其自身的優(yōu)越性能在貨車上的應用必將 越來越廣泛 另外 隨著重型載貨汽車對路面的破壞機理的研究及認識 的進一步加深 以及政府對高速路養(yǎng)護的進一步重視 空氣懸架在重型 貨車上的應用也必將進一步增加 因此 對空氣懸架的設計進行深入的 研究也顯得越來越重要 設計內容和預 期成果 具體設計內容 和重點解決的技 術問題 預期成 果和提供的形式 主要研究內容 空氣懸架系統(tǒng)是以空氣彈簧為彈性元件 利用氣體的可壓縮性實現(xiàn)其 彈性作用的 壓縮氣體的氣能夠隨載荷和道路條件變化而進行自動調 節(jié) 不論空載 整車高度不會變化 可以大大提高乘坐的舒適性 空氣 懸架的主要組成部分除了空氣彈簧以外 還有導向桿件 減震器 橫向 穩(wěn)定器 高度控制組件及緩沖限位等組成 其中 導向機構發(fā)揮著非常 重要的作用 預期結果 文章從空氣懸架的結構入手 著重研究了空氣彈簧的結構形式和懸架 機構 對空氣懸架的核心部件 空氣彈簧進行了分析 針對目前我國 發(fā)展較為滯后的空氣懸架導向機構進行了結構上的分析 說明了目前較 為常見的導向機構布置形式及各的優(yōu)缺點 擬采取設計方 法和技術支持 設計方案 技 術要求 實驗方 法和步驟 可能 遇到的問題和解 決辦法等 技術要求 1 保證汽車有良好的行駛平順性 2 具有適合的衰減振動的能力 3 保證汽車具有良好的操作穩(wěn)定性 4 汽車制動或加速時 要保證車身穩(wěn)定性 減少車身縱傾 轉彎 時車身傾斜角要適合 5 有良好的隔聲能力 6 結構緊湊 占用空間尺寸要小 7 可靠地傳遞車身與車輪之間的各種力和力矩 在滿足零部件質 量要小的同時 還要保證有足夠的強度和壽命 技術路線 空氣懸架工作原理就是用空氣壓縮機形成壓縮空氣 并將壓縮空氣送 到彈簧和減震器的空氣室中 以此來改變車輛的高度 在前輪和后輪的 附近設有車高傳感器 按車高傳感器的輸出信號 微機判斷出車身高度 的變化 在控制壓縮機和排氣閥 使彈簧壓縮或伸長 從而起到減震的 效果 實現(xiàn)本項目預 期目標和已具 備的條件 包括過去學習 研究工作基礎 現(xiàn)有主要儀器設 備 設計環(huán)境及 協(xié)作條件等 預期目標 文章從空氣懸架的結構入手 著重研究了空氣彈簧的結構形式和懸架 機構 對空氣懸架的核心部件 空氣彈簧進行了分析 針對目前我國 發(fā)展較為滯后的空氣懸架導向機構進行了結構上的分析 說明了目前較 為常見的導向機構布置形式及各的優(yōu)缺點 已具備條件 現(xiàn)在懸架發(fā)展十分快 不斷出現(xiàn)嶄新的懸架裝置 按控制形式不同分 為從動式懸架和主動式懸架 現(xiàn)代汽車中的懸架有兩種 一種是從動懸 架 另一種是主動懸架 從動懸架即傳統(tǒng)式的懸架 是由彈簧 減震器 導向機構等組成 它的功能是減弱路面?zhèn)鹘o車身的沖擊力 衰減由沖擊 力而引起的承載系統(tǒng)的振動 其中彈簧主要起減緩沖擊力的作用 減震 器的主要作用是衰減振動 猶豫這種懸架是由外力驅動而起作用的 所 以稱為從動懸架 而主動懸架的控制環(huán)節(jié)中安裝了能夠產(chǎn)生抽動的裝置 采用一種以力抑力的方式來抑制路面對車身的沖擊力及車身的傾斜力 線代汽車隊平順性和操縱穩(wěn)定性和舒適性的要求越來越高 已成為衡量 汽車性能好壞的標準 各環(huán)節(jié)擬定階 段性工作進度 以周為單位 研究進度具體安排如下 第 1 2 周 畢業(yè)實習 完成實習報告 第 3 4 周 總體結構設計 列出論文提綱 第 5 6 周 對懸架的主要參數(shù)的校核 第 7 8 周 對懸架的空氣彈簧設計計算 第 9 10 周 懸架導向機構元件設計及減震器結構設計 第 11 12 周 繪制空氣彈簧的結構零件圖 第 13 14 周 繪制裝配圖 檢查修改圖紙 并完成論文第一稿 第 15 16 周 檢查修改圖紙 論文 直至定稿 準備答辯 第 17 周 答辯 開 題 報 告 審 定 紀 要 時 間 地點 主持人 姓 名 職 務 職 稱 姓 名 職 務 職 稱 參 會 教 師 論 證 情 況 摘 要 記錄人 指 導 教 師 意 見 指導教師簽名 年 月 日 教 研 室 意 見 教研室主任簽名 年 月 日 本科生畢業(yè)設計 論文 文獻綜述 設計 論文 題目 貨車懸架系統(tǒng)的設計 作者所在系別 機電工程系 作者所在專業(yè) 車輛工程 作者所在班級 B13142 作 者 姓 名 李京城 作 者 學 號 201322353 指導教師姓名 趙秋芳 指導教師職稱 副教授 完 成 時 間 2017 年 3 月 6 北華航天工業(yè)學院教務處制 說 明 1 根據(jù)學校 畢業(yè)設計 論文 工作暫行規(guī)定 學生必須撰寫畢業(yè)設計 論文 文獻綜述 文獻綜述作為畢業(yè)設計 論文 答辯委員會對學生答辯資格 審查的依據(jù)材料之一 2 文獻綜述應在指導教師指導下 由學生在畢業(yè)設計 論文 工作前期 內完成 由指導教師簽署意見并經(jīng)所在專業(yè)教研室審查 3 文獻綜述各項內容要實事求是 文字表達要明確 嚴謹 語言通順 外來語要同時用原文和中文表達 第一次出現(xiàn)縮寫詞 須注出全稱 4 學生撰寫文獻綜述 閱讀的主要參考文獻應在 10 篇以上 土建類 專業(yè)文獻篇數(shù)可酌減 其中外文資料應占一定比例 本學科的基礎和專業(yè) 課教材一般不應列為參考資料 5 文獻綜述的撰寫格式按畢業(yè)設計 論文 撰寫規(guī)范的要求 字數(shù)在 2000 字左右 文獻綜述應與開題報告同時提交 1 畢 業(yè) 設 計 論 文 文 獻 綜 述 文獻綜述題目 摘要 懸架作為汽車的重要部件 對汽車的行駛平順性和操縱穩(wěn)定性有著直接的影 響 通過對被動懸架 半主動懸架和主動懸架的對比分析 可知采用半主動懸架是改 善汽車懸架性能的一條新途徑 文中對汽車懸架的發(fā)展現(xiàn)狀及不同學者關于懸架系統(tǒng) 運用的控制策略作了分析 為進一步研究懸架系統(tǒng)提供了一定的理論基礎和參考 關鍵詞 懸架系統(tǒng) 平順性 控制策略 Abstract Suspension as an important part of a car riding comfort and handling stability of vehicles has a direct impact Through to the passive suspension semi active suspension and active suspension of comparative analysis it adopts the semi active suspension is to improve the performance of automobile suspended frame of a new way In this paper present situation and the different scholars on the development of automobile suspended frame of suspension system using the control strategy are analyzed in order to further study suspension system provides a certain theoretical basis and reference Keyword Suspension system Comfort The control strategy 1 前言 懸架是安裝在車橋和車輪之間用來吸收汽車在高低不平的路面上行駛所產(chǎn)生的顛簸 力的裝置 因此 汽車懸架系統(tǒng)對汽車的操作穩(wěn)定性 乘坐舒適性都有很大的影響 由于懸架系統(tǒng)的結構在不斷改進 其性能及控制技術也得到了迅速提高 盡管一百多 年來汽車懸架從結構形式到作用原理一直在不斷地演進 但從結構功能而言 他都是 有彈性元件 減震裝置和導向機構三部分組成 在有些情況下 某一零部件兼起兩種 或三種作用 比如鋼板彈簧兼起彈性元件和導向機構的作用 麥克弗遜懸架中的減震 器兼起減震器及部分導向機構的作用 有些主動懸架中的作動器澤具有彈性元件 減 震器和部分導向機構的功能 起作用是傳遞路面作用在車輪和車架上的支撐力 牽引 力 制動力和側向反力以及這些力所產(chǎn)生的力矩 并且緩沖和吸收由不平路面通過車 輪傳給車架或車身的振動與沖擊 抑制車輪的不規(guī)則震動 提高車輛平順性和安全性 減少動載荷引起的零部件和貨物損壞 2 懸架系統(tǒng)的發(fā)展狀況 非獨立懸架早期廣泛應用于轎車及轎車意外的其他車型中 由于其可靠性和簡單的 特性 現(xiàn)在還被廣泛的用于轎車的后橋 輕型貨車和越野汽車的后橋 重型貨車的前 后橋都采用非獨立懸架 獨立懸架早期只單純用于轎車上 目前大部分輕型貨車和越野汽車為了提高舒適性 也開始采用獨立懸架 同時一些中型卡車及客車為了提高架乘的舒適性和行駛平順性 2 也開始采用獨立懸架 在國外甚至一些輪式工程機械如吊車和重型卡車也開始采用獨 立懸架 因此對于獨立懸架的設計技術 國內外都進行了研究 這些研究主要集中在 以下幾個方面 獨立懸架設計技術 獨立懸架參數(shù)對汽車行駛平順性的影響 獨立懸 架與轉向橫拉桿長度和斷開點的確定 懸架彈性元件的設計分析 導向機構的運動分 析 獨立懸架對前輪定位參數(shù)的影響 獨立懸架的優(yōu)化設計等 國外除上述研究外 還進入了微觀領域的研究 如用原子力學顯微鏡觀察懸架材料內部聚合體的原子轉化 情況 研究懸架作為彈性介質的流變特性等 從而使得獨立懸架向著智能化 輕量化 小型化 通用化放心發(fā)展 同時由于電子 微機技術的發(fā)展 使得獨立懸架技術向著 半主動 主動懸架方向發(fā)展 隨著汽車工程技術和現(xiàn)代控制理論的進步 汽車懸架技術得到廣泛深入和研究 基 于振動控制的主動 半主動懸架系統(tǒng)的研究和應用得到了迅猛發(fā)展 代表了現(xiàn)代懸架 系統(tǒng)發(fā)展的方向 主動懸架的概念是由 Federspiel Labrosse 于 1954 年提出來的 首先使主動懸架的基本思想和控制律得到完善總結的是 Thompson 他證明了全主動懸 架系統(tǒng)對提高車輛性能的作用 20 世紀 80 年代初 車輛主動懸架統(tǒng)的研究和開發(fā)成 果得到了實現(xiàn) 日產(chǎn)和豐田公司的液力主動控制系統(tǒng) 證明主動懸架系統(tǒng)可使車輛的 整體性能得到很大提高 但因主動懸架結構復雜 能耗高 其發(fā)展受到一定限制 70 年代初 Rossby 和 Karnop 首先提出了半主動懸架的概念 半主動懸架比主動懸 架出現(xiàn)的晚一些 從 20 世紀 80 年代中期以來 有關汽車半主動懸架系統(tǒng)的文獻和研 究成果每年都有報道 比較有影響的學者有 Karnopp Margolis Thompson 等 他們 的研究 極大地豐富了汽車半主動懸架的控制理論 有力地推進了半主動懸架系統(tǒng)在 車輛工程中的應用 其結構簡單 造價低廉 性能接近于主動懸架而受到車輛工程界 的廣泛重視 20 世紀 90 年代以后 研究的顯著特點是新型智能材料在半自動懸架上的應用 美 國和德國研制的以電流變和磁流變體作為工作介質的新型半主動懸架系統(tǒng) 是一種能 自動識別道路狀況的半主動懸架系統(tǒng) 自動連續(xù)調節(jié)阻尼控制系統(tǒng) 據(jù)稱 這一系 統(tǒng)不僅可以裝配在賽車上 還可以安裝在其他高級轎車上 3 懸架技術的發(fā)展趨勢 主動懸架控制技術的發(fā)展最早提出懸架控制方法是天棚阻尼器控制 由于控制算法 簡單 已經(jīng)得到了應用 隨著現(xiàn)代控制理論的應用 提出了主動懸架隨機最優(yōu)控制方 法 與天棚阻尼器控制相比 由于考慮了更多變量的影響 因而控制效果更好 主動懸架記住的發(fā)展預測對比目前各種控制方法 采用控制有效 應用較成熟 算 法較簡單 基于預測優(yōu)化的參數(shù)估計自校正控制律是較為理想的選擇 電氣動力系統(tǒng) 中的直線伺服電機具有較多的優(yōu)點 永磁直流直線伺服電機 其驅動性能優(yōu)于液壓系 統(tǒng) 今后將會取代液壓執(zhí)行機構 運用點此蓄能原理 結合參數(shù)估計自校正控制器 有望設計出高性能低功耗的點此蓄能式自適應主動懸架 采用新型電控技術 研究和 開發(fā)一類控制有效 能耗低 造價合理的汽車懸架系統(tǒng)具有較高的經(jīng)濟效益和社會效 3 益 針對懸架系統(tǒng)的非線性特點 研究適宜的懸架系統(tǒng)電控技術是汽車懸架系統(tǒng)振動 性能改進的方向 在控制策略方面 針對不同的問題提出了不同的方法 這些控制策 略有效地提高了控制性能和汽車行駛的平順性 周繼銘等人采用了四分之一車模型對 天棚阻尼器和主動懸架的動力學特性進行了分析 討論了微分幾何法和反饋線性化法 的應用 舒紅宇等用一個簡單的二自由度的汽車模型對主動懸架進行數(shù)值分析 通過 計算機模擬用頻率和頻譜響應的方法對振動性能進行研究 由于阻尼系數(shù)在連續(xù)系統(tǒng) 中的變化不如在開關半主動懸架系統(tǒng)中那么敏感 所以采用連續(xù)半主動懸架能使瞬態(tài) 響應的穩(wěn)定時間得以改善 4 結語 文章綜述了現(xiàn)代汽車懸架系統(tǒng)的分類 國內外發(fā)展歷史和控制策略的研究現(xiàn)狀 可 以看出半主動懸架介于被動懸架和主動懸架之間 且結構簡單 耗能低 可靠性較高 性能優(yōu)于被動懸架 成本低于主動懸架 是一種較為理想和具有較大實際開發(fā)意義的 懸架 并對汽車懸架的發(fā)展現(xiàn)狀以及不同學者關于懸架系統(tǒng)運用的控制理論與控制策 略作了分析 了解其工作原理及優(yōu)缺點 為懸架控制理論研究和產(chǎn)品提供了一定的理 論基礎 4 參考文獻 劉飛 陳大宇 車輛半主動懸架系統(tǒng)設計與試驗研究 2009 6 陳家瑞 汽車構造 機械工業(yè)出版社 2005 姜鵬 汽車懸架系統(tǒng)的仿真分析與參數(shù)優(yōu)化設計 浙江大學 2006 韓燕 重型載貨汽車懸架系統(tǒng)多目標優(yōu)化設計系統(tǒng)的研究開發(fā) 中國優(yōu)秀 碩士學位論文全文數(shù)據(jù)庫 2009 王望予 汽車設計 北京機械工業(yè)出版社 2004 梅麗歌 汽車電子控制懸架系統(tǒng)的原理及應用 科學之友 2006 喻凡 黃宏成 汽車空氣懸架的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 汽車設計 2001 王敬芝 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