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畢業(yè)設(shè)計（論文）開題報告 設(shè)計（論文）題目: 越野車液壓主動懸架系統(tǒng)設(shè)計 院 系 名 稱: 汽車與交通工程學院 專 業(yè) 班 級: 車輛工程B07-1 學 生 姓 名: 嘎力班 導 師 姓 名: 安永東 開 題 時 間: 2011年2月28日 指導委員會審查意見： 簽字： 年 月 日 畢業(yè)設(shè)計（論文）開題報告 學生姓名 嘎力班 系部 汽車與交通工程學院 專業(yè)、班級 車輛B07-1班 指導教師姓名 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 越野車液壓主動懸架系統(tǒng)設(shè)計 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，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(nèi)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(jīng)驗設(shè)計或優(yōu)化設(shè)計方法選擇，一經(jīng)選定，在車輛行駛過程中就無法再進行調(diào)節(jié)，因而不能適應(yīng)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(shè)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(jīng)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(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(yīng)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(chǎn)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(chǎn)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(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 為了克服這個缺陷，國外在５０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(yīng)，主動地調(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)。主動懸架由控制系統(tǒng)喝執(zhí)行機構(gòu)組成，執(zhí)行機構(gòu)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(diào)節(jié)彈簧或可調(diào)阻尼器構(gòu)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(jié)構(gòu)簡單，造價較低，因此受到廣泛重視?！? 由于被動懸架設(shè)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(chǔ)上犧牲次要性能。所以盡管被動懸架在設(shè)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(chǎn)生了主動懸架的概念，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(chǎn)公司在無限Q45轎車上應(yīng)用了新式主動懸架，進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)運行條件與路面狀況，以手動控制懸架特性變化。手動開關(guān)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(gòu)造，表1為其主要部件功能，表2為手動選擇開關(guān)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(shè)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(jīng)進行過這方面的驗證。隨著近年來電子技術(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(shù)，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(yīng)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(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，可動態(tài)調(diào)整的液壓缸根據(jù)不同的路面情況自動調(diào)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(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(zhuǎn)彎時產(chǎn)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(shè)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(yīng)裝置由兩個微型處理器及13個傳感器組成，每10μs對懸架系統(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、車輪制動壓力、踏動油門踏板的速度、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)并與預先設(shè)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(chǎn)生符合要求的懸架運動以適應(yīng)汽車的每一種行駛狀況。 ABC系統(tǒng)使汽車對側(cè)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(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，使輪胎對地面的附著力提高，以充分發(fā)揮輪胎的驅(qū)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(guān)系也可以確保不變。 目前，這種主動式車身控制系統(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(shè)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(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)，從而達到兩者的完美結(jié)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(shè)計，結(jié)合ECU的控制功能，實現(xiàn)對汽車車身高度的自動調(diào)節(jié)，阻尼及剛度的自動調(diào)節(jié)。 　　主動懸架因為其有特定的結(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(shù)的發(fā)展，主動懸架技術(shù)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(yīng)用前景。 主動懸架因為其有特定的結(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(shù)的發(fā)展，主動懸架技術(shù)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(yīng)用前景。 二、設(shè)計（論文）的基本內(nèi)容、擬解決的主要問題 基本內(nèi)容： 1：主動懸架系統(tǒng)總體方案的設(shè)計 2：懸架剛度調(diào)節(jié)機構(gòu)設(shè)計 3：懸架阻尼調(diào)節(jié)機構(gòu)設(shè)計 4：車身高度調(diào)節(jié)機構(gòu)設(shè)計 5：高速開關(guān)閥的設(shè)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(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 主動懸架系統(tǒng)總體方案的設(shè)計 懸架剛度調(diào)節(jié)機構(gòu)設(shè)計 懸架阻尼調(diào)節(jié)機構(gòu)設(shè)計 車身高度調(diào)節(jié)機構(gòu)設(shè)計 計算校核, 繪制裝配圖零件圖 設(shè)計完成 四、進度安排 1、進行文獻檢索查，查看相關(guān)資料，對課題的基本內(nèi)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(shè)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(shè)計。第3-6周（3月14日～4月8日） 3、提交設(shè)計草稿，進行討論，修定。第7周（4月11日～4月15日） 4、完善設(shè)計，選取標準件，設(shè)計非標件，繪制裝配圖及相應(yīng)非標件零件圖。第8-12周（4月18日～5月20日） 5、提交正式設(shè)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):18～21. 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