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懸架系統(tǒng)原理 文獻翻譯 題 目 可控并聯雙筒式減震器設計 學生姓名 師國賓 專業(yè)班級 機制08-4班 學 號 200802010431 院 （系） 機電工程學院 指導教師(職稱) 肖艷秋（副教授） 完成時間 2012年 3月10日 懸架系統(tǒng)原理 Kaoru Aoki, Shigetaka Kuroda, Shigemasa Kajiwara, Hiromitsu Sato and Yoshio Yamamoto Honda R&D Co.,Ltd. 摘要 本文主要研究輕型汽車前獨立懸架的設計分析方法以及輪胎磨損與懸架運動、前輪定位參數的關系。 首先對雙橫臂獨立懸架的各主要組成部件如減振器的選型設計、橫向穩(wěn)定桿的設計校核、扭桿彈簧設計以及對雙橫臂式和麥弗遜式獨立懸架的運動進行了分析，提出了相應的計算方法，編制了一套具有一定實用價值的前獨立懸架設計分析軟件。并且采用前輪定位儀，進行了實驗驗證。 論文對雙橫臂獨立懸架參數提出以減小輪胎磨損為優(yōu)化目標，進行了優(yōu)化設計。提出了通過優(yōu)選、調整懸架初始位置狀態(tài)，以及優(yōu)化確定轉向橫拉桿斷開點位置的方法，來減小輪胎磨損。同時采用正交實驗的方法分析了雙橫臂獨立懸架各結構參數和安裝參數對懸架性能和輪胎磨損的影響，確定出最大的影響因素及次要因素。 然后從輪胎模型入手分析前輪定位參數同輪胎磨損的關系。以輪胎磨損能量作為評價指標，選取刷子輪胎模型，對輪胎在穩(wěn)態(tài)縱滑狀態(tài)下、穩(wěn)態(tài)縱滑側偏狀態(tài)下和邊界條件下的輪胎磨損進行了分析研究，確定了量化模型。并以輪胎側偏角為中間變量，建立了前輪定位參數同輪胎磨損之間關系的數學模型，進行了計算機仿真計算。從而可對懸架進行進一步的優(yōu)化設計，以減小對輪胎磨損的影響，提高車輛的行駛性能和使用經濟性。 關鍵詞：汽車；獨立懸架；輪胎磨損；定位參數 懸架系統(tǒng)雖不是汽車運行不可或缺的部件，但有了它人們可以獲得更佳的駕駛感受。簡單的說，它是車身與路面之見的橋梁。懸架的行程涉及到懸浮于車輪之上的車架，傳動系的相對位置。就像橫跨于舊金山海灣之上的金門大橋，它連接了海灣兩側。去掉汽車上的懸架就像是你做一次冷水潛泳通過海灣一樣，你可以平安的渡過整個秋天，但會疼痛會持續(xù)幾周之久。想想滑板吧！它直接接觸路面你可以感受到每一塊磚，裂隙及其撞擊。這簡直就是一種令人全身都為之震顫的體驗。當輪子滑過路面時，就會在此產生震動，沖擊，這種震動的旅程時對你的身體和勇氣的檢驗。如果你沒感到隨時都有被掀翻之勢，那么你或許會樂在其中吧！這就是你會在沒有懸架的汽車上將會體驗到的。汽車的懸架分為兩種基本類型：整體和獨立懸架。 整體懸架（也叫剛性梁，剛性軸）是聯接車輛上下兩部分的一種主要形式。正如其名，它是用一根金屬材料——軸，來連接兩側車輪的。鋼板彈簧在車架之下；在兩半軸中間裝有差速器，允許兩側的輪子以不同的角速度旋轉。 整體式懸架的車輛在行進中，由于兩側的車輪共用一根周因此，當某一側車輪跳動時另一側也會隨之運動。它們的反饋結果就像是一個整體?？梢韵胂竦牡?，這不可能有舒適的駕駛體驗的。 雖然可以借助于彈簧來衰減猛烈的震動，但仍然存在較強的震動。那么，既然如此為什么還要用這種懸架呢？第一，它很堅固，由于采用了一體化的結構，固定軸式懸架系統(tǒng)具有著其他方式懸架不可替代的承載能力。它們經常應用于行駛于較差路況的車輛。你可以在卡車和重載車輛上見到它。 一種由固定軸式懸架變形系統(tǒng)叫做TIB懸架系統(tǒng)（或叫半固定軸式）。在這種結構中，有兩根剛性軸而非一根。這種設計可兼得較大的剛性和較好的韌性，通常用于輕卡的前懸。 另外一種基本結構是叫做獨立懸架的系統(tǒng)。想它的名字一樣，它是由兩個獨立存在的“橋”分別連接兩側的車輪。到目前為止，這種結構可以提供最舒適的乘坐環(huán)境，多見于乘用車，小型貨車和其他的小型車輛。這是目前較為流行的一種懸架系統(tǒng)。如果你喜歡較軟的懸架，那么獨立懸架無疑是最佳選擇。除了軸，車輪，輪胎，今天的懸架系統(tǒng)使用的兩個重要部件是彈簧和減震器，以增強車輛的安全和舒適性。 彈簧： 在一輛車上彈簧是懸架系統(tǒng)的主要部件。有集中不同的彈簧，比如扭桿彈簧，但幾乎所有的車輛都采用螺旋彈簧來構成四輪獨立懸架系統(tǒng)。許多卡車也用螺旋彈簧，而重載卡車則使用 彈簧安裝于其后懸。 彈簧可以減緩和儲存來自路面的振動，沖擊等能量。它通過壓縮和伸展來衰減振動。當一輛車子的某一個輪子遇到一個凸起而向上跳動時，彈簧就會衰減額外的能量。以此來保證能量傳遞的連貫性，在此過程中確保車輪始終與路面保持接觸。 彈簧壓縮或伸展量的大小是由“彈簧剛度”決定的。彈簧剛度以每英寸的變形量是由多少載荷所引起來表示的。比如,1 inch/pound,所以200磅的負荷可以產生2 inch的變形量。彈簧變形量是由很多的因素決定的。對于螺旋彈簧而言，包括有效圈數，彈簧中徑，彈簧鋼絲直徑。有效圈數越少，剛度越小。 彈簧的設計影響到車輛的舒適性與操縱穩(wěn)定性。由于彈簧衰減了大部分的能量，因而可以提供較好的駕駛環(huán)境。畢竟它可以衰減由于路面產生的能量。但總會有工程交換的。這種彈簧會使車輛的重心較高，從而在輪子跳動時導致不穩(wěn)定工況。這種工況的產生是由于彈簧的壓縮和伸展的量不同而引起的。車身的“翻滾”大都發(fā)生在懸架之上。這種“翻滾”叫做載荷轉移，是由于某一車輪跳動是汽車的重心偏移的離心力所引起的。載荷轉移可能導致某一車輪承受較大的附加載荷，這將會產生有害的拖拽力，不利于操縱穩(wěn)定性。 減振器： 懸架的另外一個重要部件是減震器。減震器在懸架系統(tǒng)中扮演著衰減振動最后防線的角色，而這本是彈簧的職責。減振器可以衰減由于路面致使彈簧上下跳動而產生的振動的影響。人們不喜歡限程減振器；他們更喜歡阻尼器。如果不加處理——就是被你，我叫做振動衰減器東西。減振器工作中有兩個行程――壓縮和伸張。壓縮行程發(fā)生在活塞向下運動，在活塞套筒密閉的內室向下擠壓液壓油。伸張行程發(fā)生在活塞向上方的套筒頂部運動時，此時被壓縮的液體將向上充滿套筒。 如果沒有減振器，彈簧衰減的能量將會以不可控制的速率釋放。彈簧的慣性將導致它猛烈的彈回和擴張。這時彈簧還可以再次被壓縮，但是又會被壓縮過量。此后，彈簧仍舊會以其自然頻率被彈回直至它的能量被摩擦力損耗完。這種作用十分不利于車輛穩(wěn)定性。 迷惑了吧? 下面是個模型（來闡釋這個概念）。如果你有一個繃帶 ——并且近日又沒用它，你可以用它做個試驗。用手拿著它在空中使他壓縮?，F在，拿著一端放開另一端，繃帶就會衰減由于地心引力而產生的潛在能量。（就像車上的彈簧衰減路面的振動那樣），它會上上下下的持續(xù)很長時間。如果一輛車沒有減振器的協作它就會像這樣。 你可能聽過“支撐桿”這個單詞，或者更平常點的麥弗遜—支撐桿。這個桿通常是作為減震器的主要結構部件。對于支撐桿，減振器是安裝在螺旋彈簧內圈的。如此也可減少空間，成本也不高。許多車都用麥弗遜式的結構。振動和支撐桿可以幫助控制懸架在允許的范圍內快速運動。這對于保持輪胎與地面接觸是很重要的。大多數的減振器在設計時更多的考慮增加彈簧伸展循環(huán)的阻力。這是因為擴張行程決定著汽車彈簧的重量（通常為懸架重量的50％――100%）。另一方面，壓縮行程決定著車輛的非懸架質量（車輪，輪胎，剎車，一半的懸架質量）。很明顯，簧上質量要遠大于簧下質量。所有現代汽車的減振動器都是快速反映類型的――懸架系統(tǒng)運動的越快，則減振器產生的阻尼力越大。這樣就使車輛適應不同的道路狀況，且可使在運動行的車輛里不希望發(fā)生的運動得以控制。包括，振動，左右搖擺，制動前傾，和加速后傾。 橫向穩(wěn)定桿 橫向穩(wěn)定桿（也叫作防止?jié)L動桿）是用來協同減振器或支撐桿工作的以保持車輛的持續(xù)穩(wěn)定性。橫向穩(wěn)定桿是用金屬做成的圓桿，橫跨車輛中心線，有效的連接在懸架的兩邊。當一個車輪上的懸架上下跳動時，橫向穩(wěn)定桿可以傳遞運動的能量給另一邊的車輪。這就增加了一個運動，而且，減少了車輛的傾斜。具有特殊意義的是：它可以防止在某一單獨的車輪上的懸架產生較大的傾斜。由于這個原因，幾乎當今所有的乘用車加裝了橫向穩(wěn)定桿，且示為標配。如果沒有，也可以隨時的裝上—一點不難。 現在，你就知道它—汽車懸架的基本原理。我們只是復雜的原理簡單化處理了。 未來的懸架： 當加強和改進彈簧和減振器時，汽車懸架的基本設計并沒有同步進行，也沒有什么重大革命性的發(fā)展。但是這一切都隨著BOSE公司的懸架品牌的引入而發(fā)生改變--就是那個在聲學因發(fā)明創(chuàng)造引以為名的公司。一些專家已經在說—BOSE的懸架是自汽車技術引入全獨立懸架以來在汽車懸架的最重大的進步。 它是怎么工作的呢？BOSE的系統(tǒng)是在每一個車輪上裝一個線控電磁馬達（LEM）以控制一組減振器和彈性元件的狀態(tài)。功率放大器提供電力對馬達在這種情況下他們的力量再生以系統(tǒng)的各壓縮。 馬達的主要好處是, 他們因具有慣性，不限制于固有的在常規(guī)基于流體的阻尼特性。所以，一個LEM可以在任何的速度伸張和壓縮，自然它可衰減乘員艙體的所有振動。輪子的運動可以被很好的控制，因而，在輪子的任何運動狀態(tài)車體都可以保持可以接受的狀態(tài)。LEM同樣可以在汽車加、減速，轉彎時產生的傾角較小，讓駕駛員以更好的狀態(tài)駕駛汽車。不幸的是，當它通常都是出現在高端，甚至是超豪華的車上時，2009年之前是不可能有這種具有理想變換特性的懸架系統(tǒng)在普通車上見到的。在那以前，駕駛員所能體驗到的仍舊是幾個世紀以來的對付不平路面的方法。 如果更深入的學習你會接觸到更加專業(yè)的知識，看看特殊的彈簧和懸架的安裝了解一下它們的優(yōu)，缺點。 多注意路上跑（的車子），并且留心那些懸架的結構，那樣你會學到不少的東西。其實，在我們生活中有許多值得學習的，我們應該做的就是注意觀察。 參考文獻 [1]Aoki, Kaoru, et al.: "Development an Integrated Motor Assist Hybrid System", JSAE No. 98-99 161 [2]Yamaguchi, Tetsuro: "CVT Control in the HONDA Hybrid 'IMA'", No. 9908 JSAE SYMPOSIUM, Latest Motive Power Transmission Technologies '99, p.3740 [3]Ohno, Hiroshi, et al.: "Development of a NOx Adsorptive Reaction Type Three-Way Catalyst", HONDA R&D Technical Review, Vol. 11 No. 2 (October 1999), p.45-50 [4]Fukuo, Koichi, et al.: "Development of the Ultra Low Fuel Consumption Hybrid Car 'Insight'", HONDA R&D Technical Review, Vol. 11 No. 2 (October 1999), p.1-8 [5]Hideki Tanaka, et al .: "The Effect of 0W-20 Low Viscosity Engine Oil on Fuel Economy”, SAE Paper No.1999-01-3468,Fuels and Lubricants meeting and Exposition, Toronto, Ontario, Canada, October 1999. [6]Aoki, Kaoru, et al.: "An Integrated Motor Assist Hybrid System", SAE Paper No.2000-01-2059, Government / Industry Meeting, Washington, D.C., USA