可变阻尼的液压筒式减振器 毕业设计论文

摘要I摘要悬架系统是连接车身、车架和车轮之间的一个系统，其主要作用是传递作用在车身和车轮之间的力和，并缓冲由于路面不平传给车架或车身的冲击，衰减由冲击引起的振动，以保证车辆能够平顺地行驶，保证车轮具有理想的运动特性，保证汽车的操纵稳定性。传统悬架系统的减振器，其阻尼特性通常是固定不变的。它不能使操纵稳定性和乘坐舒适性都得到优化，只能在二者之中寻求折中方案，或偏重于其中一种方案。现代汽车对悬架系统的减振器有着更高的要求，希望减振器的阻尼能够根据汽车具体的行驶状况来进行动态调节，使汽车的操纵稳定性和乘坐舒适性都能达到令人满意的状态。本次研究课题是关于可变阻尼汽车悬架减振器结构的设计，研究变阻尼执行元件及减振器的设计原理及功能特点，并进行相应的设计计算。学习三维制图软件，建立三维模型并进行模拟装配和运动仿真。关键词 悬架、可变阻尼汽车悬架、减振器、乘坐舒适性、操纵稳定性AbstractIIAbstractThe Suspension System is a kind of system which connects the automobile body, frame and wheels. Its function is to transmit force and torque act on the wheels and frame, to buffer the body or frames impulsive force from rough roads, and to reduce the shake caused by it. Making sure of that the car moves smoothly and steadily, the wheels have an ideal acceleration characteristic.Generally speaking, the traditional shock absorbers damping characteristics are unchangeable. However, it cant optimize both riding comfort and handing stability, it can only find a middle ground between the two sides, or emphasize one of them. The modern automobiles order more and higher requests on absorber of suspension system, it is hoped that the absorbers damping characteristics have an automatic adjustment according to the specific driving, and make both riding comfort and handing stability to be satisfying.This study is a design on shock absorbers structure of variable damping automobiles.It focuses on the design principles and functional characteristics of variable damping actuator element and absorber. Besides, it also requires some design calculation. For instance, studying three-dimensional graphics soft, building three-dimensional model, making simulation assembly and motion simulation are all necessary. Keywords Suspension System;Variable damping suspension;Shock Absorber; Riding comfort;Handing stability1目 录摘要 .IAbstract.II第 1 章 绪论 .11.1 课题背景 .11.1.1 汽车悬架的发展概述 .11.1.2 可变阻尼悬架的研究意义 .11.2 悬架系统概述 .21.3 本章小结 .5第 2 章 减振器基本参数设计 .12.1 减振器的基本总成 .12.2 减振器的设计流程 .82.3 减振器的相关要求 .52.3.1 技术条件 .122.3.2 验收规则 .122.3.3 其他要求 .122.4 本章小结 .5第 3 章 可变阻尼部件设计 .13.1 汽车基本结构参数 .23.2 可变阻尼减振器阀参数设计 .183.2.1 复原行程开阀阻尼力 .93.2.2 可调阻尼孔设计 .203.3 电机的选择 .183.4 可变阻尼减振器控制策略 .183.5 本章小结 .5结论 .2参考文献 .3致谢 .4第 1 章 绪论 1第 1 章 绪论1.1 课题背景1.1.1 汽车悬架的发展概述科技的进步是人类永恒的追求。早在马车刚刚出现的时候，为了使乘坐者更加舒适，人类就开始对马车的悬架叶片弹簧进行不知疲倦的探索。在 1776 年，用于马车上的叶片弹簧取得专利。直至 20 世纪 30 年代，叶片弹簧才逐渐被螺旋弹簧代替。汽车诞生以后，相继出现了钢板弹簧、扭杆弹簧、橡胶弹簧、气体弹簧等弹性元件。1934 年，世界上第一个由螺旋弹簧组成的被动悬架诞生了。被动悬架参数的选定是根据经验或优化设计的方法，在行驶过程中保持不变，所以它难以适应各种复杂路况，起到的减振效果也较差。被动悬架主要应用于中低档轿车，现代轿车的前悬架一般采用带有横向稳定杆的麦弗逊式悬架，比如夏利、赛欧、桑塔纳等车，后悬架主要有多连杆悬架和复合式纵摆臂悬架等。 随着道路和交通的不断发展以及汽车车速的提高，被动悬架的缺点成了限制提高汽车性能的瓶颈。1954 年，美国的通用汽车公司在悬架设计时率先提出了主动悬架的概念，即在被动悬架的基础上，增加了可调刚度和阻尼的控制装置。控制装置一般由测量系统、反馈控制系统、能源系统组成，使汽车能够在任何路面上保持最佳的行驶状态。半主动悬架的研究开始于 1973 年，是由 D.A.Crosby 和搭档首先提出的，直到现在仍具有很好的发展前景。20 世纪 80 年代，世界各大著名的汽车公司和生产厂家竞相研制开发这种悬架，丰田、奔驰、洛特斯、沃尔沃等公司均在汽车上进行了较为成功的试验。装备可变阻尼悬架的汽车，行驶过程中车身平稳，轮胎的噪音也很小，但它能耗高、结构复杂、成本昂贵、可靠性也存在着一定的问题。由于许多原因，我国汽车在半主动和主动悬架的研究方面起步较晚，与国外的差距很大，绝大部分汽车依然采用被动悬架。在发达国家，半主动悬架在 80 年代后期趋于成熟。福特公司和日产公司首先将其应用于燕山大学本科生毕业设计( 论文) 2轿车，取得了不错的效果。主动悬架由于控制复杂，至上世纪 90 年代，仍仅应用于大排量的豪华汽车。1.1.2 可变阻尼悬架的研究意义如今，汽车悬架系统已进入到电子控制的新时代。汽车悬架系统发展未来的方向是运用较优的控制方法，达到高性能的减振效果，同时应使能耗尽可能的低。在电子控制的悬架系统中，最常用的就是变阻尼悬架系统。它能够根据汽车的行驶状况、驾驶员选择的运行模式进行控制，调节减振器的阻尼大小，使悬架随不同的道路状况和行驶状态作出不同的反应，既能使汽车的操纵稳定性达到令人满意的状态，又能使汽车的乘坐舒适性达到最佳状态。另外，可变减振器阻尼的悬架系统又有质量轻、所占空间较少的优点。汽车悬架系统大多是由传感器拾取车身的绝对速度、车身对车轮的相对速度、车身的加速度等信号，经电子控制器处理并发出指令进行控制，由电液控制阀或电动机等执行机构调节减振器的阻尼系数或控制力。由于悬架系统是很复杂的非线性动力系统，因此基于模型的线性反馈控制是不适用的。利用现代控制理论保证汽车行驶平顺性和操纵稳定性的研究正在日益完善，随着汽车工程技术的进步，决定乘坐舒适性和操纵稳定性的汽车悬架技术得到了业内的广泛重视和深入研究，在汽车工业领域中它已成为悬架技术发展的重要趋势。采用新型电控技术，研究和开发一系列控制有效、能耗低、造价合理的汽车悬架系统具有较高的经济效益和社会效益。1.2 悬架系统概述汽车悬架是车架(或车身) 与车轴(或车轮) 之间的弹性联结装置的统称。它的作用是弹性地连接车桥和车架(或车身)，缓和行驶中车辆受到的冲击力，保证货物的完好和人员的舒适，衰减由于弹性系统引进的振动，使汽车在行驶中保持稳定的姿势，改善操纵稳定性，同时悬架系统承担着传递垂直反力( 支撑力 )、纵向反力 (驱动力和制动力) 和侧向反力以及这些力所造成的力矩作用到车架(或承载式车身)上，以保证汽车的平顺行驶。当车轮第 1 章 绪论 3相对车架跳动时，特别是在转向时，车轮的运动轨迹要符合一定的要求，因此悬架还起到使车轮按一定轨迹相对车身跳动的导向作用。图 1-1 悬架结构图汽 车 悬 架 可 以 分 为 非 独 立 悬 架 (图 1-2a)与 独 立 悬 架 (图 1-2b)两 大 类 。图 1-2 悬架的结构形式简图独 立 悬 架 的 结 构 可 分 有 烛 式 悬 架 、 麦 弗 逊 式 悬 架 、 连 杆 式 悬 架 等 多种 ， 其 中 烛 式 和 麦 弗 逊 式 形 状 相 似 ， 两 者 都 是 将 螺 旋 弹 簧 与 减 振 器 组 合在 一 起 ， 但 因 结 构 不 同 又 有 重 大 区 别 。 烛 式 采 用 车 轮 沿 主 销 轴 方 向 移 动的 悬 架 形 式 ， 形 状 似 烛 形 而 得 名 。 特 点 是 主 销 位 置 和 前 轮 定 位 角 不 随 车燕山大学本科生毕业设计( 论文) 4轮 的 上 下 跳 动 而 变 化 ， 有 利 于 汽 车 的 操 纵 性 和 稳 定 性 。 麦 弗 逊 式 是 绞 结式 滑 柱 与 下 横 臂 组 成 的 悬 架 形 式 ， 减 振 器 可 兼 做 转 向 主 销 ， 转 向 节 可 以绕 着 它 转 动 。 特 点 是 主 销 位 置 和 前 轮 定 位 角 随 车 轮 的 上 下 跳 动 而 变 化 ，这 点 与 烛 式 悬 架 正 好 相 反 。 这 种 悬 架 构 造 简 单 ， 布 置 紧 凑 ， 前 轮 定 位 变化 小 ， 具 有 良 好 的 行 驶 稳 定 性 。 所 以 ， 目 前 轿 车 使 用 最 多 的 独 立 悬 架 是麦 弗 逊 式 悬 架 (图 1-3)。如 果 悬 架 系 统 的 刚 度 和 阻 尼 特 性 能 根 据 汽 车 的 行 驶 条 件 (车 辆 的 运动 状 态 和 路 面 状 况 等 )进 行 动 态 自 适 应 调 节 ， 使 悬 架 系 统 始 终 处 于 最 佳减 振 状 态 ， 则 称 为 主 动 悬 架 。 主 动 悬 架 系 统 按 其 是 否 包 含 动 力 源 ， 可 分为 全 主 动 悬 架 (有 源 主 动 悬 架 )和 半 主 动 悬 架 (无 源 主 动 悬 架 )系 统 两 大 类 。全 主 动 悬 架 就 是 根 据 汽 车 的 运 动 和 路 面 状 况 ， 适 时 地 调 节 悬 架 的 刚度 和 阻 尼 ， 使 其 处 于 最 佳 减 振 状 态 。 它 是 在 被 动 悬 架 系 统 (弹 性 元 件 、减 振 器 、 导 向 机 构 )中 附 加 一 个 可 控 制 作 用 力 装 置 。 它 通 常 由 执 行 机 构 、图 1-3 麦弗逊式独立悬架第 1 章 绪论 5测 量 系 统 、 反 馈 控 制 系 统 和 能 源 系 统 四 部 分 组 成 。 执 行 机 构 的 作 用 是 执行 控 制 系 统 的 指 令 ， 一 般 为 力 发 生 器 或 转 矩 发 生 器 ； 测 量 系 统 用 来 测 量系 统 各 状 态 ， 为 控 制 系 统 提 供 依 据 ， 包 括 各 种 传 感 器 ； 控 制 系 统 的 作 用是 处 理 数 据 和 发 出 各 种 控 制 指 令 ， 其 核 心 部 件 是 电 子 计 算 机 ； 能 源 系 统的 作 用 是 为 各 部 分 提 供 能 量 。半 主 动 悬 架 不 考 虑 改 变 悬 架 的 刚 度 ， 而 只 考 虑 改 变 悬 架 的 阻 尼 ， 因此 它 是 由 无 动 力 源 且 只 有 可 控 的 阻 尼 元 件 组 成 的 。 由 于 半 主 动 悬 架 结 构简 单 ， 工 作 时 几 乎 不 消 耗 车 辆 动 力 ， 而 且 还 能 获 得 与 全 主 动 悬 架 相 近 的性 能 ， 故 有 较 好 的 应 用 前 景 。半 主 动 悬 架 按 阻 尼 级 有 可 以 分 成 有 级 式 和 无 级 式 两 种 。有 级 式 半 主 动 悬 架 ： 它 是 将 悬 架 系 统 中 的 阻 尼 分 为 两 级 、 三 级 或 更多 级 ， 可 由 驾 驶 员 选 择 或 根 据 传 感 器 信 号 自 动 进 行 选 择 悬 架 所 需 要 的 阻尼 级 。 也 就 是 说 ， 可 以 根 据 路 面 条 件 (好 路 或 坏 路 )和 汽 车 的 行 驶 状 态(转 弯 或 制 动 )等 来 调 节 悬 架 的 阻 尼 级 ， 使 悬 架 适 应 外 界 环 境 的 变 化 ， 从而 可 以 较 大 幅 度 地 提 高 汽 车 的 行 驶 平 顺 性 和 操 纵 稳 定 性 。半 主 动 悬 架 中 的 三 级 阻 尼 可 调 减 振 器 的 旁 路 控 制 阀 是 由 调 节 电 动 机来 带 动 阀 芯 转 动 ， 使 控 制 阀 孔 具 有 关 闭 、 小 开 和 大 开 3 个 位 置 ， 产 生3 个 阻 尼 值 。 该 减 振 器 应 用 于 OPEL SENTOR 和 OPELGA 轿 车 上 。无 级 式 半 主 动 悬 架 ： 它 是 根 据 汽 车 行 驶 的 路 面 条 件 和 行 驶 状 态 ， 对悬 架 系 统 的 阻 尼 在 几 毫 秒 内 有 最 小 变 到 最 大 进 行 无 级 调 节 。无 级 半 主 动 微 处 理 器 从 速 度 、 位 移 、 加 速 度 等 传 感 器 处 接 受 到 信 号 ，计 算 机 出 系 统 相 适 应 的 阻 尼 值 ， 并 发 出 控 制 指 令 给 步 进 电 动 机 ， 经 阀 杆调 节 阀 门 ， 使 其 改 变 节 流 孔 的 通 道 节 面 积 ， 从 而 改 变 系 统 的 阻 尼 。 该 系统 虽 然 不 必 外 加 能 源 装 置 ， 但 所 需 传 感 器 较 多 ， 故 成 本 仍 较 高 。现 代 汽 车 正 朝 着 安 全 、 智 能 化 和 清 洁 化 的 方 向 发 展 ， 悬 架 系 统 智 能化 解 决 了 传 统 被 动 悬 架 存 在 的 舒 适 性 和 稳 定 性 不 能 兼 顾 的 问 题 并 能 适 应变 化 的 行 驶 工 况 和 任 意 道 路 激 励 ， 代 表 了 悬 架 系 统 发 展 的 方 向 。 主 动 悬架 能 获 得 一 个 优 质 的 隔 振 系 统 实 现 理 想 悬 架 的 控 制 目 标 ， 但 能 量 消 耗 大 ，成 本 高 ， 结 构 复 杂 ， 其 中 能 量 ,成 本 和 可 靠 性 是 限 制 主 动 悬 架 发 展 的 瓶燕山大学本科生毕业设计( 论文) 6颈 。 半 主 动 悬 架 通 过 改 变 减 振 器 的 阻 尼 特 性 适 应 不 同 的 路 面 和 行 驶 状 况的 需 要 ， 改 善 乘 坐 舒 适 性 和 操 纵 稳 定 性 。 由 于 半 主 动 悬 架 在 控 制 品 质 上接 近 于 主 动 悬 架 且 结 构 简 单 ， 无 需 力 源 ， 能 耗 小 ， 因 而 是 近 期 最 能 走 向市 场 被 推 广