开题报告-轿车悬架系统设计.doc

中 北 大 学毕业设计开题报告学 生 姓 名：学 号：学 院：机械与动力工程学院专 业：车辆工程设计题目：轿车悬架系统设计指导教师: 2017 年 3 月 7 日毕 业 设 计 开 题 报 告1选题依据：1.1研究背景汽车工业诞生于德国，至今已经有一百多年的历史了。在国内，汽车逐渐被普及，人们对汽车各项性能的要求也日益提高。汽车悬架是把车身与车轮之间的一切传力连接装置的总称。它把路面作用于车轮的支撑力、牵引力、制动力和侧向反作用力和这些力产生的力矩传递到车身上，来保证汽车的正常行驶1。悬架系统是汽车重要的组成部分，汽车悬架系统的性能是影响汽车行驶平顺性、操纵稳定性和安全性的重要因素。平顺性是指汽车在正常行驶时，避免汽车在行驶过程中所产生的振动和冲击使人感到不舒适、疲劳甚至损害健康，或使货物损坏的性能。操纵稳定性是指在驾驶员不感到过分的紧张、疲劳的条件下，汽车能够按照驾驶员通过转向系及转向车轮给定的方向行驶，并且当受到外界干扰时，汽车能抵抗干扰而稳定行驶的性能2。因此，深入研究汽车悬架是提高现在汽车性能的重要举措。1.2研究范围悬架按照结构可分为非独立悬架与独立悬架。非独立悬架的结构特点是两侧车轮由一根整体式车架相连，车轮连同车桥一起通过弹性悬架悬挂在车架或车身的下面。非独立悬架具有结构简单、成本低、强度高、保养容易、行车中前轮定位变化小的优点，但由于其舒适性及操纵稳定性都较差，在现代轿车中基本上已不再使用，多用在货车和大客车上3。独立悬架是每一侧的车轮都是单独地通过弹性悬架悬挂在车架或车身下面的。其优点是：质量轻，减少了车身受到的冲击，并提高了车轮的地面附着力；可用刚度小的较软弹簧，改善汽车的舒适性；可以使发动机位置降低，汽车重心也得到降低，从而提高汽车的行驶稳定性；左右车轮单独跳动，互不相干，能减小车身的倾斜和震动。不过，独立悬架存在着结构复杂、成本高、维修不便的缺点4。本次毕业设计题目的应用意义在于通过实际操作进行对悬架系统研究，培养学生综合运用所学知识处理实际问题的能力，帮助学生科学思维体系的建立和工程素养的提升；提高学生文字表达能力和科技文献的撰写能力；使学生实现从学习阶段到工作阶段的平稳过渡。1.3国内外研究现状悬架按控制力可将其划分为被动悬架、半主动悬架和全主动悬架。被动悬架,由弹性元件和不可变参数的减振器组成,只能在特定工况下达到最优,缺少对变载荷、变车速、不可预测路况的适应性。主动悬架,采用有源或无源可控元件组成一个闭环或开环的控制系统,可根据路面激励后外部输入变化通过执行机构主动地调整悬架控制力,使悬架总是处于最佳减振状态3。综合性能、成本等因素,半主动悬架最具有实用意义。20世纪初70年代,Crosby和Karnopp等人提出半主动悬架概念,并提出一种基于天棚阻尼原理对on- off型半主动悬架进行控制的方案5。此悬架大规模生产应用始于20世纪80年代初,但其对悬架性能改善及其有限。1983年,丰田公司将减振阻尼器可两级切换的半主动悬架应用于Toyota Soarer280GT型轿车上,随之三菱和日产公司也于80年代后期在某些轿车上使用了减振器阻尼2- 3级切换的半主动悬架6。1986年,Kimbrough在半主动悬架控制方法中引入了Lyapunov方法,改进了控制算法稳定性5。此外,1988年日产公司研制了一种“声纳”式半主动悬架,它利用声纳装置预测路况信息,此装置并于当年应用于该公司生产的Maximas轿车上。1994年,Sturk、Pinkos等人使用电流变体和磁流变体作为工作介质,研究了新型半主动悬架7。半主动悬架仅消耗少量的用来开启电液阀的能量,几乎不需要外加能源。自20世纪90年代起，信息技术、计算机技术、CAD/CAE/CAM 技术等先进手段开始广泛应用，这使主要发达国家在汽车产品设计开发和设计水平上有了明显进步，目前，国外已建立了悬架结构类型和悬架设计参数的知识库和专家系统，不同类型悬架的设计计算方法都比较成熟，并且获有多项专利8。很多悬架设计研究成果已经被某些大型机械系统动力学仿真软件所吸收。例如，由美国著名软件公司MDI与Audi、BMW和 Volvo 等汽车公司合作开发的轿车设计软件 ADAMS 软件，其中包括悬架模块，可以用来测试悬架系统特性、计算悬架载荷时间历程、进行装配性能研究等，从而有效地协助悬架设计工程师完成设计任务。对于国内来说，结合成本等各方面因素，我国针对悬架的研究起步较晚，从 80 年代才开始，而且绝大数汽车都采用的被动悬架。虽然比国外起步较晚，但是在参考国外文献和研究成果的基础上，发展迅速，很快就有了明显的进展。在 1976年，郭孔辉院士发表了一篇“汽车振动与载货的统计分析及悬挂系统参数选择”文章，此文章详细的介绍了怎样选择悬架参数，以实现对汽车的行驶平顺性进行研究并讨论9。从 90 年代初开始，研发人员尝试用多种方法将柔性体的力学效应纳入到多体运动力学的方程中进行详细的分析与求解11。此外，国内设计人员大都是采用虚拟样机技术对汽车的悬架进行仿真分析和优化，这项技术越来越成熟，虽然虚拟样机技术和实车道路试验相比有一定的误差，但是它可以缩短研发周期，为其它的研究提供一个参考的依据12。近几年，国内很多高校的硕士、博士研究生相继发表了有关悬架方面的研究论文，通过不同的角度分析了悬架的特点和对整车性能的影响13。2010 年吉林大学的李宁14，发表的文章主要是通过调整悬架 K&C 特性来改善汽车动力学性能，通过建立悬架模型，并且对其进行仿真，分析悬架参数对整车性能的影响。2014 年李翔晟等人在汽车麦弗逊悬架性能仿真和优化研究一文中，采用免疫算法对麦弗逊悬架的结构参数进行优化，并进行实车验证，验证了优化方法的可行性，提高了整车的操纵稳定性15。1.4、实用价值 悬架系统对整车的很多性能都有影响，从外表上来看，悬架看似简单，但是它的内部包含着很多种力的合成，决定着汽车的很多性能，如：操纵稳定性、乘坐舒适性和安全性等，所以，对悬架的研究属于整车研究的关键之一。改善汽车操动稳定性最重要和最直接的方式是对悬架系统的参数进行优化。对于悬架的选择上面，大都采用主动悬架，一部分车型也采用半主动悬架。但是家用车上采用主动悬架的比较少，因为生产主动悬架所产生的费用比较高，所以，诸如麦弗逊悬架和扭力梁式非独立悬架之类的被动悬架在一定时间内仍将是应用最广泛的悬架，通过对悬架结构和参数进行优化，可以继续提升悬架的性能。 参考文献：1 陈家瑞.汽车构造M.北京：人民交通出版社，2003.2 余志生.汽车理论M.北京：机械工业出版社，1990.3 蔡兴旺,付晓光.汽车构造与原理M.北京：机械工业出版社，2009.4 梁静文.轿车独立悬架方法研究D.硕士学位论文.长春:吉林大学.2009.5 Kovacs Z,Le Goff J-M,Mc Clatchey R.Support for product data from design to production. Computer Integrated Manufacturing Systems, 1998. 6 Gen M.S .Cheng R,W.Genetic algorithms and engineering optimizationM. Beijing:Tisinghua university Press, 2004. 7 Campbell New directions in suspension design. Making the fast car faster manualJ.Cambridge Massa Robert Bentley, Ine.1981 8 王锡兵，常家茂.汽车扭矩梁式悬架设计与仿真计算J.合肥：合肥工业大学学 报.2001.9 戴逢权多连杆悬架系统性能仿真研究D，武汉理工大学硕士论文2011.10 阮观强,叶本刚.基于MATLAB仿真的汽车主动悬架与被动悬架的研究J, 上海电机学院学报.2007. 11 周长城.车辆悬架设计及理论M.北京：北京大学出版社,2011.12 王望予.汽车设计M.北京:机械工业出版社，2007. 13 李宁乘用车悬架 KNC 特性试验技术与装备研究D吉林大学硕士学位论文，2013.14 刘涛.汽车设计M.北京：北京大学出版社，2008.15 曹民，范永法.汽车悬架技术的进展和预测J.上海汽车,2013. 毕 业 设 计 开 题 报 告设计方案：2.1、研究内容 根据所给该轿车数据整备质量、轴距等参数，初步确定该轿车为小型车；在参考大量车型及综合各种悬架的优缺点及成本等因素后，确定该毕设的悬架前悬采用麦弗逊式独立悬架，后悬采用扭力梁式非独立悬架。具体内容如下第一章为绪论，主要阐述研究的背景、研究目的和研究意义、国内外研究现状及悬架相关理论。第二章为前、后悬架的选择及主要元件和辅助元件的介绍。第三章为悬架主要参数的确定，主要确定悬架的动挠度、静挠度等参数。第四章为悬架弹性元件的计算，主要内容包括弹簧形式、材料的选择 ，弹簧直径及刚度的确定，其他参数的计算，及弹簧的校验。第五章为导向机构的设计。第六章为减震器的设计。第