廖贤开题报告.docx

哈尔滨工业大学毕业论文-开题报告本科毕业论文（设计）开题报告论文题目 某皮卡载货汽车前悬架CAD/CAE设计 班 级 0901202班 姓 名 廖贤 院（系） 汽车工程学院 导 师 崔胜民 开题时间 2012年12月17日 1课题研究的目的和意义悬架是现代汽车上的重要总成之一，它把悬架(或车身)与车轴(或车轮)弹性地连接起来。其主要任务是传递作用在车轮和车架(或车身)之间的一切力和力矩，并且缓和路面传给车架(或车身)的冲击载荷，衰减由此引起的承载系统的振动，保证汽车的行驶平顺性；保证车轮在路面不平和载荷变化时有理想的运动特性，保证汽车的操纵稳定性，使汽车获得高速行驶能力。悬架由弹性元件、导向装置、减振器、缓冲块和横向稳定器等组成。双横臂式独立悬架按上、下横臂是否等长，又分为等长双横臂式和不等长双横臂式两种悬架。等长双横臂式悬架在车轮上下跳动时，能保持主销倾角不变，但轮距变化大(与单横臂式相类似)，造成轮胎磨损严重，现已很少用。对于不等长双横臂式悬架，只要适当选择、优化上下横臂的长度，并通过合理的布置，就可以使轮距及前轮定位参数变化均在可接受的限定范围内，这种结构有利于减少轮胎磨损，提高汽车行驶平顺性和方向稳定性，保证汽车具有良好的行驶稳定性。目前不等长双横臂式悬架已广泛应用在轿车的前后悬架上，部分运动型轿车及赛车的后轮也采用这一悬架结构。在皮卡载货汽车上，前悬架大都采用独立悬架，双横臂扭杆悬架是采用得比较多的一种。双横臂扭杆悬架很好的发挥了其安装尺寸小、结构简单、高效率等优势，得到广泛推广。对双横臂扭杆悬架进行CAD/CAE设计，可大大缩短设计时间，提高设计质量。2国内外研究现状2.1悬架的发展现状半主动悬架的研究工作开始于1973年提出。半主动悬架以改变悬架的阻尼为主，一般较少考虑改变悬架的刚度。工作原理是：根据弹簧上质量相对车轮的速度响应、加速度响应等反馈信号，按照一定的控制规律调节弹簧的阻尼力或者刚度。半主动悬架产生力的方式与被动悬架相似，但其阻尼或刚度系数可根据运行状态调整，这和主动悬架极为相似。有级式半主动悬架是将阻尼分成几级，阻尼级由驾驶员根据“路感”选择或由传感器信号自动选择；无级式半主动悬架根据汽车行驶的路面条件和行驶状态，对悬架的阻尼在几毫秒内由最小到最大进行无级调节。由于半主动悬架结构较简单，工作时不需要消耗车辆的动力，而且可取得与主动悬架相近的性能，具有广阔的发展空间。随着道路交通的不断发展，汽车车速有了很大的提高，被动悬架的缺陷逐渐成为提高汽车性能的瓶颈，为此人们开发了能兼顾舒适和操纵稳定的主动悬架。主动悬架的概念是1954年美国通用汽车公司在悬架设计中率先提出的。它在被动悬架的基础上，增加可调节刚度和阻尼的控制装置，使汽车的悬架在任何路面上保持最佳的运行状态。控制装置通常由测量系统、反馈控制系统、能源系统等组成。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。奔驰、沃尔沃、洛特斯、丰田等在汽车上进行了较为成功的试验。装备主动悬架的汽车，在不良路面高速行驶时，车身非常平稳，轮胎的噪音小，转向和制动时车身保持水平。其特点是乘坐非常舒服，但不同程度存在着结构复杂、能耗高、成本昂贵、可靠性问题。由于种种原因，我国的汽车绝大部分采用被动悬架。在半主动和主动悬架的研究方面起步晚，与国外的差距大。在西方发达国家，半主动悬架在20世纪80年代后期趋于成熟，福特公司和日产公司首先在轿车上应用，取得了较好的效果。主动悬架虽然提出早，但由于控制复杂，并且牵涉到许多学科，一直很难有大的突破。进入20世纪90年代，仍仅应用于排气量大的豪华汽车。未见国内汽车产品采用此技术的报道，只有北京理工大学和同济大学等少数几个研究机构对主动悬架展开研究。2.2悬架的发展趋势由于汽车行驶的平顺性和操纵稳定性的要求，具有安全、智能和清洁的绿色智能悬架将是今后汽车悬架发展的趋势。(1)被动悬架是传统的机械结构，刚度和阻尼都是不可调的，依照随机振动理论，它只能保证在特定的路况下达到较好效果。但它的理论成熟、结构简单、性能可靠、成本相对低廉且不需额外能量，因而应用最为广泛。在我国现阶段，仍然有较高的研究价值。被动悬架性能的研究主要集中在三个方面：通过对汽车进行受力分析后，建立数学模型，然后再用计算机仿真技术或有限元法寻找悬架的最优参数；研究可变刚度弹簧和可变阻尼的减振器，使悬架在绝大部分路况上保持良好的运行状态；研究导向机构，使汽车悬架在满足平顺性的前提下，稳定性有较大的提高。(2)半主动悬架的研究集中在两个方面：执行策略的研究；执行器的研究。阻尼可调减振器主要有两种，一种是通过改变节流孔的大小调节阻尼；一种是通过改变减振液的粘性调节阻尼。节流孔的大小一般通过电磁阀或步进电机进行有级或无级的调节，这种方法成本较高，结构复杂。通过改变减振液的粘性来改变阻尼系数，具有结构简单、成本低、无噪音和冲击等特点，因此是目前发展的主要方向。(3)主动悬架研究也集中在两个方面：可靠性；执行器。由于主动悬架采用了大量的传感器、单片机、输出输入电路和各种接口，由于元器件较多，降低了悬架的可靠性，所以，加大元件的集成程度，是一个不可逾越的阶段。执行器的研究主要是用电动器件代替液压器件。电气动力系统中的直线伺服电机和永磁直流直线伺服电机具有较多的优点，今后将会取代液压执行机构。运用电磁蓄能原理，结合参数估计自校正控制器，可望设计出高性能低功耗的电磁蓄能式自适应主动悬架，使主动悬架由理论研究转化为实际应用。2.3结论总体来说，主动悬架的减振效果好，性能优越，解决了“平顺性和操纵稳定性”的矛盾。但元件成本较高，工作时需要较多的能量，整车质量也有所增加，因此主动悬架会大大增加成本和能量消耗；半主动悬架的减振性能接近主动悬架，操纵稳定性优于被动悬架。性能可靠，调节方便的可调阻尼减振器和算法简单有效的控制策略将是半主动悬架发展的必经之路。被动悬架的性能相对最差，但它的成本最低，也不需消耗能量。被动悬架在一定的时间内仍将是应用最广泛的悬架系统，通过进一步优化悬架结构和参数可以继续提升悬架性能。悬架技术的技术创新和相关学科的发展密切相关。先进的计算机技术、自动控制技术、模糊控制、神经网络、先进制造技术、运动仿真等为悬架的进一步发展提供了有力的保障。同时，悬架的发展也给这些相关学科提出更高的理论要求，二者相辅相成，相互促进，从而实现真正的可持续发展。3. 本课题的研究内容及技术方案31 根据给定的皮卡载货汽车参数，对前悬架（双横臂扭杆悬架）进行CAD/CAE设计。满载质量2230kg,整备质量1425kg,最大转矩/转速（Nm/rpm）190/2400，最大功率/转速（kW/rpm）78/4600,最高车速130km/h，最大爬坡度30%，轮胎规格215/75 R15,轴距3380mm,前轮距1450mm,后轮距1420mm。32 技术要求3.2.1 借用结构化和可视化设计思想，完成皮卡载货汽车前悬架设计。3.2.2 皮卡载货汽车前悬架的设计计算。3.2.2.1 悬架基本参数的选定（1） 悬架静挠度（2） 上下横臂长度的确定（3） 簧载质量的确定（4） 其他参数的确定3.2.2.2螺旋弹簧的选择3.2.2.3减振器的选择（5） 减振器类型的选择（6） 减振器主要参数的选择3.2.3 皮卡载货汽车前悬架三维模型建立。3.2.4 皮卡载货汽车前悬架有限元分析4. 本设计的特色4.1、本设计采用独立悬架，可以使车轮各自独立地与车架或者车身弹性连接。减少车架和车身的振动，有助于消除转向轮不断偏摆的不良现象。4.2、对于不等长双横臂式悬架，只要适当选择、优化上下横臂的长度，并通过合理的布置、就可以使轮距及前轮定位参数变化均在可接受的限定范围内，保证汽车具有良好的行驶稳定性。4.3、本设计的弹性元件采用的是扭杆弹簧，很好的发挥了其安装尺寸小、结构简单、高效率等优势。4.4、在设计过程中，我们运用CAD/CAE软件进行设计，可以对所设计的组件进行有限元分析，不仅提高了设计的可靠性和准确性，还大大的缩短了设计的时间，提高了设计质量。5. 进度安排2012年秋季学期：查阅资料，学术期刊类文献不少于7篇，外文文献不少于3篇，了解皮卡载货汽车前悬架结构特点，总体设计任务和CAD/CAE开发工具，写开题报告，翻译英文资料。2013年春季学期：第12周 确定皮卡载货汽车前悬架CAD/CAE技术方案；第36周 完成皮卡载货汽车前悬架的CAD设计；第710周 完成皮卡载货汽车前悬架的CAE设计；第1114周 完成皮卡载货汽车前悬架的总成图和零件图的绘制；第1516周 撰写论文、答辩。6. 参考文献1. 陈兵车辆智能悬架系统发展趋势研究J起重运输机械，2005，2. 曹民，范永法汽车悬架技术的进展与预测J上海汽车，20003. 王慧文，孙晓娟，张伟汽车悬架控制技术的发展J森林工程，1998,4. 钱尼君，黄菊花，汽车前悬架系统动力学仿真与分析。南昌大学学报2008，30（1）：49525. 胡磊，周君，基于ADAMS前双横臂独立悬架的建模和仿真分析。轻型技术，2007（7）；27296. DEL J M. Castillo and others，Optimization for Vehicle Suspension: Frequency Domain Vehicle system dynamics JVehicle system dynamics，1990，（19）. 7. 林弋辉车辆半主动悬架的控制策略及仿真J四川工业学院学报，2004，（23）.8. 孙建民，孙凤英汽车悬架系统的发展及控制技术研究现状J黑龙江工程学院学报，2001，（1）.9. 肖生发，罗永革，陶健民，等汽车工程学基础M北京：人民交通出版社，2003.10. 张耀宸，马占永. 机械加工工艺设计实用手册. 北京：航天工业出版社1993，1211. 宋镜瀛（译）. 汽车理论设计计算（下册）. 北京：龙门聊合书