电动汽车主动悬架设计CAD图纸UG三维模型及计算说明
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毕业设计（论文）材料之二（2）本科毕业设计(论文)开题报告题目： 电动汽车主动悬架设计课 题 类 型： 设计 实验研究 论文学 生 姓 名：学号： 专 业 班 级：学院：指 导 教 师：开 题 时 间：2017 年 3 月 13 日2017 年 3 月 13日一、本课题的研究意义、研究现状和发展趋势1.研究意义随着现代电动汽车的飞速发展，人们对电动汽车的乘坐舒适性、安全可靠性的要求也越来越高，传统的被动悬架已很难满足这些要求。主动悬架系统能够根据车身高度、车速、转向角度及速率、制动灯信号，由电子控制单元控制悬架执行机构，改变使悬架系统的刚度、减震器阻尼力及车身高度等参数，使悬架系统始终处于最佳减振状态，从而提高车辆的乘坐舒适性、操作稳定性、通过性等综合性能。本课题对提高电动汽车悬架系统的设计质量、稳定性和可靠性具有重要意义。通过对本课题的研究训练，培养学生综合运用所学基础理论、基本知识和专业知识解决生产实际问题的能力；使学生熟练运用相关软件进行工程设计与分析、建立工艺文件；培养学生综合运用知识的能力以及探求未知、开拓创新的科学精神和从事工程实践的基本能力。2.研究现状2.1 国外电动汽车主动悬架的发展现状世界各国的汽车行业目前都将主动、半主动悬架列为重要的研究目标之一。早在1982年,Lotus公司就研制出有源主动悬架系统,瑞典Volvo公司在其车上安装了实验性的Lotus主动悬架系统。丰田汽车公司1986年的Soarer车型采用了能分别对阻尼和刚度进行三级调节的空气悬架。1989年丰田Celica车型上装置了真正意义上的主动油气悬架系统。尼桑公司在90年的InfiniteQ45轿车上也装备了液压主动悬架。此外,保时捷,福特,奔驰等公司均在其高级轿车上装备有各自开发的主动悬架系统。在国外，应用于电动汽车的主动悬架研究主要集中在两个方面：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。2.2 我国电动汽车主动悬架的发展现状2012年，我国累计发布60多项电动汽车相关标准，涉及电动汽车及动力电池安全、能耗消耗量测量、充电接口及通信协议等多个领域，为实现电动汽车规模产业化，尤其是纯电驱动汽车销量达到同类车型总销量1% 左右的重要门槛提供了重要的科技支撑。 电动车虽然也是汽车，但是和现有的内燃机汽车有着很大的区别，尤其是微型电动车，电池技术只是其中一部分，其他的关键零部件依然需要突破，比如悬架系统。而主动悬架中的作动器具有弹性元件、减振器和部分导向机构的功能，故而适合在电动汽车上使用。目前，悬架系统正经历着“非独立”向“独立”的过度，同时也经历着“被动”向“主动”的过度。由于独立悬架和主动悬架的先天优越性得到越来越多的重视。在微型电动汽车悬架的设计过程中由于整车结构参数的限制，各总成也必须趋于小型化。决定整车舒适性、安全性和稳定性等性能的悬架系统也必须趋于小型化，同时还要保证强度结构和性能的前提下尽量达到轻量化。当前国内生产的车辆大都采用被动悬架，主动、半主动悬架尚未普及，研究工作仍是在控制悬架系统的优化算法、理论分析和计算机仿真模拟阶段。近年来，国内许多大型汽车生产商研发了可以自适应改变悬架刚度和阻尼的半主动及主动悬架系统，但在控制方法的改进和提高系统的稳定性及成本效益的改善等方面仍然有许多工作要做。尽管中国电动汽车的发展已处于世界较为领先的水平，但在电动汽车上应用主动悬架的研究相较于国外的起步要晚，且由于目前主动悬架的集成度和成本方面的原因，主要还是用于排量较大的高级汽车。随着电动汽车和悬架技术的发展，主动悬架系统也将随之得到不断的发展和应用。我相信，将会不断有成本低廉、集成度高并且质量优越的主动悬架产品出现，在不久的将来，主动悬架系统也不再是高级汽车的专利，电动汽车上也将越来越多地使用主动悬架系统。3.发展趋势关于电动汽车悬架方面的发展趋势，虽然目前主动控制悬架系统已应用于实车,但其市场普及依然存在很大困难,这主要有两个方面的原因:一是成本太高;二是能量消耗过大。为解决上述问题,应着重进行两方面的研究: 1 对主动悬架、转向、驱动和防抱死等系统进行联合控制。联合控制涉及到车辆动力学的各个方面和环节,需要对车辆的全部状态和控制目标作总体考虑和最优的权衡策略。而大规模联合控制系统的实现,不仅使系统对传感器、油压源、控制器共同利用,以降低成本和车身质量,还可防止各种控制间的干扰，将使汽车的动态性能和可靠性得到更大的改善。 2 由于主动悬架需要消耗发动机的一部分功率,因此如何减少系统的功率消耗,也是一个值得研究的问题。从理论和实验两个方面研究了可吸收、存储振动能量,并用于悬架控制的新型系统。该系统由能量转换器、能量管理设备、能量储存单元以及控制和测量设备构成。在需要消耗悬架振动能量的时候,将能量储存起来；在需要向系统输入能量时再将其释放到系统中。考虑到车辆节能的重大意义,对悬架系统能量转换及再利用的原理和机构的研究，也将成为今后主动悬架技术的一个重要发展趋势。3 用于测定各参数的传感器精度、安装便捷性、成本、抗干扰能力、使用寿命以及悬架系统本身的使用寿命仍需改善和提高。4 另外，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，元器件较多，从而降低了悬架的可靠性，所以，加大元器件的响应速度以及集成度，也是一个不可逾越的发展趋势。总体来看，悬架建模的合理化、控制策略的复杂化和控制过程的实用化成为现代主动悬架研究的一大趋势，这些研究一定程度上丰富了汽车悬架系统的控制理论，有力地推动了主动悬架在汽车工业的应用进程。二、主要研究内容本课题任务为设计一款电动轿车的1/4主动悬架系统结构。主要内容包括：1. 对现有的各类悬架系统结构进行比较分析对目前常用的被动悬架和主动悬架的结构和优缺点进行简单比较，并由此分析出在电动汽车上应用主动悬架的好处和优势。2. 确定悬架系统的规格和尺寸参数确定主动悬架的类型，根据要求设计减震器和悬架阻尼系统及其他机构部件的规格及尺寸参数，并结合悬架系统在电动汽车中的实际应用进行验算。3. 建立1/4悬架的三维模型结合汽车悬架的实际情况，学习并运用运动学和动力学及汽车构造、汽车设计等相关理论，对汽车悬架系统进行简化分析，建立1/4主动悬架的三维模型。1/4主动悬架系统4. 建立动力学仿真模型根据建立的主动悬架系统的三维模型，在ADAMS仿真软件上建立电动汽车主动悬架的仿真模型，模拟并分析其减震系统的工作特性。5. 仿真结果分析对模拟仿真的结果进行分析，并结合主动悬架的实际情况对主要参数进行优化。三、研究方案及工作计划1.主动悬架的结构和工作原理主动悬架是在被动悬架系统（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、测量系统、反馈控制系统和能源系统四部分组成。主动悬架系统主要可分为空气悬架、液压悬架和多连杆式悬架。 主动空气悬架工作原理：用空气压缩机形成压缩空气，并将压缩空气送给弹簧和减振器的空气室中，以此来改变车辆的高度。通过汽车电脑和驾驶员模式的选择来控制空气弹簧气囊的充气量，进而能控制车身的高度及阻尼的大小。在前轮和后轮的附近设有车高传感器，按车高传感器的输出信号，微机判断出车辆高度，再控制压缩机和排气阀，使弹簧压缩或伸长，从而控制车辆高度。在减振器内设有电动机，电动机受微机的信号控制。利用电动机可以改变通气孔的大小，从而改变了衰减力的大小。其工作原理图见图：主动液压悬架结构：电子控制液压式主动悬架系统由动力源、压力控制阀、液压缸、传感器、控制器（悬架控制ECU）等组成，如图所示：工作原理：作为动力源的液压泵产生压力油，供给各轮的液压缸，使其独立工作。当汽车转向发生侧倾时，汽车外侧车轮液压缸的油压升高，内侧车轮液压缸的油压降低，优雅信号被传送至ECU,ECU根据此信号来控制车身的侧倾。由于在车身上分别装有上下、前后、左右等高精度的加速传感器，这些传感信号送入ECU并经分析后，对油压进行调节，可使转向时的侧倾最小。同理，在汽车紧急制动、急加速或在恶劣路面上行驶时，液压控制系统对相应液压缸的油压进行控制，使车身姿势变化最小。根据对空气悬架、液压悬架的比较，两者的共同性能是能为高速行驶的车辆提供足够的稳定性，当车辆在崎岖的路面上行驶时能够增加车辆的通过性。但是空气式结构复杂，制造成本和维护保养的成本高昂，实用性低。而液压式悬架早已在实车上投入了试用，较为成熟，故本次设计主要采用液压式主动悬架。2.研究方案2.1 实体建模在计算机上利用AUTO CAD、UG等工具，进行主动悬架的建模。2.2 运动仿真利用 ADAMS 软件对主动悬架的模型进行动力学仿真，目的是模拟分析出其减震系统的工作特性。2.3 优化设计通过对主动悬架运动过程的模拟分析得到了相关曲线，表征了主动悬架的运动信息，通过这些曲线可以找到零部件设计的缺陷，进而进行优化设计。3.工作重点悬架系统零部件的参数确定；悬架的实体建模；用ADAMS软件进行运动仿真。4.工作难点运用CAD软件的实体建模和运用ADAMS软件进行运动仿真。5.拟采用的途径去图书馆查阅CAD和ADAMS软件的相关资料；上网查找学习关于两个软件的相关视频；请教指导老师。6.工作计划课题名称电动汽车主动悬架的设计学生姓名孔瑞学号3140104303班级车辆143班起止日期（日/月）周次内 容 进 程完成情况补救措施26/25/31收集资料，熟悉课题已完成5/312/32查阅资料、摘录、翻译、剪辑、整理，撰写开题报告已完成12/319/33完成开题报告，并准备开题答辩已完成19/326/34总体方案设计、分析已完成26/32/45车身高度调节机构的分析与计算已完成2/49/46悬架阻尼调节机构的分析与计算已完成9/423/478悬架刚度调节机构的分析与计算已完成23/47/5910三维模型的创建、装配及修改完善已完成7/514/511在ADAMS/CAR中建立仿真模型已完成14/521/512仿真并分析其运动特性已完成21/528/513撰写正文、使用CAD画出二维工程图已完成28/54/614正文格式的修改及清单的完善已完成4/611/615二维图的修改、标注已完成11/618/616提交给导师进行审阅、修改，准备答辩已完成18/625/617进行最终修改，提交总稿已完成四、参考文献1 段俊法,陈思忠.越野车辆悬架系统的评价研究J.北京汽车,2006.(2):1821.2 张炳力.汽车设计M.合肥：合肥工业大学出版社.2010.6.3 陈家瑞.汽车构造M.北京：机械工业出版社.2009.2.4 王国丽,顾亮,孙逢春.车辆主动悬架技术的现状和发展趋势J.兵工学报，2000年S1期.5 方子帆,陈永清等.汽车半主动悬架系统的关键技术及研究进展J.三峡大学学报,2005,2(1):4651.6 陈文源.汽车主动悬架减振控制技术D.中国科学技术大学，2010.5.7 付涛,王大镇,弓清忠,祁丽等.车辆主动悬架优化设计与仿真分析J.汽车技术,2016,(6):254257.8 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