汽车座椅减振系统设计

1、连接夏头.AutoCAL閤形37KB上支架AutoCAB图形50KF亦支架AutoCAD圈曙姚9KB9.连接夏头.AutoCAL閤形37KB上支架AutoCAB图形50KF亦支架AutoCAD圈曙姚9KB9.9.立柱AutoCAD圉形61KB肓车座倚減振系统设计MicrosuftWord3.实习报告MicrosaftWord9.36KB装配團AutoCAD閣形78KB本科毕业设计（论文）通过答辩摘要减振器是汽车悬架系统的一个重要组成部件，特别是座椅减振，其良好的阻尼可调性，技术发展与理论研究早已引起了人们的广泛关注.本论文对减振器及其试验进行了分析和概述，根据国家机械工业部标准的要求选取了传感

2、器、试验台，减振器等试验部件和设备。主要任务是设计一个减振器试验台，试验台结构简单，拆装方便，便于采集信号进行座椅减振的阻尼特性试验，文中主要对立柱、横梁、托盘等重要部件进行了多次的改进和分析，同时对横梁及其连接螺栓、圆柱销等重要部件的受力进行了校核。设计采用力传感器和位移传感器采集信号，通过计算机对信号进行处理得出座椅减振的示功特性、速度特性、温度特性等特性曲线。该减振器试验台同时可进行四分之一悬架试验。关键词：试验装置；座椅减振；阻尼特性；开题报告MicrosaftWord78KB内封MicrosoftWord23KB设计说明书（论文）MicrosaftWurd9.835KB摘要Micro

3、softWord9.28KB本科毕业设计（论文）通过答辩本科毕业设计（论文）通过答辩本科毕业设计（论文）通过答辩本科毕业设计（论文）通过答辩目录1汽车悬架及减振器TOC o 1-5 h z11汽车悬架系统的概述112汽车悬架的分类113减振器的概述3131被动液阻减振器技术的发展5132可调阻尼减振器技术的发展714座椅减振10141座椅液及其特征11142座椅减振的工作原理12143座椅减振的构造及工作示意图14144座椅阻尼器在悬架系统中的应用和发展情况162座椅减振试验21汽车振动系统对减振器特性的要求1922座椅减振试验内容和意义2023座椅减振试验方法及试验系统232.3.1示功试验

4、232.3.2速度特性试验242.3.3温度特性试验252.3.4试验系统263实验装置的设计31振动台等设备的选取273.1.1减振器273.1.2振动台273.1.3力传感器273.1.4导轨的选用303.1.5位移传感器303.1.6螺栓及螺钉3132立柱的设计3233托盘的设计3334横梁的设计及校核343.5圆柱销的设计及校核373.6整体的装配38结论39致谢40参考文献411汽车悬架及减振器11汽车悬架系统的概述悬架是车架与车桥（或车轮）之间一切传力连接装置的总称。它的功用是把路面作用于车轮上的垂直反力（支撑力）、纵向反力（牵引力和制动力）和侧向反力以及这些反力所造成的力矩都要传

5、递到车架上以保证汽车的正常行驶。现代汽车的悬架尽管有各种不同的结构形式，但一般都由弹性元件、减振器、和导向机构三部分组成。由于汽车行驶的路面不可能绝对平坦，路面作用于车轮上的垂直反力往往是冲击性的，特别是在坏路面上高速行驶时，这种冲击将达到很大的数值。冲击力传到车架和车身时，可能引起汽车上机件的早期损坏，传给乘员和货物时，将使乘员感到极不舒适，货物也可能受到损伤为了缓和冲击，在汽车行驶系统中，除了采用弹性的充气轮胎之外，在悬架中还必须装有弹性元件，使车架与车桥之间作弹性联系。但在弹性系统受到冲击后，将产生振动。持续的振动易使乘员感到不舒适和疲劳。故悬架还应当具有减振作用，使振动迅速衰减。为此许

6、多结构形式的汽车悬架中都设有专门的减振器。12汽车悬架的分类在传统的悬架系统中，其刚度和阻尼是按经验或优化设计的方法确定的，根据这些参数设计的悬架结构，在汽车行驶的过程中，其性能是不变的，也是无法进行调节的，使汽车行驶的平顺性和乘坐的舒适性受到一定的影响。所以传统的悬架系统被称为被动悬架。如果悬架系统的刚度和阻尼特性能够根据汽车的行使条件（车辆的运行状况和路面状况等）进行动态自动适应调节，使悬架系统始终处于最佳减振状态，这称为主动悬架。主动悬架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。（1）全主动悬架全主动悬架是根据汽车的运动状态和路面状态，适时

7、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（弹性元件、减振器、导向装置）中附加一个可控作用力的装置。通常由执行机构、测量系统、反馈控制系统和能源系统4部分组成。执行机构的作用是执行控制系统的指令，一般为发生器或转矩发生器（液压缸、气缸、伺服电动机、电磁铁等）。测量系统的作用是测量系统各种状态，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以上各部分提供能量。（2）半主动悬架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，因此它无动力源且只由可控的阻尼元件组成。由于半主动悬架结构简单，工作时几乎

8、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又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OPELSENTOR和OPELGA轿车上。

9、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。图1.1所示为一种无极半主动悬架示意图。微处理器3从速度、位移、加速度等传感器处接受到信号，计算出系统相适应的阻尼值，并发出控制指令给步进电动机2，经阀杆4调节阀门5，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。图1.1无极式半主动悬架示意图1-节流孔；2-步进电动机；3-微处理机；4-阀杆；5-阀门13减振器的概述为加速车架和车身振动的衰减，以改善汽车行驶的平顺性，在大多数汽车的悬架系统内部都装有减振器。减振器和弹性元件是

10、并连安装的（图1.2）。图1。2减振器和弹性元件的安装示意图1-车架；2-减振器；3-弹性元件；4-车桥减振器工作的基本原理是利用阻尼消耗振动过程中产生的能量。汽车减振器是利用小孔节流的流体阻尼技术来实现悬架系统的减振特性，称为液力减振。从阻尼物理现象上区分，阻尼产生的机理有5类，即:工程材料的材料阻尼、流体的粘滞阻尼、结合面阻尼与库仑摩擦阻尼、冲击阻尼和磁电效应产生的阻尼。悬架中的阻尼主要有摩擦阻尼和粘滞阻尼两大类，钢板弹簧叶片之间的相对运动产生摩擦阻尼，这种阻尼不稳定，阻力的大小不便于控制，尤其在好路上行驶，路面不平产生的动载很小，不足以克服叶片之间的摩擦时，会产生“锁止”现象，此时平顺性

11、变差，因此近年来悬架设计中都力求减少钢板弹簧叶片间的摩擦量，采用液力减振器的粘滞阻尼，特别是轿车悬架基本全部采用此类减振器。液力减振器的作用原理是当车架与车桥作往复相对运动时，而减振器中的活塞在缸筒内也作往复运动，则减振器壳体内的油液边反复的从一个内腔通过一些窄小的孔隙流入另一个内腔。此时，孔壁与油液间的摩擦及液体分子内摩擦便形成对振动的阻尼力，使车身和车架的振动能量转化为热能，而被油液和减振器壳体所吸收，然后散到大气中。减振器阻尼力的大小随车架与车桥（或车轮）的相对速度的增减而增减，并且与油液粘度有关。要求减振器所用油液的粘度受温度变化的影响尽可能小；且具有抗气化，抗氧化以及对各种金属和废金

12、属零件不起腐蚀作用等性能。减振器的阻尼力越大，震动消除得越快，但却使并联的弹性元件的作用不能充分发挥，同时，过大的阻尼力还可能导致减振器连接零件及车架损坏。为解决弹性元件与减振器之间这一矛盾，对减振器提出如下要求：1）在悬架压缩行程（车桥与车架相对移近的行程）内，减振器阻尼力应较小，以便充分利用弹性元件的弹性，以缓和冲击；2）在悬架伸张行程（车桥与车架相互远离的行程）内，减振器的阻尼力应大，以求迅速减振；3）当车桥（或车轮）与车架相对速度过大时，减振器应当能自动加大液流通道截面积，使阻尼力始终保持在一定限度之内，以避免受过大冲击载荷。目前汽车悬架减振器应用最多的是筒式液阻减振器，它能够有效的衰

13、减悬挂质量与非悬挂质量的相对运动，提高汽车乘坐的舒适性，行驶的平稳性和操纵稳定性。筒式液阻减振器同时还用作转向系减振器以及驾驶室、驾驶员座椅、发动机罩等部件的减振装置。随着汽车性能要求的不断提高，本科毕业设计（论文）通过答辩筒式液阻减振器的结构和性能亦不断得到改进和提高。在传统被动式减振器技术发展和完善的同时，能够适应不同行驶工况而调节其工作特性的机械控制式可调阻尼减振器、电子控制式减振器以及电流变液体、座椅液体减振器技术也获得了快速发展。作为筒式液阻减振器技术的重要内容，其设计开发技术也正经历着由基于经验设计一实验修正的传统方法向基于CAD技术的现代设计开发方法的转变。随着硬件性能和计算分析

14、能力的提高，在设计阶段预测减振器的性能并进行优化设计已成为可能，这对于提高汽车筒式液阻减振器产品的设计开发效率、缩短开发周期具有重要意义131被动液阻减振器技术的发展国外早在一百多年以前就开始了对减振器的研究，并由Truffault发明的一种由青铜和浸油的皮革组成的摩擦片式系统，摩擦片由锥形盘式弹簧压紧，并由两个控制臂来控制运动过程。到1901年，Horock奠定了现代减振器的基础，并申请了一个筒式液力机构的专利。后来Renault对此机构进行了改进，并申请了活塞对置式液力元件的专利，这在很大程度上确立了现代减振器的设计形式。到了20世纪30年代早期，尽管摩擦式减振器在当时仍是实际应用中的主要

15、形式，但英国Monroe公司就已经开始了生产筒式减振器。1947年，Koning研制了一种可调式筒式减振器。Carbon于20世纪40年代末期曾经设计出一种“气压式”单筒减振器，于1950年作为商品开始投产，并在当时的车辆减振器应用中曾一度保持优势。被动式液阻减振器是汽车最广泛采用的减振器，改善其性能和结构一直是汽车减振器技术发展的主要课题。国际上先后提出了大量有关减振器结构设计的专利，促进了减振器技术的进步。筒式液阻减振器最初采用双筒式结构，如图（1.3）所示，该结构目前仍是悬架减振器中最常见的形式，其优点是工艺简单、成本低廉，缺点是散热困难，且安装角度受到限制。双筒式减振器发展初期不在补偿

16、室内设置背压，在复原行程中油液依靠其自身重力和压缩室负压由补偿室流人压缩室。这类减振器的显著缺点是在高速工况下会出现补偿室向压缩室充油不及时的问题，从而导致减振器工作特性发生畸变，不但影响减振效果，还会导致冲击和噪声。因此，20世纪50年代发展起了充气减振器技术如在本科毕业设计(论文)通过答辩本科毕业设计(论文)通过答辩本科毕业设计（论文）通过答辩本科毕业设计（论文）通过答辩双筒式充气减振器的补偿室内充人低压气体（0.4MPa一0.6MPa），提高补偿室的补偿能力，减振器的临界工作速度相应提高。充气技术的发展也导致了减振器结构上的重大变化。20世纪50年代单筒式充气减振器技术蓬勃发展起来，它采

17、用了浮动活塞结构，在浮动活塞与缸筒的一端之间形成的补偿室内充人一定量的高压（2.0MPa一2.5MPa）氮气，压缩室内油液体积的变化由这部分气体补偿，其典型结构如图（1.4）所示。与双筒式减振器相比，单筒充气式减振器的质量显著减轻，安装角度不受限制，但其制造精度要求和成本较高。图1.3双筒式减震器1-活塞杆导向座;2-回流孔;3-活塞杆油封;4-防尘罩;5-活塞杆;6-工作活塞;7-工作缸筒;8-外筒;9-底阀座图1.4单筒式充气减振器1-伸张阀；2-缸筒；3,12-吊环；4-补偿室；5-浮动活塞；6-压缩室；7-工作活塞；8-压缩阀；9-复原室；10-活塞杆油封；11-活塞在发展单筒式充气减

18、振器技术的同时，单筒式非充气减振器也得到了广泛应用，其补偿室的压力由橡胶皮囊或螺旋弹簧提供。单筒式非充气减振器的阻尼力值一般较小，较少用作悬架减振器，而被广泛用作轿车的转向系减振器，通常水平安装。132可调阻尼减振器技术的发展到了70年代，随着越野车和SUV等运动型汽车和普及和发展，以及汽车悬架电控系统的日益完善，对减振器也提出了新的要求。于是，人们开始对可调减振器性能认识的进一步深入，各种各样减振器技术不断涌现，不过其主要焦点集中在控制节流孔流量的变化方面:(1)用各种各样的流量阀人工调节节流孔流量,以便司机根据路况实现舒适工况、中等工况、运动工况三级调节,后来又发展到将阻尼分为更多级,这样

19、可以扩大选择的范围.但这无疑给操纵安全性带来负影响；(2)利用一些辅助零件调节节流孔的数量,如在空心活塞杆上做出一系列径向节流孔，然后在活塞杆外或内增加辅助套筒或转动套杆,以便在减振器行程中,使起节流阻尼作用的节流孔数目发生变化，从而自动调节阻尼力的大小。20世纪80年代以来,计算机技术在汽车工程领域得到了广泛应用,特别是高级轿车的智能化发展,光电传感器及超声波传感器在汽车技术发展方面发挥了巨大作用,从而实现减振器特性智能化可调和实时可调,有力地解决了汽车乘坐舒适性与操纵安全性的矛盾。到目前为止,可调阻尼减振器形式有很多种,如涡流式减振器、应变感应式减振器、频率感应式减振器、压电阻TEMS式减

20、振器、座椅体可调阻尼减振器、电流变体可调阻尼减振器、节流口可调阻尼减振器等。我国学者主要致力于后三种阻尼可调减振器的研究，特别聚焦在减振液粘度的可调性方面。根据日本Bridgistone公司的研究材料介绍，电流变液体的粘度在几毫秒内即可随高磁场电压变化即迅速改变或恢复。正是电流变流体这样一种在电解液（如硅酮）中高极化微质点的悬浮体，使得可调减振器阻尼特性随工况智能变化成为一种可能。德国巴依尔公司在1995年对采用能改变减振度的电流变流体减振器进行了首次试验，由于采用了相应的传感器，便能直接分析路基情况，并在随后的0.0015s内调节减振器的特性，以满足路况要求。近年来我国学者曾利用磁流体作为减

21、振液通过控制磁场强度也达到调整减振器特性的要求，研究表明，以磁流体为减振液的阻尼调节性能较电流变流体的调节性能好，但目前这两种方式都没能做出经济实用的、令人接受的产品模型，仍都处于研制阶段。从控制方式上可调阻尼减震器可以分为机械控制式和电子控制式两类。机械控制式可调阻尼减振器的控制方式简单，没有复杂的电控装置，附加成本低，工作可靠。（1）机械控制式可调阻尼减震器机械控制式可调阻尼减振器的控制信号一般取自车轮载荷，其结构与悬架形式有关。以德国Sachs公司生产的气压控制阻尼连续调节（PDC）系统为例，它利用空气弹簧内部的气体压力（与载荷有关）作为控制信号，通过调节控制阀的开启面积来改变减振器的阻

22、尼特性，其阻尼调解机构设置在减振器的外部，需要较多的空间，适用于商用车辆。在轿车上一般采用调节机构内置式结构，通常在空心活塞杆内设置能够随空气弹簧内部压力改变而沿轴向移动的柱塞，由此改变节流阀开启面积，调节减振器的阻尼特性。机械控制式可调阻尼减振器的控制信号是一个机械量，因此其调节机构一般与悬架弹性元件相集成，或者兼具有其他功能。近年来发展了一种机械控制式车身高度调节系统，能够使得汽车在不同载荷的情况下保持相同的高度，同时改变悬架的弹性特性和阻尼特性。该系统不需要专门的能量供应装置，仅利用车轮相对于车身运动的机械能作为能量来源，其核心机构是一种增加了泵油机构、高压气室等的悬架减振器，主要由高低

23、压气室、浮动活塞、活塞感及活塞总成、泵油室及泵油阀等组成，如图（1.5）所示。当轴荷增加时，活塞杆受到压缩而相对于外筒向内缩进一段距离；在汽车行驶过程中，活塞杆相对于外筒做相对运动；在复原行程，低压储液室内油液经下方的泵油阀进入泵油室；在压缩行程，泵本科毕业设计（论文）通过答辩本科毕业设计（论文）通过答辩本科毕业设计（论文）通过答辩本科毕业设计（论文）通过答辩油室内油液经上方的泵油阀进入与高压气室相通的高压储液室，在高压油液的作用下活塞杆向外伸出，从而使得车身升高。如果车身高度超过设定值，高压储液室内油液则经过旁通阀（图中未标出）流入低压储液室，使车身高度降低，直到设定值。这种减振器的阻尼特性

24、是与载荷有关的一部分阻尼力由油液流经活塞上的阀片产生，另一部分由油泵作用产生，后者与载荷有关。图1.5具有车身高度调节功能的机械控制式阻尼可调减振器1-泵油阀；2-泵油室；3-高压气室；4-油气接触面；5-阀片；6-泵油杆；7-气泡；8-低压储液室；9-浮动活塞；（2）电子控制式可调阻尼减振器采用电控技术调节阻尼特性的筒式液阻减振器的调节机构通常由传感器、控制装置、以及执行装置等组成，阻尼既可以分级调节，也可以连续调节，通常是由电控执行器改变改变节流阀通流面积，调节减振器的阻尼特性。由传感器采集的信号包括车速、转向盘转角、节气门开度、制动管压力或纵向加速度等。这种系统通常在驾驶室内设置驾驶风格

25、选择装置，系统根据驾驶员选择的不同风格按软、中、硬三级或软、硬两级转换阻尼特性。阻尼调节机构可以室内知识，也可以是外置式，轿车上多采用内置式结构。目前阻尼分级调节的电子控制式减振器使用的较多，其执行器一般采用置于减振器上方的步进电机。步进电机的旋转带动空心活塞杆内部本科毕业设计(论文)通过答辩的转子阀旋转，从而改变转子阀截流孔与活塞截流孔之间的节流面积以实现阻尼特性的转变。对于阻尼分级调节的减振器，转子阀的位置在短时间内改变往往会产生冲击，导致阻尼力出现不连续的问题。电控式液力型减振器发展的理想目标是实现对阻尼的连续调节，目前已有这样的产品推向市场。采用电子控制悬架减振器可以有效防止汽车加速、

26、换挡和制动使车身的纵倾以及转弯时的侧倾，改善汽车低速行驶时的舒适性，并保证汽车高速行驶时具有良好的车轮-地面附着性能。除悬架减振器外，某些转向系减振器也采用了电子控制装置可适应不同行使工况的需要，其控制信号一般包括车速和转向盘转角。电流变和座椅减振电流变液(ElectorheologicalFluid，简称ERF)和座椅液(MagnetorheologicalFluid，简称MRF)都是悬浊液，于20世纪40年代分别由美国人W.Winslow和J.Rabinow发现，此后的研究重点是ERF的特性及应用。近年来提高ERF强度和稳定性的研究遇到困难，对MRF的研究进一步受到重视。国外80年代末就开

27、展了采用ERF作为工作介质的可调阻尼悬架减振器的研究工作，此后有关这方面的研究一直没有停止过。90年代中期K.P.Nicholas等人一ERF悬架减振器样机进行的实车试验表明，采用这种新型阻尼连续可调的减振器能够降低车身加速度、车轮动载荷等指标从而提高汽车行驶的平顺性和行使安全性。MRF减振器技术近年来也引起人们的广泛兴趣，90年代中期Lord公司展示过用于汽车座椅和悬架系统减振的MRF减振器。这些技术目前尚不完全成熟，有关的研究正深入开展。14座椅减振由最近几年开发出来利用新型智能材料座椅液体作为减振液的新型减振器，由于减振液粘性可调节，可实现阻尼无级变化，因而是一种非常有发展前途的可调减振

28、器。这种新型减振器的原理是基于阻尼介质的粘性可根据施加的磁场而调节。通常磁场设置在连接减振器上下腔的通路上。座椅减振结构简单，制造成本不高，且无液压阀的振动冲击和噪声，不需要复杂的驱动机构。座椅液体响应快，在屈服应力、温度范围、塑性粘度和本科毕业设计（论文）通过答辩本科毕业设计（论文）通过答辩本科毕业设计（论文）通过答辩本科毕业设计（论文）通过答辩稳定性等方面有很好的性能。在相同的功耗条件下，座椅材料的剪切屈服应力是电流变材料剪切屈服应力的2050倍，这样座椅器件可以比电流变器件体积小得多。另外，座椅材料对杂质影响不敏感。因而，座椅减振具有非常广阔的应用前景。141座椅液及其特征座椅液是一种可

29、控流变流体，在外磁场的作用下，座椅液能产生明显的座椅效应（MagnetorheologicalEffect，简称MRE）,流体的粘度会急剧增大,屈服应力成倍增加，表现为类似固体的性质，而当撤除外加磁场的作用时流体又恢复原来的流动性质，即在液态和固态之间进行快速可逆的转换，且这种转换是在毫秒量级的时间内完成的。在该过程中，座椅液的粘度保持连续，无级变化，整个转换过程极快，且可控，能耗极小，可实现实时主动控制。座椅液的研究是在电流变液的基础上发展起来的，由于座椅液的剪切屈服应力比电流变液大一个数量级，且座椅液具有良好动力学和温度稳定性，而电流变液存在高压安全性和杂质敏感性等问题，因而座椅液越来越多

30、的引起了研究者们的兴趣。座椅效应是座椅技术的基础。座椅效应是指流体（一般指两相悬浮液为主的座椅体）在外加磁场的作用下，其流动状态和流体的特性发生强烈的变化，甚至当外加磁场达到某一临界值时，流体停止流动达到固化;当去掉外加磁场时，流体又恢复到原来的状态，其响应时间仅为几毫秒。座椅效应具有下列特征：1）在某磁场强度下，流体停止流动达到固化，当去掉外加磁场时，流体又恢复到原来的状态，这种效应实现了座椅体液态和固态之间的转换。2）在外加磁场的作用下，座椅体的由液态转换为固态是可逆的，若这一转换过程是不可逆的话，它的工程应用价值将会受到极大的影响。3）在外加磁场的作用下，座椅体的表观粘度发生变化的过程是

31、连续的无级的，但这一变化过程是非线性的。4）在外加磁场的作用下，座椅体的表观粘度发生的属性是可控的，这一特性为人们提供了工程应用的基础。5）座椅效应的控制是容易实现的，它只需控制垂直于流体流动方向的磁场的磁感应强度即可，而磁场的磁感应强度与励磁线圈的电流存在某种函数关系，因此控制励磁线圈的电流便可实现座椅效应的控制，这一特点使座椅器件易于与计算机技术相结合实现系统的自动控制。6）在外加磁场的作用下，座椅体的产生座椅效应的响应时间为毫秒级，这一特性能够满足车辆悬架振动控制的要求。7）座椅效应所需的能耗较低，即使实现液体与固体之间的转换也不会吸收或者放出大量的能量，这为座椅体在车辆工程中的应用提供

32、方便。目前，座椅效应产生的机理还没有明确的、完全被人们接受的物理解释，其中比较有代表性的有相变理论和场致偶极矩理论。相变理论认为：在无外加磁场条件下，分散相（磁激化粒子）在连续相中的分布和运动状态是随机的，其迁徙和转动只受热运动的影响。而当外加磁场强度增加到一定程度后，分散相被极化，同时受热运动和磁场的共同作用，某些粒子相互靠近，变成有序排列，随着磁场强度的增加，有序相联成长链，最后以长链为核心吸收短链，形成固态相；场致偶极矩理论认为：在外加磁场的作用下，每个磁极化粒子都磁化为磁偶极子，各个偶极子之间相互吸引成链，座椅效应的强弱与偶极子链之间的作用力有关。就连续相而言在外加磁场的作用下，座椅体

33、的连续相（载体液）同样会发生极化现象，特别是某些极性载体液更容易发生极化，其连续相的分子运动会做某种定向排列使座椅体的粘度发生变化，这种现象称为磁粘效应，磁粘效应相对于分散相的座椅效应而言相对较小，一般不会引起人们的注意。142座椅减振的工作原理座椅阻尼器是基于座椅液的可控特性的一种新型阻尼器，其工作原理是在外加磁场的作用下，座椅液中随机分布的磁极化粒子沿磁场方向运动磁场运动使粒子首尾相联，形成链状或网状结构，从而使座椅液的流动特性发生变化，进而使阻尼器阻尼通道两端的压力差发生变化，达到改变阻尼力的目的。目前，直线运动的座椅阻尼器都是基于下列三中工作模式进行设计的如图（1.6）所示:暫Nfor

34、cedisplacement流动模式（E剪切模式.挤压模式magneticHeldmagneticfieldforce暫Nforcedisplacement流动模式（E剪切模式.挤压模式magneticHeldmagneticfieldforce&velocitypressure图1.6.座椅阻尼器工作模式1）流动模式（Poiseuille流动），如图1.6（a）所示，在两固定不动的极板之间充满座椅液，外加磁场经过极板垂直作用于两极板之间的座椅液，使座椅液的流动性能发生变化，从而使推动座椅液流动的活塞所受的阻力发生变化，达到外加磁场控制阻尼力的目的。利用这种工作模式可以设计开发流体控制阀、阻尼

35、器和减振器等座椅器件。2）剪切模式（Couette流动），如图1.6（b）所示，在两相对运动的极板之间充满座椅液，外加磁场经过极板垂直作用于两极板之间的座椅液，使座椅液的流动性能发生变化，从而使推动极板运动的活塞所受阻力发生变化，达到外加磁场控制阻尼力的目的。利用这种工作模式可以设计开发流体离合器、制动器、机床夹具和阻尼器等座椅器件。3）挤压模式，如图1.6（c）所示，两极板之间充满座椅液，座椅液受极板的挤压向四周流动，外加磁场经过极板作用于两极板之间的座椅液，极板的运动方向平行于外加磁场方向，使座椅液的流动性能发生变化，从而使推动极板运动的活塞所受阻力发生变化，达到外加磁场控制阻尼力的目的。

36、利用这种工作模式可以设计开发行程较小的阻尼器等座椅器件。由于汽车悬架阻尼器的行程较大，且在结构尺寸和结构强度上有严格要求，因此汽车座椅阻尼器设计不能采用挤压模式，而通常采用剪切模式和流动模式共同作用，即混合工作模式，其工作原理如图（1.7）所示，座椅阻尼器的活塞在工作缸内作往复直线运动，利用线圈产生的磁场来控制座椅液在阻尼通道中的流动特性，改变活塞左右腔之间的压力差，从而实现阻尼力的调节。图1.7汽车悬架座椅阻尼器的原理1工作缸;2阻尼通道;3座椅液;4线圈;5磁通;6活塞;7活塞杆143座椅减振的构造及工作示意图与传统的筒式减振器相比，座椅减振的特点是其阻尼力不只取决于活塞运动速度，而主要通

37、过控制在内外筒间所施加的电压来控制阻尼力的大小。由于座椅减振中不设置节流面积可变的节流阀其抗机械磨损的性能大大提高。图（1.8）是L0rd公司生产的用于车辆座椅振动控制的典型的座椅减振的结构简图，其结构与单筒式充气减振器极为相似。从空心的活塞杆中引入导线控制磁场变化，磁场变化可以改变从工作活塞轴向孔隙中流过的座椅液的粘度，进而改变阻尼力的大小。由于活塞杆的行程较小，采用由膜片封闭的具有一定初始压力的氮气补充工作腔体积的变化。目前座椅阻尼器在汽车智能悬架系统中应用越来越广泛和深入。通过用座椅阻尼器替换原来的被动阻尼器，从而实现汽车悬架系统的智能化和半主动控制。汽车座椅半主动悬架系统的主要原理:采

38、用传感器装置（如加速度传感器）实时感知路面激励及汽车簧上和簧下质量的振动信号，对这些信号进行分析和处理，并把有用信号传递给处理器，处理器根据采用的控制策略和控制算法，分析处理这些信息，并发出控制信号，对悬架系统进行控制，驱动座椅阻尼器产生控制力，达到实时减振要求和目的。图1.8座椅减振结构示意图1-上吊环；2-连接电缆；3-导向座；4-密封圈；5-工作缸；7-活塞杆；8-垫圈；9-活塞；10-线圈；11-线圈外套；12-垫圈；13-螺母；14-0型密封圈；15-浮动活塞；16-密封气室；17-下吊环；图1.9MotionMaster系统如图（1.9）所示为美国Lord公司的工程技术人员开发的一

39、种汽车座椅半主动座椅悬架系统一MotionMastd141，的工作简图.MotionMaster”系统由一只座椅阻尼器、一个位移传感器和一个控制器组成座椅阻尼器为单筒式，装有70mL座椅液，采用压缩氮气作补偿，阻尼孔环形分布在活塞上，励磁线圈绕制也在活塞上，通过活塞杆引出电源线。该阻尼器直径为41mm，活塞行程为士29mm，在输入电流为1A时输入功率为5W。位移传感器用于检测座椅的振动信号，控制器具有软、中、硬三种模式，可根据驾驶员的体重选择，控制信号输出频率为500Hz。经实验室测试，该座椅悬架系统可以有效降低40%的振动和49%的冲击。144座椅阻尼器在悬架系统中的应用和发展情况座椅液具有

40、优良的可控性、很宽的动态范围、较高的响应速度，很低的功耗，相对简单的控制方式，因此它在结构振动控制、车辆工程中具有广阔的应用前景，尤其是在汽车半主动悬架领域它已经成为竞相研究的热点，世界发达国家的研究机构和企业投入大量人力物力利用座椅液开发阻尼器件及相关技术，其中Lord公司的座椅液和阻尼器已商品化，采用座椅智能悬架系统的汽车在2000年的大型国际汽车博览会上首次亮相，有关专家预言座椅技术在汽车工程中的应用将会给汽车减振系统革命性的进步。美国Lord公司是世界上最大的座椅液供应商，也是座椅技术商业开发的领导者，拥有座椅阻尼器、制动器、离合器及其控制系统的多项专利，本科毕业设计(论文)通过答辩其

41、中Pinkos等设计了转盘式座椅主动悬架系统，并完成了汽车半主动悬架的控制实验，这种悬架系统大大地提高了汽车的安全性和舒适性。美国马里兰大学航空工程系在座椅阻尼器的设计理论方面一直处于领先地位，代表着世界先进水平，他们也开发了充气补偿结构的汽车座椅阻尼器。韩国学者Seung-BokChoi开发了客车悬架系统座椅阻尼器，该阻尼器是双筒结构，其阻尼通道位于工作缸的两端，在阻尼器外设计了膜片隔离气体补偿器。阻尼器采用一个PID控制器缩短电流响应时间。为了控制车辆垂直振动，他设计了天棚阻尼开关控制器，采用基于全车模型的硬件嵌入式(Hardware-in-the-Loop)方法仿真，仿真结果表明利用座椅

42、阻尼器可以大幅度提高车辆的安全性和舒适性，目前正进行路道试验。世界最大汽车零部件制造和系统集成商一美国德尔夫(Delphi)公司与通用汽车公司合作开发了汽车座椅半主动悬架系统Magneride，并获得了1999年度世界一百大科技成果奖，现在德尔夫公司已经开始与通用汽车公司合作，在2002SevilleSTS型高档轿车上进行了试用。美国维吉尼亚工学院车辆动力学高级实验室(AVDL)也在汽车座椅半主动悬架研究中做了大量工作。他们利用Lord公司提供的座椅阻尼器设计了半主动悬架控制系统，并在VolvoVN重型卡车和Futurecar轿车的悬架上进行道路试验，试验结果说明该系统对汽车俯仰和侧倾运动有明

43、显抑制，而对车身振动没有明显效果，因此阻尼器和控制算法有待进一步改进。在国内，座椅半主动悬架的研究已经起步，并有越来越多多的研究单位和企业加入进来，其中香港中文大学、复旦大学、南京航空航天大学、西安交通大学和重庆大学等高校的工作比较有代表性。香港中文大学智能材料与结构实验室的C.YLai和W.H.Laio利用Lord公司开发的座椅阻尼器研究了单自由度悬架系统的振动控制，其控制算法为滑模控制，与传统的被动悬架相比，采用座椅阻尼器可控悬架的簧上质量的垂直加速度得到大幅度降低。复旦大学在对座椅材料的机理和制备方法进行研究的同时，还与上海大众汽车公司和上海汇众汽车制造有限公司合作研发汽车座椅阻尼器和半

44、主动悬架。南京航空航天大学对座椅阻尼器进行了试验研究和理论分析，设计和实现了半主动悬架的测控试验系统，对座椅半主动悬架的控制策略进行了研究。西安交通大学在座椅阻尼器和通用振动控制器设计座椅阻尼器控制方法等方面取得了一些成果。重庆大学对座椅阻尼器的流本科毕业设计(论文)通过答辩本科毕业设计(论文)通过答辩本科毕业设计（论文）通过答辩本科毕业设计（论文）通过答辩变理论和设计方法进行了深入的研究，解决了座椅阻尼器磁路设计和结构设计中的相关技术问题，研制出了微型汽车座椅阻尼器和用于海南马自达的汽车座椅阻尼器，并在国家客车质量监测中心进行了测试，为汽车座椅阻尼器的开发和应用奠定了理论和技术基础。2座椅减

45、振试验21汽车振动系统对减振器特性的要求由路面激励引起的汽车垂直、俯仰以及侧倾等运动都会影响汽车的乘坐舒适性和行驶平顺性。悬架减振器的一个重要作用是衰减因冲击引起的车身的自由振动，并抑制在共振频率附近车身强迫振动的幅值，提高乘坐舒适性。在频域内，由路面激励引起乘员振动加速度的幅频响应特性在系统固有振动频率附近存在峰值，如图(2.1)所示。其中车身一悬架系统的固有振动频率在1Hz附近，乘员一座椅系统的固有振动频率在3Hz附近，非悬挂系统的固有振动频率在10Hz附近。在以保证汽车最佳乘坐舒适性为目标的条件下，减振器阻尼系数的选择在如何有效降低乘员振动响应峰值。对于轿车减振器，当阻尼比在0.3左右、

46、复原/压缩行程阻尼力分配为80/20时，通常可以获得较好的乘坐舒适性。图2.1采用3自由度1/4车辆模型的典型乘员振动-路面激励幅频响应特性悬架减振器对于保证汽车的操纵性能同样具有重要作用。当汽车直线行驶时，随车速的升高，由路面激励引起的汽车位移、速度和加速度功率谱密度增大，使得控制汽车的垂直、俯仰和侧倾等运动变得困难。此时需要增加减振器的阻尼比以提高汽车的行驶安全性。汽车在某些非稳态工况下所产生的车身运动，如加速或制动导致的俯仰运动、转向导致的侧倾运动等，都需要由悬架减振器衰减，此时要求减振器阻尼比为0.8-1.0、复原/压缩行程阻尼力分配值为60/40，才能够保持较好的汽车操纵稳定性。汽车

47、乘坐舒适性/行驶平顺性和操纵稳定性对悬架减振器特性的要求因路面、载荷、车速和汽车运动状态等具体行驶工况不同而不同，也因驾驶员而异。理想的减振器特性应能够适应上述不同行驶工况和驾驶员的要求而进行调节。但至今最普遍应用的悬架减振器为被动式减振器，其特性不能调节，只能在两者之间折衷，通常其阻尼比为0.30-0.75。22座椅减振试验内容和意义作为一种汽车座椅悬架系统中振动控制的重要装置，汽车座椅阻尼器阻尼力大小、动态可调范围、响应时间都是它的重要指标，它们直接决定着汽车座椅阻尼器的应用效果、使用范围和控制周期。目前针对其设计、控制及系统应用等方面的研究很多，许多新产品也已经投入到使用当中，但大多数产

48、品都只有关于外形尺寸、适用范围等简单的介绍，关于座椅减振的特性曲线都很难得到。而专门的减振器特性试验台国内并不多见，进口试验台的价格昂贵，这就大大的提高了座椅减振研究的成本。座椅减振的主要特性有示功特性、速度特性、温度特性等。（1）座椅减振的速度特性阻力速度特性表示振动速度变化时，减振器阻力的变化规律，其关系可表示为F=CV（2.1）式中：F：阻尼器产生的阻尼力；V：阻尼器的工作速度；N：阻尼器阻尼特性指数；C：阻尼器阻尼系数，指的是阻尼器在单位工作速度下的工作阻力。图2.2速度特性曲线从图（2.2）中看到，对二次方曲线在工作速度低时阻尼力小，速度高时阻尼力大，阻尼力变化较大，但结构比较简单，

49、价格低廉，这是其仍能得到应用的原因。近年来随着整车性能要求的提高，比例型（n=l）、饱和本科毕业设计（论文）通过答辩本科毕业设计（论文）通过答辩本科毕业设计（论文）通过答辩本科毕业设计（论文）通过答辩型（n=2）图（2.2）是一般被动式液压阻尼器的三种类型的速度特性曲线，如果阻尼器的阻尼力完全由液体的紊流阻尼确定，而且在结构上采取一定通流面积的节流孔，则指数n=2。如果阻尼力主要由限压阀的开阀系统控制且流通面积与阀的开度成一定比例关系，则指数n=2/3。实际中，减振器的阻尼主要是上述两种情况的组合，即常通孔与阀系统并存，低速时主要是常通孔起作用。这时近似值n=1。特性线应用广泛且成主流。这种特

50、性线一个比较明显的特点就是从低速到高速活塞的压差既不过大也不过小，变化较小，阻尼力较稳定。因而在较宽的振动速度范围阻尼器有足够的阻尼力来满足整车附着性的需要，有利于行驶稳定性的提高。对座椅液体减振器，就是要保证其速度特性曲线尽量满足比例型和饱和型。（2）座椅减振的示功特性示功特性表示阻尼器在压缩和复原行程中的阻力变化特性，是阻尼器在作规定往复运动的一个整周期中，其相对位移与阻尼力的关系曲线，如图（2.3）所示。基线以上为复原行程，基线以下为压缩行程。从此图上可直接量出复原或压缩时最大减振阻力值及阻尼器在一个工作循环里所吸收的功，该图又称为示功图。图2.3减振器的示功特性在汽车悬架中，常用示功特

51、性作为考核减振器的依据。示功图所包围的面积表示阻尼器运行一周所消耗的悬架系统的能量。汽车悬架振动能量的耗散意味着悬架振动的减弱，阻尼器作为一种耗能元件在悬架系统中应用，耗散于阻尼器中的能量转变为热量最终散发在大气中，示功图所包围的面积表示阻尼器削减车辆振动的能力，因此力求示功图圆润、饱满，使阻尼器能发挥最大的耗能作用。图2.4复原行程示功图畸变图2.5压缩行程示功图畸变示功图反映了一个运行周期内阻尼器的工作状况，示功图应当连续、平滑稳定、完整，不应当有空行程、突变，畸变。示功图出现缺陷意味着阻尼器工作异常，可以根据异常的示功图来推断阻尼器的内部缺陷，从而进一步改进设计。如果减振器设计制造不当，

52、可通过其示功图反映出来，图（2.4）是复原行程示功图出现畸变的情况，（a）阻尼系数过大、（b）阻尼系数过小、（c）出现空程；图2.5）是压缩行程示功图出现畸变的情况,（a）阻尼系数过大、（b）阻尼系数过小、（c）高阻尼尾畸、（d）出现空程;应避免以上情况的发生。很明显，座椅减振的上述特性决定着它的减振效果，因此对汽车座椅减振的阻尼特性进行研究是非常必要而且势在必行的。其研究意义主要体现在以下三个方面:1）通过对座椅阻尼器阻尼特性的理论分析，我们可以更好地了解和掌握减振器的阻尼特性，指导汽车座椅阻尼器的设计，并在阻尼器设计阶段对其影响因素加以优化和改进，从而设计制作出响应更快，应用效果更好，范围

53、更广的座椅阻尼器。2）通过分析汽车座椅阻尼器的阻尼特性，并通过试验测试验证，为汽车座椅阻尼器的工程应用提供基础，判断我们所设计的座椅阻尼器是否满足汽车悬架系统的应用要求。3）通过分析汽车座椅阻尼器的阻尼特性，并通过试验指导汽车座椅阻尼器的工程应用，可以帮助我们更科学地设计控制算法和控制周期。23座椅减振试验方法及试验系统示功试验（1）根据国标QC/T5451999试验条件为：试件温度：202C。试件试验行程S：（1001）mm。试件频率n：（1002）c、p、m。速度V：根据s和n并由下式决定的减振器活塞速度。在减振器行程较小，不宜选用100mm的试验行程时由制造厂与用户商定试验速度值。方向，

54、铅垂方向。本科毕业设计（论文）通过答辩位置：大致在减振器行程的中间部分。（2）试验方法定期按本标准附录B的试验台标定方法取得测力元件标定常数1（Nmm）。按试验规定条件加振，在试件往复35次内记录示功图。在不装试件时，画出基准线。阻力计算：参见图2.6速度特性试验（1）试验条件：试件温度：202C试件试验行程S：20100mm速度：V方向：铅垂方向。位置：大致在减振器行程的中间部分（2）试验方法a.直接记录法：本科毕业设计（论文）通过答辩本科毕业设计（论文）通过答辩本科毕业设计（论文）通过答辩本科毕业设计（论文）通过答辩在标准附录A规定的试验台上，采用相应的电测量装置，利用传感元件取得减振器活

55、塞速度和相应的阻力信号；将该两信号同时输入记录装置而直接获得减振器的速度特性。b.多工况合成法：可以变化行程（S）,或频率（n）之一，而取得变化的速度值（V），及相应工况下的阻力（P）形成速度特性的若干点，最终光滑连接构成速度特性PV的试验曲线。温度特性试验（1）试验条件：试验温度：30,20,10,0，20，40，80,100C测温允差3C，在达到所规定温度后，保温1.5h。试件试验行程：100mm。速度：0.52m/s。方向：铅垂方向。位置：大致在减振器行程的中间部分。（2）试验方法：试件按规定的设备升温（或降温）到上述规定的温度。将达到规定的温度的试件立即按示功试验和阻力计算实施和处理。

56、按图2.7所示画出试件的温度特性Pt曲线。图2.7温度特性曲线试验系统根据实验的要求，设计测试系统框图。在整个测试系统中，测试过程如下：座椅阻尼器作常速往复运动，会产生一个位移信号，位移传感器获取这一信号，并经过电平转换电路把位移变化转换为规则的电信号，并传到信号采集器中。同时力传感器也将所测信号经放大送到信号采集器中经过处理得到特性曲线。如图2.8所示。图2.8试验系统原理图本科毕业设计（论文）通过答辩3实验装置的设计31振动台等设备的选取减振器根据国家机械工业部筒式减振器试验标准QC/T4911999选取由美国LORD公司生产的座椅减振其主要参数尺寸如下：最大行程：208mm；最小行程：1

57、55mm；体径：41.4mm；轴径：10mm；输入电压：12V；响应时间：25S；振动台根据对振动台的要求选择前日本IMV公司生产的DY-600-5电动振动试验系统。其技术参数如下：额定正弦推力额定频率范围最大加速度最大速度最大位移额定载荷运动件有效质量电源工作面直径5.88KN2-2000Hz490m/s100cm/s51mm300Kg12Kg3相380VAC10.5kVA230mm;力传感器由于测试内容为减振器阻尼特性，试验对象为座椅减振，且其阻尼力有压缩力和复原力两个方向的力，经测试阻尼器力值范围为士4448N，因本科毕业设计（论文）通过答辩本科毕业设计（论文）通过答辩本科毕业设计（论文

58、）通过答辩本科毕业设计（论文）通过答辩本科毕业设计(论文)通过答辩本科毕业设计(论文)通过答辩此要求力传感器的动态响应要快(1OkHz),能够测量双向拉压力。根据力传感器的选择要求，本论文选用了中国航天科技集团公司第一研究院第七0二所生产的5122型力传感器。该传感器是利用石英晶体的纵向压电效应,将“力”转换成“电荷”的变换装置。传感器产生的电荷正比于被测外力并通过二次仪表电荷放大器将电荷按比例转换成电压。该传感器采用全密封焊接结构,具有气密性好、强度高、刚度大、动态响应快等优点。可以测量动态力、准静态力和冲击力,特别适合于测量各种冲击振动设备的压缩力和复原力。5122型力传感器是由一个弹性螺

59、栓将单向压缩力传感器精密装配在两个预紧螺母之间,经预紧而成的可以测量双向拉压力的装置,其主要技术指标如下：表3.15122型力传感器的技术指标測量范围分辨率电荷灵敏度非线形谐振频率工作稳定范围0.025N3pC/N土1%FS70kHz-15O-15OV5122型力传感器通过两端预紧螺母M6的内螺纹与被测对象连接。为了正确地进行沿其纵轴的动态力测量,必须将被测力作用与传感器的测量表面和安装表面,而不是作用在两端的螺栓和螺孔上。与传感器相接触的试件表面必须与传感器的上下表面紧密贴合。根据力传感器的安装要求,本论文设计了如图3.1所示的工装。图3.1(a)图3.1(b)一双头螺柱-螺母-力传感器-连

60、接头图3.1(a)图3.1(b)一双头螺柱-螺母-力传感器-连接头图3.1（c）图3.1力传感器工装设计本科毕业设计（论文）通过答辩图中双头螺柱和连接头分别与横梁和减振器连导轨的选用为方便该试验台同时做悬架和减振器两种实验现选用日本THK公司生产的HRS-A型直线滑轨，该滑轨的主要参数如下：总长度：360mm；总高度：42mm；宽度：90mm；轨道宽度：28mm；轨道高度：26mm；轨道节距：80mm；滑块长度：98mm；滑块横向孔中心距：72mm；滑块纵向孔中心距：70.4mm；位移传感器计算座椅减振的最大行程为53mm同时考虑到传感器的装配选取美国MeasurementSpecialtie