【正文】 厚度可能有相同和不相同兩種情況，希望盡可能采用前者，但因為主片工作條件惡劣。 由式（ ）可得： h=。片寬 選取過窄，又得 增加片數(shù)，從而增加片間的摩擦和彈簧的總厚。本文所使用的材料為 55SiMnVB，表面經(jīng)過噴丸處理，取 [δ W]=400N/mm2，已知 FW=9500N。 c=FW/fC； δ為撓度增大系數(shù)（先確定與主片等長的重疊片數(shù) n1，再估計一個總片數(shù) n0，求η =n1/n2，然后用δ =[(1+ )]出定δ）； E 為材料的彈性模量。本文假定軸距 5000，故取 L=1450mm。鋼板彈簧的縱向角剛度系數(shù)是指鋼板彈簧產(chǎn)生單位縱向轉(zhuǎn)角時，作用到鋼板彈簧上的縱向力矩值。為了在車架高度已限定時能得到足夠的動撓度值，常取 fa=10～ 20mm。根據(jù)相關(guān)材料可得 FW=9500N。由于布置上的原因，或者鋼板彈簧在汽車上的安裝位置不動，又要改變軸距或者通過變化軸距達到改善軸荷分配的目的，采用不對稱式鋼板彈簧?？v置鋼板彈簧能傳遞各種力和力矩，并且結(jié)構(gòu)簡單，故在汽車上得到 廣泛應(yīng)用。包括橫臂式獨立懸架、縱臂式獨立懸架、車輪沿主銷移動的懸架、單斜臂式獨立懸架和橫向穩(wěn)定器等。 非獨立懸架 非獨立懸架其結(jié)構(gòu)特點是兩側(cè)的車輪由一根整體式車橋相連，車輪連同車橋一起通過彈性懸架與車架 (或車身 )連接。汽車上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） SJ汽車懸架 系統(tǒng) 的仿真與優(yōu)化 11 懸架的彈性元件有鋼板彈簧，螺旋彈簧等輕型汽車的懸架一般很軟，它可以提高汽車的平順性。人們 為了更好地實現(xiàn)轎車的行駛平穩(wěn)性和安全性，將阻尼系數(shù)不固定在某一數(shù)值上，而是能隨汽車運行的狀態(tài)而變化，使懸架性能總是處在最優(yōu)的狀態(tài)附近。從而迅速衰弱振動。 現(xiàn)代汽車多采用筒式減振器，利用油液在小孔內(nèi)的節(jié)流作用來消耗振動能量。 根據(jù)形式的不同，減振器分為搖臂式和 筒式兩種。常見的種類有：簡式液力減振器 、搖臂式液力減振器、充氣式減振器和阻力可調(diào)式減振器等。 （ 5） 橡膠彈簧： 它是利用橡膠本身的彈性工作的彈性元件，它可以承受壓縮和扭轉(zhuǎn)載荷，具有單位質(zhì)量儲能高于金屬彈簧的優(yōu)點，同時它還具有變剛度特性，且隔音性能好。由于上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） SJ汽車懸架 系統(tǒng) 的仿真與優(yōu)化 9 沒有減振和傳力的功能，還必須設(shè)有專門的減振器和導(dǎo)向裝置。 彈性元件的種類 （ 1） 鋼板彈簧：由多片不等長和不等曲率的鋼板疊合而成。這三部分分別起緩沖，減振和力的傳遞作用。日產(chǎn)和豐田公司的一些高級車上裝載的油氣式主動懸架，由一個電液比例閥（針閥）和一個機械式壓力伺服滑閥 構(gòu)成壓力控制閥。主動控制懸架，由彈性元件和一個力發(fā)生器組成。該系統(tǒng)的微處理器從傳感器接收速度、加速度等信號，計算出相應(yīng)的阻尼值，給出 控制信號到步進電機，經(jīng)閥桿調(diào)節(jié)閥門，使節(jié)流孔阻尼變化。其優(yōu)點是能在壞路條件下或轉(zhuǎn)彎、制動時將阻尼調(diào)節(jié)得很大，使行駛安全性大幅提高。由于參數(shù)不能任意選擇和調(diào)節(jié)，限制了被動懸架系統(tǒng)性能的進一步提高，即使采用優(yōu)化方法來設(shè)計，也只能把其性能改善到一定的程度。首先，雖然可以用優(yōu)化它的性能 參數(shù)（彈簧剛度和減振器阻尼）的方法，以達到舒適性和安全性的最佳折中。因此，汽車懸架往往列為重要部件編入轎車的技術(shù)規(guī)格表， 作為衡量轎車質(zhì)量的指標之一。還有就是要保證車身在制動、轉(zhuǎn)彎、加速時穩(wěn)定，減小車身的俯仰和側(cè)傾。 懸架的主要作用是傳遞作用在車輪和車身之間的一切力和力矩，比如支撐力、制動力和驅(qū)動力等，并且緩和由不平路面?zhèn)鹘o車身的沖擊載荷、衰減由此引起的振動、保證乘員的舒適性、減小貨物和車輛本身的動載荷。 計算機技術(shù)的飛速發(fā)展 ，使汽車的設(shè)計從傳統(tǒng)的手工設(shè)計發(fā)展到計算機輔助設(shè)計，隨著信息技術(shù)的不斷成熟，今年來又誕生了更新的技術(shù)開發(fā)方法，即虛擬實現(xiàn)技術(shù)（ VIPTUALRALITY），簡稱 VR。尤其最近幾年，汽車工業(yè)發(fā)展和競爭已經(jīng)白熱化。 國內(nèi)汽車業(yè)一貫強調(diào)汽車工業(yè)是技術(shù)密集、資金密集和勞動密集的產(chǎn)上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） SJ汽車懸架 系統(tǒng) 的仿真與優(yōu)化 4 業(yè)，然而由于指導(dǎo)思想和實際水平的差距，二十多年的努力只實現(xiàn)了引進的外國產(chǎn)品本地化生產(chǎn)，也就是所謂國產(chǎn)化率顯著提高，掌握的多是一般性加工技術(shù) ，而產(chǎn)品的開發(fā)等核心技術(shù)并沒有掌握。汽車工業(yè)的發(fā)展，可以帶動各行各業(yè)的發(fā)展。中國汽車工業(yè)歷經(jīng)半個世紀的發(fā)展，目前已經(jīng)出具規(guī)模，但是，與世界先進水平相比，還存在很大差距。因此，汽車工業(yè)在帶動其它各行各業(yè)的發(fā)展中，已日益顯示出其作為重要支柱產(chǎn)業(yè)的作用。 本文利用 MATLAB 軟件對汽車懸架進行了 仿真 與 優(yōu)化 。上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） SJ汽車懸架 系統(tǒng) 的仿真與優(yōu)化 1 摘要 汽車設(shè)計復(fù)雜，特別對于高檔汽車的技術(shù)含量高，要求復(fù)雜，因而新的車型投資大，設(shè)計、生產(chǎn)周期長，耗費大量時間和精力。根據(jù)汽車設(shè)計的要求對懸架中的鋼板彈簧和減振器進行了設(shè)計和計算，然后用MATLAB/Simulink 建立主動懸架系統(tǒng)的車輛動力模型，對懸架系統(tǒng)進行主動懸架系統(tǒng)性能的仿真和優(yōu)化分析。 汽車工業(yè)被稱為“工業(yè)中的工業(yè)”，是衡量一個國家發(fā)達程度的重要標志。我國汽車工業(yè)在規(guī)?；a(chǎn)、技術(shù)水平、成本控制、產(chǎn)業(yè)政策、市場推廣手段等諸多方面都存在著明顯不足。美國作為世界上汽車生產(chǎn)和消費大 國，汽車推動經(jīng)濟發(fā)展的特征十分明顯。中國汽車工業(yè) 10 年內(nèi)平均年增長 15%，是同期世界汽車年均增長率的 10 倍。外資，國企，民營的資本紛紛投向汽車工業(yè)。這是一種全新的技術(shù)開發(fā)方法，將分散的設(shè)計資源和設(shè)計過程有機地集成在一起，使設(shè)計人員完全參與到一個虛擬現(xiàn)實的空間里，在身臨其境中進行設(shè)計，從而完成汽車產(chǎn)品的整個設(shè)計。懸架與汽車的多種使用性能有關(guān)，為滿足這些性能，懸架系統(tǒng)必須能滿足這些性能的要求 :首先，懸架系統(tǒng)要保證汽車有良好的行駛平順性，對以載人為主要目的的轎車來講，乘員在車中承受的振動加速度不能超過國標規(guī)定的界限 值。最后要保證懸架系統(tǒng)的可靠性，有足夠的剛度、強度和壽命。 懸架的發(fā)展 懸架系統(tǒng)的發(fā)展經(jīng)歷了 4 個階段，即：被動懸架、半被動懸架、半主動懸架及主動懸架。其次，相對阻尼系數(shù)為定值時，被動懸架不能同時優(yōu)化高頻和低頻激勵下的車身振動。 半被動懸架 從行駛平順性和安全性出發(fā)，人們希望彈簧鋼度和減振器的阻尼系數(shù)能隨汽車行駛姿態(tài)而變化，使懸架性能總是處在最優(yōu)狀態(tài)附近。 半主動懸架 半主動懸架的研究工作始于 1974 年，半主動懸架在產(chǎn)生力的方向近似于被動懸架，但是半主動懸架的阻尼系數(shù)或剛度系數(shù)是可以改變的。這種無級變化阻尼系統(tǒng)，在計算機上模擬計算得到了滿意的結(jié)果，但很少見到較好的應(yīng)用實例，它比全自動系統(tǒng)的優(yōu)越的方面是不需要外加能量系統(tǒng)，所需傳感器較多，成本較高。力發(fā)生器的作用在于改進系統(tǒng)中能源的消耗和供給系統(tǒng)以能量，該裝置的 控制目標是要實現(xiàn)一個優(yōu)質(zhì)的隔振系統(tǒng)，而又不需要對系統(tǒng)做出較大的變化。其工 作原理為當路面激勵頻率較低時，由計算機對控制閥的線圈施加 一 電流使針閥打開，在控制閥的出口處即產(chǎn)生一個與之成比例的輸出油壓，通過控制油壓缸內(nèi)的油壓以控制汽車的振動；當路面激勵頻率適中時，上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） SJ汽車懸架 系統(tǒng) 的仿真與優(yōu)化 8 主要由滑閥的機械反饋功能對油壓缸內(nèi)的油壓進行伺服控制，從而進行車體減振；當激勵頻率較高時，則利用與油壓缸連通的氣體彈簧室吸收振動能量而達到減振。轎車上來講，彈性元件多采用螺旋彈簧，它只承受垂直載荷，緩和 不平路面對車體的沖擊，具有占用空間小、質(zhì)量小、無需潤滑的優(yōu)點，但沒有減振作用，在車架（或車身）與車橋（或車輪）之間作彈性聯(lián)系，起到承受沖擊的作用。安裝好后兩端自然向上彎曲。 （ 3） 油氣彈簧：以氣體作為彈性介質(zhì)， 液體作為傳力介質(zhì)。但是它也有存在易老化、怕油污和行程小的缺點。汽車車身和車輪振動時，減振器內(nèi)的液體在流經(jīng)阻尼孔時的摩擦和液體的粘性摩擦形成了振動阻力，將振動能量轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?，并散發(fā)到周圍的空氣中去，達到迅速衰減振動的目的。雖然搖臂式減振器能在比較大的工作壓力（ 10～ 20MPa）條件下工作，但由于它的工作特性上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） SJ汽車懸架 系統(tǒng) 的仿真與優(yōu)化 10 受活塞磨損和工作溫度變化的影響而淘汰 ，筒式減振器工作壓力雖然僅為～ 5MPa，但是因為工作性能穩(wěn)定而在現(xiàn)代汽車上得到廣泛應(yīng)用。減振器的上端與車身或者車架相連，下端與車橋相連。當汽車在不平坦的道路上行駛，車身會發(fā)生振動，減振器 能迅速衰減車身的振動，利用本身的油液流動的阻力來消耗振動的能量。因此，有些汽車的減振器是可調(diào)式的，將阻尼分成兩級或三級，根據(jù)傳感器信號自動選擇所需要的阻尼級。為減少傾斜并提高剛性，通常設(shè)置橫向穩(wěn)定桿。當一側(cè)車輪因道路不平而發(fā)生跳動時，必然引起另一側(cè)車輪在汽車橫向平面內(nèi)擺動，故稱為非獨立懸架。 上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） SJ汽車懸架 系統(tǒng) 的仿真與優(yōu)化 12 2 懸架的設(shè)計 鋼板彈簧的設(shè)計 鋼板彈簧的布置方案 本文對貨車前懸架進行了設(shè)計。 縱置鋼板彈簧又有對稱式和不對稱式之分。本文采用縱置對稱式。 1）滿載弧高 fa 上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） SJ汽車懸架 系統(tǒng) 的仿真與優(yōu)化 13 滿載弧高 fa 是指鋼板彈簧裝到車軸（橋）上，汽車滿載時鋼板彈簧主片上表面與兩端（不包括卷耳孔半徑）連線間的最大高度差 （圖 ） 。 本論文取 fa=15mm。增大鋼板彈簧縱向角剛度 的同時，能減少車輪扭轉(zhuǎn)力矩所引起的彈簧變形；選用長 些的鋼板彈簧，會在汽車上布置時產(chǎn)生困難。 上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） SJ汽車懸架 系統(tǒng) 的仿真與優(yōu)化 14 3）鋼板斷面尺寸及片數(shù)的確定 （ 1）鋼板斷面寬度 b 的確定 有關(guān)鋼板彈簧的剛度、強度等，可按等截面簡支梁的計算公式計算，但需引入撓度增大系數(shù)δ加以修正。 本論文對式（ ）中各參數(shù)取值如下： S=76mm； L=1400mm； K=； C=106N/mm； δ =（ n1=2， n0=8）； E= 105Mpa。 將各參數(shù)代入式（ ）得 W0≥ 將式（ ）代入下式計算鋼板彈簧平均厚度 hP： hP=2J0/W0=2 有了 hP以后，再選鋼板彈簧的片寬 b。推薦片寬與片厚的比值 b/hP在 6～ 10 范圍內(nèi)選取。 由式（ ）可 知，改變片數(shù) n、片寬 b 和片厚 h 三者之一，都影響到總慣性距 J0的變化；再結(jié)合式（ ）可知，總慣性距 J0的 改變又會影上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） SJ汽車懸架 系統(tǒng) 的仿真與優(yōu)化 16 響到鋼板彈簧垂直度 c 的變化，也就是影響汽車的平順性變化。為了加強主片及卷耳，也常將主片加厚，其余各片厚度稍薄。 （ 3）鋼板斷面形狀的確定 矩形斷面鋼 板彈簧的中性軸，在鋼板斷面的對稱位置上 （圖 ） 。本文采用 （圖 ） 的截面形狀進行設(shè)計。多片鋼板彈簧一般片數(shù)在 6～ 14 片之間選取，本文選取鋼板彈簧的片數(shù)為 8 片。這種鋼板彈簧各片具有相同的寬度，但長度不同。 如果存在與主片等長的重疊片 ， 就從 B點到最后一個重疊片的上側(cè)邊端點連一直線 ， 此直線與各片上側(cè)邊的交點即為各片長度 。 剛度驗算公式為 ： ?????? ?? ?? ??nk kkkYYaEc1 13 1 )(6? ???????????????? ???? （ ） 其中， )( 111 ?? ?? kk lla ； ??? ki ik JY 11； ???? ? 111 1 ki ik JY。 本文校核鋼板彈簧總成的自由剛度 cj。 鋼板彈簧總成在自由狀態(tài)下的 弧高計算 （ 1） 鋼板彈 簧總成在自由狀態(tài)下的弧高 H0 鋼板彈簧各片裝配后 ， 在預(yù)壓縮和 U 形螺栓夾緊前 ， 其主片上表面與兩端 (不包括卷耳孔半徑 )連線間的最大高度差 (圖 )， 稱為鋼板彈簧總成在自由狀態(tài)下的弧高 H0， 用下式計算 ： 上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） SJ汽車懸架 系統(tǒng) 的仿真與優(yōu)化 21 ? ?fffH ac ????0 ???????????????????? ??? （ ） 式中 ， fc為靜撓度 （ fc=FW/c=9500N/106N/mm=） ； fa為滿載弧高 （ fa=15mm）； Δf 為鋼板彈簧總成用 U 形螺栓夾緊后引起的弧高變化 ， Δ f=s(3Ls)(fa+fc)/(2L2)； 式中， S 為 u 形螺栓中心距 （ s=76mm） ； L 為鋼板彈簧主片長度 （ L=1450mm） 。 （ 2）鋼板彈簧各片自由狀態(tài)下曲率半徑的確定 因鋼板彈簧各片在自由狀態(tài)下和裝配后的曲率半徑不同 (圖 )， 裝配后各片產(chǎn)生預(yù)應(yīng)力 ， 其值確定了自由狀態(tài)下的曲率半徑 Ri。 選取各片彈簧預(yù)應(yīng)力時 ， 要求做到 ： 裝配前各片彈簧片間間隙相差不大 ， 且裝配后各片能很好貼和 ； 為保證主片及與其相鄰的長片有足夠的使用壽命 ， 應(yīng)適當降低主片及與其相鄰的長片的應(yīng)力 。 預(yù)應(yīng)力從長片到短片由負值逐漸遞增至正值 。 將各