【正文】 懸架 系統(tǒng) 的仿真與優(yōu)化 22 ? ?00021 REhRR iii ??? ??? ???????????????? ???? ? （ ） 式中 ， Ri為第 i 片彈簧自由狀態(tài)下的曲率半徑 (mm)； R0為鋼板彈簧總成在自由狀態(tài)下的曲率半徑 (mm)； σ 0i為各片彈簧的預(yù)應(yīng)力 (N/mm2)； E 為材料彈性模量 (N/mm2)， 取 E= 105N/mm2； hi為第 i 片的彈簧厚度 (mm)。 因此 ， 需要核算鋼板彈簧總成的弧高 。 將各參數(shù)代入式（ ）得 σ max= σ max＜ [σ ]，所以前鋼板彈簧強(qiáng)度可靠。 許用應(yīng)力 [σ ]取為 350N/mm2。 本 文設(shè)計(jì)的鋼板彈簧采用 55SiMnVB 鋼制造。 由此可見，減振器的主要性能參數(shù)有兩個(gè)：即相對(duì)阻尼系數(shù)Ψ和阻尼系數(shù)δ。因 懸架系統(tǒng)固有頻率ω =(c/ms)1/2，所以理論上δ =2Ψ msω。 （ 4）簡(jiǎn)式減振器工作缸徑直徑 D 的確定 根據(jù)伸張行程的最大卸荷力 F0計(jì)算工作缸直徑 D 為 ? ?? ?20xx ?? ?? p FD ????????????? ?????? ???? （ ） 式中， [p]為工作缸最大允許壓力，取 3Mpa λ為連桿直徑與缸筒直徑之比，簡(jiǎn)單式減振器取λ =。簡(jiǎn)單的編程環(huán)境提供了比較完備的調(diào)試系統(tǒng)，程序不必經(jīng)過編譯就可以直接運(yùn)行，而且能夠 及時(shí)地報(bào)告出現(xiàn)的錯(cuò)誤及進(jìn)行出錯(cuò)原因分析。 （ 5）應(yīng)用廣泛的模塊集合工具箱 MATLAB 對(duì)許多專門的領(lǐng)域都開發(fā)了功能強(qiáng)大的模塊集或工具箱。 Simulink是用模塊組合的方法來使用戶能夠快速、準(zhǔn)確地創(chuàng)建動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)模型的，特別對(duì)于復(fù)雜的非線性系統(tǒng)，效果更為明顯。系統(tǒng)的輸出由顯示模塊接受，輸出顯示形式包括圖形顯示、示波器顯示和輸出到文件或上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） SJ汽車懸架 系統(tǒng) 的仿真與優(yōu)化 36 MATLAB 工作間中三種。加權(quán)系數(shù)的選擇決定了設(shè)計(jì)者對(duì)懸架性能的傾向，如車身加速度項(xiàng)選擇較大的權(quán)值，那么就意味著懸架系統(tǒng)以提高乘 坐舒適性為主要目標(biāo)；若對(duì)輪胎動(dòng)態(tài)位移選擇較大的權(quán)值，則是出于對(duì)提高操縱穩(wěn)定性的考慮。返上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） SJ汽車懸架 系統(tǒng) 的仿真與優(yōu)化 40 回結(jié)果中， K 為最優(yōu)控制反饋增益矩陣， S 為黎卡提方程的解， E 為系統(tǒng)閉環(huán)特征根。 mw=40。 ro=1。 A(4,2)=1。 0。 Q(4,4)=q1+Q(3,3)。 ks?，F(xiàn)得出如下結(jié)論： （ 1）通過設(shè)計(jì)計(jì)算確定 貨車前懸架 鋼板彈簧和減振器的幾何尺寸，并對(duì)其進(jìn)行了剛度和強(qiáng)度的校核 ，使懸架系統(tǒng)在極端情況下也能保證其使用性能，確保行車過 程中的穩(wěn)定性和安全性。根據(jù) 仿真 , 調(diào)查 潛在的改善軸距預(yù)覽和預(yù)覽 作用 時(shí)間。 上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） SJ汽車懸架 系統(tǒng) 的仿真與優(yōu)化 46 4 結(jié)論 本設(shè)計(jì)根據(jù)上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（畢業(yè)設(shè)計(jì)）任務(wù)書的要求，通過查閱資料了解了汽車懸架的類型、結(jié)構(gòu)，參照相關(guān)汽車設(shè)計(jì)方面的書籍，對(duì)汽車的前懸架進(jìn)行了設(shè)計(jì)。 0。 Q(3,4)=Q(3,3)。 0]。 A(2,5)=kt/mw。 q1=80000。然后運(yùn)行（圖 ）所建立的車輛模型，運(yùn)行結(jié)束后雙擊輸出模塊，即可得到 （圖 ）所示的 圖形。此仿真取 M=10001， N=1， P=20，即仿真計(jì)算中共取 10001 個(gè)采樣點(diǎn)，采樣時(shí)間設(shè)定為 ，當(dāng)車速為20m/s 時(shí)，相當(dāng)于仿真路面長度為 1000m。 主動(dòng)控制器設(shè)計(jì) 在車輛懸架設(shè)計(jì)中，主要性能指標(biāo)通常是： （ 1）代表車輪接地性的輪胎動(dòng)負(fù)荷； （ 2）代表乘坐舒適性的車身加速度； （ 3）影響車身姿態(tài)且與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和布置有關(guān)的懸架動(dòng)行程。被模擬的系統(tǒng)模塊 Simulink的介紹 Simulink 是一種用來實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)仿真的軟件工具。 （ 4）出色的圖形處理能力 MATLAB 自生產(chǎn)之日起就具有方便的數(shù)據(jù)可視化功能，對(duì)于一些其它軟件所沒有的功能（例如圖形的光照處理、色度處理以及四維數(shù)據(jù)的表現(xiàn)等）， MATLAB 同樣表現(xiàn)了出色的處理能力。 （ 1）友好的工作平臺(tái)和編程環(huán)境 隨著 MATLAB 的商業(yè)化以及軟件本身的不斷升級(jí)， MATLAB 的用戶界面也越來越精致，更加接近 Windows 的標(biāo)準(zhǔn)界面。 將參數(shù)代入式（ ） 上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） SJ汽車懸架 系統(tǒng) 的仿真與優(yōu)化 32 則 vx=40 360/600=。 本文設(shè)計(jì)時(shí)取Ψ S=，Ψ Y=， 則Ψ =(Ψ Y+Ψ S)/2=(+)/2=。因此在選擇減振器阻尼系數(shù)時(shí)，要考慮所在懸架的剛度和簧載質(zhì)量值，而以直接決定振動(dòng)衰減程度的值Ψ的大小為依據(jù)。 本文設(shè)計(jì)彈簧銷使用的材料為 30 鋼，所以許用應(yīng)力 [σ z]取為 3～4N/mm2。 （ 3） 鋼板彈簧卷耳和彈簧銷的強(qiáng)度核算 鋼板彈簧主片卷耳受力如 （ ） 所示 。相差并不很多，所以之前選用各片預(yù) 應(yīng)力 較合適，至此確定了鋼板彈簧的幾何尺寸。 預(yù)應(yīng)力從長片到短片由負(fù)值逐漸遞增至正值 。 （ 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。 本文校核鋼板彈簧總成的自由剛度 cj。 如果存在與主片等長的重疊片 ， 就從 B點(diǎn)到最后一個(gè)重疊片的上側(cè)邊端點(diǎn)連一直線 ， 此直線與各片上側(cè)邊的交點(diǎn)即為各片長度 。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。 （ 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(duì)稱位置上 （圖 ） 。 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(huì)影上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（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。 將各參數(shù)代入式（ ）得 W0≥ 將式（ ）代入下式計(jì)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。 上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（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(qiáng)度等，可按等截面簡(jiǎn)支梁的計(jì)算公式計(jì)算，但需引入撓度增大系數(shù)δ加以修正。 本論文取 fa=15mm。本文采用縱置對(duì)稱式。 上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（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(jì) 鋼板彈簧的設(shè)計(jì) 鋼板彈簧的布置方案 本文對(duì)貨車前懸架進(jìn)行了設(shè)計(jì)。為減少傾斜并提高剛性，通常設(shè)置橫向穩(wěn)定桿。當(dāng)汽車在不平坦的道路上行駛，車身會(huì)發(fā)生振動(dòng)，減振器 能迅速衰減車身的振動(dòng)，利用本身的油液流動(dòng)的阻力來消耗振動(dòng)的能量。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(jì)（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?yàn)楣ぷ餍阅芊€(wěn)定而在現(xiàn)代汽車上得到廣泛應(yīng)用。但是它也有存在易老化、怕油污和行程小的缺點(diǎn)。安裝好后兩端自然向上彎曲。其工 作原理為當(dāng)路面激勵(lì)頻率較低時(shí)，由計(jì)算機(jī)對(duì)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(gè)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(dòng)；當(dāng)路面激勵(lì)頻率適中時(shí)，上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（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(jī)械反饋功能對(duì)油壓缸內(nèi)的油壓進(jìn)行伺服控制，從而進(jìn)行車體減振；當(dāng)激勵(lì)頻率較高時(shí)，則利用與油壓缸連通的氣體彈簧室吸收振動(dòng)能量而達(dá)到減振。這種無級(jí)變化阻尼系統(tǒng)，在計(jì)算機(jī)上模擬計(jì)算得到了滿意的結(jié)果，但很少見到較好的應(yīng)用實(shí)例，它比全自動(dòng)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。 半被動(dòng)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。 懸架的發(fā)展 懸架系統(tǒng)的發(fā)展經(jīng)歷了 4 個(gè)階段，即：被動(dòng)懸架、半被動(dòng)懸架、半主動(dòng)懸架及主動(dòng)懸架。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(duì)以載人為主要目的的轎車來講，乘員在車中承受的振動(dòng)加速度不能超過國標(biāo)規(guī)定的界限 值。外資，國企，民營的資本紛紛投向汽車工業(yè)。美國作為世界上汽車生產(chǎn)和消費(fèi)大 國，汽車推動(dòng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的特征十分明顯。 汽車工業(yè)被稱為“工業(yè)中的工業(yè)”，是衡量一個(gè)國家發(fā)達(dá)程度的重要標(biāo)志。上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（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(jì)復(fù)雜，特別對(duì)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(jì)、生產(chǎn)周期長，耗費(fèi)大量時(shí)間和精力。因此，汽車工業(yè)在帶動(dòng)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。汽車工業(yè)的發(fā)展，可以帶動(dòng)各行各業(yè)的發(fā)展。尤其最近幾年，汽車工業(yè)發(fā)展和競(jìng)爭(zhēng)已經(jīng)白熱化。 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(dòng)力和驅(qū)動(dòng)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(dòng)、保證乘員的舒適性、減小貨物和車輛本身的動(dòng)載荷。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(biāo)之一。由于參數(shù)不能任意選擇和調(diào)節(jié)，限制了被動(dòng)懸架系統(tǒng)性能的進(jìn)一步提高，即使采用優(yōu)化方法來設(shè)計(jì)，也只能把其性能改善到一定的程度。該系統(tǒng)的微處理器從傳感器接收速度、加速度等信號(hào)，計(jì)算出相應(yīng)的阻尼值，給出 控制信號(hào)到步進(jìn)電機(jī)，經(jīng)閥桿調(diào)節(jié)閥門，使節(jié)流孔阻尼變化。日產(chǎn)和豐田公司的一些高級(jí)車上裝載的油氣式主動(dòng)懸架，由一個(gè)電液比例閥（針閥）和一個(gè)機(jī)械式壓力伺服滑閥 構(gòu)成壓力控制閥。 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。 （ 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(chǔ)能高于金屬彈簧的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)它還具有變剛度特性，且隔音性能好。 根據(jù)形式的不同，減振器分為搖臂式和 筒式兩種。從而迅速衰弱振動(dòng)。汽車上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（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。包括橫臂式獨(dú)立懸架、縱臂式獨(dú)立懸架、車輪沿主銷移動(dòng)的懸架、單斜臂式獨(dú)立懸架和橫向穩(wěn)定器等。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(dòng)，又要改變軸距或者通過變化軸距達(dá)到改善軸荷分配的目的，采用不對(duì)稱式鋼板彈簧。為了在車架高度已限定時(shí)能得到足夠的動(dòng)撓度值，常取 fa=10～ 20mm。本文假定軸距 5000，故取 L=1450mm。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。 由式（ ）可得： h=。 最后，鋼板斷面尺寸 b 和 h 應(yīng)符合 國產(chǎn)型材規(guī)格尺寸，故?。? b=75mm； h=9mm。但片數(shù)少了將使鋼板彈簧與等強(qiáng)度梁的差別增大，材料利用率變壞。 AB 線與各葉片上側(cè)邊的交點(diǎn)即為各片長度 。=(l1— )代人式 ()， 求得的剛度值是鋼板彈簧總成的夾緊剛度上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） SJ汽車懸架 系統(tǒng) 的仿真與優(yōu)化 20 cz 。 鋼板彈簧總成在自由狀態(tài)下的曲率半徑 R0=L2/8H0=1679mm。 1～ 4 片長片疊加負(fù)的預(yù)應(yīng)力 ， 短片疊加正的預(yù)應(yīng)力 ?？傻孟鄬?duì)誤差為 %。 因?yàn)楸疚?只設(shè)計(jì)前懸架的鋼板彈簧，所以不 必進(jìn)行此項(xiàng)校核。 用 30 鋼或 40 鋼經(jīng)液體碳氮共滲處理時(shí) ， 彈簧銷許用擠壓應(yīng)力 [σ z]取為 3～ 4N/mm2； 用 20 鋼或 20Cr 鋼經(jīng)滲碳處理或用 45 鋼經(jīng)高頻淬火后 ， 其許用應(yīng)力[σ z]≤7 ～ 9N/mm2。 相對(duì)陰阻尼系數(shù)的物理意義是：減振器的阻尼作用在與不同剛度 c和不同簧上質(zhì)量 ms 的懸架系 統(tǒng)匹配時(shí)，會(huì)產(chǎn)生不同的阻尼效果。對(duì)于行駛路面條件較差的汽車，Ψ值應(yīng)取大些，一般取Ψ S＞ ；為避免懸架碰撞車架， 取 Ψ Y= S。 40mm； ω 為懸架振動(dòng)固有頻率，ω =。 MATLAB 具有如下的優(yōu)勢(shì)與特點(diǎn)。 MATLAB 函數(shù)所能解決的問題包括矩陣運(yùn)算和線形方程組的求解、微分方程及偏微分方程組的求解、符號(hào)運(yùn)算、傅立葉變換和數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析、工程中的優(yōu)化問題、稀疏矩陣運(yùn)算、復(fù)數(shù)的各種運(yùn)上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） SJ汽車懸架 系統(tǒng) 的仿真與優(yōu)化 34 算、三角函數(shù)和其它初等數(shù)學(xué)運(yùn)算、多維數(shù)組操作以及建模動(dòng)態(tài)仿真等。 Simuli