【正文】 二、研究的基本內(nèi)容，擬解決的主要問題 可變阻尼汽車懸架系統(tǒng)，其關鍵部件是變阻尼執(zhí)行元件，它由電子控制系統(tǒng)控制，改變節(jié)流閥流通面積，調(diào)節(jié)減振器的阻尼特性。針對舒適指標和安全指標確定可變阻尼汽車懸架的性能。如何合理設計與安排可變阻尼懸架系統(tǒng)的部件結(jié)構、尺寸參數(shù)、裝配布局，使它在滿足尺寸要求的情況下能充分發(fā)揮出應有的作用是本次設計要解決的核心問題。它運用較優(yōu)的控制方法，根據(jù)汽車行駛狀況、駕駛員選擇的運行模式進行控制，調(diào)節(jié)減振器的阻尼，使懸架隨不同的路況和行駛狀態(tài)作出不同的反應，既 能使汽車的乘坐舒適性達到令人滿意的狀態(tài)，又能使汽車的操縱穩(wěn)定性達到最佳狀態(tài) [13]?，F(xiàn)如今，我國汽車懸架系統(tǒng)也已進入到利用電子控制器進行控制的時代。通用公司宣稱裝有磁流變液減振器懸架的汽車，即使在最崎嶇的路面上，也可以增加輪胎與地 面的接觸，減少輪胎反彈，控制車輛的重心轉(zhuǎn)移和前傾后仰程度，來維護車輛的穩(wěn)定，還可以在車輛急轉(zhuǎn)彎或作出閃躲動作時很好地控制車身搖擺 [10]。其他汽車公司生產(chǎn)的帶有電磁懸架的汽車都是采購于 Delphi 公司 [8]。 90 年代，各大汽車公司開始研究電磁減振器。英國羅浮公司則對其原有的油氣懸架作了改進，采用電子控制，在汽車加速時可以提高車輪抓地性 [6]。這套減振系統(tǒng)完全摒棄了傳統(tǒng)懸架的螺旋彈簧，采用電控方式調(diào)節(jié)懸架剛度和阻尼 [4]。它采用超聲波來識別路面狀況，計算機計算后發(fā)出指令來改變懸架剛變和阻尼，以減少振動 [3]。在80 年代中期，福特公司就在其 Thunderbird 車型上裝用了半主動懸架。據(jù)試驗測定可減少振動 80%以上。為了改善行駛平順性，國外在 80 年代就開始了可變阻尼懸架的研究和應用 [2]。 最后感謝燕山大學里仁學院為我提供良好的做畢業(yè)設計的環(huán)境，這段經(jīng)歷必定是我日后一筆寶貴的財富！ 29 附錄 1 燕 山 大 學 本科畢業(yè)設計開題報告 課題名稱： 可變阻尼汽車懸架結(jié)構設 計 學院 (系 )： 里仁學院機械工程系 年級專業(yè)： 09 級車輛工程 學生姓名： 董士釗 指導教師： 邸立明 完成日期： 2021 年 3 月 燕山大學本科生畢業(yè)設計 (論文 ) 30 一、綜述本課題國內(nèi) 外研究動態(tài)，說明選題的依據(jù)和意義 懸架是 汽車 的車架與 車橋 或車輪之間的一切傳力連接裝置的總稱，其作用是傳遞作用在車輪和車架之間的力和力扭，并且緩沖由不平路面?zhèn)鹘o車架或車身的沖擊力，并衰減由此引起的振動，以保證汽車能 平順 地行駛 [1]。 還要感謝授課老師課上對我的教導，你們豐富的授課內(nèi)容讓我打下了堅實的知識基礎，拓寬了我的視野，讓我能更順利的完成這篇文章；感謝我的同學們，你們不僅讓我感受到友情的力量，也讓我明白了團隊合作的重要性；本次畢業(yè)設計的順 利完成，離不開各位老師、同學和朋友們的關心和幫助。 要感謝的人實在太多。四年的求學生涯因為師長、親友的陪伴與支持，走得雖然辛苦卻也苦中有甜。 通過三維軟件 SolidWorks 進行 三維 建模與仿真，使其結(jié)構與工作原理 得到最大程度的虛擬驗證 ，便于對產(chǎn)品進行分析和改進。 本次設計主要取得以下成果： (1) 通過對可變阻尼減振器的分析研究，本次設計以液壓筒式減振器作為本次設計的參考依據(jù)。目前帶有可變阻尼減振器的可變阻尼懸架已經(jīng)應用于部分中、高檔汽車中，具有很好的發(fā)展前景。 結(jié)論 26 結(jié)論 本課題以目前 汽車上普遍使用的液壓筒式減振器 為基礎，設計了可變阻尼的液壓筒式減振器，主要針對減振器的具體工作情況和環(huán)境對基本尺寸參數(shù)進行選擇，對伸張閥、壓縮閥、流通閥和補償閥及可變阻尼閥進行設計，并對可變阻尼減振器進行了初次開閥前的流量分析、受力分析，在設計的基礎上，還模擬減振器的實際工作情況進行 SolidWorks運動仿真?；谠O計所用車型的基本參數(shù)，通過對減振器內(nèi)的油液流量、壓強等的分析與計算，分別得到可變阻尼孔在最佳舒適性和最佳安全性情況下的面積，從而得到可變阻尼孔面積的變化范圍，進而得到可變阻尼減振器的關鍵部件雛形。針對特定的汽車產(chǎn)品，選擇不同行駛工況進行各種實車實驗，以驗證半主動懸架的減振效果，驗證半主動懸架系統(tǒng)工作的穩(wěn)定性、可靠性和適應性，并在此基礎上進行各個部分改善和改良，最終研制成功基于半主動懸架的新樣車。智能 控制器集成信號變換、 CPU、驅(qū)動電路為一體，并同時兼顧汽車其它電子控制系統(tǒng)的功能，為此，必須進行大量的理論和實驗研究，要實現(xiàn)最佳的控制目標，控制策略的制定和控制規(guī)律、控制軟件的實現(xiàn)是關鍵。重點研究車輪跳動和懸架行程位置傳感器，而汽車慣性傳感器、方向盤轉(zhuǎn)角和車速傳感器選用目前已有的傳感器。 開發(fā)實用的磁流變液可控減振器，研究各種結(jié)構參數(shù)對性能的影響規(guī)律，優(yōu)化結(jié)構并改善其制造工藝性。 隨著相關學科和高新技術的迅猛發(fā)展特別是高效處理器的普及，使得研究實用的半主動懸架振動控制系統(tǒng)成為現(xiàn)實。 任何控制系統(tǒng)總存在不可避免的時滯，它會導致反饋控制系統(tǒng)預料外的失穩(wěn)，出現(xiàn)安全極為不利的輪跳。 神經(jīng)網(wǎng)絡是一個由大量處理單元所組成的高度并行的非線性動力系統(tǒng)，其特點是可學習性和并行性，故在汽車懸架振動控制中有廣泛的應用前景，但神經(jīng)網(wǎng)絡不適于表達基于規(guī)則的知識，需要較長的訓練時間，因此神經(jīng)網(wǎng)絡須與其他控制方法相結(jié)合構成復合控制模式，才能具有更大的實際應用。 模糊控制方法在半主動懸架系統(tǒng)中的應用效果比常規(guī)控制方法有效，但模糊控制器的穩(wěn)定性只通過一些模擬過程測試，判斷其穩(wěn)定性的標準還不存在；控制器只使用于一定的汽車參數(shù)；改變輪胎性能會使控制結(jié)果明顯變壞；路面性質(zhì)對控制效果影響較大。自校正控制是一種將受控對象參數(shù)在線識別與控制燕山大學本科生畢業(yè)設計 (論文 ) 24 器參數(shù)整定想結(jié)合的控制方法，模型參考自適應控制是在外界激勵條件和車輛自身參數(shù)狀態(tài)發(fā)生變化時被控車輛的振動輸出仍能跟蹤所選定的理想?yún)⒖寄Ｐ?。所以最?yōu)控制方法在半主動懸架控制系統(tǒng)中應用很少。當系統(tǒng)參數(shù)變化到一定程度時，會使系統(tǒng)變得不穩(wěn)定，控制參數(shù)不再使性能指標最優(yōu)，有時甚至會使懸架性能惡化。m/A) 額定轉(zhuǎn)速 (rpm) 3000 額定電壓 (V) 24 額定電流 (A) 編碼器分辨率 1000 機身長度 (mm) 64 電機重量 (kg) 以經(jīng)典控制理論為基礎的控制不需要了解被控對象的數(shù)學模型，只要根據(jù)經(jīng)驗進行調(diào)節(jié)器參數(shù)在線調(diào)整，即可取得滿意的結(jié)果，不足的是對被控對象參數(shù)變化比較敏感，研究查表法參數(shù)控制 PID 和模糊控制方法在半主動懸架控制系統(tǒng)中應用有一定的實際的意義。m) 峰值轉(zhuǎn)矩 (N線性最優(yōu)控制是建立在系統(tǒng)較為理想模型基礎上，采用受控對象的狀態(tài)響應第 3 章 可變阻尼部件設計 23 與控制輸入的加權二次型作為性能指標，同時保證受控結(jié)構動態(tài)穩(wěn)定性條件下實現(xiàn)最優(yōu)控制。 最優(yōu)控制理論是通過建立系統(tǒng)的狀態(tài)方程，提出控制目標和加權系數(shù)，再應用控制理論求解所設目標下的最優(yōu)控制規(guī)律。因此，目前研究的重點是改進型的天棚阻尼控制方法在半主動懸架系統(tǒng)中的應用。 可變阻尼減振器控制策略 最早提出的半主動懸架控制方法是天棚阻尼控制方法，由于其控制算法簡單，得到了廣泛的應用。因此，當定子一有控制電壓，轉(zhuǎn)子立即轉(zhuǎn)動，即具有起動快 、靈敏度 高的特 點，運行 范圍較廣 無自轉(zhuǎn)現(xiàn) 象。 交流伺服電動機的工作原理與分相式單相異步電動機雖然相似，但前者的轉(zhuǎn)子電阻比后者大得多，所以伺服電動機與單機異步電動機相比，有三個顯著特點： (1) 起動轉(zhuǎn)矩 大 由于轉(zhuǎn)子電阻大，與普通異步電動機的轉(zhuǎn)矩特性曲線相比，有明顯的區(qū)別?？刂茝碗s，容易實現(xiàn)智能化，其電子換相 方式 靈活，可以方波換相或正弦波換相。因此它可以用于對成本敏感的普通工業(yè)和民用 場合 。直流伺服 電機 分為有刷和無刷電機。 伺服系統(tǒng)是使物體的位置、方位、狀態(tài)等輸出被控量能夠跟隨輸入目標(或給定值 )的任意變化的自動控制系統(tǒng)。伺服 電機 轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速受輸入 信號 控制，并能快速反應，在自動控制系統(tǒng)中，用作執(zhí)行元件，且具有機電時間常數(shù)小、線性度高、始動 電壓 等特性，可把所收到的電信號轉(zhuǎn)換成電動機軸上的角位移或角速度輸出。 伺服電機是指在伺服系統(tǒng)中控制 機械元件 運轉(zhuǎn)的發(fā)動機，是一種補助馬達間接變速裝置。另外，結(jié)構復雜、能 耗大、經(jīng)濟性差也是一些主動懸架存在的現(xiàn)實問題。 目前可變阻尼懸架執(zhí)行機構在其工作介質(zhì)上，主要采用液體和氣體工作介質(zhì)，而這兩種介質(zhì)都具有可壓縮性，能起到柔性調(diào)節(jié)的目的，但這種可壓縮性也具有明顯的缺點 ——動作響應滯后，主要表現(xiàn)為執(zhí)行機構響應時間長、響應頻率慢，降低了執(zhí)行機構的響應精度，使其無法滿足系統(tǒng)實時最優(yōu)控制的要求。電機驅(qū)動效率高、響應迅速、靈敏度高、隨 機性好、控制穩(wěn)定。 磁場控制的磁流變方式是利用電控單元發(fā)出的電壓或電流信號控制磁流變減振器內(nèi)變壓線圈產(chǎn)生高壓實現(xiàn)對阻尼的連續(xù)無級調(diào)節(jié)。壓電執(zhí)行器由 88 個壓電元件疊加而成，在直流電壓作用下壓電元件會伸長，該位移經(jīng)位移放大室放大到可以打開轉(zhuǎn)換閥，形成分流油路，從而獲得小阻第 3 章 可變阻尼部件設計 21 尼。 旁路閥方式是由電磁閥根據(jù)控制器單元發(fā)出的信號開關打開磁閥相當于在油路中增加一個節(jié)流孔，從而改變總的阻尼孔的面積，產(chǎn)生符合系統(tǒng)要求的有級變化的阻 尼力。 a） b） 圖 32 可變阻尼閥結(jié)構示意圖 電機的選擇 可控減振器驅(qū)動方式有轉(zhuǎn)閥方式、旁路閥方式、壓電驅(qū)動方式、磁場控制的磁流變方式和永磁直流直線飼服電機驅(qū)動方式等。 根據(jù)式 (315)求得可調(diào)阻尼孔的流量 apQ ，根據(jù)式 )143( ? 求得可調(diào)阻尼孔的壓力為 gpp ，則可變阻尼減振器可調(diào)阻尼孔最小面積 可由式 (317)求得 2m in ?asA 。 由于活塞孔和常通節(jié)流孔串聯(lián)，然后再與活塞縫隙并聯(lián)，故可知活塞孔流量 hpQ 等于常通節(jié)流孔流量 opQ ；活塞縫隙壓力 Hpp 等于活塞孔壓力 hpp 與常通節(jié)流孔壓力 opp 之和 。 根據(jù)活塞縫隙流量和壓力之間的關系可知，活塞縫隙流量 可由式 (35)計算得出。 根據(jù)減振器閥系參數(shù)黃金分割優(yōu)化設計方法，可得常通節(jié)流孔面積的黃金分割設計速度點 ?? kgs VV 時，減振器所需要的阻尼力 由式 (33)求得為 ?dpF 。 根據(jù)復原行程開閥阻尼系數(shù) 3dkc 及開閥速度 1kV ，利用式 (32)計算 可得 開閥阻尼力 3dkF 。 根據(jù)車輛懸架舒適性最佳阻尼比 os? 構造減振器速度特 性復原行程的開閥阻尼系數(shù)。 根據(jù)式 (315)求得可調(diào)阻尼孔的流量 apQ ，根據(jù)式 )143( ? 求得可調(diào)阻尼孔的壓力為 gpp ，則可變阻尼減振器可調(diào)阻尼孔最大孔面積 由式 (317)求得 為2m ax ?acA 。根據(jù) 式 (35)~式 (311)求得活塞孔流量 。 本設計中減振器所用的液壓油為 32 號液壓油，在 C40? 的動力粘度為第 3 章 可變阻尼部件設計 19 2 ?? ? 。 根據(jù)減振器閥系參數(shù)黃金分割優(yōu)化設計方法，可得常通節(jié)流孔面積的黃金分割設計速度點 ?? kgs VV 時，代入 式 (33)數(shù)據(jù)求得減振器所需要的阻尼力為 ?dpF 。 根據(jù)復原行程開閥阻尼系數(shù) 2dkc 及開閥速度 1kV ，代入式 (32)計算開閥阻尼力 2dkF 。 根據(jù)車輛懸架舒適性最佳阻尼比 oc? 構造減振器速度特性復原行程的開閥阻尼系 數(shù)。 把式 (36)、 式 (38)和式 (39)代入式 (37)，整理可得 01282 420202 ???Hphh hphethp pdn QLAQ ???? (310) 令20202a ??A?，4128b hh hetdn L? ??，則式 (310)變?yōu)? 0ba 2 ??? Hphphp p (311) 由式 (311)求得活塞孔流量為 a2 a4bb 2 HphppQ ???? (312) 求得 ??hpQ smm3 燕山大學本科生畢業(yè)設計 (論文 )