【正文】 機(jī)和永磁直流直線伺服電機(jī)具有較多的優(yōu)點(diǎn)，今后將會(huì)取代液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)用電磁蓄能原理，結(jié)合參數(shù)估計(jì)自校正控制器，可望設(shè)計(jì)出高性能低功耗的電磁蓄能式自適應(yīng)主動(dòng)懸架，使主動(dòng)懸架由理論轉(zhuǎn)化為實(shí)際應(yīng)用，技術(shù)的每次跨越，都和相關(guān)學(xué)科的發(fā)展密切相關(guān)，計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、先進(jìn)制造技術(shù)、運(yùn)動(dòng)仿真等為懸架的進(jìn)一步發(fā)展提供了有力的保障，懸架的發(fā)展也給相關(guān)學(xué)科提出更高的理論要求，使人類的認(rèn)識(shí)邁向新的、更高的境界。裝置主動(dòng)懸架的汽車，即使在不良路面高速行駛時(shí)，車身非常平穩(wěn)，輪胎的噪音小，轉(zhuǎn)向和制動(dòng)時(shí)車身保持水平，特點(diǎn)是乘坐非常舒服，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜、能耗高,成本昂貴，可靠性存在問題[3]。20世紀(jì)80年代，世界各大著名的汽車公司和生產(chǎn)廠家競(jìng)相研制開發(fā)這種懸架，豐田、洛特斯、沃爾沃、奔馳等在汽車上進(jìn)行了較為成功的試驗(yàn)。它是在被動(dòng)懸架的基礎(chǔ)上，增加可調(diào)節(jié)剛度和阻尼的控制裝置，使汽車懸架在任何路面上保持最佳的運(yùn)行狀態(tài)。隨著道路交通的不斷發(fā)展，汽車車速有了很大的提高，被動(dòng)懸架的缺陷逐漸成為提高汽車性能的瓶頸，為此人們開發(fā)了能兼顧舒適和操縱穩(wěn)定的主動(dòng)懸架。北京理工大學(xué)的章一鳴教授進(jìn)行了阻尼可調(diào)節(jié)半主動(dòng)懸架的研究，林野進(jìn)行了懸架自適應(yīng)調(diào)節(jié)的控制決策研究，哈工大的陳卓如教授對(duì)車輛的自適應(yīng)控制方面進(jìn)行了研究，執(zhí)行策略的研究是通過確定性能指標(biāo)，然后進(jìn)行控制器的設(shè)定。這種方法成本較高， 結(jié)構(gòu)復(fù)雜，通過改變減振液的粘性來(lái)改變阻尼系數(shù)， 具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、無(wú)噪音和沖擊等特點(diǎn)，因此是目前發(fā)展的主要方向。由于半主動(dòng)懸架結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作時(shí)不需要消耗車輛的動(dòng)力，而且可取得與主動(dòng)懸架相近的性能，具有很好的發(fā)展前景[3] 。半主動(dòng)懸架以改變懸架的阻尼為主，一般較少考慮改變懸架的剛度。 被動(dòng)懸架在一定的時(shí)間內(nèi)仍將是應(yīng)用最廣泛的懸架系統(tǒng)，通過進(jìn)一步優(yōu)化懸架結(jié)構(gòu)和參數(shù)可以繼續(xù)提升懸架性能。被動(dòng)懸架是傳統(tǒng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)，剛度和阻尼都是不可調(diào)的，依照隨機(jī)振動(dòng)理論，它只能保證在特定的路況下達(dá)到較好效果，但它的理論成熟、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、性能可靠，成本相對(duì)低廉且不需額外能量，因而應(yīng)用最為廣泛，在我國(guó)現(xiàn)階段，仍然有較高的研究?jī)r(jià)值。為了克服這種缺陷，采用了非線性剛度彈簧和車身高度調(diào)節(jié)的方法，該方法雖然有一定成效，但無(wú)法根除被動(dòng)懸架的弊端。汽車誕生后,隨著對(duì)懸架技術(shù)研究的深入，相繼出現(xiàn)了扭桿彈簧、氣體彈簧、橡膠彈簧、鋼板彈簧等彈性件，1934年世界上出現(xiàn)了第一個(gè)由螺旋彈簧組成的被動(dòng)懸架。在馬車出現(xiàn)的時(shí)候, 為了乘坐更舒適, 人類就開始對(duì)馬車的懸架（葉片彈簧）進(jìn)行孜孜不倦的探索。本課題研究的目的和意義就在于對(duì)麥弗遜式懸架進(jìn)行虛擬設(shè)計(jì)及基于ADAMS的優(yōu)化分析，在試制前的階段進(jìn)行設(shè)計(jì)和試驗(yàn)仿真，并且提出優(yōu)化設(shè)計(jì)的意見，在產(chǎn)品制造出之前，就可以發(fā)現(xiàn)并更正設(shè)計(jì)缺陷，完善設(shè)計(jì)方案，縮短開發(fā)周期，提高設(shè)計(jì)質(zhì)量和效率。在傳統(tǒng)懸架系統(tǒng)設(shè)計(jì)、試驗(yàn)、試制過程中必須邊試驗(yàn)邊改進(jìn)，從設(shè)計(jì)到試制、試驗(yàn)、定型，產(chǎn)品開發(fā)成本較高，周期長(zhǎng)。特別二十世紀(jì)八十年代以來(lái)這種情況得到了改變，而多體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)的成熟，使汽車動(dòng)力學(xué)的建模與仿真產(chǎn)生了巨大飛躍，特別是ADAMS軟件的成功應(yīng)用使虛擬樣機(jī)技術(shù)脫穎而出。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的長(zhǎng)足進(jìn)步，虛擬技術(shù)已經(jīng)成為世界汽車開發(fā)設(shè)計(jì)的應(yīng)用潮流。過去多用簡(jiǎn)化條件下的圖解法和分析計(jì)算法對(duì)汽車懸架和轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)學(xué)及動(dòng)力學(xué)性能進(jìn)行分析計(jì)算，用多自由度的質(zhì)量—阻尼剛體數(shù)學(xué)模型對(duì)汽車行駛狀況進(jìn)行仿真。本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)第1章 緒 論 課題的研究目的和意義汽車懸架系統(tǒng)對(duì)整車行駛動(dòng)力學(xué)（如操縱穩(wěn)定性、行駛平順性等）有舉足輕重的影響，是汽車總布置設(shè)計(jì)、運(yùn)動(dòng)校核的重要內(nèi)容之一，由于汽車懸架系統(tǒng)是比較復(fù)雜的空間機(jī)構(gòu)，這些就給運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)分析帶來(lái)較大困難。人們采用不同的途徑或手段對(duì)其進(jìn)行分析研究，包括試驗(yàn)、簡(jiǎn)化成理想約束條件下的機(jī)構(gòu)分析。所得的結(jié)果誤差較大，并且費(fèi)時(shí)費(fèi)力。上世紀(jì)90年代中期以來(lái)，數(shù)字化設(shè)計(jì)與虛擬開發(fā)技術(shù)的應(yīng)用在世界范圍內(nèi)得到大力推廣，這是基于計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）、計(jì)算機(jī)仿真分析、計(jì)算機(jī)輔助制造（CAM）及虛擬制造、計(jì)算機(jī)輔助實(shí)驗(yàn)及虛擬實(shí)驗(yàn)等先進(jìn)技術(shù)的全新的汽車設(shè)計(jì)開發(fā)技術(shù)體系和流程。基于ADAMS的虛擬樣機(jī)技術(shù)，可把懸架視為是由多個(gè)相互連接、彼此能夠相對(duì)運(yùn)動(dòng)的多體運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)，其運(yùn)動(dòng)學(xué)及動(dòng)力學(xué)仿真比以往通常用兒個(gè)自由度的質(zhì)量一阻尼剛體（振動(dòng)）數(shù)學(xué)模型計(jì)算描述更加真實(shí)反映懸架特性及其對(duì)汽車行駛動(dòng)力學(xué)影響。運(yùn)用虛擬樣機(jī)技術(shù)，結(jié)合虛擬設(shè)計(jì)和虛擬試驗(yàn)，可以大大簡(jiǎn)化懸架系統(tǒng)設(shè)計(jì)開發(fā)過程，大幅度縮短產(chǎn)品開發(fā)周期，大量減少產(chǎn)品開發(fā)費(fèi)用和成本，提高產(chǎn)品質(zhì)量和產(chǎn)品的系統(tǒng)性能，獲得最優(yōu)設(shè)計(jì)產(chǎn)品[1]。 汽車懸架技術(shù)研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)m 1— 簧下質(zhì)量　m 2—車身質(zhì)量　kk2—隔振彈簧　c—阻尼器 u—?jiǎng)幼髌鳌—輪胎　三種懸架的模型圖完美是人類永恒的追求。在1776年，馬車用的葉片彈簧取得了專利, 并且一直使用到20世紀(jì)30年代葉片彈簧才逐漸被螺旋彈簧代替[2]。 （a） 所示，被動(dòng)懸架的參數(shù)根據(jù)經(jīng)驗(yàn)或優(yōu)化設(shè)計(jì)的方法確定, 在行駛過程中路況保持不變，很難適應(yīng)各種復(fù)雜路況，減振的效果較差。被動(dòng)懸架主要應(yīng)用于中低檔轎車上，現(xiàn)代轎車的前懸架一般采用帶有橫向穩(wěn)定桿的麥弗遜式懸架，比如桑塔納、夏利、賽歐等車，后懸架的選擇較多，主要有復(fù)合式縱擺臂懸架和多連桿懸架。被動(dòng)懸架性能的研究主要集中在三個(gè)方面（1）通過對(duì)汽車進(jìn)行受力分析后，建立數(shù)學(xué)模型，然后再用計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)或有限元法尋找懸架的最優(yōu)參數(shù)；（2）研究可變剛度彈簧和可變阻尼的減振器，使懸架在絕大部分路況上保持良好的運(yùn)行狀態(tài)； （3）研究導(dǎo)向機(jī)構(gòu)，使汽車懸架在滿足平順性的前提下，穩(wěn)定性有大的提高。半主動(dòng)懸架的研究工作開始于1973年， . Karnopp 首先提出，（b）。工作原理是根據(jù)彈簧上質(zhì)量相對(duì)車輪的速度響應(yīng)、加速度響應(yīng)等反饋信號(hào)，按照一定的控制規(guī)律調(diào)節(jié)彈簧的阻尼力或者剛度，半主動(dòng)懸架產(chǎn)生力的方式與被動(dòng)懸架相似，但其阻尼或剛度系數(shù)可根據(jù)運(yùn)行狀態(tài)調(diào)節(jié)，這和主動(dòng)懸架極為相似，有級(jí)式半主動(dòng)懸架是將阻尼分成幾級(jí)， 阻尼級(jí)由駕駛員根據(jù)“路感”選擇或由傳感器信號(hào)自動(dòng)選擇，無(wú)級(jí)式半主動(dòng)懸架根據(jù)汽車行駛的路面條件和行駛狀態(tài)，對(duì)懸架的阻尼在幾毫秒內(nèi)由最小到最大進(jìn)行無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)。半主動(dòng)懸架的研究集中在執(zhí)行策略的研究和執(zhí)行器的研究?jī)蓚€(gè)方面阻尼可調(diào)減振器主要有兩種，一種是通過改變節(jié)流孔的大小調(diào)節(jié)阻尼，一種是通過改變減振液的粘性調(diào)節(jié)阻尼，節(jié)流孔的大小一般通過電磁閥或步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行有級(jí)或無(wú)級(jí)的調(diào)節(jié)。在國(guó)外，改變減振液粘性的方法主要有電流變液體和磁流變液體兩種。目前,模糊控制在這方面應(yīng)用較多[3]。主動(dòng)懸架的概念是1954年美國(guó)通用汽車公司在懸架設(shè)計(jì)中率先提出的，（c）所示?？刂蒲b置通常由測(cè)量系統(tǒng)、反饋控制系統(tǒng)、能源系統(tǒng)等組成。1982年，瑞典的Volvo公司在Volvo740轎車上安裝了Lotus全主動(dòng)懸架；三菱汽車公司也生產(chǎn)了能調(diào)節(jié)車身高度和改變阻尼的全主動(dòng)懸架系統(tǒng)；日產(chǎn)汽車公司獨(dú)立開發(fā)了液壓全主動(dòng)懸架系統(tǒng)。主動(dòng)懸架研究也集中在可靠性和執(zhí)行器兩個(gè)方面由于主動(dòng)懸架采用了大量的傳感器、單片機(jī)、輸出輸入電路和各種接口，元器件的增加降低了懸架的可靠性，所以加大元件的集成程度,是一個(gè)不可逾越的階段。我國(guó)對(duì)半主動(dòng)和主動(dòng)懸架的研究方面起步較晚，與國(guó)外的差距大。在西方發(fā)達(dá)國(guó)家，半主動(dòng)懸架在20世紀(jì)80年代后期趨于成熟,福特公司和日產(chǎn)公司首先在轎車上應(yīng)用，取得了較好的效果，主動(dòng)懸架雖然提出早，但由于控制復(fù)雜，并且牽涉到許多學(xué)科，一直很難有大的突破。 設(shè)計(jì)的研究?jī)?nèi)容和方法本設(shè)計(jì)結(jié)合懸架設(shè)計(jì)的知識(shí)，應(yīng)用虛擬樣機(jī)技術(shù)，進(jìn)行了麥弗遜式懸架的虛擬設(shè)計(jì)及優(yōu)化，減少了開發(fā)周期，提高了設(shè)計(jì)效率。具體內(nèi)容包括：（1）分析麥弗遜式懸架的結(jié)構(gòu)和懸架設(shè)計(jì)要求，對(duì)減振器、彈簧的基本參數(shù)進(jìn)行計(jì)算，利用空間機(jī)構(gòu)知識(shí)進(jìn)行分析。第2章 麥弗遜懸架的概述 懸架的作用和組成分類汽車懸架是汽車重要的組成部分，它是連接車輪與車架的彈性傳力裝置，不僅承受作用在車輪和車體之間的力，還可以吸收與緩和汽車在不平的路面上行駛時(shí)，所產(chǎn)生的振動(dòng)和沖擊，從而提高乘坐的舒適性，延長(zhǎng)機(jī)件的壽命。 懸架的分類非獨(dú)立式懸架兩側(cè)車輪安裝于一根整體式車橋上，車橋通過懸掛與車架相連。當(dāng)汽車行駛在左右傾斜的凸凹面上時(shí)，非獨(dú)立懸架車輛的車體發(fā)生明顯的傾斜，而且由于非懸掛質(zhì)量較重，懸架的緩沖性能較差，行駛時(shí)汽車振動(dòng)、沖擊較大，該懸掛一般多用于載重汽車、普通客車和一些其他車輛上。采用此種懸掛的轎車、客車以及載人車輛，可明顯提高乘坐的舒適性，并且在高速行駛時(shí)提高汽車的行駛穩(wěn)定性。（a）、（b）、（c）、（d）等多種，其中燭式和麥弗遜式形狀相似，兩者都是將螺旋彈簧與減振器組合在一起，但因結(jié)構(gòu)不同又有重大區(qū)別。特點(diǎn)是主銷位置和前輪定位角不隨車輪的上下跳動(dòng)而變化，有利于汽車的操縱性和穩(wěn)定性。特點(diǎn)是主銷位置和前輪定位角隨車輪的上下跳動(dòng)而變化，這點(diǎn)與燭式懸架正好相反。所以，目前轎車使用最多的獨(dú)立懸架是麥弗遜式懸架[6]。導(dǎo)向機(jī)構(gòu)在輕型汽車中，也是連接車架（或車身）與車橋（或車輪）的結(jié)構(gòu)，除了傳遞作用力外，還能夠使車架（或車身）隨車輪按照一定的軌跡運(yùn)動(dòng)。轎車上來(lái)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(duì)車體的沖擊，具有占用空間小，質(zhì)量小，無(wú)需潤(rùn)滑的優(yōu)點(diǎn)，但是沒有減振作用。采用減振器是為了吸收振動(dòng)，使汽車車身振動(dòng)迅速衰弱（振幅迅速減小），使車身達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。傳力裝置是指車架的上下擺臂等叉形剛架、轉(zhuǎn)向節(jié)等元件，用來(lái)傳遞縱向力，側(cè)向力及力矩，并保證車輪相對(duì)于車架（或車身）有確定的相對(duì)運(yùn)動(dòng)規(guī)律。安裝好后兩端自然向上彎曲。（2）螺旋彈簧只具備緩沖作用，多用于轎車獨(dú)立懸掛裝置。（3）油氣彈簧以氣體作為彈性介質(zhì)，液體作為傳力介質(zhì)，它不但具有良好的緩沖能力，還具有減振作用，同