1、連接夏頭.AutoCAL閤形37KB上支架AutoCAB圖形50KF亦支架AutoCAD圈曙姚9KB9.連接夏頭.AutoCAL閤形37KB上支架AutoCAB圖形50KF亦支架AutoCAD圈曙姚9KB9.9.立柱AutoCAD圉形61KB肓車座倚減振系統設計MicrosuftWord3.實習報告MicrosaftWord9.36KB裝配團AutoCAD閣形78KB本科畢業設計（論文）通過答辯摘要減振器是汽車懸架系統的一個重要組成部件，特別是座椅減振，其良好的阻尼可調性，技術發展與理論研究早已引起了人們的廣泛關注.本論文對減振器及其試驗進行了分析和概述，根據國家機械工業部標準的要求選取了傳感

2、器、試驗臺，減振器等試驗部件和設備。主要任務是設計一個減振器試驗臺，試驗臺結構簡單，拆裝方便，便于采集信號進行座椅減振的阻尼特性試驗，文中主要對立柱、橫梁、托盤等重要部件進行了多次的改進和分析，同時對橫梁及其連接螺栓、圓柱銷等重要部件的受力進行了校核。設計采用力傳感器和位移傳感器采集信號，通過計算機對信號進行處理得出座椅減振的示功特性、速度特性、溫度特性等特性曲線。該減振器試驗臺同時可進行四分之一懸架試驗。關鍵詞：試驗裝置；座椅減振；阻尼特性；開題報告MicrosaftWord78KB內封MicrosoftWord23KB設計說明書（論文）MicrosaftWurd9.835KB摘要Micro

3、softWord9.28KB本科畢業設計（論文）通過答辯本科畢業設計（論文）通過答辯本科畢業設計（論文）通過答辯本科畢業設計（論文）通過答辯目錄1汽車懸架及減振器TOC o 1-5 h z11汽車懸架系統的概述112汽車懸架的分類113減振器的概述3131被動液阻減振器技術的發展5132可調阻尼減振器技術的發展714座椅減振10141座椅液及其特征11142座椅減振的工作原理12143座椅減振的構造及工作示意圖14144座椅阻尼器在懸架系統中的應用和發展情況162座椅減振試驗21汽車振動系統對減振器特性的要求1922座椅減振試驗內容和意義2023座椅減振試驗方法及試驗系統232.3.1示功試驗

4、232.3.2速度特性試驗242.3.3溫度特性試驗252.3.4試驗系統263實驗裝置的設計31振動臺等設備的選取273.1.1減振器273.1.2振動臺273.1.3力傳感器273.1.4導軌的選用303.1.5位移傳感器303.1.6螺栓及螺釘3132立柱的設計3233托盤的設計3334橫梁的設計及校核343.5圓柱銷的設計及校核373.6整體的裝配38結論39致謝40參考文獻411汽車懸架及減振器11汽車懸架系統的概述懸架是車架與車橋（或車輪）之間一切傳力連接裝置的總稱。它的功用是把路面作用于車輪上的垂直反力（支撐力）、縱向反力（牽引力和制動力）和側向反力以及這些反力所造成的力矩都要傳

5、遞到車架上以保證汽車的正常行駛?，F代汽車的懸架盡管有各種不同的結構形式，但一般都由彈性元件、減振器、和導向機構三部分組成。由于汽車行駛的路面不可能絕對平坦，路面作用于車輪上的垂直反力往往是沖擊性的，特別是在壞路面上高速行駛時，這種沖擊將達到很大的數值。沖擊力傳到車架和車身時，可能引起汽車上機件的早期損壞，傳給乘員和貨物時，將使乘員感到極不舒適，貨物也可能受到損傷為了緩和沖擊，在汽車行駛系統中，除了采用彈性的充氣輪胎之外，在懸架中還必須裝有彈性元件，使車架與車橋之間作彈性聯系。但在彈性系統受到沖擊后，將產生振動。持續的振動易使乘員感到不舒適和疲勞。故懸架還應當具有減振作用，使振動迅速衰減。為此許

6、多結構形式的汽車懸架中都設有專門的減振器。12汽車懸架的分類在傳統的懸架系統中，其剛度和阻尼是按經驗或優化設計的方法確定的，根據這些參數設計的懸架結構，在汽車行駛的過程中，其性能是不變的，也是無法進行調節的，使汽車行駛的平順性和乘坐的舒適性受到一定的影響。所以傳統的懸架系統被稱為被動懸架。如果懸架系統的剛度和阻尼特性能夠根據汽車的行使條件（車輛的運行狀況和路面狀況等）進行動態自動適應調節，使懸架系統始終處于最佳減振狀態，這稱為主動懸架。主動懸架按其是否包含動力源可分為全主動懸架（有源主動懸架）和半主動懸架（無源主動懸架）系統兩大類。（1）全主動懸架全主動懸架是根據汽車的運動狀態和路面狀態，適時

7、地調節懸架的剛度和阻尼，使其處于最佳減振狀態。它是在被動懸架（彈性元件、減振器、導向裝置）中附加一個可控作用力的裝置。通常由執行機構、測量系統、反饋控制系統和能源系統4部分組成。執行機構的作用是執行控制系統的指令，一般為發生器或轉矩發生器（液壓缸、氣缸、伺服電動機、電磁鐵等）。測量系統的作用是測量系統各種狀態，為控制系統提供依據，包括各種傳感器?？刂葡到y的作用是處理數據和發出各種控制指令，其核心部件是電子計算機。能源系統的作用是為以上各部分提供能量。（2）半主動懸架半主動懸架不考慮改變懸架的剛度，而只考慮改變懸架的阻尼，因此它無動力源且只由可控的阻尼元件組成。由于半主動懸架結構簡單，工作時幾乎

8、不消耗車輛動力，而且還能獲得與全主動懸架相近的性能，故有較好的應用前景。半主動懸架按阻尼級又可以分成有級式和無級式兩種。有級式半主動懸架它是將懸架系統中的阻尼分為兩級、三級或更多級，可由駕駛員選擇或根據傳感器信號自動進行選擇懸架所需要的阻尼級。也就是說，可以根據路面條件（好路或壞路）和汽車的行駛狀態（轉彎或制動）等來調節懸架的阻尼級，使懸架適應外界環境的變化，從而可以較大幅度地提高汽車的行駛平順性和操縱穩定性。半主動懸架中的三級阻尼可調減振器的旁路控制閥是由調節電動機來帶動閥芯轉動，使控制閥孔具有關閉，小開和大開3個位置，產生3個阻尼值。該減振器應用于OPELSENTOR和OPELGA轎車上。

9、無級式半主動懸架它是根據汽車行駛的路面條件和行駛狀態，對懸架系統的阻尼在幾毫秒內有最小變到最大進行無級調節。圖1.1所示為一種無極半主動懸架示意圖。微處理器3從速度、位移、加速度等傳感器處接受到信號，計算出系統相適應的阻尼值，并發出控制指令給步進電動機2，經閥桿4調節閥門5，使其改變節流孔的通道節面積，從而改變系統的阻尼。該系統雖然不必外加能源裝置，但所需傳感器較多，故成本仍較高。圖1.1無極式半主動懸架示意圖1-節流孔；2-步進電動機；3-微處理機；4-閥桿；5-閥門13減振器的概述為加速車架和車身振動的衰減，以改善汽車行駛的平順性，在大多數汽車的懸架系統內部都裝有減振器。減振器和彈性元件是

10、并連安裝的（圖1.2）。圖1。2減振器和彈性元件的安裝示意圖1-車架；2-減振器；3-彈性元件；4-車橋減振器工作的基本原理是利用阻尼消耗振動過程中產生的能量。汽車減振器是利用小孔節流的流體阻尼技術來實現懸架系統的減振特性，稱為液力減振。從阻尼物理現象上區分，阻尼產生的機理有5類，即:工程材料的材料阻尼、流體的粘滯阻尼、結合面阻尼與庫侖摩擦阻尼、沖擊阻尼和磁電效應產生的阻尼。懸架中的阻尼主要有摩擦阻尼和粘滯阻尼兩大類，鋼板彈簧葉片之間的相對運動產生摩擦阻尼，這種阻尼不穩定，阻力的大小不便于控制，尤其在好路上行駛，路面不平產生的動載很小，不足以克服葉片之間的摩擦時，會產生“鎖止”現象，此時平順性

11、變差，因此近年來懸架設計中都力求減少鋼板彈簧葉片間的摩擦量，采用液力減振器的粘滯阻尼，特別是轎車懸架基本全部采用此類減振器。液力減振器的作用原理是當車架與車橋作往復相對運動時，而減振器中的活塞在缸筒內也作往復運動，則減振器殼體內的油液邊反復的從一個內腔通過一些窄小的孔隙流入另一個內腔。此時，孔壁與油液間的摩擦及液體分子內摩擦便形成對振動的阻尼力，使車身和車架的振動能量轉化為熱能，而被油液和減振器殼體所吸收，然后散到大氣中。減振器阻尼力的大小隨車架與車橋（或車輪）的相對速度的增減而增減，并且與油液粘度有關。要求減振器所用油液的粘度受溫度變化的影響盡可能??；且具有抗氣化，抗氧化以及對各種金屬和廢金

12、屬零件不起腐蝕作用等性能。減振器的阻尼力越大，震動消除得越快，但卻使并聯的彈性元件的作用不能充分發揮，同時，過大的阻尼力還可能導致減振器連接零件及車架損壞。為解決彈性元件與減振器之間這一矛盾，對減振器提出如下要求：1）在懸架壓縮行程（車橋與車架相對移近的行程）內，減振器阻尼力應較小，以便充分利用彈性元件的彈性，以緩和沖擊；2）在懸架伸張行程（車橋與車架相互遠離的行程）內，減振器的阻尼力應大，以求迅速減振；3）當車橋（或車輪）與車架相對速度過大時，減振器應當能自動加大液流通道截面積，使阻尼力始終保持在一定限度之內，以避免受過大沖擊載荷。目前汽車懸架減振器應用最多的是筒式液阻減振器，它能夠有效的衰

13、減懸掛質量與非懸掛質量的相對運動，提高汽車乘坐的舒適性，行駛的平穩性和操縱穩定性。筒式液阻減振器同時還用作轉向系減振器以及駕駛室、駕駛員座椅、發動機罩等部件的減振裝置。隨著汽車性能要求的不斷提高，本科畢業設計（論文）通過答辯筒式液阻減振器的結構和性能亦不斷得到改進和提高。在傳統被動式減振器技術發展和完善的同時，能夠適應不同行駛工況而調節其工作特性的機械控制式可調阻尼減振器、電子控制式減振器以及電流變液體、座椅液體減振器技術也獲得了快速發展。作為筒式液阻減振器技術的重要內容，其設計開發技術也正經歷著由基于經驗設計一實驗修正的傳統方法向基于CAD技術的現代設計開發方法的轉變。隨著硬件性能和計算分析

14、能力的提高，在設計階段預測減振器的性能并進行優化設計已成為可能，這對于提高汽車筒式液阻減振器產品的設計開發效率、縮短開發周期具有重要意義131被動液阻減振器技術的發展國外早在一百多年以前就開始了對減振器的研究，并由Truffault發明的一種由青銅和浸油的皮革組成的摩擦片式系統，摩擦片由錐形盤式彈簧壓緊，并由兩個控制臂來控制運動過程。到1901年，Horock奠定了現代減振器的基礎，并申請了一個筒式液力機構的專利。后來Renault對此機構進行了改進，并申請了活塞對置式液力元件的專利，這在很大程度上確立了現代減振器的設計形式。到了20世紀30年代早期，盡管摩擦式減振器在當時仍是實際應用中的主要

15、形式，但英國Monroe公司就已經開始了生產筒式減振器。1947年，Koning研制了一種可調式筒式減振器。Carbon于20世紀40年代末期曾經設計出一種“氣壓式”單筒減振器，于1950年作為商品開始投產，并在當時的車輛減振器應用中曾一度保持優勢。被動式液阻減振器是汽車最廣泛采用的減振器，改善其性能和結構一直是汽車減振器技術發展的主要課題。國際上先后提出了大量有關減振器結構設計的專利，促進了減振器技術的進步。筒式液阻減振器最初采用雙筒式結構，如圖（1.3）所示，該結構目前仍是懸架減振器中最常見的形式，其優點是工藝簡單、成本低廉，缺點是散熱困難，且安裝角度受到限制。雙筒式減振器發展初期不在補償

16、室內設置背壓，在復原行程中油液依靠其自身重力和壓縮室負壓由補償室流人壓縮室。這類減振器的顯著缺點是在高速工況下會出現補償室向壓縮室充油不及時的問題，從而導致減振器工作特性發生畸變，不但影響減振效果，還會導致沖擊和噪聲。因此，20世紀50年代發展起了充氣減振器技術如在本科畢業設計(論文)通過答辯本科畢業設計(論文)通過答辯本科畢業設計（論文）通過答辯本科畢業設計（論文）通過答辯雙筒式充氣減振器的補償室內充人低壓氣體（0.4MPa一0.6MPa），提高補償室的補償能力，減振器的臨界工作速度相應提高。充氣技術的發展也導致了減振器結構上的重大變化。20世紀50年代單筒式充氣減振器技術蓬勃發展起來，它采

17、用了浮動活塞結構，在浮動活塞與缸筒的一端之間形成的補償室內充人一定量的高壓（2.0MPa一2.5MPa）氮氣，壓縮室內油液體積的變化由這部分氣體補償，其典型結構如圖（1.4）所示。與雙筒式減振器相比，單筒充氣式減振器的質量顯著減輕，安裝角度不受限制，但其制造精度要求和成本較高。圖1.3雙筒式減震器1-活塞桿導向座;2-回流孔;3-活塞桿油封;4-防塵罩;5-活塞桿;6-工作活塞;7-工作缸筒;8-外筒;9-底閥座圖1.4單筒式充氣減振器1-伸張閥；2-缸筒；3,12-吊環；4-補償室；5-浮動活塞；6-壓縮室；7-工作活塞；8-壓縮閥；9-復原室；10-活塞桿油封；11-活塞在發展單筒式充氣減

18、振器技術的同時，單筒式非充氣減振器也得到了廣泛應用，其補償室的壓力由橡膠皮囊或螺旋彈簧提供。單筒式非充氣減振器的阻尼力值一般較小，較少用作懸架減振器，而被廣泛用作轎車的轉向系減振器，通常水平安裝。132可調阻尼減振器技術的發展到了70年代，隨著越野車和SUV等運動型汽車和普及和發展，以及汽車懸架電控系統的日益完善，對減振器也提出了新的要求。于是，人們開始對可調減振器性能認識的進一步深入，各種各樣減振器技術不斷涌現，不過其主要焦點集中在控制節流孔流量的變化方面:(1)用各種各樣的流量閥人工調節節流孔流量,以便司機根據路況實現舒適工況、中等工況、運動工況三級調節,后來又發展到將阻尼分為更多級,這樣

19、可以擴大選擇的范圍.但這無疑給操縱安全性帶來負影響；(2)利用一些輔助零件調節節流孔的數量,如在空心活塞桿上做出一系列徑向節流孔，然后在活塞桿外或內增加輔助套筒或轉動套桿,以便在減振器行程中,使起節流阻尼作用的節流孔數目發生變化，從而自動調節阻尼力的大小。20世紀80年代以來,計算機技術在汽車工程領域得到了廣泛應用,特別是高級轎車的智能化發展,光電傳感器及超聲波傳感器在汽車技術發展方面發揮了巨大作用,從而實現減振器特性智能化可調和實時可調,有力地解決了汽車乘坐舒適性與操縱安全性的矛盾。到目前為止,可調阻尼減振器形式有很多種,如渦流式減振器、應變感應式減振器、頻率感應式減振器、壓電阻TEMS式減

20、振器、座椅體可調阻尼減振器、電流變體可調阻尼減振器、節流口可調阻尼減振器等。我國學者主要致力于后三種阻尼可調減振器的研究，特別聚焦在減振液粘度的可調性方面。根據日本Bridgistone公司的研究材料介紹，電流變液體的粘度在幾毫秒內即可隨高磁場電壓變化即迅速改變或恢復。正是電流變流體這樣一種在電解液（如硅酮）中高極化微質點的懸浮體，使得可調減振器阻尼特性隨工況智能變化成為一種可能。德國巴依爾公司在1995年對采用能改變減振度的電流變流體減振器進行了首次試驗，由于采用了相應的傳感器，便能直接分析路基情況，并在隨后的0.0015s內調節減振器的特性，以滿足路況要求。近年來我國學者曾利用磁流體作為減

21、振液通過控制磁場強度也達到調整減振器特性的要求，研究表明，以磁流體為減振液的阻尼調節性能較電流變流體的調節性能好，但目前這兩種方式都沒能做出經濟實用的、令人接受的產品模型，仍都處于研制階段。從控制方式上可調阻尼減震器可以分為機械控制式和電子控制式兩類。機械控制式可調阻尼減振器的控制方式簡單，沒有復雜的電控裝置，附加成本低，工作可靠。（1）機械控制式可調阻尼減震器機械控制式可調阻尼減振器的控制信號一般取自車輪載荷，其結構與懸架形式有關。以德國Sachs公司生產的氣壓控制阻尼連續調節（PDC）系統為例，它利用空氣彈簧內部的氣體壓力（與載荷有關）作為控制信號，通過調節控制閥的開啟面積來改變減振器的阻

22、尼特性，其阻尼調解機構設置在減振器的外部，需要較多的空間，適用于商用車輛。在轎車上一般采用調節機構內置式結構，通常在空心活塞桿內設置能夠隨空氣彈簧內部壓力改變而沿軸向移動的柱塞，由此改變節流閥開啟面積，調節減振器的阻尼特性。機械控制式可調阻尼減振器的控制信號是一個機械量，因此其調節機構一般與懸架彈性元件相集成，或者兼具有其他功能。近年來發展了一種機械控制式車身高度調節系統，能夠使得汽車在不同載荷的情況下保持相同的高度，同時改變懸架的彈性特性和阻尼特性。該系統不需要專門的能量供應裝置，僅利用車輪相對于車身運動的機械能作為能量來源，其核心機構是一種增加了泵油機構、高壓氣室等的懸架減振器，主要由高低

23、壓氣室、浮動活塞、活塞感及活塞總成、泵油室及泵油閥等組成，如圖（1.5）所示。當軸荷增加時，活塞桿受到壓縮而相對于外筒向內縮進一段距離；在汽車行駛過程中，活塞桿相對于外筒做相對運動；在復原行程，低壓儲液室內油液經下方的泵油閥進入泵油室；在壓縮行程，泵本科畢業設計（論文）通過答辯本科畢業設計（論文）通過答辯本科畢業設計（論文）通過答辯本科畢業設計（論文）通過答辯油室內油液經上方的泵油閥進入與高壓氣室相通的高壓儲液室，在高壓油液的作用下活塞桿向外伸出，從而使得車身升高。如果車身高度超過設定值，高壓儲液室內油液則經過旁通閥（圖中未標出）流入低壓儲液室，使車身高度降低，直到設定值。這種減振器的阻尼特性

24、是與載荷有關的一部分阻尼力由油液流經活塞上的閥片產生，另一部分由油泵作用產生，后者與載荷有關。圖1.5具有車身高度調節功能的機械控制式阻尼可調減振器1-泵油閥；2-泵油室；3-高壓氣室；4-油氣接觸面；5-閥片；6-泵油桿；7-氣泡；8-低壓儲液室；9-浮動活塞；（2）電子控制式可調阻尼減振器采用電控技術調節阻尼特性的筒式液阻減振器的調節機構通常由傳感器、控制裝置、以及執行裝置等組成，阻尼既可以分級調節，也可以連續調節，通常是由電控執行器改變改變節流閥通流面積，調節減振器的阻尼特性。由傳感器采集的信號包括車速、轉向盤轉角、節氣門開度、制動管壓力或縱向加速度等。這種系統通常在駕駛室內設置駕駛風格

25、選擇裝置，系統根據駕駛員選擇的不同風格按軟、中、硬三級或軟、硬兩級轉換阻尼特性。阻尼調節機構可以室內知識，也可以是外置式，轎車上多采用內置式結構。目前阻尼分級調節的電子控制式減振器使用的較多，其執行器一般采用置于減振器上方的步進電機。步進電機的旋轉帶動空心活塞桿內部本科畢業設計(論文)通過答辯的轉子閥旋轉，從而改變轉子閥截流孔與活塞截流孔之間的節流面積以實現阻尼特性的轉變。對于阻尼分級調節的減振器，轉子閥的位置在短時間內改變往往會產生沖擊，導致阻尼力出現不連續的問題。電控式液力型減振器發展的理想目標是實現對阻尼的連續調節，目前已有這樣的產品推向市場。采用電子控制懸架減振器可以有效防止汽車加速、

26、換擋和制動使車身的縱傾以及轉彎時的側傾，改善汽車低速行駛時的舒適性，并保證汽車高速行駛時具有良好的車輪-地面附著性能。除懸架減振器外，某些轉向系減振器也采用了電子控制裝置可適應不同行使工況的需要，其控制信號一般包括車速和轉向盤轉角。電流變和座椅減振電流變液(ElectorheologicalFluid，簡稱ERF)和座椅液(MagnetorheologicalFluid，簡稱MRF)都是懸濁液，于20世紀40年代分別由美國人W.Winslow和J.Rabinow發現，此后的研究重點是ERF的特性及應用。近年來提高ERF強度和穩定性的研究遇到困難，對MRF的研究進一步受到重視。國外80年代末就開

27、展了采用ERF作為工作介質的可調阻尼懸架減振器的研究工作，此后有關這方面的研究一直沒有停止過。90年代中期K.P.Nicholas等人一ERF懸架減振器樣機進行的實車試驗表明，采用這種新型阻尼連續可調的減振器能夠降低車身加速度、車輪動載荷等指標從而提高汽車行駛的平順性和行使安全性。MRF減振器技術近年來也引起人們的廣泛興趣，90年代中期Lord公司展示過用于汽車座椅和懸架系統減振的MRF減振器。這些技術目前尚不完全成熟，有關的研究正深入開展。14座椅減振由最近幾年開發出來利用新型智能材料座椅液體作為減振液的新型減振器，由于減振液粘性可調節，可實現阻尼無級變化，因而是一種非常有發展前途的可調減振

28、器。這種新型減振器的原理是基于阻尼介質的粘性可根據施加的磁場而調節。通常磁場設置在連接減振器上下腔的通路上。座椅減振結構簡單，制造成本不高，且無液壓閥的振動沖擊和噪聲，不需要復雜的驅動機構。座椅液體響應快，在屈服應力、溫度范圍、塑性粘度和本科畢業設計（論文）通過答辯本科畢業設計（論文）通過答辯本科畢業設計（論文）通過答辯本科畢業設計（論文）通過答辯穩定性等方面有很好的性能。在相同的功耗條件下，座椅材料的剪切屈服應力是電流變材料剪切屈服應力的2050倍，這樣座椅器件可以比電流變器件體積小得多。另外，座椅材料對雜質影響不敏感。因而，座椅減振具有非常廣闊的應用前景。141座椅液及其特征座椅液是一種可

29、控流變流體，在外磁場的作用下，座椅液能產生明顯的座椅效應（MagnetorheologicalEffect，簡稱MRE）,流體的粘度會急劇增大,屈服應力成倍增加，表現為類似固體的性質，而當撤除外加磁場的作用時流體又恢復原來的流動性質，即在液態和固態之間進行快速可逆的轉換，且這種轉換是在毫秒量級的時間內完成的。在該過程中，座椅液的粘度保持連續，無級變化，整個轉換過程極快，且可控，能耗極小，可實現實時主動控制。座椅液的研究是在電流變液的基礎上發展起來的，由于座椅液的剪切屈服應力比電流變液大一個數量級，且座椅液具有良好動力學和溫度穩定性，而電流變液存在高壓安全性和雜質敏感性等問題，因而座椅液越來越多

30、的引起了研究者們的興趣。座椅效應是座椅技術的基礎。座椅效應是指流體（一般指兩相懸浮液為主的座椅體）在外加磁場的作用下，其流動狀態和流體的特性發生強烈的變化，甚至當外加磁場達到某一臨界值時，流體停止流動達到固化;當去掉外加磁場時，流體又恢復到原來的狀態，其響應時間僅為幾毫秒。座椅效應具有下列特征：1）在某磁場強度下，流體停止流動達到固化，當去掉外加磁場時，流體又恢復到原來的狀態，這種效應實現了座椅體液態和固態之間的轉換。2）在外加磁場的作用下，座椅體的由液態轉換為固態是可逆的，若這一轉換過程是不可逆的話，它的工程應用價值將會受到極大的影響。3）在外加磁場的作用下，座椅體的表觀粘度發生變化的過程是

31、連續的無級的，但這一變化過程是非線性的。4）在外加磁場的作用下，座椅體的表觀粘度發生的屬性是可控的，這一特性為人們提供了工程應用的基礎。5）座椅效應的控制是容易實現的，它只需控制垂直于流體流動方向的磁場的磁感應強度即可，而磁場的磁感應強度與勵磁線圈的電流存在某種函數關系，因此控制勵磁線圈的電流便可實現座椅效應的控制，這一特點使座椅器件易于與計算機技術相結合實現系統的自動控制。6）在外加磁場的作用下，座椅體的產生座椅效應的響應時間為毫秒級，這一特性能夠滿足車輛懸架振動控制的要求。7）座椅效應所需的能耗較低，即使實現液體與固體之間的轉換也不會吸收或者放出大量的能量，這為座椅體在車輛工程中的應用提供

32、方便。目前，座椅效應產生的機理還沒有明確的、完全被人們接受的物理解釋，其中比較有代表性的有相變理論和場致偶極矩理論。相變理論認為：在無外加磁場條件下，分散相（磁激化粒子）在連續相中的分布和運動狀態是隨機的，其遷徙和轉動只受熱運動的影響。而當外加磁場強度增加到一定程度后，分散相被極化，同時受熱運動和磁場的共同作用，某些粒子相互靠近，變成有序排列，隨著磁場強度的增加，有序相聯成長鏈，最后以長鏈為核心吸收短鏈，形成固態相；場致偶極矩理論認為：在外加磁場的作用下，每個磁極化粒子都磁化為磁偶極子，各個偶極子之間相互吸引成鏈，座椅效應的強弱與偶極子鏈之間的作用力有關。就連續相而言在外加磁場的作用下，座椅體

33、的連續相（載體液）同樣會發生極化現象，特別是某些極性載體液更容易發生極化，其連續相的分子運動會做某種定向排列使座椅體的粘度發生變化，這種現象稱為磁粘效應，磁粘效應相對于分散相的座椅效應而言相對較小，一般不會引起人們的注意。142座椅減振的工作原理座椅阻尼器是基于座椅液的可控特性的一種新型阻尼器，其工作原理是在外加磁場的作用下，座椅液中隨機分布的磁極化粒子沿磁場方向運動磁場運動使粒子首尾相聯，形成鏈狀或網狀結構，從而使座椅液的流動特性發生變化，進而使阻尼器阻尼通道兩端的壓力差發生變化，達到改變阻尼力的目的。目前，直線運動的座椅阻尼器都是基于下列三中工作模式進行設計的如圖（1.6）所示:暫Nfor

34、cedisplacement流動模式（E剪切模式.擠壓模式magneticHeldmagneticfieldforce暫Nforcedisplacement流動模式（E剪切模式.擠壓模式magneticHeldmagneticfieldforce&velocitypressure圖1.6.座椅阻尼器工作模式1）流動模式（Poiseuille流動），如圖1.6（a）所示，在兩固定不動的極板之間充滿座椅液，外加磁場經過極板垂直作用于兩極板之間的座椅液，使座椅液的流動性能發生變化，從而使推動座椅液流動的活塞所受的阻力發生變化，達到外加磁場控制阻尼力的目的。利用這種工作模式可以設計開發流體控制閥、阻尼

35、器和減振器等座椅器件。2）剪切模式（Couette流動），如圖1.6（b）所示，在兩相對運動的極板之間充滿座椅液，外加磁場經過極板垂直作用于兩極板之間的座椅液，使座椅液的流動性能發生變化，從而使推動極板運動的活塞所受阻力發生變化，達到外加磁場控制阻尼力的目的。利用這種工作模式可以設計開發流體離合器、制動器、機床夾具和阻尼器等座椅器件。3）擠壓模式，如圖1.6（c）所示，兩極板之間充滿座椅液，座椅液受極板的擠壓向四周流動，外加磁場經過極板作用于兩極板之間的座椅液，極板的運動方向平行于外加磁場方向，使座椅液的流動性能發生變化，從而使推動極板運動的活塞所受阻力發生變化，達到外加磁場控制阻尼力的目的。

36、利用這種工作模式可以設計開發行程較小的阻尼器等座椅器件。由于汽車懸架阻尼器的行程較大，且在結構尺寸和結構強度上有嚴格要求，因此汽車座椅阻尼器設計不能采用擠壓模式，而通常采用剪切模式和流動模式共同作用，即混合工作模式，其工作原理如圖（1.7）所示，座椅阻尼器的活塞在工作缸內作往復直線運動，利用線圈產生的磁場來控制座椅液在阻尼通道中的流動特性，改變活塞左右腔之間的壓力差，從而實現阻尼力的調節。圖1.7汽車懸架座椅阻尼器的原理1工作缸;2阻尼通道;3座椅液;4線圈;5磁通;6活塞;7活塞桿143座椅減振的構造及工作示意圖與傳統的筒式減振器相比，座椅減振的特點是其阻尼力不只取決于活塞運動速度，而主要通

37、過控制在內外筒間所施加的電壓來控制阻尼力的大小。由于座椅減振中不設置節流面積可變的節流閥其抗機械磨損的性能大大提高。圖（1.8）是L0rd公司生產的用于車輛座椅振動控制的典型的座椅減振的結構簡圖，其結構與單筒式充氣減振器極為相似。從空心的活塞桿中引入導線控制磁場變化，磁場變化可以改變從工作活塞軸向孔隙中流過的座椅液的粘度，進而改變阻尼力的大小。由于活塞桿的行程較小，采用由膜片封閉的具有一定初始壓力的氮氣補充工作腔體積的變化。目前座椅阻尼器在汽車智能懸架系統中應用越來越廣泛和深入。通過用座椅阻尼器替換原來的被動阻尼器，從而實現汽車懸架系統的智能化和半主動控制。汽車座椅半主動懸架系統的主要原理:采

38、用傳感器裝置（如加速度傳感器）實時感知路面激勵及汽車簧上和簧下質量的振動信號，對這些信號進行分析和處理，并把有用信號傳遞給處理器，處理器根據采用的控制策略和控制算法，分析處理這些信息，并發出控制信號，對懸架系統進行控制，驅動座椅阻尼器產生控制力，達到實時減振要求和目的。圖1.8座椅減振結構示意圖1-上吊環；2-連接電纜；3-導向座；4-密封圈；5-工作缸；7-活塞桿；8-墊圈；9-活塞；10-線圈；11-線圈外套；12-墊圈；13-螺母；14-0型密封圈；15-浮動活塞；16-密封氣室；17-下吊環；圖1.9MotionMaster系統如圖（1.9）所示為美國Lord公司的工程技術人員開發的一

39、種汽車座椅半主動座椅懸架系統一MotionMastd141，的工作簡圖.MotionMaster”系統由一只座椅阻尼器、一個位移傳感器和一個控制器組成座椅阻尼器為單筒式，裝有70mL座椅液，采用壓縮氮氣作補償，阻尼孔環形分布在活塞上，勵磁線圈繞制也在活塞上，通過活塞桿引出電源線。該阻尼器直徑為41mm，活塞行程為士29mm，在輸入電流為1A時輸入功率為5W。位移傳感器用于檢測座椅的振動信號，控制器具有軟、中、硬三種模式，可根據駕駛員的體重選擇，控制信號輸出頻率為500Hz。經實驗室測試，該座椅懸架系統可以有效降低40%的振動和49%的沖擊。144座椅阻尼器在懸架系統中的應用和發展情況座椅液具有

40、優良的可控性、很寬的動態范圍、較高的響應速度，很低的功耗，相對簡單的控制方式，因此它在結構振動控制、車輛工程中具有廣闊的應用前景，尤其是在汽車半主動懸架領域它已經成為競相研究的熱點，世界發達國家的研究機構和企業投入大量人力物力利用座椅液開發阻尼器件及相關技術，其中Lord公司的座椅液和阻尼器已商品化，采用座椅智能懸架系統的汽車在2000年的大型國際汽車博覽會上首次亮相，有關專家預言座椅技術在汽車工程中的應用將會給汽車減振系統革命性的進步。美國Lord公司是世界上最大的座椅液供應商，也是座椅技術商業開發的領導者，擁有座椅阻尼器、制動器、離合器及其控制系統的多項專利，本科畢業設計(論文)通過答辯其

41、中Pinkos等設計了轉盤式座椅主動懸架系統，并完成了汽車半主動懸架的控制實驗，這種懸架系統大大地提高了汽車的安全性和舒適性。美國馬里蘭大學航空工程系在座椅阻尼器的設計理論方面一直處于領先地位，代表著世界先進水平，他們也開發了充氣補償結構的汽車座椅阻尼器。韓國學者Seung-BokChoi開發了客車懸架系統座椅阻尼器，該阻尼器是雙筒結構，其阻尼通道位于工作缸的兩端，在阻尼器外設計了膜片隔離氣體補償器。阻尼器采用一個PID控制器縮短電流響應時間。為了控制車輛垂直振動，他設計了天棚阻尼開關控制器，采用基于全車模型的硬件嵌入式(Hardware-in-the-Loop)方法仿真，仿真結果表明利用座椅

42、阻尼器可以大幅度提高車輛的安全性和舒適性，目前正進行路道試驗。世界最大汽車零部件制造和系統集成商一美國德爾夫(Delphi)公司與通用汽車公司合作開發了汽車座椅半主動懸架系統Magneride，并獲得了1999年度世界一百大科技成果獎，現在德爾夫公司已經開始與通用汽車公司合作，在2002SevilleSTS型高檔轎車上進行了試用。美國維吉尼亞工學院車輛動力學高級實驗室(AVDL)也在汽車座椅半主動懸架研究中做了大量工作。他們利用Lord公司提供的座椅阻尼器設計了半主動懸架控制系統，并在VolvoVN重型卡車和Futurecar轎車的懸架上進行道路試驗，試驗結果說明該系統對汽車俯仰和側傾運動有明

43、顯抑制，而對車身振動沒有明顯效果，因此阻尼器和控制算法有待進一步改進。在國內，座椅半主動懸架的研究已經起步，并有越來越多多的研究單位和企業加入進來，其中香港中文大學、復旦大學、南京航空航天大學、西安交通大學和重慶大學等高校的工作比較有代表性。香港中文大學智能材料與結構實驗室的C.YLai和W.H.Laio利用Lord公司開發的座椅阻尼器研究了單自由度懸架系統的振動控制，其控制算法為滑?？刂疲c傳統的被動懸架相比，采用座椅阻尼器可控懸架的簧上質量的垂直加速度得到大幅度降低。復旦大學在對座椅材料的機理和制備方法進行研究的同時，還與上海大眾汽車公司和上海匯眾汽車制造有限公司合作研發汽車座椅阻尼器和半

44、主動懸架。南京航空航天大學對座椅阻尼器進行了試驗研究和理論分析，設計和實現了半主動懸架的測控試驗系統，對座椅半主動懸架的控制策略進行了研究。西安交通大學在座椅阻尼器和通用振動控制器設計座椅阻尼器控制方法等方面取得了一些成果。重慶大學對座椅阻尼器的流本科畢業設計(論文)通過答辯本科畢業設計(論文)通過答辯本科畢業設計（論文）通過答辯本科畢業設計（論文）通過答辯變理論和設計方法進行了深入的研究，解決了座椅阻尼器磁路設計和結構設計中的相關技術問題，研制出了微型汽車座椅阻尼器和用于海南馬自達的汽車座椅阻尼器，并在國家客車質量監測中心進行了測試，為汽車座椅阻尼器的開發和應用奠定了理論和技術基礎。2座椅減

45、振試驗21汽車振動系統對減振器特性的要求由路面激勵引起的汽車垂直、俯仰以及側傾等運動都會影響汽車的乘坐舒適性和行駛平順性。懸架減振器的一個重要作用是衰減因沖擊引起的車身的自由振動，并抑制在共振頻率附近車身強迫振動的幅值，提高乘坐舒適性。在頻域內，由路面激勵引起乘員振動加速度的幅頻響應特性在系統固有振動頻率附近存在峰值，如圖(2.1)所示。其中車身一懸架系統的固有振動頻率在1Hz附近，乘員一座椅系統的固有振動頻率在3Hz附近，非懸掛系統的固有振動頻率在10Hz附近。在以保證汽車最佳乘坐舒適性為目標的條件下，減振器阻尼系數的選擇在如何有效降低乘員振動響應峰值。對于轎車減振器，當阻尼比在0.3左右、

46、復原/壓縮行程阻尼力分配為80/20時，通?？梢垣@得較好的乘坐舒適性。圖2.1采用3自由度1/4車輛模型的典型乘員振動-路面激勵幅頻響應特性懸架減振器對于保證汽車的操縱性能同樣具有重要作用。當汽車直線行駛時，隨車速的升高，由路面激勵引起的汽車位移、速度和加速度功率譜密度增大，使得控制汽車的垂直、俯仰和側傾等運動變得困難。此時需要增加減振器的阻尼比以提高汽車的行駛安全性。汽車在某些非穩態工況下所產生的車身運動，如加速或制動導致的俯仰運動、轉向導致的側傾運動等，都需要由懸架減振器衰減，此時要求減振器阻尼比為0.8-1.0、復原/壓縮行程阻尼力分配值為60/40，才能夠保持較好的汽車操縱穩定性。汽車

47、乘坐舒適性/行駛平順性和操縱穩定性對懸架減振器特性的要求因路面、載荷、車速和汽車運動狀態等具體行駛工況不同而不同，也因駕駛員而異。理想的減振器特性應能夠適應上述不同行駛工況和駕駛員的要求而進行調節。但至今最普遍應用的懸架減振器為被動式減振器，其特性不能調節，只能在兩者之間折衷，通常其阻尼比為0.30-0.75。22座椅減振試驗內容和意義作為一種汽車座椅懸架系統中振動控制的重要裝置，汽車座椅阻尼器阻尼力大小、動態可調范圍、響應時間都是它的重要指標，它們直接決定著汽車座椅阻尼器的應用效果、使用范圍和控制周期。目前針對其設計、控制及系統應用等方面的研究很多，許多新產品也已經投入到使用當中，但大多數產

48、品都只有關于外形尺寸、適用范圍等簡單的介紹，關于座椅減振的特性曲線都很難得到。而專門的減振器特性試驗臺國內并不多見，進口試驗臺的價格昂貴，這就大大的提高了座椅減振研究的成本。座椅減振的主要特性有示功特性、速度特性、溫度特性等。（1）座椅減振的速度特性阻力速度特性表示振動速度變化時，減振器阻力的變化規律，其關系可表示為F=CV（2.1）式中：F：阻尼器產生的阻尼力；V：阻尼器的工作速度；N：阻尼器阻尼特性指數；C：阻尼器阻尼系數，指的是阻尼器在單位工作速度下的工作阻力。圖2.2速度特性曲線從圖（2.2）中看到，對二次方曲線在工作速度低時阻尼力小，速度高時阻尼力大，阻尼力變化較大，但結構比較簡單，

49、價格低廉，這是其仍能得到應用的原因。近年來隨著整車性能要求的提高，比例型（n=l）、飽和本科畢業設計（論文）通過答辯本科畢業設計（論文）通過答辯本科畢業設計（論文）通過答辯本科畢業設計（論文）通過答辯型（n=2）圖（2.2）是一般被動式液壓阻尼器的三種類型的速度特性曲線，如果阻尼器的阻尼力完全由液體的紊流阻尼確定，而且在結構上采取一定通流面積的節流孔，則指數n=2。如果阻尼力主要由限壓閥的開閥系統控制且流通面積與閥的開度成一定比例關系，則指數n=2/3。實際中，減振器的阻尼主要是上述兩種情況的組合，即常通孔與閥系統并存，低速時主要是常通孔起作用。這時近似值n=1。特性線應用廣泛且成主流。這種特

50、性線一個比較明顯的特點就是從低速到高速活塞的壓差既不過大也不過小，變化較小，阻尼力較穩定。因而在較寬的振動速度范圍阻尼器有足夠的阻尼力來滿足整車附著性的需要，有利于行駛穩定性的提高。對座椅液體減振器，就是要保證其速度特性曲線盡量滿足比例型和飽和型。（2）座椅減振的示功特性示功特性表示阻尼器在壓縮和復原行程中的阻力變化特性，是阻尼器在作規定往復運動的一個整周期中，其相對位移與阻尼力的關系曲線，如圖（2.3）所示?；€以上為復原行程，基線以下為壓縮行程。從此圖上可直接量出復原或壓縮時最大減振阻力值及阻尼器在一個工作循環里所吸收的功，該圖又稱為示功圖。圖2.3減振器的示功特性在汽車懸架中，常用示功特

51、性作為考核減振器的依據。示功圖所包圍的面積表示阻尼器運行一周所消耗的懸架系統的能量。汽車懸架振動能量的耗散意味著懸架振動的減弱，阻尼器作為一種耗能元件在懸架系統中應用，耗散于阻尼器中的能量轉變為熱量最終散發在大氣中，示功圖所包圍的面積表示阻尼器削減車輛振動的能力，因此力求示功圖圓潤、飽滿，使阻尼器能發揮最大的耗能作用。圖2.4復原行程示功圖畸變圖2.5壓縮行程示功圖畸變示功圖反映了一個運行周期內阻尼器的工作狀況，示功圖應當連續、平滑穩定、完整，不應當有空行程、突變，畸變。示功圖出現缺陷意味著阻尼器工作異常，可以根據異常的示功圖來推斷阻尼器的內部缺陷，從而進一步改進設計。如果減振器設計制造不當，

52、可通過其示功圖反映出來，圖（2.4）是復原行程示功圖出現畸變的情況，（a）阻尼系數過大、（b）阻尼系數過小、（c）出現空程；圖2.5）是壓縮行程示功圖出現畸變的情況,（a）阻尼系數過大、（b）阻尼系數過小、（c）高阻尼尾畸、（d）出現空程;應避免以上情況的發生。很明顯，座椅減振的上述特性決定著它的減振效果，因此對汽車座椅減振的阻尼特性進行研究是非常必要而且勢在必行的。其研究意義主要體現在以下三個方面:1）通過對座椅阻尼器阻尼特性的理論分析，我們可以更好地了解和掌握減振器的阻尼特性，指導汽車座椅阻尼器的設計，并在阻尼器設計階段對其影響因素加以優化和改進，從而設計制作出響應更快，應用效果更好，范圍

53、更廣的座椅阻尼器。2）通過分析汽車座椅阻尼器的阻尼特性，并通過試驗測試驗證，為汽車座椅阻尼器的工程應用提供基礎，判斷我們所設計的座椅阻尼器是否滿足汽車懸架系統的應用要求。3）通過分析汽車座椅阻尼器的阻尼特性，并通過試驗指導汽車座椅阻尼器的工程應用，可以幫助我們更科學地設計控制算法和控制周期。23座椅減振試驗方法及試驗系統示功試驗（1）根據國標QC/T5451999試驗條件為：試件溫度：202C。試件試驗行程S：（1001）mm。試件頻率n：（1002）c、p、m。速度V：根據s和n并由下式決定的減振器活塞速度。在減振器行程較小，不宜選用100mm的試驗行程時由制造廠與用戶商定試驗速度值。方向，

54、鉛垂方向。本科畢業設計（論文）通過答辯位置：大致在減振器行程的中間部分。（2）試驗方法定期按本標準附錄B的試驗臺標定方法取得測力元件標定常數1（Nmm）。按試驗規定條件加振，在試件往復35次內記錄示功圖。在不裝試件時，畫出基準線。阻力計算：參見圖2.6速度特性試驗（1）試驗條件：試件溫度：202C試件試驗行程S：20100mm速度：V方向：鉛垂方向。位置：大致在減振器行程的中間部分（2）試驗方法a.直接記錄法：本科畢業設計（論文）通過答辯本科畢業設計（論文）通過答辯本科畢業設計（論文）通過答辯本科畢業設計（論文）通過答辯在標準附錄A規定的試驗臺上，采用相應的電測量裝置，利用傳感元件取得減振器活

55、塞速度和相應的阻力信號；將該兩信號同時輸入記錄裝置而直接獲得減振器的速度特性。b.多工況合成法：可以變化行程（S）,或頻率（n）之一，而取得變化的速度值（V），及相應工況下的阻力（P）形成速度特性的若干點，最終光滑連接構成速度特性PV的試驗曲線。溫度特性試驗（1）試驗條件：試驗溫度：30,20,10,0，20，40，80,100C測溫允差3C，在達到所規定溫度后，保溫1.5h。試件試驗行程：100mm。速度：0.52m/s。方向：鉛垂方向。位置：大致在減振器行程的中間部分。（2）試驗方法：試件按規定的設備升溫（或降溫）到上述規定的溫度。將達到規定的溫度的試件立即按示功試驗和阻力計算實施和處理。

56、按圖2.7所示畫出試件的溫度特性Pt曲線。圖2.7溫度特性曲線試驗系統根據實驗的要求，設計測試系統框圖。在整個測試系統中，測試過程如下：座椅阻尼器作常速往復運動，會產生一個位移信號，位移傳感器獲取這一信號，并經過電平轉換電路把位移變化轉換為規則的電信號，并傳到信號采集器中。同時力傳感器也將所測信號經放大送到信號采集器中經過處理得到特性曲線。如圖2.8所示。圖2.8試驗系統原理圖本科畢業設計（論文）通過答辯3實驗裝置的設計31振動臺等設備的選取減振器根據國家機械工業部筒式減振器試驗標準QC/T4911999選取由美國LORD公司生產的座椅減振其主要參數尺寸如下：最大行程：208mm；最小行程：1

57、55mm；體徑：41.4mm；軸徑：10mm；輸入電壓：12V；響應時間：25S；振動臺根據對振動臺的要求選擇前日本IMV公司生產的DY-600-5電動振動試驗系統。其技術參數如下：額定正弦推力額定頻率范圍最大加速度最大速度最大位移額定載荷運動件有效質量電源工作面直徑5.88KN2-2000Hz490m/s100cm/s51mm300Kg12Kg3相380VAC10.5kVA230mm;力傳感器由于測試內容為減振器阻尼特性，試驗對象為座椅減振，且其阻尼力有壓縮力和復原力兩個方向的力，經測試阻尼器力值范圍為士4448N，因本科畢業設計（論文）通過答辯本科畢業設計（論文）通過答辯本科畢業設計（論文

58、）通過答辯本科畢業設計（論文）通過答辯本科畢業設計(論文)通過答辯本科畢業設計(論文)通過答辯此要求力傳感器的動態響應要快(1OkHz),能夠測量雙向拉壓力。根據力傳感器的選擇要求，本論文選用了中國航天科技集團公司第一研究院第七0二所生產的5122型力傳感器。該傳感器是利用石英晶體的縱向壓電效應,將“力”轉換成“電荷”的變換裝置。傳感器產生的電荷正比于被測外力并通過二次儀表電荷放大器將電荷按比例轉換成電壓。該傳感器采用全密封焊接結構,具有氣密性好、強度高、剛度大、動態響應快等優點?？梢詼y量動態力、準靜態力和沖擊力,特別適合于測量各種沖擊振動設備的壓縮力和復原力。5122型力傳感器是由一個彈性螺

59、栓將單向壓縮力傳感器精密裝配在兩個預緊螺母之間,經預緊而成的可以測量雙向拉壓力的裝置,其主要技術指標如下：表3.15122型力傳感器的技術指標測量范圍分辨率電荷靈敏度非線形諧振頻率工作穩定范圍0.025N3pC/N土1%FS70kHz-15O-15OV5122型力傳感器通過兩端預緊螺母M6的內螺紋與被測對象連接。為了正確地進行沿其縱軸的動態力測量,必須將被測力作用與傳感器的測量表面和安裝表面,而不是作用在兩端的螺栓和螺孔上。與傳感器相接觸的試件表面必須與傳感器的上下表面緊密貼合。根據力傳感器的安裝要求,本論文設計了如圖3.1所示的工裝。圖3.1(a)圖3.1(b)一雙頭螺柱-螺母-力傳感器-連

60、接頭圖3.1(a)圖3.1(b)一雙頭螺柱-螺母-力傳感器-連接頭圖3.1（c）圖3.1力傳感器工裝設計本科畢業設計（論文）通過答辯圖中雙頭螺柱和連接頭分別與橫梁和減振器連導軌的選用為方便該試驗臺同時做懸架和減振器兩種實驗現選用日本THK公司生產的HRS-A型直線滑軌，該滑軌的主要參數如下：總長度：360mm；總高度：42mm；寬度：90mm；軌道寬度：28mm；軌道高度：26mm；軌道節距：80mm；滑塊長度：98mm；滑塊橫向孔中心距：72mm；滑塊縱向孔中心距：70.4mm；位移傳感器計算座椅減振的最大行程為53mm同時考慮到傳感器的裝配選取美國MeasurementSpecialtie