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三轮NTV车身主动倾斜悬架机构设计开题报告
文章来源:www.ccsmyanmar.com   发布者:学生毕业作品网站  

毕 业 设 计(论 文)开 题 报 告

1.结合毕业设计(论文)课题情况,根据所查阅的文献资料,每人撰写

2000字左右的文献综述:

1.研究背景及意义

随着私家车的普及,近年来能源危机愈发严重,传统汽油机汽车正逐渐被新能源汽车代替;同时人口的迅速增加和飞速增长的汽车保有量,让许多城市拥堵不堪。在此背景下,适合日常通勤,便于停车的新型可倾斜式狭窄载具——倒三轮应运而生。由于其三轮的独特结构形式,必须考虑其三轮布局以及机动性和通过性,前轮通过竖直方向位移实现车身倾斜,后轮辅助转向,使其有足够小的转弯半径。

随着目前科技的发展,人们的社会意识逐渐改变。我们越来越需要一款小型的车辆用来满足日常通勤。这种车辆一般会被定义为环保、节能,从而以应对日前日益严峻的能源问题,同时解决当前日益严峻的城市交通拥挤问题。现在电动汽车越来越多的进入人们的日常生活。根据实际使用需求,车辆绝大部分时候仅为单人,偶尔两人提供城市短途通勤的便利。另一方面,单人或双人使用的通勤车辆目前局限于摩托车,双门轿跑等,前者受到天气条件的限约,后者却价格昂贵。这些都难以满足消费者的日常需求。

由于此类车辆难以直接测得所需实验数据,所以需要构建三维模型,通过模拟仿真测试其可靠性稳定性以及安全性能。

2.NTV车辆的发展及现状

早在1904年,标志就设计就研发了世界上第一款倒三轮;早在十九世纪的欧洲,倒三轮就是人们日常出行的交通工具了,不过那时候还没有提出摩托车这一概念,而且其转向原理及其结构更贴近于汽车,所以当时的人们还是将倒三轮归为汽车范畴;因此之后的一百多年里,倒三轮也几乎始终是在汽车的方向上发展。

而第一辆Tilting three-wheel(可倾斜三轮车)这个概念被运用到摩托车上,可追溯到1966年由英国Ariel Motorcycles研发的Ariel 3。可倾斜式设计首次应用于摩托车。

1970年,Ariel Motorcycles将技术卖给了本田,于是就有了HONDA Gyro,而日本土地资源稀缺,物资匮乏这一特点反倒促成了Gyro的大卖,这一小排量快速便捷的交通工具甚至一度被某些公司批量采购。

21世纪以来,以标致摩托Metropolis 400为首,引发了欧洲摩托车企业对于F2R1(前两轮后单轮)踏板摩托车的热潮。相对于早期的Gyro,这种可倾斜的倒三轮设计在高速过弯时有更加优异的稳定性。而随着能源危机日益严重,解决交通拥挤问题的一个办法是更有效地利用现有的公路基础设施。需要减少宽度车道的窄倾斜,车辆可以成为解决方案的一部分。

近年来,欧洲和日本都提出了 Narrow Vehicle 的概念,该种车辆既能够具有摩托车的灵活性,并且能够满足全天候使用的基本条件。这类车辆通常采用电力作为驱动的动力源,因此也被称为ENV。为了进一步提升NTV车辆的机动性能,研究机构引进了两轮车辆转向时车身倾斜的特性,这类车辆被称之为 Narrow Titling Vehicle,简称 NTV。

3.NVT车辆结构以及工作原理

NTV(narrow titling vehicle)主要由:前悬架,车厢,转向后轮组成。前悬架主要负责车辆的倾斜和支撑作用,通过改变摇臂与车身的夹角或者是悬架的长短来实现车辆的侧倾;一方面,不论当车向任何一个方向倾斜,倾斜一侧的轮胎可以提供支持力,防止车辆侧翻。车厢,连接前悬架和转向后轮主要为驾驶员提供驾驶空间以及操作平台,并满足日常使用。转向后轮,其作用是辅助前轮实行同步转向,并且也可以作为驱动轮提供驱动力矩。

同步转向所需的额外链接不仅占用车辆的空间,还给轻量化车身增加了额外的重量。在这项工作中引入的新型倾斜机构利用液压技术代替机械连接来产生倾斜运动。采用了互连的油气悬架系统,可为狭窄的城市车辆应用提供所需的颠簸和侧倾刚度。两个独立控制的液压泵连接到液压悬架,以提供倾斜和行驶高度变化功能。倾斜系统与悬架的集成减少了系统的重量和包装尺寸,这两者对于狭窄的城市车辆的成功至关重要。在仿真研究中对所有功能进行了说明,建模和检查,证明了该系统在狭窄的城市车辆应用中的可行性,从而可以以较低的复杂度和重量实现更多功能。NTV至少有两种不同的方法,直接倾斜控制(DTC)和转向倾斜控制(STC)。

DTC 使用执行器将倾斜扭矩直接施加到车辆的倾斜动力学上。这允许控制器将车辆定位在任何所需角度。另一种方法是STC,平衡车辆的控制输入是道路和车轮之间的侧向力,这是与控制车辆横向模式相同的横向力。由于输入取决于转向,因此该方法称为“转向倾斜控制”。[1]

4。NTV车辆形式的选择

整车布局形式、结构和尺寸等受制于其使用条件,现有的生产力制造水平和生产成本。三轮NTV 车辆的前后轮布置形式千变万化,主要分为正三轮(前一后二)和倒三轮(前二后一)。正三轮的设计相对简单,通过前轮转向同时带动车身倾斜,后两轮不发生倾斜。但它也存在所有正三轮所具有的致命点,就是如果转向的速度太快,容易产生侧翻,降低了车辆的稳定性。相比于正三轮,倒三轮虽然具有高速过弯时的稳点性,但倒三轮在转向时前面两轮的差速问题却难以解决。因为我们设计的车辆是一辆轻载的单人快速通勤车辆,其要实现的是快速通过性,而前轮的差速问题可以通过选择车辆的驱动形式进行弥补和调整,所以综上所述,我们将设计的NTV车辆选择采用前二后一的车轮布局形式。

1)驱动形式

关于三轮NTV驱动形式的考虑,其可以分为前轮驱动和后轮驱动,三轮驱动的形式受制于车辆稳定性影响,我们不予考虑。在正三轮上,大都采用普通电机+差速器形式的后轮驱动,其结构类似于汽车的后驱动桥。虽然完美的解决了后轮的差速问题,提高了车辆的稳定性,但这样的结构必然占用了很多的后部空间。不利于人机布局和质心位置控制。同样的,倒三轮如果考虑到前轮的差速问题,在前轮采用普通电机+差速器的驱动方式,会占用前部空间,使得前面的腿部空间就会显得局促,不利于人机布置。驱动电机可分为普通电机和轮毂电机,选择轮毂电机实现倒三轮的两前轮驱动,可以通过控制器控制两个驱动轮的转速差来实现差速,但会增加控制的复杂程度,同时增加了许多的传感器,给予机械结构带来太多的不稳定性因素。如果选择后轮轮毂电机驱动,让两前轮可以自由转动,能够适当的解决车轮的差速问题。因为不需要对两前轮的差速控制,简化了结构,降低了车辆的质量,提高车辆的动力性。

2)转向形式

NTV 车辆与其它类型车辆的最大不同点在于其车身在转向时候可实现倾斜。通过在转弯时控制车身向弯心方向的倾斜,使整车的质心位置产生绕车身纵向(车辆模型的YZ平面)旋转一定的角度。因为整车的质心位置产生侧偏,在水平方向上产生一个向心的分力,而该向心力与过弯时车辆产生的离心力时刻保持在同一平面,并且这两个力共线,等大,反向。由牛顿定律知这两个力是一对平衡力,并且在转向时候时刻处于二力平衡的效果。其好处是实现NTV 车辆在过弯时不需要有太多的减速,甚至可以加速通过弯道的工况。结果是最大化的利用车辆的动能,节约能源。

市场上可见的转向形式有两种,一种是前轮倾斜加转向,另外一种是前轮倾斜,后轮转向。前者代表车辆为逗哈的itank和imigo,其主要采用的是一种下置式可侧倾斜偏摆的双前轮设计结构,实现转向同时车轮倾斜带动车身倾斜。虽然该种设计结构实现了车身倾斜,但是在转弯过程中,转向把存在死点,造成驾乘人员在转向时,明显感到回正力矩过大,需要配合人体倾斜。其两前轮的倾斜装置,类似于汽车上的独立悬架,所以可以实现两前轮高度差,辅助车辆转向。但是由于前轮集成了转向和倾斜,造成车辆转向系统设计过于复杂,加工制造成本偏高。第二种转向形式代表车型为丰田的I-ROAD,其特点是前轮倾斜,后轮转向。并且通过前轮高度差来辅助车辆转向,实现后转向轮不需要很大的转角就可以实现转向的目的,而且避免了车辆转向时候的死点问题。但是不可避免的是车辆的转向系统变得复杂,尤其是采用传统的转向结构时,转向机构需要贯穿整个车体,势必会占有空间影响其他结构的布置。但是如果采用电子控制转向或者液压控制转向就可以很好的避免空间的占用问题。

3)倾斜形式

NTV 车辆实现车身倾斜的形式也多种多样,从控制上来分类,大体分为两种,一种是主动式倾斜,一种是被动式倾斜。主动式倾斜通过车载计算机计算处理,在转弯过程中即时调整车身的倾斜角度,让车辆时刻处于最佳的力矩平衡状态,实现车辆的稳定性状态。被动式倾斜是指车辆在转弯时,由于车身的惯性力,自身的侧倾而被动的调整车身的实时动态。从而实现转向过程的稳定性。这两种倾斜形式的最简单的区分方法就是当车辆停止时,人力去推车辆的侧边,能够发生倾斜的一般都是被动倾斜式,而人力推动无变化,只有人为的去转动方向盘,车身才会实现倾斜的是主动式倾斜。 与被动式倾斜相比,主动式倾斜可以人为的去控制车身的倾斜,减少驾乘人员的紧张感。同时可以满足在入弯时,可以根据具体情况,在人为的控制车身倾斜转向的同时,车载计算机可以给予一定的辅助,避免像被动式倾斜转向入弯时需要减速的情况,提高了车辆的行驶稳定性。

5。总结

综合文献,我们选择采用单一后轮轮毂电机驱动车辆。简化车辆动力结构,为其他部分让出空间,便于控制质心位置,降低总布置难度,提高车辆的动力性。选择前轮不倾斜通过转轴使车身倾斜的方式,后轮转向的结构。通过液压控制转向系统,解决转向机构需要贯穿车体的问题,为其他总成件的布置让出空间。我们在三轮NTV的设计过程中,采用主动式倾斜转向,提高车辆的行驶稳定性。

参考文献

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[3] Berote,J,Darling, J,Plummer,A. Development of a tilt control method for a narrow-track three-wheeled vehicle[J]. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers,2012,226(1).

[4]Hibbard,R。和 Karnopp,D 。:控制倾斜车辆倾斜角度的方法。进阶《汽车技术》,DSC-Vol 52,ASME(1993),第 311-320 页。

[5]赵艳娥,张建武. 轮毂电机驱动电动汽车电子差速系统研究[J]. 系统仿真学报,2008,18:4767-4771+4775.

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[7]袁焕。 基于人机工程学的微型电动汽车设计[J]。 黄石理工学院学报,2011,06:11-13。

[8]陈辛波,梁栋,武晓俊,黄露。 线控独立转向-悬架导向机构的设计与分析[J]。 同济大学学报(自然科学版),2014,10:1567-1571。

[9]闫雪. 纯电动汽车的操纵稳定性和平顺性研究[D].南昌:南昌大学,2012.

[10]宋洪宁. 电动汽车用无刷直流电机控制器设计与实现[D].济南:山东大学,2014.

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[14] J. Berote. Development of a Tilt Control Methodfor a Narrow Track Three Wheeled Vehicle [D].Bath:University of Bath,2011.

[15]王望予 主编。汽车设计[M]。第4版。北京:机械工业出版社,2007。

[16]于丛赫,王凌,孙策,张宇. 可倾斜式车辆转向机构的设计[J]. 传动技术,2013,09:30-35.

2.本课题要研究或解决的问题和拟采用的研究手段(途径):

要解决的问题:确定关于消费者对于三轮NTV车辆的市场需求,合理地选择整车的布局形式,性能指标以及相关的技术参数,并提出整车初步的设计方案。提出各零部件总成的相关技术要求和产品设计参数,协调好整车与总成件之间的相互匹配关系。对于人机设计,参考汽车和电单车的人机设计,选择合理的人机坐姿,进一步确定人机相关的各部分设计硬点。与车身主动倾斜悬架机构设计相协调共同完成各总成件的设计,满足设计的人机工程学,使整车的性能、可靠性,人机工程达到车身主动倾斜悬架机构的设计要求。设计过程中,总成件之间的设计关系由设计硬点来协调。在确定车辆布局形式时,通过对人体H点的确定,由踵点发散出来,通过人体坐姿确定人体头部空间及手臂空间。进一步确定车辆的硬点参数,并与初定硬点参数比较,完成校核工作。

研究手段:本课题旨在根据动力学计算分析结果,采用汽车车身主动倾斜悬架机构设计的方法,完成该NTV车辆的车身主动倾斜悬架机构设计校核及人机工程仿真工作。 NTV的车身主动倾斜悬架机构和人机校核工作与汽车设计一样。都要遵循汽车设计的思路与方式。其主要手段有:

a) 分析同类型车的系统组成及要求,评价系统性能,初步确定整车结构方案,主要的性能参数和车身主动倾斜悬架机构设计流程;

b) 整车的硬点确定,建立硬点与各总成件之间的相互关系;

c) 参考标杆车型,对整车的空间基本构造确定;

d) 根据各部分初步设计反馈,进行车身主动倾斜悬架机构校核,协调各总成和设计参数之间关系;

e) 人机工程及人机校核;

f) 整车模型建立,参数冻结。

本课题所述 NTV车身主动倾斜悬架机构及人机工程设计过程是一个正向的设计流程,整车外观尺寸由人机坐姿开始,确定坐姿位置及驾乘人员的驾驶方式,就可以根据人机工程来确定整车的外观尺寸。满足车身主动倾斜悬架机构及车辆的性能要求,粗定车辆的质心位置和轴荷分配。进一步确定动力模块,转向系统等。

由于三轮 NTV的车身主动倾斜悬架机构设计与人机校核有密不可分,所以要满足设计要求与功能的实现,NTV车身主动倾斜悬架机构需要与人机校核紧密联系。在设计过程中还要进一步对人机校核提出要求。同时,因为NTV用的是钢管车架,NTV的所有结构件必须在车架上进行安装。采用模块化设计,负责倾斜的倾斜机构位于前车架,负责转向与动力的后轮动力单元在后车架上,所以在NTV的车身主动倾斜悬架机构的硬点参数与车架设计的硬点参数要严格的保持一致。

指导教师意见:

1.对“文献综述”的评语:

2.对本课题的深度、广度及工作量的意见和对设计(论文)结果的预测:

指导教师:

年   月   日

所在专业审查意见:

负责人:

年   月   日

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