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目錄HYPERLINK1。2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 PAGEREF_Toc309632710\h4HYPERLINK2。1汽車懸架系統(tǒng)簡介?PAGEREF_Toc309632712\h7HYPERLINK\l”_Toc309632713"2.2汽車空氣懸架結(jié)構(gòu)組成 PAGEREF_Toc309632713\h10HYPERLINK\l”_Toc309632718”2.3汽車空氣懸架系統(tǒng)的特性 PAGEREF_Toc309632718\h13HYPERLINK\l"_Toc309632721"2.4汽車空氣懸架的優(yōu)缺點?PAGEREF_Toc309632721\h14HYPERLINK\l”_Toc309632722"(一)汽車空氣懸架的優(yōu)點 09632722\h15HYPERLINK\l"_Toc309632723"(二)汽車空氣懸架的缺點 15HYPERLINK\l"_Toc309632724"第三章奧迪A6L懸架系統(tǒng)?PAGEREF_Toc309632724\h16HYPERLINK\l"_Toc309632725”3。1奧迪A6簡介?PAGEREF_Toc309632725\h16HYPERLINK\l”_Toc309632727"3.2空氣懸架系統(tǒng) PAGEREF_Toc309632727\h18HYPERLINK\l"_Toc309632730"3.2.1空氣懸架系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)?PAGEREF_Toc309632730\h18HYPERLINK\l”_Toc309632731”3.2.2空氣懸架系統(tǒng)的原理 PAGEREF_Toc309632731\h19HYPERLINK\l"_Toc309632732"3.2。3空氣懸架系統(tǒng)的主要特點 PAGEREF_Toc309632732\h19HYPERLINK3.3奧迪A6懸架系統(tǒng)原理 PAGEREF_Toc309632733\h19HYPERLINK第四章 奧迪A6L懸架系統(tǒng)檢修 PAGEREF_Toc309632734\h21HYPERLINK4.2顯示檢修 PAGEREF_Toc309632736\h22HYPERLINK\l"_Toc309632737”4.3系統(tǒng)部件?PAGEREF_Toc309632737\h23HYPERLINK\l"_Toc309632738"參考文獻(xiàn) PAGEREF_Toc309632738\h24HYPERLINK\l"_Toc309632739”附錄一:英文專業(yè)文摘及翻譯 PAGEREF_Toc309632739\h25HYPERLINK PAGEREF_Toc309632740\h32摘要:汽車懸架系統(tǒng)是傳遞車身與輪胎之間各種力和力矩的連接裝置.汽車懸架系統(tǒng)基本上是由彈性元件、減振器和導(dǎo)向機構(gòu)三大部分組成。這三部分分別起緩沖、減振和導(dǎo)向作用,共同承擔(dān)傳遞輪胎與車身之間的各種力和力矩的任務(wù).懸架作為上述各種力和力矩的傳動裝置,其性能的好壞是影響汽車行駛平順性和操縱穩(wěn)定性最重要、最直接的因素.ABSTRUCT::Thevehiclesuspensionsystemisaconnectingdevice,whichtransmitvariousforceandmomentbetweenbodyandtire.Thevehiclesuspensionsystemismainlyconsistedofspringcomponents,dampercomponentsandorientationmachine。Thethreepartsrespectivelyperformsthefunctionsofcushiondampingandorientation,andcooperatewitheachothertofinishthetaskthattransfersallkindsofforcesandtorquesfromtirestovehiclebody。Asthiskindofequipmentthetransferringcharacteristicsofthesuspensionsystemisthemostimportantanddirectfactorsthatinfluencethevehiclerideperformanceandhandlingperformance.引言1.1課題的意義近幾年,我國的汽車業(yè)得到了飛速的發(fā)展,汽車銷售量己經(jīng)排名全球第一。與此同時,越來越多的家庭期望擁有私家車,但人們對汽車的要求也越來越高。人們希望汽車經(jīng)濟實惠,舒適安全,還追求一定的駕駛樂趣。汽車懸架是汽車的重要組成部分。作為汽車各種力和力矩的傳動裝置,懸架的性能直接影響汽車的舒適性和操縱性。所以加強對懸架的研究,是汽車設(shè)計師一直關(guān)注的問題和工作重點。他們期望通過提高懸架的性能來提升整個汽車的操縱穩(wěn)定性和平順性.懸架性能的研究,自然需要有關(guān)于懸架的評價指標(biāo)。目前對于懸架的評價,由于方法的不同,而沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn),需要在懸架動力學(xué)和彈性動力學(xué)的系統(tǒng)的評價指標(biāo)做進一步探索和研究。期望有比較系統(tǒng)的歸納和分類來進行懸架性能的研究.1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀空氣彈簧誕生于19世紀(jì)中期,早期用于機械設(shè)備隔振.1947年,美國首先在普爾曼車上使用空氣彈簧,到目前為止,美國在重型載貨車上空氣懸架的占有率是85%,比1988年增長了54%;大約82%的拖掛車使用空氣懸架,比10年前增長了15%,歐洲大約與之保持相同的增長速度??諝鈶壹茉谳p型貨車上的應(yīng)用目前雖然只占市場份額的5%,但已呈現(xiàn)出快速增長的趨勢,火石公司(Firestone)預(yù)測到2003年,空氣懸架在輕型車市場占有率將達(dá)到10%,2008年將達(dá)到40%。空氣懸架在旅游車、長途客車及高速客車市場也占有極大的份額,到1994年,聯(lián)邦德國生產(chǎn)的55種大、中型公共汽車中,已有38種使用了空氣懸架,國外高級大客車幾乎全部使用空氣懸架;部分轎車也逐漸安裝空氣彈簧懸架,如Benz300SE和Benz600。我國雖然從50年代就開始了對空氣懸架的研究工作,但由于設(shè)計及制造等復(fù)雜因素的影響,一直未能得到推廣應(yīng)用.近年來,隨著汽車技術(shù)的發(fā)展及國外空氣懸架的引進,小部分國產(chǎn)高級旅游車開始采用國外購置的空氣懸架,如沈陽飛機汽車制造廠、北方汽車制造廠、廈門金龍聯(lián)合汽車公司、亞星客車集團公司、丹東汽車制造廠等生產(chǎn)的客車。隨著空氣懸架應(yīng)用的推廣,對空氣彈簧、導(dǎo)向機構(gòu)及控制機構(gòu)的研究也得到了重視。J.R.EVANS等人在1970年做了空氣彈簧垂直特性實驗,建立空氣彈簧垂直動態(tài)特性模型;1994年做了空氣彈簧的側(cè)向特性實驗,在大頻率和大幅值情況下,測量了空氣彈簧在不同載荷下的側(cè)向力和變形。KatsuyaYoyofuku等通過研究振動頻率和彈簧反應(yīng)之間的關(guān)系,分析管道和氣室對彈簧特性變化的影響。交通部重慶公路科學(xué)研究所的丁良旭對空氣懸架的一些性能進行了探討,擬合了空氣彈簧的特性曲線。JonBunne和RogerJable研究了空氣懸架對傳動系統(tǒng)振動的影響。JohnWoodrooffe通過試驗分別評價了重型貨車空氣彈簧懸架和鋼板彈簧懸架的路面附著性和行駛平順性??諝鈶壹芟到y(tǒng)的特性:1、空氣彈簧的特點(1)空氣彈簧具有非線性特性,可將其特性曲線設(shè)計成理想形狀.如圖1所示空氣彈簧特性曲線,靜、動剛度隨著載荷的增加而增大。(2)空氣彈簧質(zhì)量輕,內(nèi)摩擦極小,對高頻振動有很好的隔振、消聲能力。(3)空氣彈簧的剛度和承載能力可以通過調(diào)節(jié)橡膠氣囊內(nèi)的壓力來調(diào)整。(4)空氣彈簧制造工藝復(fù)雜,費用高。2、空氣懸架對整車性能的影響(1)空氣懸架為剛度可變的非線性懸架.當(dāng)簧載質(zhì)量變化時,剛度隨之變化,以保持空載和滿載時車身高度相同,懸架固有頻率基本不變。根據(jù)需要,可以選擇不同的氣囊工作高度,獲得理想的固有頻率,從而得到良好的行駛平順性。(2)空氣懸架質(zhì)量輕,彈簧剛度低,高速行駛時,輪胎與地面的附著能力強,制動距離短;轉(zhuǎn)向時,過多轉(zhuǎn)向和不足轉(zhuǎn)向傾向減小,轉(zhuǎn)向穩(wěn)定性強,提高了整車的操縱穩(wěn)定性。(3)空氣彈簧內(nèi)的空氣壓力直接反映了簧載質(zhì)量,可取空氣壓力作為信號,控制制動缸內(nèi)的氣壓,來控制制動時的制動力,更好地保證了行駛安全性。(4)可通過給空氣彈簧氣囊充氣或放氣來調(diào)節(jié)車身高度。在平坦的路面上,降低車身高度,保持空氣阻力系數(shù)為最佳值,可以減小油耗或在功率不變的情況下獲得最大車速.在崎嶇不平的道路上,為了通過障礙物,可以提高車身高度。(5)減少整車的振動噪聲,提高汽車零部件使用壽命。(6)由于空氣懸架剛度低,輪胎動載荷小,能夠降低載重汽車對高速公路的破壞。第二章汽車懸架系統(tǒng)2.1汽車懸架系統(tǒng)簡介簡單來說,懸掛系統(tǒng)就是指由車身與輪胎間的彈簧和避震器組成整個支持系統(tǒng)。懸掛系統(tǒng)應(yīng)有的功能是支持車身,改善乘坐的感覺,不同的懸掛設(shè)置會使駕駛者有不同的駕駛感受。外表看似簡單的懸掛系統(tǒng)綜合多種作用力,決定著轎車的穩(wěn)定性、舒適性和安全性,是現(xiàn)代轎車十分關(guān)鍵的部件之一。一般來說,汽車的懸掛系統(tǒng)分為非獨立懸掛和獨立懸掛兩種,非獨立懸掛的車輪裝在一根整體車軸的兩端,當(dāng)一邊車輪跳動時,另一側(cè)車輪也相應(yīng)跳動,使整個車身振動或傾斜;獨立懸掛的車軸分成兩段,每只車輪由螺旋彈簧獨立安裝在車架下面,當(dāng)一邊車輪發(fā)生跳動時,另一邊車輪不受影響,兩邊的車輪可以獨立運動,提高了汽車的平穩(wěn)性和舒適性。由于現(xiàn)代人對車子乘坐舒適性及操縱安定性的要求愈來愈高,所以非獨立懸掛系統(tǒng)已漸漸被淘汰。而獨立懸掛系統(tǒng)因其車輪觸地性良好、乘坐舒適性及操縱安定性大幅提升、左右兩輪可自由運動,輪胎與地面的自由度大,車輛操控性較好等優(yōu)點目前被汽車廠家普遍采用.常見的獨立懸掛系統(tǒng)有多連桿式懸掛系統(tǒng)、麥佛遜式懸掛系統(tǒng)、燭式懸掛系統(tǒng)、拖曳臂式懸掛系統(tǒng)等等。首先我們來看看最常見的麥佛遜式和燭式懸掛系統(tǒng).它們形狀相似,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。燭式采用車輪沿主銷軸方向移動的懸架形式,形狀似燭形而得名.特點是主銷位置和前輪定位角不隨車輪的上下跳動而變化,有利于汽車的操縱性和穩(wěn)定性。麥克弗遜式是絞結(jié)式滑柱與下橫臂組成的懸架形式,減振器可兼做轉(zhuǎn)向主銷,轉(zhuǎn)向節(jié)可以繞著它轉(zhuǎn)動.特點是主銷位置和前輪定位角隨車輪的上下跳動而變化,這點與燭式懸架正好相反。這種懸架構(gòu)造簡單,布置緊湊,前輪定位變化小,具有良好的行駛穩(wěn)定性。所以,目前轎車使用最多的獨立懸架是麥弗遜式懸架。關(guān)于麥弗遜懸架,車壇歷史上還有這么一段記載。麥弗遜(Mcpherson)是美國伊利諾斯州人,1891年生。大學(xué)畢業(yè)后他曾在歐洲搞了多年的航空發(fā)動機,并于1924年加入了通用汽車公司的工程中心。30年代,通用的雪佛蘭分部想設(shè)計一種真正的小型汽車,總設(shè)計師就是麥弗遜。他對設(shè)計小型轎車非常感興趣,目標(biāo)是將這種四座轎車的質(zhì)量控制在0.9噸以內(nèi),軸距控制在2。74米以內(nèi),設(shè)計的關(guān)鍵是懸架。麥弗遜一改當(dāng)時盛行的板簧與扭桿彈簧的前懸架方式,創(chuàng)造性地將減振器和螺旋彈簧組合在一起,裝在前軸上.實踐證明這種懸架形式的構(gòu)造簡單,占用空間小,而且操縱性很好。后來,麥弗遜跳槽到福特,1950年福特在英國的子公司生產(chǎn)的兩款車,是世界上首次使用麥弗遜懸架的商品車。麥弗遜懸架由于構(gòu)造簡單,性能優(yōu)越的緣故,被行家譽為經(jīng)典的設(shè)計。在來看看拖曳臂式懸掛系統(tǒng),拖曳臂式懸掛系統(tǒng)是專為后輪設(shè)計的懸掛系統(tǒng),像標(biāo)致車系、雪鐵龍車系、歐寶車系等歐洲轎車比較喜歡采用這種懸掛系統(tǒng)。對于拖曳臂式懸吊的復(fù)雜結(jié)構(gòu)由于專業(yè)性過強,我們在此不作介紹.您只需要了解拖曳臂式懸掛系統(tǒng)的最大優(yōu)點是左右兩輪的空間較大,而且車身的外傾角沒有變化,避震器不發(fā)生彎曲應(yīng)力,所以摩擦小,乘坐性佳,當(dāng)其剎車時除了車頭較重會往下沉外,拖曳臂懸吊的后輪也會往下沉平衡車身;而其缺點是無法提供精準(zhǔn)的幾何控制,所以某些車廠就會結(jié)合一些連桿來解決,形成復(fù)雜的多連桿懸掛。最后再來看看多連桿懸掛系統(tǒng),多連桿懸掛系統(tǒng),又分為5連桿后懸掛和4連桿前懸掛系統(tǒng)。顧名思義,5連桿后懸掛系統(tǒng)包含5條連桿,分別為控制臂、后置定位臂、上臂、下臂和前置定位臂,其中控制臂可以調(diào)整后輪前束。5連桿懸掛的優(yōu)點是構(gòu)造簡單、重量輕,減少懸掛系統(tǒng)占用的空間。5連桿后懸掛能實現(xiàn)主銷后傾角的最佳位置,大幅度減少來自路面的前后方向力,從而改善加速和制動時的平順性和舒適性,同時也保證了直線行駛的穩(wěn)定性,因為由螺旋彈簧拉伸或壓縮導(dǎo)致的車輪橫向偏移量很小,不易造成非直線行駛。在車輛轉(zhuǎn)彎或制動時,5連桿后懸掛結(jié)構(gòu)可使后輪形成正前束,提高了車輛的控制性能,減少轉(zhuǎn)向不足的情況。同時緊湊的結(jié)構(gòu)增加了后排座椅和行李廂空間。由于這種懸掛優(yōu)點顯著,易于調(diào)整,因而受到廣泛的歡迎。而全新的4連桿前懸掛系統(tǒng)多用于豪華轎車,它通過運動學(xué)原理巧妙地將牽引力、制動力和轉(zhuǎn)向力分離,同時賦予車輛精確的轉(zhuǎn)向控制。4連桿式懸掛系統(tǒng)在奧迪A4、A6以及中華轎車上都可以看到。所以車主們在選購輕巧型轎車的時候,懸掛的最佳搭配應(yīng)該是前輪麥佛遜式或者燭式懸掛系統(tǒng),后輪拖曳臂式懸掛系統(tǒng),如何是非獨立懸掛的最好不要采用.在選購高檔車輛的時候不用說當(dāng)然是選擇4連桿的懸掛系統(tǒng)了。少了一種懸掛種類懸掛系統(tǒng)有三種基本形式,即非獨立懸掛、獨立懸掛和介于這兩者之間的半獨立懸掛。非獨立懸掛由于是用一根桿件直接剛性地連接在兩側(cè)車輪上,一側(cè)車輪受到的沖擊、振動必然要影響另一側(cè)車輪,這樣自然不會得到較好的操縱穩(wěn)定性及舒適性,同時由于左右兩側(cè)車輪的互相影響,也容易影響車身的穩(wěn)定性,在轉(zhuǎn)向的時候較易發(fā)生側(cè)翻。目前,瑞風(fēng)、風(fēng)行采用的就是這種結(jié)構(gòu).獨立懸掛底盤扎實感非常明顯。由于采用獨立懸掛汽車的兩側(cè)車輪彼此獨立地與車身相連,因此從使用過程來看,當(dāng)一側(cè)車輪受到?jīng)_擊、振動后可通過彈性元件自身吸收沖擊力,這種沖擊力不會波及另一側(cè)車輪,使得廠家可在車型的設(shè)計之初通過適當(dāng)?shù)恼{(diào)校使汽車在乘坐舒適性、穩(wěn)定性、操縱穩(wěn)定性三方面取得合理的配置。華晨閣瑞斯就是采用這種結(jié)構(gòu),這種底盤基本都用在轎車設(shè)計中,讓乘坐者感受轎車的舒適感,保證駕乘人員在長時間行駛過程中有舒適享受,不會受到輕客底盤帶來的顛跛之苦。半獨立懸實際上是非獨立懸掛的一種特殊形式,因為它的兩側(cè)車輪也由一根桿件直接連接,只不過這根桿件的材料并非完全剛性的,而是具有較好的扭曲特性,當(dāng)一側(cè)車輪受到?jīng)_擊力后,對另一側(cè)車輪的影響并不像非獨立懸掛那樣強烈,但卻也很難達(dá)到獨立懸掛所具有的水平。這種形式實際上也是汽車廠家出于節(jié)約成本的角度所考慮所采用的,別克GL8采用的也是這種結(jié)構(gòu)。懸架按結(jié)構(gòu)特點可分為獨立懸架和非獨立懸架兩大類。非獨立懸架是通過一根車軸將左右車輪連成一個整體,然后通過兩個懸架彈簧將這個整體車軸同車架或車身相連。非獨立懸架多用于貨車和公共汽車的前輪和后輪,乘用車從舒適性和高速行車的穩(wěn)定性需要出發(fā),多用于后輪,而前輪一般不采用。采用鋼板彈簧的非獨立懸架結(jié)構(gòu)簡單、造價低廉,并且轉(zhuǎn)向時鋼板彈簧的偏角很小。除縱置鋼板彈簧的非獨力懸架不需要加裝導(dǎo)向桿件外,其他采用螺旋彈簧、空氣彈簧(主要用于大客車上)的非獨立懸架都必須設(shè)置能約束車軸運動的導(dǎo)向桿。獨立懸架的左右車輪不是由一個整體車軸連在一起的,它的兩邊的車輪運動相互沒有聯(lián)系,這類懸架型式有如下優(yōu)點:汽車懸架彈簧下的重量減輕了,乘用車的舒適性得到了改善??梢匝b用很軟的彈簧,從而能提高乘車的舒適性。?能預(yù)防前輪擺振的發(fā)生。對于FR型汽車的后輪,它可將差速器固定在車身的側(cè)面,從而使車身底版和后座椅的離地高度降低、汽車的重心也能降低.與以上優(yōu)點相對的是這種懸架型式存在如下的缺點:獨立懸架的結(jié)構(gòu)復(fù)雜,制造成本高.汽車保養(yǎng)、修理困難.汽車行使時前輪定位和輪距常發(fā)生變化,因此有時輪胎磨損較大.根據(jù)獨立懸架的獨立特點,它多采用在乘用車的前后輪和中、小型貨車的前輪上。獨立懸架有多種結(jié)構(gòu)型式,其中應(yīng)用較多的由雙搖臂式、燭式、擺臂式、半后延擺臂式等獨立懸架。2。2汽車空氣懸架結(jié)構(gòu)組成汽車空氣懸架系統(tǒng)主要由空氣彈簧、導(dǎo)向機構(gòu)、高度控制閥、減振器、橫向穩(wěn)定器和緩沖限位塊等組成.以空氣彈簧為彈性元件,利用空氣的可壓縮性實現(xiàn)其彈性作用的。通過壓縮空氣的壓力能夠隨著載荷和道路條件變化進行自動調(diào)節(jié),不論滿載還是空載,整車高度幾乎沒有變化,可以大大提高乘坐的舒適性。(一)空氣彈簧空氣彈簧是一橡膠/簾布結(jié)構(gòu)的氣囊,以空氣為介質(zhì),利用空氣具有的壓縮彈性的性質(zhì)所制成的彈簧.根據(jù)橡膠氣囊工作時的變形方式,空氣彈簧一般分囊式空氣彈簧和膜式空氣彈簧(如圖1)。囊式空氣彈簧由夾有簾線的橡膠制成的氣囊和密閉在其中的壓縮空氣構(gòu)成。氣囊外層由耐油橡膠制成單節(jié)或多節(jié),節(jié)數(shù)越多彈簧越軟,節(jié)與節(jié)之間圍有鋼質(zhì)腰環(huán),防止兩節(jié)之間摩擦。氣囊上下蓋板將空氣封于囊內(nèi),其主要靠橡膠氣囊的撓曲獲得彈性變形.膜式空氣彈簧由橡膠片和金屬壓制件組成,在蓋板和底座之間放置一圓柱形橡膠氣囊.其主要靠橡膠氣囊的卷曲獲得彈性變形。囊式空氣彈簧壽命較長、制造方便、剛度較大,常用于載貨汽車上;膜式空氣彈簧尺寸較小、彈性特性曲線更理想、剛度較小,常用于轎車上。圖2-1空氣彈簧(二)導(dǎo)向機構(gòu)由于空氣彈簧只能承受垂直載荷,要傳遞作用在車輪和車架〔或車身〕之間的一切力(縱向力和側(cè)向力)和其力矩,必須在汽車空氣懸架中設(shè)計導(dǎo)向機構(gòu).導(dǎo)向機構(gòu)的形式很多,目前典型的導(dǎo)向機構(gòu)有如下幾種.1、板簧式導(dǎo)向機構(gòu)主要用于復(fù)合式空氣彈簧懸架中,鋼板彈簧主要作用為導(dǎo)向元件,同時也承擔(dān)一部分載荷,兼起一部分彈性元件的作用。日野、日產(chǎn)及韓國的部分大中型客車都采用這種懸架結(jié)構(gòu)型式。這種導(dǎo)向機構(gòu)對于具有縱梁或類似縱梁的汽車底盤結(jié)構(gòu)布置比較方便,對于傳統(tǒng)的工字型鍛造前梁和鑄造后橋殼,不需進行改造,可直接裝置空氣懸架。常見有縱置半橢圓鋼板彈簧導(dǎo)向機構(gòu)和縱置四分之一橢圓鋼板彈簧導(dǎo)向機構(gòu)。2、縱向單臂式導(dǎo)向機構(gòu)縱向單臂式導(dǎo)向機構(gòu)類似于縱置四分之一橢圓鋼板彈簧導(dǎo)向機構(gòu),所不同的是縱臂采用剛性臂,而縱置四分之一橢圓鋼板彈簧導(dǎo)向機構(gòu)采用彈性臂,這種導(dǎo)向機構(gòu)必須設(shè)置橫向推力桿,用來承擔(dān)側(cè)向力。該導(dǎo)向機構(gòu)可降低汽車縱向傾覆力矩中心位置,增加了車身抗縱傾能力。前懸架導(dǎo)向臂一般較長??杀3种麂N后傾角不變。通常導(dǎo)向臂與車橋及車架彈性連接,消除了剛性連接應(yīng)力集中的影響,也可減少噪聲的傳遞.3、A形導(dǎo)向機構(gòu)A形導(dǎo)向機構(gòu)可以看成是縱向單臂式導(dǎo)向機構(gòu)的特殊型式,它將兩根縱置剛性臂通過與車架上一點的連接構(gòu)成A形架,在傳遞縱向力的同時還傳遞側(cè)向力。A形架可避免導(dǎo)向機構(gòu)內(nèi)的附加載荷,克服了縱向單臂式導(dǎo)向機構(gòu)的缺點.A形架的另一優(yōu)點是可使左右空氣彈簧中心距較大,大大提高了懸架的側(cè)向角剛度。但是該結(jié)構(gòu)為了減少輪胎磨損,避免空氣彈簧有過大的垂直位移,常把A形架做得很大以增加擺臂長度,使得導(dǎo)向機構(gòu)尺寸和重量變大。4、四連桿導(dǎo)向機構(gòu)四連桿導(dǎo)向機構(gòu)是空氣彈簧懸架系統(tǒng)廣泛采用的一種結(jié)構(gòu)型式。它常采用兩種結(jié)構(gòu)型式,一種主要用于前懸架;另一種主要用于后懸架。如依卡露斯256前懸架、三菱扶桑MP158前懸架等,這種導(dǎo)向機構(gòu)采用一根上縱向推力桿,二根下縱向推力桿和一根橫向推力桿組成。依卡露斯256后懸架、日野RE大客車后懸架等其四連桿導(dǎo)向機構(gòu)采用兩根上縱向推力桿在水平面內(nèi)傾斜布置的方式,構(gòu)成了一個三角形架,上推力桿不僅承受縱向力,也承受側(cè)向力。(三)高度控制閥組件高度控制閥組件是用來控制空氣彈簧內(nèi)氣體壓力的執(zhí)行機構(gòu),裝配在車架和車橋之間,用來感知車身與懸架之間高度變化,即空氣彈簧撓度變化,調(diào)整空氣彈簧的剛度,使之維持在標(biāo)準(zhǔn)高度附近。高速時降低車身,保持汽車穩(wěn)定性,減少空氣阻力。在起伏不平的路面情況下,提高車身高度以提高汽車通過性。高度控制閥根據(jù)閥門開閉對車身振動反應(yīng)時間分為即時型和延時型。所謂即時型高度控制閥即當(dāng)車身有相對位移時,高度控制閥就有充放氣動作。這就要求控制設(shè)備精度高,氣路密封性好,同時所有的控制設(shè)備每時都處于工作狀態(tài),工作負(fù)荷較大;延時型高度控制閥避免了這種頻繁工作的現(xiàn)象。延時型高度控制閥通過延時裝置產(chǎn)生阻尼,延緩閥門的動作,其延時時間一般為1—6s,通常使用時間為2—4s,即在兩個振動周期左右不敏感,以節(jié)省壓縮空氣無益的消耗,減小了閥中各零部件的磨損,延長了高度控制閥的使用壽命,所以被普遍采用。(四)減振器減振器的作用是吸收懸架彈性元件變形時的車輛振動,使其迅速恢復(fù)平穩(wěn)狀態(tài),以改善汽車行駛的平穩(wěn)性.空氣懸架系統(tǒng)減振器是一種高性能減振器,該減振器性能隨載荷的增減而改變,有很高的拉伸強度,具有極限行程的限位作用.(五)橫向穩(wěn)定器安裝橫向穩(wěn)定器的目的是為了提高汽車抗側(cè)傾能力和保證汽車具有良好的轉(zhuǎn)向特性。如果空氣懸架導(dǎo)向機構(gòu)有足夠的側(cè)傾角剛度時可以沒有橫向穩(wěn)定器.(六)緩沖限位塊空氣懸架系統(tǒng)中緩沖限位塊的安裝形式有兩種,一種為安裝在空氣彈簧的蓋板或底座上,另一種為安裝在空氣彈簧以外的車架或車橋上。緩沖塊的作用是避免車架和車橋或?qū)驐U件之間的剛性沖擊。在車輛行駛過程中,緩沖塊經(jīng)常受到間斷性的沖擊壓縮,因此,緩沖塊應(yīng)具有足夠的強度且內(nèi)部應(yīng)力分布要均勻。當(dāng)空氣彈簧漏氣或氣囊損壞時,緩沖塊起到橡膠彈簧的作用。2.3汽車空氣懸架系統(tǒng)的特性(一)空氣彈簧的特性1、空氣彈簧的剛度特性汽車空氣懸架中空氣彈簧與常見的線性定剛度鋼板彈簧不同,它具有非線性剛度特性。其特性:(1)空氣彈簧的剛度是可變的,它取決于其工作壓力、有效面積和工作時的容積;(2)空氣彈簧剛度隨位移的變化是非線性的;(3)在工作壓力一定的情況下,減小有效面積變化率,增大空氣彈簧容積可減小其剛度。2、空氣彈簧的有效面積特性由于空氣彈簧氣囊是一個彈性體,一般情況下在空氣彈簧變形時有效面積是變化的,而且不同結(jié)構(gòu)形式的空氣彈簧,有效面積的變化是不同的。囊式空氣彈簧有效面積變化率較大,彈簧剛度較大。但可增加氣囊的曲數(shù),減小有效面積變化率(因氣囊的變形時由各個曲部平均分擔(dān),有效直徑變化率?。┗虿捎幂o助氣室以減小其剛度.膜式空氣彈簧有效面積的變化率比囊式彈簧小,并可通過改變底座形狀的方法控制其有效面積變化率,以獲得比較理想的彈性特性。3、空氣懸架頻率特性傳統(tǒng)的金屬彈簧懸架的彈簧剛度一般是固定的,所以當(dāng)簧載質(zhì)量發(fā)生變化時,懸架系統(tǒng)的固有頻率也隨之發(fā)生變化.當(dāng)簧載質(zhì)量增加,系統(tǒng)的固有頻率下降,反之上升.如果汽車的簧載質(zhì)量變化較大,固有頻率會劇烈變化,汽車的平順性變差??諝鈶壹茉诨奢d質(zhì)量即載荷發(fā)生較大變化時,空氣彈簧的內(nèi)部工作壓力也隨之改變;另一方面,彈簧剛度與彈簧載荷的比值基本保持一定值,即空氣彈簧上的載荷變化對系統(tǒng)的固有頻率影響不大—-準(zhǔn)等頻頻率特性。由于空氣懸架的固有頻率隨著空氣彈簧載荷(或內(nèi)部氣體有效壓力)的變化而變化的幅度很小,因此它被稱作“準(zhǔn)等頻懸架”。另外,我們可以通過降低空氣彈簧的工作壓力、減小有效面積變化率、增大空氣彈簧容積等簡單的措施減小其剛度,從而使空氣懸架具有較低的固有頻率。空氣懸架如此的頻率特性對改善汽車的平順性創(chuàng)造了極好的條件。(二)空氣懸架對整車的影響1、空氣懸架為剛度可變的非線性懸架.當(dāng)簧載質(zhì)量變化時,剛度隨之變化,以保持空載和滿載時車身高度相同,懸架固有頻率基本不變.根據(jù)需要,可以選擇不同的氣囊工作高度,獲得理想的固有頻率,從而得到良好的行駛平順性.2、空氣懸架質(zhì)量輕,彈簧剛度低,高速行駛時,輪胎與地面的附著能力強,制動距離短;轉(zhuǎn)向時,過多轉(zhuǎn)向和不足轉(zhuǎn)向傾向減小,轉(zhuǎn)向穩(wěn)定性強,提高了整車的操縱穩(wěn)定性.3、空氣彈簧內(nèi)的空氣壓力直接反映了簧載質(zhì)量,可取空氣壓力作為信號,控制制動缸內(nèi)的氣壓,來控制制動時的制動力,更好地保證了行駛安全性。4、可通過給空氣彈簧氣囊充氣或放氣來調(diào)節(jié)車身高度。在平坦的路面上,降低車身高度,保持空氣阻力系數(shù)為最佳值,可以減小油耗或在功率不變的情況下獲得最大車速。在崎嶇不平的道路上,為了通過障礙物,可以提高車身高度。5、減少整車的振動噪聲,提高汽車零部件使用壽命.6、由于空氣懸架剛度低,輪胎動載荷小,能夠降低載重汽車對高速公路的破壞。2。4汽車空氣懸架的優(yōu)缺點(一)汽車空氣懸架的優(yōu)點由于空氣彈簧有以上的一些特性,因此空氣懸架比傳統(tǒng)的金屬彈簧懸架具有很多的優(yōu)點。主要表現(xiàn)為:1、空氣彈簧具有非線性剛度特性,可將其特性曲線按實際需要進行理想設(shè)計,使在額定載荷附近具有較低的剛度值,以得到較低的固有振動頻率,保證了汽車良好的行駛平順性。2、空氣懸架質(zhì)量輕、彈簧剛度低,高速行駛時,可以提高輪胎的附著能力,提高在低附著系數(shù)路面上的起步能力,縮短制動距離;轉(zhuǎn)向時,過多轉(zhuǎn)向和不足轉(zhuǎn)向傾向減小,轉(zhuǎn)向穩(wěn)定性強,提高了整車的操縱穩(wěn)定性。3、負(fù)載變化時,借助高度控制閥,使車身高度不變。還可根據(jù)需要抬高或降低車身高度,以提高車輛的通過或方便乘客上下車.4、相對板簧結(jié)構(gòu)而言,空氣懸架車體平穩(wěn),從空載到滿載的整個范圍內(nèi)都能提供一種氣墊式的支承,能有效隔斷路面?zhèn)鬟f的振動,具有防震、防噪聲等功能。5、空氣彈簧的壽命取決于橡膠氣囊的壽命。試驗表明,空氣彈簧壽命相當(dāng)于鋼板彈簧的3-4倍。6、由于振動頻率低,減少了對道路的沖擊,保護路面,降低高速公路的維修費用。(二)汽車空氣懸架的缺點1、空氣彈簧結(jié)構(gòu)復(fù)雜,制造成本高.2、空氣彈簧尺寸大,布置困難。尤其是在非獨立懸架的布置上無法保證兩側(cè)的空氣彈簧有較大的中心距,從而使懸架側(cè)向角剛度較小,必須裝置橫向穩(wěn)定器。3、密封困難.空氣懸架密封環(huán)節(jié)多,密封不良而漏氣將直接影響懸架的性能.第三章奧迪A6L懸架系統(tǒng)3。1奧迪A6簡介HYPERLINK”http://baike。baidu.com/view/13873.htm”\t”_blank"奧迪A6(AudiA6)是一款由奧迪生產(chǎn)的豪華汽車,有轎車和旅行車兩種車型。它的主要HYPERLINK"http://baike.baidu.com/view/1449760.htm”\t”_blank”競爭對手包括梅塞德斯-奔馳E級、寶馬5系、HYPERLINK”http://baike.baidu。com/view/111328.htm”\t”_blank"阿爾法·羅密歐166、捷豹S型、雷克薩斯GS和HYPERLINK"http://baike.baidu.com/view/652894。htm”\t”_blank"沃爾沃S80。圖3—1奧迪A6奧迪A6L系一汽—大眾推出的國內(nèi)生產(chǎn)的技術(shù)最先進、性能最佳、國情適應(yīng)性最強的高檔豪華HYPERLINK"http://baike./view/544647。htm"\t”_blank”商務(wù)車,奧迪A6融入了奧迪在全球最先進的高科技獨家技術(shù),又進一步豐富了豪華的配置,并賦予其超強的HYPERLINK”http://baike。baidu.com/view/201906。htm”\t”_blank"運動特性,從設(shè)計到性能無不體現(xiàn)出完美品質(zhì)。其特點是更豪華、更動感、更成熟。豪華主要體現(xiàn)在HYPERLINK”http://baike。baidu。com/view/1003605。htm”\t”_blank"BOSE音響、電視/DVD和冰箱上,而且都是世界一流名牌產(chǎn)品.更動感體現(xiàn)在HYPERLINK”http://baike。bai/view/1277072.htm”\t”_blank"運動座椅、方向盤上;更成熟體現(xiàn)在奧迪A6經(jīng)過多次成功的升級,不僅達(dá)到了一個全新的標(biāo)準(zhǔn),而且可靠性很強。奧迪A6的multitronic無級/手動一體式HYPERLINK"http://baike。baidu。com/view/315824.htm"\t"_blank"變速箱,在豪華轎車歷史上,第一次實現(xiàn)了真正的無級變速。它采用金屬鏈傳動方式,徹底取代了傳統(tǒng)的齒輪組變速方式,所以動力輸出全無頓挫感,比普通自動變速更順暢平滑,更擁有手動變速般的快捷靈敏,同時還更節(jié)省燃油,操控更舒適。新增設(shè)的S檔,提高加速能力,增加駕駛樂趣。multitronic無級/手動一體式變速箱的最迷人之處,就在于它最終克服了自動變速箱和HYPERLINK"http://baike.bai/view/1426365.htm”\t”_blank”手動變速箱的一切不足,一舉超越二者的各項性能,實現(xiàn)了HYPERLINK”http://baike.baid/view/987062.htm”\t"_blank”汽車變速箱技術(shù)的大飛躍.舒適與豪華背后,是奧迪細(xì)致入微的尖端科技,車載冰箱專為行駛移動的奧迪A6而設(shè)計,耐顛簸、傾斜。工作狀態(tài)高度穩(wěn)定。高品質(zhì)的TV/DVD系統(tǒng)安全融入奧迪A6原有結(jié)構(gòu),功能多樣,而且極易操作,電動高級桃木辦公桌可謂符合人體工程的精心之作,只需輕觸按鈕,就能打開或放下桌板,可延伸,可調(diào)角度。奧迪集團包括母公司及其子公司奧迪匈特牙利公司、quattro有限公司以及蘭博基尼HYPERLINK"http://baike.baid/view/4033。htm"\t"_blank"汽車公司和Coworth技術(shù)公司,奧迪HYPERLINK”http://baike。baidu。com/view/5399.htm"\t"_blank"巴西及奧迪塞那利塔.此外,奧迪還在HYPERLINK"http://baike.baidu.com/view/61891。htm”\t”_blank"中國、馬來西亞和南非等地設(shè)有制造廠。HYPERLINK"http://baike.baid/view/663452。htm”\t"_blank"奧迪汽車公司現(xiàn)為大眾汽車公司的子公司,總部設(shè)在HYPERLINK"http://baike.baidu.com/view/3762.htm"\t”_blank"德國的英格爾施塔特,年產(chǎn)HYPERLINK”http://baike.baidu.com/view/30323。htm”\t”_blank"轎車45萬輛左右。奧迪是德國歷史最悠久的汽車HYPERLINK"http://baike.bai/view/462508.htm"\t”_blank”制造商之一。從1932年起,奧迪開始采用四環(huán)徽標(biāo),它象征著奧迪與小奇跡(DKW)、霍希(Horch)和漫游者(Wanderer)合并成的汽車聯(lián)盟公司。在20世紀(jì)30年代,汽車聯(lián)盟公司涵蓋了德國汽車工業(yè)能夠提供的所有乘用車領(lǐng)域,從摩托車到豪華轎車.該企業(yè)品牌在HYPERLINK”http://baike。baidu.com/view/939539.htm"\t”_blank"世界品牌實驗室(WorldBrandLab)編制的2006年度《HYPERLINK”http://b/view/1332221.htm”\t”_blank"世界品牌500強》排行榜中名列第一百四十二.動力性新奧迪A6L10年型擁有高檔行政轎車中最先進、最豐富的發(fā)動機配置。其中2.8FSI和3。0TFSI兩款高效汽油發(fā)動機堪稱奧迪全球發(fā)動機戰(zhàn)略中的新星。3.0TFSI發(fā)動機是奧迪V6發(fā)動機的最新頂級版本,汽油直噴和機械增壓的完美結(jié)合使其具有超過8缸機的動力和極高的燃油效率.它能夠輸出213千瓦(290馬力)的最大功率和420牛·米的強大扭矩,能夠使新奧迪A6L在6.6秒內(nèi)從靜止加速到100公里/小時,而90公里/小時百公里等速油耗僅7.9升。另一款奧迪全球領(lǐng)先的2.8FSI發(fā)動機采用了創(chuàng)新的奧迪可變氣門升程系統(tǒng)(AVS),90公里/小時等速油耗僅為6.7升/百公里。值得一提的是,作為旗艦車型,新奧迪A6L3.0TFSI標(biāo)配可調(diào)空氣懸架。這項同級別車型獨有的領(lǐng)先配置,可讓駕駛者根據(jù)行駛速度和路況調(diào)節(jié)底盤系統(tǒng)特性,從而滿足不同駕駛風(fēng)格的需求。新奧迪A6L10年型還根據(jù)中國用戶的切身需求,增加了一項源自頂級豪華轎車的人性化裝備:后排乘客調(diào)整前排副駕駛座椅水平位置的功能。該功能可讓后排乘客隨時調(diào)節(jié)后排腿部空間,體現(xiàn)出A6L最為人性化的后排設(shè)計理念。獨創(chuàng)的奧迪側(cè)向輔助系統(tǒng)(Audisideassist)可為駕駛者提供更高的主動安全保護,當(dāng)側(cè)后方盲區(qū)有車輛超車時通過燈光閃爍提醒駕駛者,從而確保安全變線。除此以外,覆蓋前/側(cè)/后的全方位LED照明系統(tǒng)、智能鑰匙、太陽能天窗、高級倒車影像和后座娛樂包也充分展現(xiàn)出奧迪A6L注重人性化與主動安全的特質(zhì)。3.2空氣懸架系統(tǒng)空氣懸架系統(tǒng)(AIRMATIC)是流行于當(dāng)今發(fā)達(dá)國家汽車行業(yè)的先進產(chǎn)品。在發(fā)達(dá)國家,100%的中型以上客車都用了空氣懸架系統(tǒng),40%以上的卡車、掛車和牽引車用了空氣懸架系統(tǒng)。其最大的優(yōu)點是:不僅可以提高乘員的乘坐舒適性,而且可以對道路起到保護作用.中國市場上的車用空氣懸架系統(tǒng)的種類第一類:是隨著引進車型整體進入HYPERLINK"http://baike.bai/view/61891.htm"\t”_blank"中國市場上的空氣懸架系統(tǒng).HYPERLINK"http://baike。baidu.com/view/2155。htm”\t"_blank"西安沃爾沃、HYPERLINK"http://baike.b/view/5198.htm"\t"_blank"常州依維柯、亞星奔馳等引進車型上的空氣懸架系統(tǒng)就屬于這一類。這一類在中國車用空氣懸架系統(tǒng)市場上占有主導(dǎo)地位。第二類:是直接從國外引進的車用空氣懸架系統(tǒng)。這一類車用空氣懸架系統(tǒng)供貨周期一般在三個月以上,難以適應(yīng)中國人在一個月以內(nèi)供貨的習(xí)慣,而且運輸成本高。其最大的弊病是在中國不服水土,因為進口空氣懸架系統(tǒng)是國外企業(yè)按照國外的路況、車況和運輸特點設(shè)計的,和中國的路況、車況和運輸特點不相匹配。中國有的企業(yè)在自己生產(chǎn)的汽車上用了進口空氣懸架系統(tǒng),卻陷入了非常尷尬的境地。第三類:是有的企業(yè)以引進消化吸收國外先進的車用空氣懸架系統(tǒng)技術(shù)為基礎(chǔ),兼顧中國汽車狀況、道路情況和運輸特點,堅持先進性和可靠性相結(jié)合的原則,依據(jù)用戶的具體車型進行二次開發(fā)和個性化設(shè)計,確保結(jié)構(gòu)匹配的合理性和科學(xué)性,量體裁衣,改善底盤的整體性能。3.2.1空氣懸架系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)1、空氣懸架系統(tǒng)包括空氣彈簧、減振器、導(dǎo)向機構(gòu)和車身高度控制系統(tǒng).2、空氣懸架系統(tǒng)一般采用囊式空氣彈簧.3、減振器主要用來衰減車身的振動。4、導(dǎo)向機構(gòu)由縱向推力桿和橫向推力桿等組成,用來傳遞車身和HYPERLINK"http://bai/view/705030.htm"\t”_blank"車橋之間的縱向力、側(cè)向力及驅(qū)動、制動時產(chǎn)生的力矩.5、車身高度控制系統(tǒng)分為機械式控制系統(tǒng)和電控控制系統(tǒng)。HYPERLINK"http://baike.baidu.com/view/2491613.htm”3.2.2空氣懸架系統(tǒng)的原理利用空氣彈簧內(nèi)密閉氣體受壓縮后的剛性遞增性,也就是隨著空氣彈簧不斷被壓縮,其剛度逐漸增加,同時,其內(nèi)部氣體隨空氣彈簧被壓縮或拉長而壓入或排出,導(dǎo)致空氣懸架系統(tǒng)具有接近理想的動態(tài)彈性特性.HYPERLINK"http://baike.baidu。com/view/2491613.htm"3.2。3空氣懸架系統(tǒng)的主要特點1、當(dāng)客車乘員的數(shù)量和貨車的載重量變化及汽車處在各種運動狀態(tài)時,可實現(xiàn)車身高度的自動調(diào)節(jié)。2、空氣彈簧具有相對恒定的低自然振動頻率,可以提高汽車行駛的平順性。3、改善路面不HYPERLINK"http://baike.baidu。com/view/3173.htm"\t”_blank”平度激勵向車身的傳遞,減少不良振動造成汽車零部件的早期損壞.4、對道路的磨損量可以減少50%,道路粗糙狀態(tài)可以改善15%。5、通過空氣彈簧內(nèi)氣體的連通原理,可以方便地實現(xiàn)多橋軸荷和制動力的平衡。6、當(dāng)汽車發(fā)生偏載時,汽車仍可以保持水平。7、延長汽車及其零部件的使用壽命,減少維修停工時間,提高汽車的營運效率。3。3奧迪A6懸架系統(tǒng)原理奧迪A6氣動原理圖如下圖,圖3-2:圖3-2氣動原理圖奧迪A6L懸架系統(tǒng)檢修4。1奧迪A6空氣懸架系統(tǒng)布局奧迪A6空氣懸架系統(tǒng)布局,如圖4-1所示:圖4—1奧迪A6空氣懸架系統(tǒng)布局圖四級空氣懸架系統(tǒng)設(shè)計成所謂的蓄壓系統(tǒng).蓄壓系統(tǒng)提高了系統(tǒng)的可用性,降低了噪音,保護了供電系統(tǒng)。該系統(tǒng)的特點是:共有四個水平高度等級,最小離地間隙在這四個水平高度等級中可變化66mm,如圖4-2所示.可手動或自動來調(diào)節(jié)。圖4-2最小離地距離4.2顯示檢修圖4—3顯示盤顯示區(qū)上有四個重疊安裝的LED,它們是常亮的用于表示當(dāng)前的底盤高度狀態(tài).只有底盤高度切換所觸發(fā)(不管是手動的還是自動的)的調(diào)節(jié)過程才會由一個或多個LED的閃爍來表示。一旦達(dá)到了所需要的高度,閃爍就變成常亮了。升高按鍵和降低按鍵內(nèi)的LED表示操縱的方向,如果LED閃爍,就表示拒絕進行底盤高度調(diào)節(jié)(例如因車速過高)。如果實際高度值與規(guī)定高度值偏離較大,那么LED就會閃爍以提醒司機(按相應(yīng)的高度切換)。4.3系統(tǒng)部件在裝配和運輸減振支柱總成時,不可抓住活塞,因為在無壓力狀態(tài)時,活塞很容易被推回去。在無壓力狀態(tài)不要移動空氣彈簧,因為在這種情況下管狀氣囊無法在活塞上展開,因而會造成其損壞。如果車上的空氣彈簧已經(jīng)沒有壓力了,那么在舉升和降下車輛前(如使用舉升平臺或舉升器),必須使用診斷儀器來給相應(yīng)的奇偶那個氣彈簧充氣.圖4-4工作示意圖參考文獻(xiàn)[1]吉林工業(yè)大學(xué)汽車教研室編。汽車設(shè)計.北京:機械工業(yè)出版社,[2]M.米奇克著.汽車動力學(xué).北京:機械工業(yè)出版社.[3]劉惟信編著。汽車設(shè)計。清華大學(xué)出版社.2001。8[4].(德)耶爾森·賴姆帕爾著,余卓平譯.汽車底盤基礎(chǔ).北京:科學(xué)普及出版社.1992[5].(德)約森·賴姆佩爾著,王誼譯.懸架元件及底盤力學(xué).長春:吉林科學(xué)技術(shù)出版社.[6].清華大學(xué)余志生主編。汽車?yán)碚摗C械工業(yè)出版社出版.1984.4[7].喻凡,林逸編著.汽車系統(tǒng).機械工業(yè)出版社.2005。7附錄一:英文專業(yè)文摘及翻譯溫度控制簡介和PID控制器過程控制系統(tǒng)自動過程控制系統(tǒng)是指將被控量為溫度、壓力、流量、成份等類型的過程變量保持在理想的運行值的系統(tǒng)。過程實際上是動態(tài)的.變化總是會出現(xiàn),此時如果不采取相應(yīng)的措施,那些與安全、產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)率有關(guān)的重要變量就不能滿足設(shè)計要求。為了說明問題,讓我們來看一下熱交換器。流體在這個過程中被過熱蒸汽加熱,如圖1所示。Fig。1Heatexchanger這一裝置的主要目的是將流體由入口溫度乃(f)加熱到某一期望的出口溫度T(f)。如前所述,加熱介質(zhì)是過熱蒸汽.只要周圍沒有熱損耗,過程流體獲得的熱量就等于蒸汽釋放的熱量,即熱交換器和管道間的隔熱性很好.很多變量在這個過程中會發(fā)生變化,繼而導(dǎo)致出口溫度偏離期望值.如果出現(xiàn)這種情況,就該采取一些措施來校正偏差,其目的是保持出口溫度為期望值。實現(xiàn)該目的的一種方法是首先測量r(0,然后與期望值相比較,由比較結(jié)果決定如何校正偏差.蒸汽的流量可用于偏差的校正。就是說,如果溫度高于期望值,就關(guān)小蒸汽閥來減小進入換熱器的蒸汽流量;若溫度低于期望值,就開大蒸汽閥,以增加進入換熱器的蒸汽流量。所有這些操作都可由操作員手工實現(xiàn),操作很簡單,不會出現(xiàn)什么問題。但是,由于多數(shù)過程對象都有很多變量需要保持為某一期望值,就需要許多的操作員來進行校正.因此,我們想自動完成這種控制。就是說,我們想利用無需操作人員介入就可以控制變量的設(shè)備。這就是所謂自動化的過程控制。為達(dá)到上述目標(biāo),就需要設(shè)計并實現(xiàn)一個系統(tǒng)。圖2所示為一個可行的控制系統(tǒng)及其基本構(gòu)件。Fig.2Heat(yī)exchangercontrolloop首先要做的是測量過程流體的出口溫度,這一任務(wù)由傳感器(熱電偶、熱電阻等)完成。將傳感器連接到變送器上,由變送器將傳感器的輸出信號轉(zhuǎn)換為足夠大的信號傳送給控制器。控制器接收與溫度相關(guān)的信號并與期望值比較.根據(jù)比較的結(jié)果,控制器確定保持溫度為期望值的控制作用?;谶@一結(jié)果,控制器再發(fā)一信號給執(zhí)行機構(gòu)來控制蒸汽流量。下面介紹控制系統(tǒng)中的4種基本元件,分別是:(1)傳感器,也稱為一次元件.(2)變送器,也稱二次元件。(3)調(diào)節(jié)器,控制系統(tǒng)的“大腦”。(4)執(zhí)行機構(gòu),通常是一個控制閥,但并不全是.其他常用的執(zhí)行機構(gòu)有變速泵、傳送裝置和電動機。這些元件的重要性在于它們執(zhí)行每個控制系統(tǒng)中都必不可少的3個基本操作,即:(1)測量:被控量的測量通常由傳感器和變送器共同完成。(2)決策:根據(jù)測量結(jié)果,為了維持輸出為期望值,控制器必須決定如何操作。(3)操作:根據(jù)控器的處理,系統(tǒng)必須執(zhí)行某種操作,這通常由執(zhí)行機構(gòu)來完成。如上所述,每個控制系統(tǒng)都有M,D和A這3種操作.有些系統(tǒng)的決策任務(wù)簡單,而有些很復(fù)雜.設(shè)計控制系統(tǒng)的工程師必須確保所采取確保所采取的操作能影響被控變量,也就是說,該操作要影響測量值。否則,系統(tǒng)是不可控的,還會帶來許多危害.PID控制器可以是獨立控制器(也可以叫做單回路控制器),可編程控制器(PLCs)中的控制器,嵌入式控制器或者是用Vb或C#編寫的計算機程序軟件.PID控制器是過程控制器,它具有如下特征:連續(xù)過程控制;模擬輸入(也被稱為“測量量”或“過程變量”或“PV”);模擬輸出(簡稱為“輸出”);基準(zhǔn)點(SP);比例、積分以及/或者微分常數(shù);“連續(xù)過程控制”的例子有溫度、壓力、流量及水位控制。例如:控制一個容器的熱量。對于簡單的控制,你使用兩個具有溫度限定功能的傳感器(一個限定低溫,一個限定高溫)。當(dāng)?shù)蜏叵薅▊鞲衅鹘油〞r就會打開加熱器,當(dāng)溫度升高到高溫限定傳感器時就會關(guān)加熱器。這類似于大多數(shù)家庭使用的空調(diào)及供暖系統(tǒng)的溫度自動調(diào)節(jié)器.反過來,PID控制器能夠接受像實際溫度這樣的輸入,控制閥門,這個閥門能夠控制進入加熱器的氣體流量.PID控制器自動地找到加熱器中氣體的合適流量,這樣就保持了溫度在基準(zhǔn)點穩(wěn)定。溫度穩(wěn)定了,就不會在高低兩點間上下跳動了。如果基準(zhǔn)點降低,PID控制器就會自動降低加熱器中氣體的流量。如果基準(zhǔn)點升高,PID控制器就會自動的增加加熱器中氣體的流量.同樣地,對于高溫,晴朗的天氣(當(dāng)外界溫度高于加熱器時)及陰冷,多云的天氣,PID控制器都會自動調(diào)節(jié)。模擬輸入(測量量)也叫做“過程變量"或“PV'’。你希望PV能夠達(dá)到你所控制過程參數(shù)的高精確度。例如,如果我們想要保持溫度為+1度或—1度,我們至少要為此努力,使其精度保持在0.1度。如果是一個12位的模擬輸入,傳感器的溫度范圍是從0度到400度,我們計算的理論精確度就是4096除400度=0.097656度。我們之所以說這是理論上因為我們假定溫度傳感器,電線及模擬轉(zhuǎn)換器上沒有噪音和誤差.還有其他的假定。例如,線性等等。即使是有大量的噪音和其他問題,按理論精確度的1/10計算,1度精確度的數(shù)值應(yīng)該很容易得到的。模擬輸出經(jīng)常被簡稱為“輸出”。經(jīng)常在0%到100%之間給出.在這個熱量的例子中閥門完全關(guān)閉(0%),完全打開(100%)。基準(zhǔn)點(SP)很簡單,即你想要什么樣的過程量。在這個例子中一你想要過程處于怎樣的溫度.PID控制器的任務(wù)是維持輸出在一個程度上,這樣在過程變量(PV)和基準(zhǔn)點(SP)上就沒有偏差(誤差).在圖3中,閥門用來控制進入加熱器的氣體,冷卻器的制冷,水管的壓力,水管的流量,容器的水位或其他的過程控制系統(tǒng).PID控制器所觀察的是PV和SP之間的偏差(或誤差)。它觀察絕對偏差和偏差變換率。絕對偏差就是一’PV和SP之間偏差大還是小。偏差變換率就是——PV和SP之間的偏差隨著時間的變化是越來越小還是越來越大。如果存在過程擾動,即過程變量或基準(zhǔn)點變化時一-PID控制器就要迅速改變輸出,這樣過程變量就返回到基準(zhǔn)點。如果你有一個PID控制的可進入的冷凍裝置,某個人打開門進入,溫度(過程變量)將會迅速升高。因此,PID控制器不得不提高冷度(輸出)來補償這個溫度的升高.一旦過程變量等同于基準(zhǔn)點,一個好的PID控制器就不會改變輸出。你所要的輸出就會穩(wěn)定(不改變)。如果閥門(發(fā)動機或其他控制元件)不斷改變,而不是維持恒量,這將造成控制元件更多的磨損。這樣就有了兩個矛盾的目標(biāo)。當(dāng)有“過程擾動"時能夠快速反應(yīng)(快速改變輸出)。當(dāng)PV接近基準(zhǔn)點時就緩慢反應(yīng)(平穩(wěn)輸出)。我們注意到輸出量經(jīng)常超過穩(wěn)定狀態(tài)輸出使過程變量回到基準(zhǔn)點。比如,一個制冷器通常打開它的制冷閥門的34%,就可以維持在零度(在制冷器關(guān)閉和溫度降低后)。如果某人打開制冷器,走進去,四處走,找東西,然后再走出來,再關(guān)上制冷器的門———---PID控制器會非?;钴S,因為溫度可能將上升20度。這樣制冷閥門就可能打開50%,75%甚至100%——目的是趕快降低制冷器的溫度——然后慢慢關(guān)閉制冷閥門到它的34%。讓我們思考一下如何設(shè)計一個PID控制器。我們主要集中在過程變量(PV)和基準(zhǔn)點(SP)之間的偏差(誤差)上。有三種定義誤差的方式。絕對偏差他說明的是PV和SP之間的偏差有多大。如果PV和SP之間偏差小——那我們就在輸出時作一個小的改變.如果PV和SP之間偏差大--那我們就在輸出時作一個大的改變。絕對偏差就是PID控制器的比例環(huán)節(jié).累積誤差給我們點兒時間,我們將會明白為什么僅僅簡單地觀察絕對偏差(比例環(huán)節(jié))是一個問題。累積誤差是很重要的,我們把它稱為是PID控制器的積分環(huán)節(jié)。每次我們運行PID算法時,我們總會把最近的誤差添加到誤差總和中。換句話說,累積誤差二誤差1+誤差2+誤差3+誤差4+…。滯后時間滯后時間指的是PV引起的變化由發(fā)現(xiàn)到改變之間的延時。典型的例子就是調(diào)整你的烤爐在合適的溫度。當(dāng)你剛剛加熱的時候,烤爐熱起來需要一定時間。這就是滯后時間。如果你設(shè)置一個初始溫度,等待烤爐達(dá)到這個初始溫度,然后你認(rèn)為你設(shè)定了錯誤的溫度,烤爐達(dá)到這個新的溫度基準(zhǔn)點還需要一段時間。這也就被認(rèn)為是PID控制器的微分環(huán)節(jié)。這就抑制了某些將來的變化因為輸出值已經(jīng)發(fā)生了改變,但并不是受過程變量的影響.絕對偏差/比例環(huán)節(jié)有關(guān)設(shè)計自動過程控制器,人們最初想法之一是設(shè)計比例環(huán)節(jié)。意思就是,如果PV和SP之間的偏差很小—-那么我們就在輸出處作一個小的修改;如果PV和SP之間的偏差很大---—那么我們就在輸出處作一個大的修改。當(dāng)然這個想法是有意義的。我們在MicrosoftExcel僅對比例控制器進行仿真。圖4是顯示首次仿真結(jié)果的表格.(滯后時間二0,只含比例環(huán)節(jié))比例、積分控制器PID控制器中的積分環(huán)節(jié)是用來負(fù)責(zé)純比例控制器中的補償問題的.我們有另外一個Excel的擴展表格,表格上仿真的是一個具有比例積分功能的PID控制器.這里(Pig.5)是比例積分控制器最初的仿真表格(滯后時間=0,比例常數(shù)二0.4)。眾所周知,比例積分控制器要比僅有比例功能的比例控制器好得多,但是等于0的滯后時間并不常見。Fig.4Thesimulationchart微分控制微分控制器考慮的是:如果你改變輸出,那么要在輸入(PV)處反映這個改變就需要些時間.比如,讓我們拿烤爐的加熱為例。Fig.5Thesimulationchart如果我們增大氣體的流量,那么從產(chǎn)生熱量,熱量分布烤爐的四周,到溫度傳感器檢測升高的溫度都將需要時間.PID控制器中微分環(huán)節(jié)具有抑制功能,因為有些溫度增量會在以后不需要的情況下產(chǎn)生了。正確地設(shè)置微分系數(shù)有利于你對比例系數(shù)和積分系數(shù)的確定。IntroductionstotemperaturecontrolandPIDcontrollersProcesscontrolsystemAutomat(yī)icprocesscontrolisconcernedwithmacessvariablestemperat(yī)urespressuresflowscompositions,andthelikeatsomedesiredoperationvalue。Processesaredynamicinnature。Changesarealwaysoccurring,andifactionsarenottaken,theimportantprocessvariables-thoserelatedtosafety,productquality,andproductionrates-willnotachievedesignconditions。Inordertofixideas,letusconsideraheatexchangerinwhichaprocessstreamisheatedbycondensingsteam。TheprocessissketchedinFig.1Fig.1Heat(yī)exchangerThepurposeofthisunitistoheattheprocessfluidfromsomeinlettemperature,Ti(t),uptoacertaindesiredoutlettemperature,T(t)。Asmentioned,theheatingmediumiscondensingsteam。Theenergygainedbycessfluidisequaltotheheatreleasedbythesteam,providedtherearenoheatlossestosurroundings,iiithatis,theheatexchangerandpipingarewellinsulated.Inthisprocesstherearemanyvariablesthatcanchange,causingtheoutlettemperaturetodeviat(yī)efromitsdesiredvalue.[21Ifthishappens,someactionmustbetakentocorrectforthisdeviation.That(yī)is,theobjectiveistocontroltheoutletprocesstemperaturetomaintainitsdesiredvalue.OnewaytoaccomplishthisobjectiveisbyfirstmeasuringthetemperatureT(t),thencomparingittoitsdesiredvalue,and,basedonthiscomparison,decidingwhattodotocorrectforanydeviation。Theflowofsteamcanbeusedtocorrectforthedeviation。Thisis,ifthetemperatureisaboveitsdesiredvalue,thenthesteamvalvecanbethrottledbacktocutthestearrflow(energy)totheheatexchanger。Ifthetemperat(yī)ureisbelowitsdesiredvalue,thenthesteamvalvecouldbeopenedsomemoretoincreasethesteamflow(energy)totheexchanger.Allofthesecanbedonemanuallybytheoperat(yī)or,andsincetheprocedureisfairlystraightforward,itshouldpresentnoproblem。However,sinceinmostprocessplantstherearehundredsofvariablesthatmustbemaintainedatsomedesiredvalue,thiscorrectcedurewouldrequiredat(yī)remendousnumberofoperators。Consequently,wewouldliketoaccomplishthiscontrolautomatically。Thatis,wewanttohaveinstnnnentsthatcontrolthevariableswJtbomrequ)ringinterventionfromtheoperator.(siThisiswhatwemeanbyautomaticprocesscontrol。Toaccomplish~hisobjectiveacontrolsystemmustbedesignedandimplemented。ApossiblecontrolsystemanditsbasiccomponentsareshowninFig。2.Fig.2HeatexchangercontrolloopThefirstthingtodoistomeasuretheoutlettemperaVareoftheprocessstream.Asensor(thermocouple,thermistors,etc)doesthis。Thissensorisconnectedphysicallytoatransmitter,whichtakestheoutputfromthesensorandconvertsittoasignalstrongenoughtobetransmittertoacontroller。Thecontrollerthenreceivesthesignal,whichisrelatedtothetemperature,andcomparesitwithdesiredvalue.Dependingonthiscomparison,thecontrollerdecideswhattodotomaintainthetemperatureatitsdesiredvalue。Baseonthisdecision,thecontrollerthensendsanothersignaltofinalcontrolelement,whichinturnmanipulatesthesteamflow。Theprecedingparagraphpresentsthefourbasiccomponentsofallcontrolsystems.Theyare(1)sensor,alsooftencalledtheprimaryelement.(2)transmitter,alsocalledthesecondaryelement.(3)controller,the”brain"ofthecontrolsystem.(4)finalcontrolsystem,oftenacontrolvalvebutnotalways.Othercommonfinalcontrolelementsarevariablespeedpumps,conveyors,andelectricmotors.Theimportanceofthesecomponentsisthattheyperformthethreebasicoperat(yī)ionsthatmustbepresentineverycontrolsystem。Theseoperationsare(1)Measurement(M):Measuringthevariabletobecontrolledisusuallydonebythecombinationofsensorandtransmitter。(2)Decision(D):Basedonthemeasurement,thecontrollermustthendecidewhattodotomaintainthevariableatitsdesiredvalue.(3)Action(A):Asaresultofthecontroller'sdecision,thesystemmustthentakeanaction.Thisisusuallyaccomplishedbythefinalcontrolelement。Asmentioned,thesethreeoperations,M,D,andA,mustbepresentineverycontrolsystem.PIDcontrollerscanbestand—alonecontrollers(alsocalledsingleloopcontrollers),controllersinPLCs,embeddedcontrollers,orsoftwareinVisualBasicorC#computerprograms。PIDcontrollersareprocesscontrollerswiththefollowingcharacteristics:ContinuousprocesscontrolAnaloginput(alsoknownas"measuremem”or"ProcessVariable”or"PV")Analogoutput(referredtosimplyas"output")Setpoint(SP)Proportional(P),Integral(I),and/orDerivative(D)constantsExamplesof"continuousprocesscontrol"aretemperature,pressure,flow,andlevelcontrol.Forexample,controllingtheheatingofat(yī)ank。Forsimplecontrol,youhavetwotemperaturelimitsensors(onelowandonehigh)andthenswitchtheheat(yī)eronwhenthelowtemperaturelimitsensortumsonandthenmmtheheat(yī)eroffwhenthetemperaturerisestothehightemperaturelimitsensor.Thisissimilartomosthomeairconditioning&heatingthermostats.Incontrast,thePIDcontrollerwouldreceiveinputastheactualtemperat(yī)ureandcontrolavalvethatregulatestheflowofgastotheheater.ThePIDcontrollerautomaticallyfindsthecorrect(constant)flowofgastotheheaterthat(yī)keepsthetemperaturesteadyatthesetpoint。Insteadofthetemperat(yī)urebouncingbackandforthbetweentwopoints,thetemperatureisheldsteady。Ifthesetpointislowered,thenthePIDcontrollerautomaticallyreducestheamountofgasflowingtotheheat(yī)er.Ifthesetpointisraised,thenthePIDcontrollerautomaticallyincreasestheamountofgasflowingtotheheater.LikewisethePIDcontrollerwouldautomaticallyforhot,sunnydays(whenitishotteroutsidetheheater)andforcold,cloudydays。Theanaloginput(measurement)iscalledthe”processvariable"or”PV”。YouwantthePVtobeahighlyaccurateindicationoftcessparameteryouaretryingtocontrol.Forexample,ifyouwanttomaintainatemperatureof+or—-onedegreethenwetypicallystriveforat(yī)leasttentimesthatorone-tenthof
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