每个人都喜欢平稳地驾驶他们的汽车——除非你在公路上开着四轮驱动的汽车。我们大多数人都会尽量避开颠簸和坑洼,在尽可能平坦的路面上行驶。汽车制造商也认识到了这一点。他们在电视、印刷和数字广告上投入大量资金,以宣传他们的汽车在市场上拥有最平稳的行驶性能。这可能是购买汽车或卡车的一个主要卖点。

最近,创造最新的骑行是大学生项目的目标,他们共同努力,确定什么将提供“更平滑”的骑行。该团队通过使用半主动悬架而不是使用半主动悬架而不是汽车制造商来保持道路的方法
被动悬架。

该项目

高级Capstone项目是所有从华盛顿大学毕业的机械工程学生的课程要求,位于华盛顿州的舍利。该项目跨越大约六个月的时间,每个学生在团队中工作以概念化,设计和制造设备和/或产品。这个特殊的团队由六个机械工程学生组成:Joe Wagoner,Gordon Henry,Jack Egan,Eric Johnson,Chandler Johnson和Mikel Danielson。他们得到了两位导师Matthew Michaelis和Hessam Gharavi(ewu教授)的帮助。

当他们听到Gharavi教授给予课外讲座时,两个学生对这个话题感兴趣。这一利益最终导致了开发高级Capstone项目来设计和制造半主动悬架系统,以进一步分析与被动悬架系统相比的动态响应。

正如在学生的项目报告介绍中所解释的那样:车辆的乘客并不直接体验道路轮廓本身,而是感受到悬架系统的结构响应,该系统将道路的特定振幅比传递给汽车的座位。车辆的悬挂系统尽其所能减少乘客的颠簸运动。他们的理论是,半主动悬架将提供可变阻尼,这将允许降低振幅比,从而有效地提高乘客的乘坐舒适性。通过用磁流变(MR)阻尼器代替减振器实现可变阻尼。这种来自半主动悬架系统的可变阻尼将使车辆悬架能够更好地应对变化范围的道路激励,而不是单一频率,这意味着它将提供更平稳的行驶。

给定项目目标,团队将工作流划分为子类别,以确保所有成员都发挥积极的作用。团队将工作划分为工程设计过程的四个阶段:问题确定范围阶段、概念生成阶段、设计和分析阶段,以及解决方案实现阶段。为了提供尽可能好的测试条件,小组决定建造一个四分之一车测试夹具框架,为其他组件提供结构支撑,并由结构钢管焊接在一起制造。悬架组件由螺旋压缩弹簧、磁流变阻尼器、固定混凝土簧载质量、簧载质量板和非簧载质量板组成。利用压缩机驱动的气缸执行器对路面激励进行了模拟。最后,电气组件由所有传感器、控制器、气动阀门和电气夹具组成。该控制系统采用了两种不同类型的传感器,允许对半主动悬架系统和被动悬架模型之间的不同控制理论进行测试和比较。AutomationDirect产品是该项目的一部分,包括NITRA钢瓶(使用了一个4英寸直径的钢瓶)、阀门和气动附件。

为该项目开发的控制理论都使用了特定的舒适指数来确定每个条件陈述是否向阻尼器发送电力;因此,提供在不同级别的测试。通过在不同幅度和频率下致动气动圆筒来测试每个控制方法。在这些幅度/频率对中的每一个分析被动和半极管系统。这些测试的数据提供了数值结果。

结果表明半主动和无源悬架系统之间的幅度比降低。使用用于控制系统的相同传感器测量该减少。视觉和图形结果都证实了半主动悬架系统与振幅比降低了5%至20%相比
被动悬架。

利用半主动悬架系统,该团队能够成功地降低系统簧载质量的幅值比。单凭磁流变阻尼器的工作原理不足以降低幅值比。它需要与正确的控制系统和电气组件相结合,以确保阻尼器在正确的时间开启和关闭。虽然已经证实了半主动悬架系统能够成功地降低系统的幅值比,但究竟降低到何种程度尚不清楚。还需要更多的实验来检验各种控制理论及其在不同振幅和频率下的效果。最后,还应该检查阻尼器的作用,以便更好地理解它的响应如何在整个系统的响应中发挥作用。该项目为半主动悬架试验夹具的研制奠定了良好的基础。

涉及该项目的所有学生都有机械工程的背景和课程,现在每个人都赢得了受试者的科学学士学位。然而,这使得项目的电气设计方面有时挑战。幸运的是,该团队认为这是一个机会,由项目的结束,在电气工程领域获得了跨学科知识。除了电气设计外,整个制造过程是由团队进行的;因此,所有设计方面都经过精心设计,以了解可制造性。机械工程的一个重要方面是了解完整的产品生命周期,这在捏造设计的人身上是批评性的。制造他们自己的设计就是对制造过程困难的团队洞察力。最后,在制造过程中,该团队需要学习他们之前没有任何经验的新流程。这涉及的一个例子学习如何使用CNC等离子切割机和CNC铣床。

团队中的每个人都计划追求机械工程的职业生涯,并有一个对控制系统行业感兴趣的队友。这个项目有很多与机械设计和制造相关的方面,这将有利于这个项目的所有成员发展他们的职业生涯。东华盛顿大学的高级顶点项目旨在让学生完成整个工程设计过程,并作为课程的高潮。这个项目帮助所有成员成长为工程师,作为一个团队建立的人际关系将是有益的,因为他们中的许多人在毕业后一直保持联系。听起来对这些毕业生来说是一条平坦的道路