敞篷车车顶的结构设计与控制系统设计.docx

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1、摘要敞篷车车顶的结构设计与控制系统设计摘要敞篷车是指带有可开启车顶的汽车，不但拥有普通汽车的用途，而且可使人们享受阳光，与大自然亲密接触。随着我国经济快速发展和汽车市场的日益成熟，敞篷车日益受到消费者的青睐，销售量不断攀升。而中国市场完全由国外汽车厂商垄断，民族品牌急待发展成长。论文首先对国内外车顶目前研究现状进行分析，给出几款成熟的车顶产品，如宝马、奔驰等，分析软顶与硬顶的技术差异，着重介绍硬顶技术的优异性，结合需求分析给出本论文的整体设计。其次，针对关键技术，给出硬顶敞篷车的机构设计方案，结合车身参数信息，模仿专利US6322130八连杆机构，利用机械设计连杆计算方法，确定结构件参数。使用

2、CATIAV5对整个结构图进行绘制，利用其DMU仿真模块对整机进行运动仿真。利用材料力学方法对关键零部件进行力学校核，使用ANSYS对关键结构件进行有限元分析，判断零件的刚度与强度，根据车顶运行过程中的受力情况，对关键元器件进行选型计算，结合各个供应商给出的元器件参数，确定元器件的具体型号以及参数,并校核。最后利用Profibus-DP现场总线技术对整个车顶升降装置进行控制设计，给出控制系统总体布局以及控制原理图，并对控制系统软件层面进行了设计。鉴于国内敞篷车设计领域的空白，本课题以某型轿车车身为平台，对敞篷车车顶技术深入研究，旨在抛砖引玉，引领敞篷车相关领域研究，为车顶前期机构设计和可靠性研

3、究打下一定基础。关键词：敞篷车，硬顶技术，自动控制，有限元分析，CATIA建模，DMU仿真AbstractAbstractConvertible car refers to a car with an openable roof. It not only has the purpose ofordinary cars, but also enables people to enjoy the sun and have close contact with nature.With the rapid development of Chinas economy and the increasing

4、 maturity of theautomobile market, convertible cars are increasingly favored by consumers, and the salesvolume is rising. The Chinese market is completely monopolized by foreign automobilemanufacturers, and national brands urgently need to develop and grow. In view of the gap inthe field of Converti

5、ble Car Design in China, this topic takes a car body as the platform todeeply study the convertible car roof technology, in order to attract jade, lead the research inconvertible car related fields, and lay a certain foundation for the preliminary mechanismdesign and reliability research of the roof

6、.Firstly, the paper analyzes the current research status of roof at home and abroad, givesseveral mature roof products, such as BMW and Mercedes Benz, analyzes the technicaldifferences between soft top and hard top, focuses on the excellence of hard top technology,and gives the overall design of thi

7、s paper combined with demand analysis.Secondly,according to the key technology, the mechanism design scheme of hardtop convertible isgiven, imitating the eight link mechanism of patent us6322130, the connecting rod calculationmethod is designed mechanically, and the structural parameters are determi

8、ned combined withthe body parameter information. Use CATIA V5 to draw the whole structure diagram, use thematerial mechanics method to check the mechanics of key components, The DMU simulationmodule is used to simulate the motion of the whole machine ,use ANSYS to conduct finiteelement analysis of k

9、ey structural components, judge the stiffness and strength of components,select and calculate the key components according to the stress conditions during roofoperation, and combine the component parameters given by various suppliers, Determine thespecific model and parameters of components and chec

10、k them.Finally, the control design ofthe whole roof lifting device is carried out by using PROFIBUS DP fieldbus technology, andthe overall layout and control schematic diagram of the control system are given, at the sametime, the software level of the control system is designed.KEY WORDS: Convertibl

11、e, Hardtop Technology, Automatic Control, Finite ElementAnalysis, CATIA Modeling, DMU simulation目录第1章绪论11.1 研究背景11.2 国内外研究现状11.3 敞篷车硬顶技术21.4 选题意义及主要内容2第2章敞篷车车顶升降系统构成52.1 升降系统需求分析52.1.1 工作流程分析52.1.2 升降系统功能要求52.2 升降系统组成及布局62.2.1 升降系统整体布局62.2.2 升降系统主要组成模块72.3 本章小结8第3章敞篷车车顶升降系统结构设计93.1 升降系统结构设计93.2 动力系统

12、选型设计113.2.1 动力模块功能及配置113.2.2 液力系统选型计算113.3 整机运动仿真143.4 本章小结16第4章升降系统仿真研究174.1 基于ANSYS WORKBENCH的静力学分析174.2 系统模态分析194.3 本章小结20第5章敞篷车车顶升降系统控制215.1 升降系统工作流程215.2 整体控制方案225.3 软件系统设计235.3.1 软件系统架构245.3.2 软件详细设计245.4 本章小结26第6章总结与展望276.1 工作总结276.2 工作展望27参考文献29致谢31绪论第1章绪论1.1研究背景进入21世纪以来中国汽车制造业增势迅猛，中国于2011年汽

13、车销量，达1850万辆，超越美国成为全球最大的汽车市场川。经过几十年的发展，中国汽车市场日渐成熟，已经进入较为成熟的消费时代，开始追求汽车本质内涵、性能、安全、健康、环保和驾驶乐趣。敞篷车在中国的平民化已不可避免，不再是奢华浮夸的标志。从A级到D级车都有相应的敞篷车，价格上也已能被多数中国用户所接受。敞篷车开始进入中产阶层家庭，给中国普通消费者带去乐趣。事实上，国外早在上个世纪90年代，敞篷车已有了新的诠释，敞篷车不再是奢侈、昂贵的代名词，汽车厂商开始更多的关注价格便宜、操纵性能优越的中小型敞篷车，相继面世了几款面向中产阶级消费的车型，如宝马Z3、奔驰SLK、奥迪TT、本田S2000。中国敞篷

14、车的开始和兴起对于中国民族汽车厂商来说是一个机遇也是一个挑战，加大研发资金的投入和保住国内市场是各大中国民族汽车厂商必然选择。然而敞篷车在国内发展状况不容乐观，几乎算是空白领域，无论在学术研究领域还是制造加工领域。由于中国汽车工业发展相对的滞后，错过了发展的黄金时代，敞篷车急待研发。目前国内已有的产品只有寥寥几款，比如比亚迪S8,但是由于各种原因，现在已经停产。奇瑞M14仍然处于概念车阶段，至今没有量产。L2国内外研究现状二战以后，敞篷车革命悄然进行，美国经济一度称霸全世界，因为拥有充足生产资料和完整的科学技术体系，美国敞篷车的生产量迅速增长。在五、六十年代，美国敞篷车市场兴旺繁荣，汽车厂商开

15、发出许多优秀的敞篷车。福特雷鸟敞篷车可以算是二战后美国敞篷车时代的佼佼者，它是美国人汽车梦想的代表。福特雷鸟敞篷车截止1957年的销量达到了 91058量12用。赛车运动的蓬勃兴盛也是刺激敞篷车发展的因素，通过参加赛车比赛，汽车制造商们发现，赛场上的自家品牌的赛车表现好坏，是成为销售量的一个重要影响因素。另外，在公众心目中，敞篷车就是赛车，代表着速度和激情，是美国热血青年追逐的对象。随着赛车比赛的蓬勃发展，各大汽车制造商都纷纷推出自己的敞篷车型。法拉利推出了 Ferrari250GTSpyderCalifornia,捷豹推出了 XK120,奔驰有300SLR,萨博900因为其装备的自动回收车篷装置在世界范围内广受欢迎。在1975到198()之间，敞篷车安全标准设立，进一步提升了敞篷车产品质量。敞篷车安全试验包括80km/h车前部碰撞、40km/h车侧面碰撞、48km/h车身翻覆。由于较高的试验标准，敞篷车产量大幅下降，市场进入低谷，但也为后来的大发展埋下了伏笔。进入新世纪，设计制造技术的不断进步，各类技术屏障得以突破，敞篷车与汽车产绪论业一起得到了巨大的发展。其中的佼佼者有保时捷Targa4s3.4