摘 要

由于城市地面交通的超速发展，随之而来对于交通环境的压力对于人们的日常的外出产生了许多不便因素，越来越多的汽车给给本就不堪重负的城市地面交通带来了巨大的压力，而对于飞行汽车的设计开发，以此来开辟低空域空间可能会给这一系列问题带来解决方法。飞行汽车，顾名思义是一种兼具汽车与飞机功能的全面实用的交通工具，正如科幻电影中所示，它不仅能够行驶在地面上，还能如飞机一样飞行于天空。当下，虽然科技发达、社会进步，但交通方面的问题也开始逐渐凸显，而飞行汽车的出现恰好可以解决这一难题，它不但能通过使汽车在低空域行驶降低路面的汽车数量，还能满足人类许久以来的飞天梦想。现在飞行汽车对于大众来说，它不再可望不可即而是就存在于我们身边，触手可及。而汽车悬架的设计直接影响着整车性能的好坏，悬架是车架（或承载式车身）与车桥（或车轮）之间的一切传递地面对车轮力和力矩连接装置的总称，其组成主要分为三部分，分别是导向机构、减振器以及弹性元件。它主要通过多方位的传递力和力矩来控制汽车的行驶轨迹，同时在一定程度上也能减缓冲击力和震动，这样一来就能增强乘客在乘坐过程中的舒适度。

此次设计是对飞行汽车悬架设计，针对毕业设计的要求，本文根据飞行汽车地面行驶和起降需求，综合参考小型飞机起落架设计和普通乘用车悬架设计，对飞行汽车前后悬架进行设计。本次总体方案要求：对飞行汽车的前后悬架进行设计计算并进行仿真分析。为了能够较为详细的说明悬架的设计过程，本次设计论文将分别从零部件的设计计算、悬架三维模型的建立以及模拟仿真性能分析等多个方面对飞行汽车悬架的设计过程进行了介绍。

关键词： 飞行汽车 油气悬架 仿真分析

Abstract

With the gradual saturation of urban ground traffic, congested urban traffic has a greater impact on the travel of citizens. A large number of cars have brought tremendous pressure to urban ground traffic, and flying cars may be one of the ways to solve this problem. Flying car, as its name implies, is a comprehensive and practical means of transportation. As shown in science fiction movies, it can not only travel on the ground, but also fly in the sky like an airplane. Facing the increasingly serious traffic problems nowadays, flying car is an excellent solution. Its application can not only alleviate traffic congestion, but also let people experience the pleasure of flying freely. At present, the flying car is no longer something that people can't reach, but already exists around us and is within reach. The design of automobile suspension directly affects the performance of the whole vehicle. Suspension is the general name of all force transfer connecting devices between the frame (or load-bearing body) and the vehicle bridge (or wheel). It usually consists of three parts: elastic elements, shock absorber and guide mechanism. Its main function is to reduce the impact force from the road surface, attenuate vibration, transmit vertical and lateral forces and moments, and guide at the same time, so as to ensure that the wheels do not deviate from the track of the body, so as to improve passengers'ride comfort.

This design is for the suspension design of flying vehicle. Graduation design requires that the front and rear suspensions of flying vehicle be designed according to the ground driving and landing requirements of flying vehicle, referring comprehensively to the landing gear design of small aircraft and the suspension design of common passenger vehicle. The design calculation of the front and rear suspensions is carried out according to the overall scheme requirements. In order to elaborate the design process of suspension, the design process of flying vehicle suspension is introduced from the aspects of design calculation, model establishment and performance analysis.

Key word:Flying car hydro pneumatic suspension Simulation analysis

目录

第一章绪论 1

1.1飞行汽车的发展现状 1

1.2国外悬架的相关发展情况 3

1.3悬架的作用 4

1.4悬架的组成 4

1.5悬架的分类 5

1.5.1独立悬架 5

1.5.2非独立悬架 7

1.6本章小结 7

第二章油气悬架 8

2.1单气室油气弹簧 8

2.2双气室油气弹簧 9

2.3两级压力式油气弹簧 10

2.4油气悬架的特点 11

2.4.1油气悬架的优点 11

2.4.2油气悬架的缺点 12

2.5油气弹簧的分类和作用原理 12

2.6本章小结 13

第三章 悬架的分析设计 14

3.1悬架主要参数的确定 14

3.1.1悬架频率的选择 14

3.1.2悬架的工作行程 14

3.1.3悬架刚度计算 15

3.2悬架弹性特性 16

3.3车辆悬架系统的阻尼匹配 17

3.3.1 单轮二自由度悬架系统的频响函数 17

3.3.2 车身垂直加速度均方值 18

3.3.3 基于舒适性的车辆悬架最佳阻尼比 19

3.3.4 基于安全性的车辆悬架最佳阻尼比 19

3.4本章小结 20

第四章 双横臂悬架导向机构的设计计算 21

4.1 设计要求 21

4.2 导向机构的布置 21

4.2.1 侧倾中心 21

4.2.2 纵倾中心 23

4.2.3 抗制动纵倾性（抗制动前俯角） 23

4.2.4 抗驱动纵倾性（抗驱动后仰角） 24

4.2.5 横臂的空间定位角 24

4.3 上下横臂轴的布置 25

4.3.1 纵向平面内的布置 25

4.3.2 横向平面内的布置 26

4.3.3在水平面上的布置 26

4.3.4 上下横臂长度的选择 27

4.3.5 上下横臂直径与厚度的选择 28

4.4 参数确定 29

4.5本章小结 32

第五章 油气弹簧结构设计 33

5.1液压缸的设计 34

5.2活塞杆的设计 35

5.3活塞的设计 36

5.4导向套与中隔圈的设计 37

5.5缸底与缸盖的设计 38

5.6缓冲装置 39

5.7密封件的选用 39

5.8蓄能器的选型 40

5.8.1蓄能器结构型式选择 41

5.8.2蓄能器参数的计算 41

5.9节流阀系的选型 42

5.9.1节流阀作用原理 43

5.9.2节流阀参数指标 43

5.10本章小结 44

第六章 悬架catia建模 45

6.1 悬架零部件的设计 45

6.2 前后悬架的整体安装 45

6.3本章小结 45

第七章油气弹簧数学模型的建立及仿真 46

7.1 油气弹簧弹性特性模型 46

7.3 四分之一车辆模型 48

7.4路面不平度时间域模型 48

7.5 MATLAB/simulink仿真 51

7.6 本章小结 52

结论 53

参考文献 54

致谢 57

第一章绪论

1.1飞行汽车的发展现状

随着飞行技术的不断革新，其飞行原理也在不断地改良完善，目前较为典型的飞行汽车原理机主要分为以下几种类型：第一种采取的是结合汽车与固定翼式飞机的模式；第二种是汽车与直升机的结合体；最后一种则是垂直起降的函道式飞行汽车。

其中格伦·寇蒂斯最早采用第一种模式，1912年他曾展出了他自己改装的“飞行汽车”，在全美航空展览会上。此次的飞行汽车是在三翼飞机的基础上进行了改装，其增加了在空中和地面行驶所需的装置，另外还在后排提供了两人乘坐的空间。虽然这一创举在当时引起了不小的轰动，但它的飞行仅持续了很短的一段时间，因此一直到很久之后，都无人再进行飞行汽车的研究设计。直到到二十世纪五十年代以后，一辆被称为“Taylor Aerocar”的飞行汽车由位于美国的一家Moulton Taylor 的公司在1949年打造出现。该车机翼展开长度达10米，而机翼的总体面积达17 平方米，整辆飞行汽车质量达到了950kg，由一台功率92 千瓦的莱康明0-290 型航空发动机提供行驶动力。但是由于此飞行汽车在正常路面上起飞以及降落时受机翼的影响，会破坏路面设施，干扰人们的日常出行，所以这款由泰勒设计出来的飞行汽车只能沦为了在试验场地中行驶的样车，不能真正的投入使用。到了九十年代，另一辆名为transition的飞行汽车由美国Terrafugia 公司设计制造，它的性能相比于Taylor Aerocar又更进一步，这款飞行汽车在不进行飞行任务时就是一辆普通的小汽车，其可以将机翼收起，如果遇到交通堵塞的情况，这辆飞行汽车则将会展开机翼进行飞行，从而解决塞车带给你的困扰。但是这种汽车与固定翼飞机相结合的结构，在起飞时仍然需要首先进行起飞准备即将折叠的机翼展开，所以它也同样受到路边障碍物的制约，而且这种与固定翼飞机相结合的飞行汽车如同一般的小型飞机一样有一个受到路面状况影响的巨大缺陷，就是在起飞之前需要一个很长距离的滑跑。

图1-1 Terrafugia Transition 飞车