主动智能减振轮

主动智能减振轮

关键词：车辆减振

简介：

　针对现有车辆减振均采用在车桥和车身之间设置悬架减振器来实现车辆减振而无法保护车桥/转向桥的问题，提出了在车辆轮辐上设计弹簧减振系统以实现保护车桥/转向桥在内的减振系统，具备主动减振调整功能，与悬挂减振系统配合使用，进一步提高行车舒适性和安全性。为运输易爆、易碎物品的运输车，运送危重病人的急救车等特殊车辆，以及越野车、汽车、摩托车、电动自行车和自行车等普通乘用车辆的进一步减振奠定了研究基础。

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详细介绍：

研究的目的及意义

汽车最初期的形态起源于十八世纪的欧洲，而真正的现代汽车则起源于十九世纪中后期，即德国工程师制造出以汽油发动机为动力的车辆，标志着现代汽车的诞生。现代汽车早期的形式主要是将发动机代替马提供动力，因此早期现代汽车的外观同马车非常相似，例如1886 年德国人 Benz Karl 研制的第一辆汽车是发动机为单缸809W（1.1 马力），最高车速约 13～16km/h 的三轮车[1]。由于当时人们普遍使用的车轮是刚性结构的车轮，其操控性非常差而且行驶速度也比较慢，舒适性不佳，于是人们在 1894 年开始采用橡胶充气轮胎，由于这种新型轮胎的弹性变形作用，极大提高了乘坐的舒适性，行驶的车速也随之提高，汽车的结构从此发生了根本性的变化。 随着科学技术的不断发展，越来越多的高科技在汽车中得到应用。虽然橡胶充气轮胎在一定程度上可提高车辆的舒适性，但随着汽车车速的不断提高，为了减少汽车在高速行驶过程中路面激励产生的颠簸感，以及路面颠簸和汽车转弯时产生的车身侧倾，人们设计研发了汽车悬架系统。 汽车悬架系统是车身与车桥之间所有传力装置的总称。路面作用于车轮上的垂直反力（支承力）、纵向反力（牵引力和制动力）和侧向反力以及这些力所产生的力矩都要通过悬架传递到车架（或承载式车身）。悬架的作用就是在传递这些力和力矩的同时，缓和不平路面传给车架或车身的冲击载荷，抑制车轮的不规则振动，提高车辆平顺性（乘坐舒适性）和安全性（操纵稳定性），减少动载荷引起的零部件和货物损坏。因此悬架系统是影响汽车性能的关键部件，提高汽车总体性能有着非常重要的意义。 目前传统的汽车悬架系统被布置在车身与车桥之间，路面作用在车轮上的力仍会完全传递至车桥结构上，工作载荷恶劣。在此背景下，针对由于路面激励造成的车桥结构振动损伤是车桥破坏的主要因素，通过机构设计，提出在车轮辐上增加减振装置，设计一种变刚度减振车轮，并设计主动减振控制方式，实现车轮与车桥间的主动智能减振，缓和不平路面传给车桥的冲击载荷，进一步提高车辆的行驶舒适性和平稳性，以及延长车桥结构使用寿命，对汽车技术的发展具有重要的意义。 1.2国内外研究现状及发展趋势 针对在特定的道路状态和速度下达到最优减振效果，在乘坐舒适性和操纵稳定性优化折衷的前提下，提出了低成本的被动悬架减振器，其减振系数经过优化设计后不能调节，广泛应用于中低档轿车。在被动悬架性能的改进研究上，研究者开展了大量的试验研究，通过建模仿真来实现最优的悬架参数；研究渐变刚度弹簧和机械可变阻尼减振器适应一定范围内不同的工况；开展横向稳定杆的多连杆悬架导向机构的研究，提高了被动减带来的行车舒适性。然而这些研究无法改变被动减振适用路况受限的现状。 针对被动悬架不能调节减振系数适应路况受限的问题，提出了一种刚度可变的弹簧和阻尼系数可变的减振器组成的半主动悬架系统，随着汽车工况的变化通过控制器对阻尼器进行调整，以提高汽车平稳性。半主动减振是目前汽车减振研究的热点。半主动悬架大体可以分为刚度可变和阻尼可变两种型式，如空气弹簧和阻尼力可变减振器，其中阻尼可变又分为阻尼分级可变和阻尼连续可变两类。 目前半主动悬架中改变弹簧刚度只有通过切换空气弹簧或油气弹簧来实现，用于高档轿车，需配备动力源—空气压缩机等因素，使得比改变阻尼困难得多。为了减少执行机构所需的功率，半主动悬架研究主要集中在改变减振器的阻尼系数方面，以可变阻尼减振器为执行器，设计合理的控制策略，使可变阻尼减振器产生的阻尼力能独立地跟踪力需求信号。国内外在电流变液减振器和磁流变液减振器方面取得了较大的发展，执行机构一般采用置于减振器上方的步进电机，驱动阻尼调节杆改变节流口面积,从而调节减振器的阻尼特性。PID方法是一种有效的控制策略，广泛应用于半主动减振[17-20]。已经提出的多种半主动悬架的控制策略大都是建立在各自的前提条件之下，与实际的工况有不同程度的差异，各种方法均有利弊，采用某一种控制方式无法达到真正意义上的最优，很难应用于实车，因此半主动悬挂减振集中在汽车振动系统动力学模型的研究；可变阻尼减振器的动力学模型的研究；系统控制算法设计等研究中。 针对被动悬架和半主动悬架的不足，国外研究者提出了主动悬架的概念，由传感器和有源控制器组成闭环控制系统，根据车辆的运动状况和路面状况主动做出反应，来抑制车身的振动和摆动，该悬架无固定的刚度和无固定的阻尼系数，可随道路条件的变化和行驶的不同要求而自动地改变弹簧刚度和减振器阻尼系数，使悬架始终处于最佳的减振状态和行驶姿态，结构示意图如图1.4所示。由于主动减振需要高精度的液压伺服装置，成本高，加上其无弹簧结构不能接受失效，因此主要应用于赛车和高级轿车，仍然处于发展过程中。 综上所述，无论被动、半主动还是主动悬挂减振，都是在车轮和车身间布置悬挂系统，对车身进行减振保护，无法实现车桥结构的振动抑制，更无车轮减振的控制系统，究其原因是车轮是汽车安全行驶的关键，由于其高速旋转和结构空间狭小等原因，现有的悬挂结构难以直接应用，除非有创新性结构设计。 因此，为了实现包括车桥在内的汽车减振系统，提供更高的汽车行驶舒适性和安全性，本设计提出了在汽车车轮上设计主动智能减振系统，通过改变汽车轮辐刚度，即采用弹簧、阻尼和套筒机构等组成的减振轮辐来替代现有的刚性轮辐，使轮辐具有减振功能，以有效吸收冲击载荷；设计蜗轮蜗杆的调控结构，用电液控制技术对车轮的减振阻尼系数进行自适应控制，根据行车状况和路况实现自适应控制，从而进一步提高车辆的舒适性，实现车轮的主动智能减振。 1.3主要研究内容 现有的汽车减振方案均采用悬挂减振，仅能对车身进行减振保护，然而车桥/转向桥所受冲击较大，损坏比较严重，本设计提出的主动智能减振轮。 创新性的在汽车车轮上设计减振调整机构，可以实现保护包括车桥在内的减振系统，有效保护车桥、车身。通过设计减振系数调控机构，通过采集操作者、汽车路况行驶信息，实现主动调控，在现有车辆悬挂减振的基础上，进一步提高汽车行驶的平稳性和舒适性。 本设计的主要研究内容包括： （1）采用套筒分级固定弹簧的方式实现可变刚度的弹簧减振系统，用步进电机和蜗轮蜗杆的调控结构实现弹簧减振系统刚度的分级调整，设计了主动智能减振轮； （2）采用大型有限软件ANSYS对轮辐减振结构进行结构强度和刚度分析，； （3）采用STM32控制芯片设计主动控制系统采集车辆行车参数，并根据行车参数设置减振车轮的主动分级调整策略； （4）采用多体动力学仿真软件ADAMS对不同刚度和不同冲击载荷下减振轮的减振性能进行分析，并对设计的样机进行了台架测试试验。

第2章 主动智能减振轮的方案设计

2.1车辆减振的需求分析 汽车平稳性和舒适性主要通过减振完成，现有的减振系统都是依托悬架系统实现减振。常用的车辆悬架系统均为被动减振，一般由杆、筒、弹簧和阻尼器等构件组成，难以适应路况变化。随着人们生活水平的提高，对汽车的平稳性和舒适性的要求越来越高。为了取得良好的舒适性，需要大大缓冲汽车的振动，这样弹簧就要设计得软些，但弹簧软了却容易使汽车发生刹车“点头”、加速“抬头”以及严重侧倾偏向，不利于汽车的转向，容易导致汽车操纵不稳定等。悬架减振系统只能够保护车辆悬架以上的车身部分，而车辆底盘则直接受到来自路面的冲击，造成车桥/转向桥等部件易疲劳损伤。 针对现有减振的不足，设计了主动智能减振车轮。它以弹簧和阻尼组成的减振轮辐作为基本减振器件，以凸轮、蜗轮蜗杆、齿轮等作为减振调节机构，配合电子控制模块，共同组成可根据车辆的行车状况对减振轮减振系数进行自适应调节的主动智能减振车轮。此设计的最大特点是靠车轮自身完成自适应减振，再和悬架配合，以使车辆达到良好的舒适度。并能够从振动根源处削弱振动，从而扩大减振的保护范围，提高车辆的使用寿命。 具备减振的车轮既可应用于特种车辆，如运输易爆、易碎物品的运输车，运送危重病人的急救车等，又可运用到普通乘用车辆，如行车环境较差的越野车，追求舒适的高级轿车、电动轻型车辆等，同时也可以应用于自行车、摩托车等需要减振的场所，其应用前景广阔。 2.2主动智能减振轮的工作原理 本项目是对车轮进行改进设计，提出了主动智能减振轮，在普通车轮的轮辐上设计减振系统，让车轮具备被动减振的功能；同时设计一套蜗轮蜗杆的动力传动系统，用凸轮调节减振系统的减振参数，通过机电控制技术采集路况信息，根据行车状况和路况做出适应性反馈，设计一套控制策略，控制步进电机驱动传动系统，最终通过凸轮调节，实现减振系数随路况变化的调节，进一步提高车辆的舒适性。 2.3主动智能减振轮的方案设计 本作品的设计包括机械结构部分的设计和电控部分的设计。 2.3.1减振轮机械结构方案设计 以普通车轮为主体，减振轮的结构方案如图2.1所示，主要由传动机构、凸轮调节机构、减振轮辐等机构组成。 　　　传动机构主要包括：齿轮组、蜗轮蜗杆及其支撑机构，用于动力传输，通过蜗轮蜗杆的减速机构增大驱动力矩，同时具备定位和自锁功能。传动机构由步进电机提供动力，通过传动齿轮组将动力传递到蜗杆上，蜗杆带动蜗轮转动实现力矩增大和行程控制，利用蜗轮蜗杆的自锁功能实现调节行程的定位。 凸轮调节机构主要包括：凸轮组、凸轮盖、调节机构壳体、U形叉及其连接机构。凸轮几何中心与蜗轮中心一致，都是轮心点。U形叉螺纹口为轮辐减振系统安装螺孔，由于凸轮与轮辐构成一个凸轮机构，当蜗轮发生转动时带动凸轮转动，U形叉将带动轮辐径向移动，实现轮辐减振系统弹簧压缩量的改变，从而改变减振轮的减振系数，以适应路况。 减振轮辐主要包括：多级并联弹簧组、内套筒、外套筒等。弹簧采用不同长度的线性弹簧同心并联组成的多级并联弹簧组，改变U型叉的径向位移调整多级并联弹簧组的受力弹簧数量，实现弹簧组的劲度系数发生变化，从而实现可变的减振弹簧。 本设计采用弹簧和套筒等组成的减振轮辐来代替车轮原有的刚性轮辐，使轮辐具有减振功能。这样在振动传向车体的路径上增加了一级减振，减弱了路面传递给车辆的振动，从而提高车辆的舒适性。其中并且这些减振轮辐的弹簧长度可以由伺服电机驱动的凸轮组进行同步调节，以改变弹簧的压缩量，进而改变车轮的减振系数，使车辆在不同的路况下保持最佳减振性能。 2.3.2减振轮电控部分设计 电控部分的设计思路是：分布于车辆的几组传感器，如：振动加速度感器、行车加速度传感器、速度传感器、转角传感器等，如图2.4所示，采集行车状况的信息，并将信息传递给电控单元（MCU）。考虑到行车速度的微分可得到行车加速度，因此行车加速度可以用行驶速度代替计算。电控单元（MCU）根据设定的运算逻辑对收集来的信号进行分析和处理，并根据分析结果对伺服电机发出相应的驱动指令，从而实现车轮减振系数对路面以及行车状况的自适应调节。 2.3.3减振轮的主动控制策略 主动智能减振轮的减振功能在停车或者不满足减振功能开启条件的时候是禁止开启的。此时，凸轮的最高点与滑块接触，减振轮辐的内外套筒相互接触，弹簧不能发生伸缩运动。当车辆启动时，信号采集模块开始采集车辆的速度、加速度、转向、振动加速度等行车信息，并将这些信息传递给电控单元（MCU）。电控单元（MCU）根据预设的判断条件以及运算规律对车辆的行驶状态及路面状况进行判断与计算。当车辆的行车状态不满足减振功能开启条件时，车轮减振功能禁止开启。当车辆的行车状态满足减振功能开启条件时，电控单元（MCU）计算弹簧在此状态下的最适劲度系数，进而计算出步进电机的转角。电控单元（MCU）根据计算结果发出对步进电机的驱动指令，当步进电机接受到来自电控单元（MCU）的驱动指令后转动相应的角度，并带动传动齿轮转动，传动齿轮带动蜗杆转动，蜗杆带动蜗轮转动，蜗轮带动凸轮转动，通过滚子带动U型叉产生一定量的径向位移，改变了减振轮辐弹簧的压缩量，使其劲度系数达到最优值。当车辆在受到来自路面的冲击时，减振轮辐产生一定规律的伸缩运动，吸收振动的能量，达到减振的功能。 2.4本章小结 在分析车辆现有的减振需求的基础上，提出了在轮胎上设计智能主动减振轮的必要性；根据减振功能要求，提出用弹簧套筒组成多级并联弹簧组的方案对轮辐进行改进的方案，并对主动智能减振轮的机械结构和电控系统的方案进行了介绍。

第三章 车轮强度校核及有限元分析 为了对作品进行优化设计与强度校核，应用CATIA、ANSYS等软件进行建模、仿真分析、强度校核。 3.1对车轮进行强度校核 为了对车轮进行强度校核，首先利用CATIA建立车轮简化模型，并将模型入ANSYS。然后对车轮进行网格划分，并对模型施加约束与载荷。最后对模型进行求解，并查看后处理结果。 分析结果显示： （1）轮毂与半轴接触部位变形量最大为，对于轮毂来说此值很小其变形量在可接受范围内。 （2）轮辋正应力变化范围是-6.3e5pa至2.1e5pa，应力值较小，满足要求。 （3）等效弹性应变值变化范围是9.0e-10m至1.1e-5m之间，应变值较小，满足要求。 （4）剪切弹性应变值变化范围是-1.6e-6m至1.5e-6m之间，应变值较小，满足要求。 由以上分析可知：车轮变形及应力较小，车轮强度足够。 3.2对减振轮辐进行强度校核 为了对减震轮辐进行强度校核，按照建模、导入、施加约束与载荷、求解与后处理的步骤对减震轮辐的套筒进行强度分析。 分析结果显示： 内套筒的最大应力为72.9Mp，内套筒选用45钢作为材料，取安全系数为1.5，需用应力为236.6 MPa，内套筒的最大应力小于许用应力，故设计安全。 3.3对凸轮进行强度校核 为了对调节机构的凸轮进行强度校核，按照建模、导入、施加约束与载荷、求解与后处理的步骤对减震轮辐的套筒进行强度分析。 分析结果显示： （1）凸轮由外至中心变形量的变化范围为112.3e-7—1.0e17m。最大变形量112.3e-7，处于可接受范围内。 （2）凸轮所受等效应力最大值为3.1e7Pa，处于安全范围内。 （3）凸轮等效弹性应变值在1.7e-6至1.6e-4之间，刚度符合要求。 综上可知凸轮设计可满足要求。 3.4本章小结 应用CATIA、ANSYS等软件，按照建模、仿真分析、强度校核的顺序，对作品强度要求较高的零件及机构进行有限元分析及强度校核，确保车轮、减震轮辐、凸轮等的强度满足设计要求。

第4章 主动智能减振轮ADAMS仿真分析

 为了对车轮的减振效果进行评估，利用ADAMS软件，对作品进行了仿真分析。 4.1减振轮的仿真建模 4.1.1 主动智能减振轮模型参数 主动智能减振轮模型参数如下： 　 （1）轮胎轮辋质量：50Kg； 　　（2）简化到转向节的质量400Kg（假设车辆为1.6吨，轴荷分配为1:1）； 　　（3）弹簧减振器的质量忽略不计； 　　（4）轮胎刚度为：300N/mm； 　　（5）轮辐刚度为：292N/mm;阻尼为：10N/(mm/s)； 　　（6）路面冲击载荷：500N（利用stpep函数模拟路面冲击：STEP(time, 0 ,500 , 0.01 , 0 )）。 　　（7）路面正弦函数输入：；f为路面输入的频率。 　　　 注：系统输入通过作用在代表轮胎弹性的弹簧下端的哑物体（无质量和尺寸，图中黄色物块）上的位移输入来模拟。 4.1.2 ADAMS建模过程 ADAMS建模过程如下： 　　（1）在轮辐和轮心质量块之间建立6个均布的弹簧阻尼； 　　（2）在轮胎和地面之间建立弹簧模拟轮胎的弹性； 　　（3）在轮辐和轮心质量之间建立固连辐，使轮心和轮辋可以锁止或移动用来做比较试验； 　　（4）在轮胎模拟弹簧下端建立哑物体（便于施加振动输入），并在哑物体上施加预定输入。 首先在ADAMS中分别建立普通车轮与自适应减震车轮的震动模型，然后对模型施加约束，然后给车轮施加一定规律的振动，最后求解车轮轮心处的振动响应曲线。 4.2减振轮与普通车轮的减振对比仿真实验 　　为了验证减振车轮减振的有效性，首先对比车轮上有无减振阻尼器的对比效果，用stpe函数模拟10mm的路面冲击，模拟函数为STEP(time, 0 ,10 , 0.01 , 0 )，　　 对比结果的轮心位移曲线，轮心的加速度曲线可知，增加了轮辐弹簧阻尼，能有效实现减振效果。 4.3不同冲击载荷下的减振仿真实验 仿真实验均以正弦冲击载荷进行模拟，幅值为10mm，模拟不同频率冲击下的主动智能减振轮的减振效果实验，实验分别对10Hz、20Hz和50Hz下冲击载荷进行仿真分析。 随着冲击载荷频率的增大，减振效果越好，证实了主动智能减振轮的弹簧阻尼减振的有效性。 4.4不同轮辐弹簧刚度下的减振仿真实验 　　主动智能减振轮的另一特性就是可以根据行车路况和驾驶员操作信息，采用主动减振调节的方式改变主动智能减振轮轮辐上弹簧阻尼的刚度，轮辐上的弹簧刚度是同过2个不同刚度系数的弹簧并联，控制系统调整弹簧阻尼系统的变形即可改变其刚度，为了验证此主动减振调整方案的有效性，开展不同刚度下的减振仿真实验。 　　冲击载荷为正弦信号，对比弹簧刚度在200、300、500 N/mm下的减振分析，实验结果如图6.13所示，由图可知系统稳定后轮心的振动衰减到2mm的范围内，在弹簧刚度分别为200、300、500 N/mm，系统达到稳定时间分别为1.2s、2s和3s，轮辐弹簧刚度会影响到系统达到稳定地时间，即衰减振动的速度。且刚度越大，衰减时间越长，衰减越慢。 4.5本章小结 设计的主动智能减振轮比普通车轮的减振效果好，能较好的对不同频率下的冲击载荷进行减振，并随着冲击载荷频率的增大，减振效果越好；不同的弹簧刚度的减振效果不同，因此根据路况调整弹簧刚度的变化以改善行车舒适性具有可行性，如果配合使用变刚度的弹簧（非线性弹簧）和减振器（阻尼）将对减振效果有大幅度的提高。

 第5章 主动智能减振轮的台架振动实验

 5.1实验目的 为了进一步验证项目设计的合理性与科学性，并检验自适应减震车轮的减震效果，制作了制作了作品的第一代模型，并进行了台架实验。 5.2台架实验的原理 一般认为路面不平度的波长范围0.1m-100m，幅值1mm-200mm，考虑车速一般路面谱频率范围0.1-30Hz，选择10HZ为其工作频率来模拟车轮减震的原理，并用传感器检测轮心处的振动响应。通过输入与输出之间的对比来确定车轮的减震性能。 5.3台架实验的设备 台架实验的设备主要包括激振平台、振动传感器、采集卡、计算机、减震车轮模型等。 5.4实验步骤 实验的步骤如下： 　　1、逐一检查设备，确保其准确可靠； 　　2、调整减震车轮模型的弹簧至相应的位置； 　　3、将减震车轮模型固定于CRIMS SDS500电液伺服试验机夹持端； 　　4、对传感器、采集卡、笔记本进行电气连接，并用开关电源进行供电； 　　5、将传感器的磁座固定于车轮的轮心处，并控制CRIMS SDS500电液伺服试验机进行一定规律的振动； 　　6、笔记本显示并记录轮心出的振动响应曲线； 　　7、将传感器磁座固定于CRIMS SDS500电液伺服试验机夹持端，测量并记录振动曲线； 　　8、试验结果处理与分析； 　　9、得出结论。 5.5实验结果 实验结果显示：当输入频率为10Hz，振幅为1.070mm时，输入的振动加速度的最大值为-3—3每秒平方米，自适应减震车轮模型输出地振动加速度为-1.5—1.5每秒平方米。由此可预见自适应减震车轮模型能够大大减小车辆的震动。 第6章 结论 6.1结论 针对现有车辆减振均采用在车桥和车身上间设置悬架减振器的方式来实现车辆减振而无法保护车桥/转向桥的问题，提出了在车辆轮辐上设计弹簧减振系统实现保护车桥/转向桥在内的减振系统；采用套筒分级固定弹簧的方式实现可变刚度的弹簧减振系统，用蜗轮蜗杆的调控结构来实现弹簧减振系统刚度的分级调整，设计了主动智能减振轮，对设计的结构强度进行了有限元分析；为提高车辆舒适性，采集车辆行车参数，设计了减振车轮的主动调整控制系统和策略；对主动智能减振轮进行了减振实验，证实了主动智能减振轮的减振性能，得出了以下结论： 　　（1）首次提出了在车辆轮辐上设计减振机构，用套筒、弹簧、阻尼和凸轮调节机构、控制系统、轮辋设计了主动智能减振轮，实现包括车桥/转向桥的减振保护，通过ADAMS仿真和台架试验验证了减振车轮的减振性能； 　　（2）采用套筒和分段不同刚度的弹簧，通过改变弹簧压缩量设计了刚度可调的弹簧减振系统； 　　（3）采用凸轮转盘的结构设计了各轮辐弹簧阻尼减振系统伸缩量的调整机构，并用蜗轮蜗杆和步进电机的传动方案实现了对凸轮转盘进行驱动调整； 　　（4）采用STM32F103VET6芯片构建了主动智能减振轮的调整控制系统，以CAN总线通讯的方案获取了行车车速、转向角等参数，以振动加速度传感器获取车辆振动信息，通过建立主动智能减振轮的控制策略，控制步进电机实现主动智能减振轮的主动控制； 　　（5）采用分级调整的控制策略，以行车速度、转向角和振动加速度等参数实现主动智能减振轮调整策略，并根据各参数的等级实现不同减振性能的调控； 　　（6）采用ADAMS对不同的弹簧减振系统的刚度和不同频率的冲击载荷进行试验，结果表明主动智能减振轮能有效对不同频率的冲击载荷进行减振，频率越高减振性能越好；不同的弹簧刚度的减振效果不同，为采用分段调整刚度的主动减振控制提供依据； 　　（7）对设计的自适应减振论的样机进行了激振台架试验，结果表明主动智能减振轮能有效实现减振。

设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标

1、目的： 针对现有车辆减振均采用在车桥和车身之间设置悬架减振器的方式来实现车辆减振而无法保护车桥/转向桥的问题，提出了在车辆轮辐上设计弹簧减振系统以实现保护车桥/转向桥在内的减振系统，具备主动减振调整功能，与悬挂减振系统配合使用，进一步提高行车舒适性和安全性。 2、基本思路： 采用套筒分级固定弹簧的方式实现可变刚度的弹簧减振系统，用步进电机和蜗轮蜗杆及凸轮组成的调控结构来实现弹簧减振系统刚度的分级调整，设计了主动智能减振轮，并对设计的结构强度进行了有限元分析；采用STM32控制芯片设计了主动控制系统采集车辆行车参数，根据行车参数设置了减振车轮的主动分级调整策略；采用ADAMS对不同刚度和不同冲击载荷下减振轮的减振性能进行分析，并对设计的样机进行了台架测试试验，试验结果表明主动智能减振轮具有良好的减振性能，在不同弹簧刚度具备不同的减振性能，主动智能减振轮能有效对不同冲击载荷实现减振。。 3、创新点 （1）与现有的悬挂减振方式不同，首次在轮辐上设计减振机构实现车辆减振，实现路面工况自适应减振； （2）采用机电控制技术，实现减震系数的智能调节。 4、技术关键： （1）设计科学的辐式减振机构，使其受力合理，在行车过程中保持车轮的动平衡； （2）根据行车的传感器信息和驾驶意图，建立合理的自适应调节控制模型。(收起)

科学性、先进性

该作品与现有的车轮相比有以下特点： 1、在轮辐上引入了减振系统，从而增强了车轮的减振性能； 2、此种轮辐的减振状态可根据行车状况和路况自动调节； 3、车轮的减振状态是由自适应智能调节系统来控制的。 4、车轮减振状态的调节机构采用凸轮机构，原理简单，真实可靠； 5、电控模块的执行器采用步进电机，控制灵活； 6、步进电机和凸轮调节机构之间采用涡轮蜗杆机构，可实现单向调节，可大大减小步进电机的工作量。

同类课题研究水平概述

车辆行驶平顺性的优劣直接关系到乘员的舒适性,并涉及汽车动力性和经济性的发挥,影响到零部件的使用寿命,所以它是同类车在市场竞争争取优势的一项重要性能指标。而减震技术是确保车辆具有良好的行驶平顺性和安全性的有效保障。为了使车架与车身的震动迅速衰减,改善汽车行驶的平顺性和舒适性。 　　现有车辆一般采取在悬架系统上安装减震器和安装充气轮胎两种减震方式配合的方法减震。悬架减震效果较好，但是其减震保护范围小，仅限于车辆悬架以上部分。轮胎可以从震动的根源来减小震动，但是轮胎减震存在减震作用不明显的缺点。这样处于车轮和悬架之间的底盘部分就处于较大的震动冲击下，使得此处的零件容易损坏。 　　自适应减震车轮采取在轮辐上安装减震装置的方式，既可大大提高车轮的减震效果，又可减弱路面冲击对汽车底盘的破坏作用，从而提高车辆的舒适性和耐久性。