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【摘 要】最初汽车敞篷机构设计,整体机构较复杂,靠手动实现敞篷机构的折叠式运动,自动化程度低,机构杆件灵活性较低.目前较流行的软顶敞篷汽车,将软顶分为汽车后顶连接盖、中间过渡连接顶盖和前顶连接顶盖三部分.文章在敞篷汽车三段式折叠软顶敞篷机构的设计与分析基础上,基于matlab强大的数据处理能力进行敞篷汽车三段式折叠软顶的优化设计,并得到各杆件的最优尺寸,使敞篷机构设计更加合理.
【期刊名称】《汽车实用技术》
【年(卷),期】2018(000)022
【总页数】3页(P75-77)
【关键词】汽车;敞篷;优化设计
【作 者】赵斌;董浩;黄波;张建
【作者单位】成都大学机械工程学院,四川成都 610106;成都大学机械工程学院,四川成都 610106;成都大学机械工程学院,四川成都 610106;成都大学机械工程学院,四川成都 610106
【正文语种】中 文
【中图分类】U463.8
敞篷车是指带有折叠式可开启车顶的汽车，通常可以自动开合。敞篷汽车可折叠顶盖系统结构主要包括液压系统、电子控制系统和机械结构。机械结构涉及到连杆机构、小翻板机构和锁紧机构等。对于折叠式敞篷机构的复杂顶篷翻转运动，根据液压缸的往复运动，推动硬顶连杆及行李箱四连杆机构，实现顶篷收缩及行李箱开合[1]。本文将基于matlab强大的数据处理能力进行敞篷汽车三段式折叠软顶的优化设计。
目前较流行的软顶敞篷汽车的敞篷机构由以下三部分构成：汽车后顶连接盖BD、中间过渡连接盖DH及前顶连接盖KM[2]。机构简图如图1所示。
敞篷有三个液压缸驱动，通过液压油缸的往复运动，实现顶盖的展开与收拢。后顶盖BD的
主运动驱动中间顶盖DH、前顶盖KM运动，顶盖BD到达固定位冗后，顶盖KM开始展开，直至与前端合拢，整个敞篷的展开过程结束。其中，液压油缸2的作用是维持顶盖DH在平面内作平行移动。
由机械原理平面机构自由度公式可得，机构自由度数目F为：
式中：F——机构自由度；n——活动杆件数目；PL——低副数目；PH——高副数目。
由图1可知，n=11、PL=15、PH=0，代入式（1）得机构自由度数F=3，符合机构设计相关要求。该敞篷机构采用三段式折叠软顶，收拢与展开较快，设计合理。
基于图2所示的汽车模型，参考相应尺寸进行敞篷汽车三段式折叠软顶设计分析。
根据图2的汽车模型简图，设计参数如下：
BD长为960mm，DH长为840mm，顶盖KM展开能到达的长度为750mm，顶盖BD到达固定位置时与汽车后座的夹角为135°。
敞篷汽车机构采用缸径为Փ40、速比v=2的液压油缸，其安装距(L+S(行桯))=735mm，液压
大众朗逸2023款图片及报价自动挡油缸未充油状态下，L=255mm。
将汽车敞篷分为三部分，每个顶盖分别有一个液压油缸驱动。故在此分别抽出各顶盖进行相关分析以及尺寸界定，顶盖BD的机构简图见图3所示。
考虑液压油缸通常是匀速充油。在此，油缸杆相对于缸体的速度可视为常数。又主动链的两个外副A、C的相对距离AC可视为已知的、长度呈规律变化的杆。由平面机构自由度计算公式可得，F=1，故该机构具有确定的运动。
在图3中，角度∠ABD具有不确定性，其值大小可根据具体敞篷机构给定，选取10°≤∠ABD≤45°。由已知参数可知，BD=960mm，255mm≤AC≤735mm，∠ABD'=135°。为优化计算顶盖的机械设计尺寸，选取液压油缸在未工作状态下，255mm≤AC≤270mm，在工作状态下，当顶盖BD到达固定位置时，液压油缸的安装距取720mm≤AC'≤735mm。在输出同样的功率，为使机构运动副中传递的力最小，该机构引入传动角γ，一般取γmin=30°~60°。在该敞篷汽车机构中，若90°<∠ACB<180°，则γ=180°-∠ACB，由边角关系可得：
当0°<∠ACB≤90°时，γ=∠ACB由边角关系可得：
根据图2，为使敞篷机构设计合理，能够达到指定位置，并给出最优化的各杆件尺寸，只需满足∠ABD∙AB∙BC最小。
编写matlab程序求解得，AB=382.40、BC=339.54、AC=346.50、AC’=688.50、∠ABDmin=10°、∠ABD’=135°、∠BAC=9.23°、∠BAC’=14.94°。
顶盖BD在满足运动条件的前提下，液压油缸行程速度转换成汽车软顶敞篷的速度倍率为BD/BC=3.653。机构传动角取值范围为γ∈[30.06°，90°]，符合基本设计要求。
对于顶盖DH的分析，顶盖DH主要作为连接顶盖，在顶盖BD的运动过程中，顶盖KM收拢于顶盖DH上，顶盖DH一直保待上下平行移动，其主要依赖于液压油缸2的往复运动，为计算方便，近似有∠GDF=∠ABD、∠GDF'=∠ABD’，为提高控制单元控制精度，液压油缸2应保证有足够大的行程，选取EF=255mm、E’F'=690mm、DE=262.80mm、DF=209.70mm，其中DG=840mm，该机构可根据液压油缸等机构实际安装位置自行调整。
顶盖KM运动至连接汽车前端，以实现敞篷汽车的闭合，闭合的程度反映汽车敞篷密封性的
好坏。当顶盖BD、顶盖DH运动至固定位宜后，可认为顶盖KM上活动绞支点H、G为固定绞支点，具体机构简图见图4和图5所示。
如图4所示，KJ为连接杆件，与前敞篷板件相连。HJ与GK为支起顶盖板件导向杆，仿真得到GK=HJ=360mm、KJ=HG=150mm。前敞篷板件收缩时，板件水平合拢，翘起角度很小，缩小汽车后备箱存放空间。其中KJ与HJ共线，杆件一端采用圆弧过渡，另一端采用直臂式机构。
在图5中，液压油缸不断排油，给NI向右作用力，从而带动HJ绕H点转动，顶盖KM逐渐收拢，此时液压油缸充油量很少，可忽略不计。由于顶盖KM给予的反作用力产生的弯矩对N'I’影响作用较小，故顶盖KM的反作用力可完全由N'I'提供，此时液压油缸的推力对N'I’的运动起主导作用。当GK’与K'M’共线时，该机构处于与汽车前端连接锁紧位置，此时，K’为死点位赏，实际机构中，应避免该死点。
北京到济南的汽车【相关文献】
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