路面随机激励下地汽车振动仿真

编号毕业设计（论文）题目路面随机激励下的汽车振动仿真目录摘要 (Ⅰ)Abstract (Ⅱ)1 绪论 (1)1.1 振动的危害 (1)1.2 振动研究的问题 (1)1.3 研究机械振动的基本方法 (2)1.4 汽车振动问题 (3)1.5 振动分析有限单元方法 (3)1.6 Simulink简介 (4)2 路面随机激励模型 (5)2.1 基本概念 (5)2.2 路面随机激励时域模型 (5)2.3 白噪声法建立路面数学模型 (5)2.4 用matlab/simulink进行仿真 (7)3 建立整车4自由度模型 (9)3.1 汽车振动模型 (9)3.2 系统运动微分方程的建立 (11)4建立matlab/simulink仿真模型 (13)4.1 建立动态系统模型的要素 (13)4.2 动态系统建模概述 (13)4.3 建立汽车振动系统仿真模型 (14)5振动仿真分析 (15)5.1 simulink动态系统仿真过程 (15)5.2 选取汽车模型参数 (16)5.3 仿真分析 (16)5.4 研究悬架刚度的影响 (19)6结论 (25)致 (26)参考文献 (26)摘要当今社会，汽车在人们的日常生活中占据着越来越重要的作用，人们对于汽车也提出了越来越高的要求。

进入新世纪以来，汽车技术取得了巨大的发展，汽车各方面的性能也取得了巨大的进步。

人们对于汽车的研究越来越全面，对于汽车振动的研究已经成为了汽车研究中重要的课题之一。

然而，由于汽车是一个包含惯性、弹性、阻尼等动力学特征的非线性系统，零件多，受力复杂，而且构成汽车的各子系统之间存在相互耦合作用，使得汽车的动态特性非常复杂。

要想真实描绘汽车的动态特性，必须考虑尽可能多的零件运动来获得精确的数学模型，而太复杂的模型又给求解带来了巨大的困难，甚至得不到结果。

因此，本文以整车4自由度为对象，通过仿真技术的运用，来研究在路面随机激励下汽车的振动特性，研究结果可以对汽车平顺性研究提供参考。

关键字：汽车、振动、路面随机激励、仿真技术AbstractIn today's society, the automobile plays a more and more important role in people's daily life, people in automobile is also put forward higher requirements. Since entering the new century, the automobile technology has achieved great development, the performance of automobile have also made great progress. People in automobile research more comprehensive, research for the automobile vibration has become one of the important topics in automotive research. However, because the car is a inertia, elasticity, damping, dynamic characteristics of the nonlinear system, parts, complex loading, coupling effects exist between each subsystem and vehicle, the dynamic characteristics of the vehicle is very complex. Dynamic characteristics to real depicts car, must be taken into account as much as possible parts movement to obtain the precise mathematical model, and the model is too complex to solve has brought great difficulties, or even no results. Therefore, based on the 4 degrees of freedom vehicle as the object, through the use of simulation technology, to study the vibration characteristics of vehicle under excitation of random road surface, the results could provide reference for the study of vehicle ride comfort.Key words:automobile、vibrancy、road random excitation 、technique of simulation1 绪论1.1振动的危害在自然界中，振动现象是不可避免的，汽车在运行过程中振动也是不可避免的，如汽车在崎岖不平道路上行驶时所引起的振动。

如果汽车长期处于这种振动环境，驾驶员往往会患上腰椎劳损、胃下垂等职业病。

振动也会产生噪声，污染环境，影响人们正常的工作和休息。

纺织机械发出的巨大噪声使纺织工人患耳聋、耳背的比例大大增加。

建筑工地上工程机械作业引起的振动噪声，如钻孔机、打桩机和混凝土导振器等发出的噪声破坏了人们的生活环境，噪声达到一定的分贝值就会严重影响人们正常的工作和休息。

在大多数机器、机械结构和动态系统中都不希望发生振动。

因为振动会降低机床的精度，产生误动作，影响机械的性能；振动会降低仪器的准确性及其工作寿命；振动会使机器、结构出现疲劳破坏，影响使用寿命；振动还会产生噪声，增加能量耗损。

正因为振动有这么多的危害，研究振动的规律，减少振动带来的危害变得非常必要。

对于汽车振动的研究在汽车技术研究也占据着重要的地位。

1.2 振动研究的问题了解了振动的危害，为了能降低甚至消除振动所带来的危害，就需要人们去研究振动问题，掌握振动机理，利用振动规律来造福人类。

所要研究的振动问题有以下几个方面：（1）振动隔离：在振动源不可能完全消除的情况下，研究如何减小振动对结构的影响。

如汽车悬架的设计就是为了减小汽车在不平路面上行驶时传给车身的振动。

（2）在线控制：利用振动信号监控设备工作状况，诊断故障。

如对发动机故障进行的振动监测和诊断。

（3）工具开发：利用振动原理，研究和开发新型的振动源和振动工具。

如地下钻孔机利用振动来松动土层，减少阻力，提高钻孔效率。

（4）动态性能分析：对机器的动态性能进行分析，如汽车的乘坐舒适性、操纵稳定性等进行振动分析。

同时研究机器和结构件的疲劳寿命。

动强度等问题。

（5）模态分析：振动中模态分析的理论和试验的研究。

对于一般的振动问题，可以用图1所示的框图来说明。

图中的“振动系统”是指输入输出激励()t f响应()t x图1 振动系统框图所研究的振动对象，例如汽车、各种机器或机床。

工程结构或某些零部件等。

从振动理论来分析，“振动系统”是表示研究对象的振动特性。

“输入”或“激励”是表示初始干扰和激振力等外界因素对系统的作用。

“输出”或“响应”是表示系统在输入或外激励作用下所产生的动态响应。

根据图1，可以把振动问题分为以下三类：（1）振动分析：已知激励和系统特性，求系统响应。

如已知路面条件和车辆结构，求驾驶员受到的振动。

（2）振动环境预测：已知系统特性和振动响应，反推系统的激励。

预测结果可以作为以后振动设计的激励。

（3）系统识别：已知激励和系统的响应，确定系统的特性。

这类问题往往用模态试验的方法，识别出系统，以建立振动模型或检验已有的理论模型。

这类问题中，如对振动系统有所了解，称为灰箱问题；如对系统一点也不了解，称为黑箱问题。

1.3 研究机械振动的基本方法研究机械振动的基本方法主要有以下三种：（1）理论分析法：从振动分析观点看，即使是一台较简单的机器，其系统也是很复杂的，它所使用的是质点动力学的方法。

理论分析方法的步骤包括建立系统的力学模型、建立运动方程、求解方程得到相应规律。

（2）实验研究：实验研究通常进行两方面的工作；一方面，直接测量振动系统的振动响应，并进行分析以了解机械振动特性，这个工作称为振动分析；另一方面，用已知的振源去激振研究对象，并测取振动响应，以了解系统特性，这个工作称为系统识别。

（3）理论分析与实验相结合：可以通过实验的方法（如模态分析）识别出系统，建立系统特性模型，或通过实验来验证理论分析的结果。

也可以用理论分析的方法预测系统的响应，通过理论分析与实验的结合，更好的研究振动问题。

1.4 汽车振动问题如果把汽车作为一个系统来研究，汽车本身就是一个具有质量、弹簧和阻尼的振动系统。

由于汽车部各部分的固有频率不同，汽车在行驶中常因路面不平、车速和运动方向的变化，车轮、发动机和传动系统的不平衡，以及齿轮的冲击等各种外部和部的激振作用而极易产生整车和局部的强烈振动。

汽车的这种振动使汽车的动力性得不到充分的发挥，经济型变坏。

同时，还要影响汽车的通过性、操纵稳定性和平顺性，使成员产生不舒服和疲乏的感觉，甚至损坏汽车的零部件和运载的货物，缩短汽车的使用寿命。

汽车振动和一般的机械振动问题一样，可以用研究机械振动的方法来研究汽车振动问题。

然而，由于汽车是一个包含惯性、弹性、阻尼等动力学特征的非线性系统，零件多，受力复杂，而且构成汽车的各子系统之间存在相互耦合作用，使得汽车的动态特性非常复杂，要想真实描绘汽车的动态特性，必须考虑尽可能多的零件运动来获得精确的数学模型，而太复杂的模型又给求解带来了巨大的困难，甚至得不到结果。

因此，提出一种合理的汽车振动分析方法已经显得极为迫切。

传统的汽车振动分析方法是通过建立离散集中多自由度振动系统的振动微分方程，通过模态分析的方法进行动力响应的求解。

这种方法虽然简单，但是因为所作的假设有时过于简化，会导致精度不高甚至是错误的结论。

另外，这种分析方法往往只能胜任相对简单的梁、杆或平板的分析。

利用计算机仿真技术进行有限单元分析的方法，可以有效缩短设计周期，降低开发成本，达到提高汽车产品品质的目的，逐渐被用来进行汽车振动分析的方法，并取得了良好的效果。

研究汽车的振动问题主要有以下的几个主要的系统：发动机和传动系统、制动系统、转向系统、悬架系统、车身、车架等。

1.5振动分析有限单元方法在实际的机械结构中，零部件的结构形式复杂多样，与理想的规则形状相去甚远，例如，在汽车的车身结构中，存在大量的加强筋结构。