基于MATLAB_SIMULINK的油气悬架动力学仿真
运用MatlabSimulink对主动悬架动力学仿真与分析
运用Matlab/Simulink对主动悬架动力学仿真与分析摘要：基于主动悬架车辆1/4动力学模型，采用LQG最优调节器理论确定了主动悬架的最优控制方法，利用matlab软件建立了主动悬架汽车动力学仿真模型，并用某一车型数据进行了动力学分析和仿真，仿真输出量可作为评价主动悬架的控制方法和与平顺性有关的车辆结构参数的依据。
关键词：主动悬架仿真 MatlabDynamics Simulation Of Vehicle Active-suspension By Using MATLABAbstract: Linear-Quadratic-Gaussian(LQG) optional regulator theory is applied to optional control of active-suspension based on quarter vehicle dynamics model of active-suspension. Using MATLAB software，dynamics on model of vehicle of active-suspension is established to make analysis and simulation according to some actual data .Simulation output can be used to evaluate the control method of active-suspension and structure parameters of vehicle in relation to ride performance.Key words: active-suspension simulation MATLAB悬架作为现代汽车上重要的总成之一，对汽车的平顺性、操纵稳定性等有重要的影响，统的被动悬架虽然结构简单，但其结构参数无法随外界条件变化，因而极大的限制了悬架性能的提高。
基于Simulink的汽车双轴悬架动态仿真分析
2010年第4期农业装备与车辆工程图1双轴悬架四自由度平面振动模型doi ：10．3969／j．issn．1673－3142．2010．04．007基于Simulink 的汽车双轴悬架动态仿真分析唐天德(绵阳职业技术学院，四川绵阳621000)摘要：建立了研究车身垂直振动与纵向角振动的四自由度汽车双轴悬架动力学模型及其Simulink 仿真模型，提出了一种通过分析Simulink 时域仿真数据求解前后悬架幅频特性不同、悬挂质量分配系数不等于1的汽车一般双轴悬架模型双输入下折算幅频特性的方法。
通过此方法可方便地求出车身纵轴上任一点垂直振动加速度和车身俯仰角加速度等对前轮路面不平度输入的幅频特性，从而进一步研究悬架的各种参数对悬架动态特性的影响。
关键词：汽车；双轴悬架；仿真；频率响应中图分类号：U461.4文献标识码：A文章编号：1673-3142(2010)04-0024-05Analysis of the Dynamic Simulation of Automobile Dual Suspension Based on SimulinkT ANG Tian-de(Mia ny ang Vocational and Technical College,Mia y ang 621000,China)Abstrac t ：The four-DOF automobile dynamic model and its dual-axis suspension Simulink model are established for researching the vehicle body vertical vibration and longitudinal angular vibration,a method is presented to obtain the two-input amplitude-frequency characteristics of the automobile general dual suspension model which the amplitude-frequency characteristics of the front and rear suspensions are different and the distribution coefficient of the mass suspension is not equal to one by analyzing the data of time-domain simulation of Simulink.By using this method,the amplitude-frequency characteristics by the front input of road surface roughness of vertical acceleration of any point on vehicle body and the rotary acceleration of vehicle body are conveniently obtained,and thus the effects of various parameters of suspension on the suspension Dynamic characteristics are easier to be studied.Keywords ：automobile ；dual-axis suspension ；simulation ；frequency-response1引言悬架系统是车辆主要的减振、隔振装置，其性能的优劣与匹配的合理性，对车辆行驶平顺性与乘坐舒适性具有决定性影响，也是限制汽车最大车速的主要因素之一。
基于MATLAB的汽车悬架仿真研究
基于MATLAB的汽车悬架仿真研究周新鹏（昆明理工大学交通工程学院，云南昆明）摘要：针对不同悬架的性能特点，分别建立了被动悬架、主动悬架的车身与车轮二自由度振动模型，基于Matlab 软件用白噪声法模拟了路面不平度随机输入，在此基础上，对被动悬架与主动悬架的性能进行了仿真对比。
仿真结果表明：主动悬架能更好地衰减振动，因此具有更佳的平顺性。
关键词：汽车主动悬架被动悬架Matlab引言悬架是车架（或承载式车身）与车桥（或车轮）之间一切传力连接装置的总称，用以把路面作用于车轮上的各种力和力矩传递到车架上[1]，同时还起到缓和冲击、吸收振动、提高平顺性与乘坐舒适性的作用。
传统悬架的刚度和阻尼是按经验或优化设计的方法确定的，在汽车行驶过程中，其性能不变，也无法调节，从而使汽车平顺性与乘坐舒适性受到一定的影响，因此称这种悬架系统为被动悬架。
主动悬架可根据汽车的行驶条件的变化对刚度和阻尼进行动态地自适应调节，因此能使悬架系统始终处于最佳状态[2]。
车身垂直位移决定了汽车振动时振幅的大小，悬架行程直接影响撞击限位的概率，而车身加速度是评价汽车平顺性的主要指标[3]，因此，本研究主要从车身垂直位移、车身加速度、悬架行程等几个方面比较主动悬架与被动悬架的特性。
1.汽车悬架相关理论汽车悬架系统由弹性元件、导向元件和减振器等部分组成。
弹性元件用来传递并承受垂直载荷，它也具有一定的吸振能力；导向元件用来传递纵向力、侧向力和由此产生的力矩；减振器用来迅速减小车身和车架的振动。
汽车悬架一般应具备以下功能：（1）承受汽车的重量；（2）承受并缓和汽车行驶时由路面通过车轮传给车身的冲击与振动；（3）在承受制动力、驱动力和转弯时产生的离心力时，要保证操纵的稳定性：包括汽车行驶时不要产生过大的侧倾与仰倾，使制动时产生的“点头”现象尽可能小；（4）使汽车具有不足转向特性，不产生过度转向；（5）使汽车与路面有较好的附着特性，不会由于过大的振动而使车轮脱离路面；（6）在凹凸不平的路面上行驶时，为了保证必要的离地间隙，能主动调节车身高度。
基于MATLAB仿真的汽车悬架控制研究-车辆工程专业
基于MATLAB仿真的汽车悬架控制的研究摘要随着我国的科学及技术和社会经济的快速发展。
根据公安部和中国汽车流通协会的统计，仅2019年，中国就登记了2578万辆新车，居世界首位。
到2020年，中国汽车保有量已达2.6亿辆，并稳步增长。
这也带来了一系列的问题，其中行车安全性和乘坐的舒适性受到顾客的关注。
而在未来的社会中汽车购买的主力军会是女性，女性对汽车的舒适性是最敏感的，汽车的悬挂系统在汽车舒适性中占据主导地位。
本文主要对汽车的汽车的主动悬架系统进行建模和分析，从而让汽车的安全性、舒适性和平顺性得到明显的提高，使汽车的行驶不在受路面的影响。
通过对汽车的悬架系统的类别、组成、工作的原理和发展的程度进行了概括性的介绍，根据汽车悬架系统的发展情况，对通过数学模型的建立和仿真，探讨了汽车主动悬架系统的结构和工作原理，通过仿真的结果分析汽车主动悬架在汽车行驶期间的工作状态和在不同路况下对汽车行驶的影响。
利用Simulink模块建立整车悬架系统的仿真模型，观察不同悬架类型对汽车行驶的安全性、舒适性和平顺性的影响，根据仿真结果，得出结论，分析主动悬架系统能否发挥理论上的作用。
最后，基于Matlab/SimuLink对车辆主/被动悬架系统进行建模，并进行仿真分析。
得出的结论是，主动悬架系统可以有效地提高车辆的安全性，舒适性和舒适性。
【关键词】汽车悬架，MATLAB，Simulink，主动悬架，被动悬架Research on Automobile Suspension Control Based onMATLAB SimulationAbstractWith the rapid development of science, technology and social economy in China. According to statistics of the Ministry of public security and China Automobile Circulation Association, in 2019 alone, China registered 25.78 million new cars, ranking first in the world. By 2020, China's car ownership has reached 260 million, with a steady growth. This also brings a series of problems, among which the safety of driving and the comfort of riding are concerned by customers. In the future society, the main force of car purchase will be women. Women are the most sensitive to the comfort of cars. The suspension system of cars plays a leading role in the comfort of cars. In this paper, the active suspension system of the car ismodeled and analyzed, so that the safety, comfort and smoothness of the car can be significantly improved, so that the driving of the car is not affected by the road.This paper introduces the category, composition, working principle and development degree of the automobile suspension system. According to the development of the automobile suspension system, it discusses the structure and working principle of the automobile active suspension system through the establishment and Simulation of the mathematical model. Through the simulation results, it analyzes the working state of the automobile active suspension during the driving period and whether it is working or not The influence of the same road condition on the vehicle driving. The simulation model of the whole vehicle suspension system is established by using the Simulink module, and the influence of different suspension types on the safety, comfort and ride comfort of the vehicle is observed. According to the simulation results, the conclusion is drawn, and whether the active suspension system can play a theoretical role is analyzed.Finally, the vehicle active / passive suspension system is modeled and simulated based on MATLAB / Simulink. The conclusion is that the active suspension system can effectively improve the safety, comfort and comfort of the vehicle.1绪论1.1引言目前，驾驶员在日益复杂的道路交通环境中驾驭汽车时，由于路况的复杂性，他们需要更频繁地改变行驶方向，驾驶员和乘客越来越依赖汽车的悬挂系统，作为汽车的五大总成之一，一个好的悬挂系统将给驾驶员提供一个更稳定的控制感和安全的驾驶体验并且乘客能感受到一个更舒适的乘坐感。
基于MATLAB的汽车悬架仿真研究
基于MATLAB的汽车悬架仿真研究汽车悬架系统是车辆重要的组成部分之一，对于车辆的操控性能和乘坐舒适性有着重要的影响。
因此，研究和优化汽车悬架系统是提高车辆性能和安全性的重要途径之一、本文将基于MATLAB平台，进行汽车悬架系统的仿真研究。
首先，我们需要建立一个适合于汽车悬架系统仿真的数学模型，用于描述悬架系统的动力学特性。
一般情况下，我们可以将汽车悬架系统简化为质点模型，即将悬架系统抽象为质点在垂直方向上的运动。
然后，可以采用多体动力学的方法，建立基于质点模型的数学方程。
基于质点模型的数学方程可以使用MATLAB进行求解。
首先，需要定义汽车悬架系统的参数，包括悬架刚度、阻尼系数、质量以及悬架系统的几何参数等。
然后，可以通过MATLAB中的ODE45函数来求解悬架系统的动力学方程。
ODE45函数是一种常用的求解常微分方程组的数值方法，可以计算出质点的运动轨迹和关键参数，如振动频率、振幅等。
通过悬架系统的仿真研究，我们可以得到一些有关于汽车悬架系统性能的重要信息。
例如，可以分析质点在不同路面条件下的运动特性，进而评估悬架系统对激励的响应能力和减震效果。
同时，也可以研究不同悬架参数对悬架系统性能的影响，例如刚度、阻尼系数、质量等。
通过调整悬架参数，可以优化悬架系统的性能。
此外，也可以进行不同悬架系统的对比研究。
例如，可以对比传统悬架系统和主动悬架系统的性能差异。
主动悬架系统可以根据路况调整悬架刚度和阻尼系数，以提供更好的悬架系统性能。
通过与传统悬架系统的对比研究，可以评估主动悬架系统的优势和应用前景。
总的来说，基于MATLAB的汽车悬架仿真研究可以提供有关汽车悬架系统性能和优化方案的重要信息。
通过这些仿真研究，可以提高汽车悬架系统的性能和安全性，提升车辆的乘坐舒适性和操控性能。
除此之外，可以应用这些研究成果，为汽车悬架系统的设计和优化提供理论和方法支持。
基于SIMPACK和MATLAB的汽车半主动悬架模糊控制及联合仿真
ｓ ｓｅ ｂ ｓ ｄ ｏ ＭＰＡＣＫ ａ ｄ ＭＡＴＬ ｙ ｔ ｍ ａ ｅ － ｎ ＳＩ ｎ ＡＢ
Ｌ Ｕ ｈ ｏ ｈ ａ， ＥＩ ｈ ｏ ｙ２Ｚ Ｉ Ｓ ａ － ｕ ＩＢ ａ － ｉ， ＨＡＯ Ｊｎ － ｏ， ＨＥＮ Ｌ ｎ Ｓ ｉｇ ｂ ２Ｃ ｏｇ
（ ｃ ｏｌ ｆ ｕｏ ｏ ｉ ｎ ｉｅｒ ｇ Ｃ ａ ｇｈ ｕＩｓ ｔｔ ｏ ｃ ａ ｏ ｉ Ｔ ｃ ｎｌｇ ，ｈ ｎ ｚｏ ４ Ｃ ｉａ ｈ ｏ ｏ ｔｍ ｂｌ Ｅ ｇｎ ｅｉ ， ｈ ｎ ｚｏ ｔｕｅ ｆ Ｓ Ａ ｅ ｎ ｎ ｉ Ｍｅｈｔ ｎｃ ｅｈ ｏ ｙＣ ａｇｈ ｕ２ １ ， ｈｎ ） ｒ ｏ １ ３６
２基于 ＳＭ Ａ Ｋ整车动力学模 型 ＩＰ Ｃ
２１前悬 架模型 ．
吕河 教型轿车前悬架采用麦弗逊式独立悬架。 ＳＭＰ Ｃ 在 １ ＡＫ
★ 来稿 口 ： １— ２ １ －基金项 目： 期 ２ １０ — ０ ｋ ０ 江苏省科技支撑项 日（ Ｅ ０ ８ １ ） Ｂ ２ ０ １４ ｌ前悬架模 拓扑 锂
ｗｅ ｅ ｒ ｄ ｃ ｄ ｂ ０ ６ ， ８０ ％ 。 ０４ ％ ． ２１ ％ ｒ ｓ ｅ ｔ ｅｙ ｃ ｍｐ ｒ ｄ ｗｉ ａ ｓｖ ｕ ｐ ｎ ｉ ｎ ｓ ｓｅ ｒ ｅ ｕ ｅ ｙ １ ． ％ １ ．３ ７ ２ ．８ １ ．３ ｅ ｐ ｃ ｉ ｌ ｏ ａ ｅ ｔ ｐ ｓ ｉｅ ｓ ｓ ｅ ｓｏ ｙ ｔｍ ｖ ｈ
应用于控制系统分析与设计的１具箱 ， 二 对控制系统仿真技术的发
展 和应用起到巨大的推动作用ＩＪ 。 应用 ＳＭＰ Ｃ Ｉ Ａ Ｋ和 ＭＡ Ｌ Ｂ软 ＴＡ
件对装有半主动悬架的昌河某微型轿 车进行整车动力学联合仿 真分析。采用 多体动力学软件 ＳＭＰ Ｃ ／ Ａ Ｋ建立整车动力学模型 ， 利用 ＭＡ Ｌ ＢＳｍ ｌ ｋ Ｔ Ａ ／ ｕｉ 设计模糊控制器 ，通过建立车辆联合仿 ｉ ｎ 真 系统来进行控制 ， 研究车辆半主动悬架系统行驶平顺性 。
用MATLAB_SIMULINK实现柴油机及其控制系统的动态仿真
980045用M A TLAB S I M U L I N K 实现柴油机及其控制系统的动态仿真朱 辉3α(清华大学汽车工程系) 王丽清北京轻型汽车有限公司) 张幽彤 程昌 (北京理工大学)摘 要 动态仿真是发动机控制系统开发过程中的重要环节。
本文建立了柴油机准线性动态模型,详细描述了空气流量率、燃空比、指示热效率、摩擦损失、平均指示压力输出、发动机动力学等子模型。
控制系统模型包括控制策略、传感器和执行器模型,本文选用的控制策略为P I D 调节器。
文中给出了以上主要模型在M A TLAB S I M UL I N K 环境下的实现过程和结构组成图。
以BN 493自然吸气柴油机及其控制系统为仿真对象,在M A TLAB S I M UL I N K 环境下进行了动态仿真计算,文中给出了典型瞬态过程的仿真和实测结果。
关键词:动态仿真,柴油机,控制系统,模型D ynam ic Si m ula tion of D iesel Eng i ne and Con trol System Usi ngM AT LAB SI M UL INKZhu Hu i(D epartm en t of A u tomob ile Engineering,T singhua U n iversity )W ang L iq i ng(Beijing L igh t A u tomob ile Co.,L td .) Zhang Y outong Cheng Changq i (Beijing In stitu te of T echno logy )Abstract D ynam ic Si m u lati on is an i m po rtan t stage in the cou rse of develop ing engine con tro l system .T h is paper p resen ts a quasi 2linear dynam ic model of diesel engine ,including air m ass flow rate ,fu 2el air rati o ,indicated therm al efficiency ,fricti on lo ss ,indicated m ean effective p ressu re and enginedynam ics etc .sub 2models.T he con tro l system model con sists of con tro l strategy ,sen so rs and actu 2ato rs sub 2models .T he con tro l strategy is a P I D con tro ller .T he paper describes the realizing p ro 2cesses and arch itectu res of these m ain models .T he dynam ic si m u lati on of BN 493diesel engine andits con tro l system is realized under M A TLAB S I M UL I N K environm en t ,and gives the si m u lati onand testing resu lts under som e typ ical tran sien t operating conditi on s.第16卷(1998)第3期 内 燃 机 学 报Tran saction s of CSI CE V o l .16(1998)N o .3α 原稿收到日期为1997205227,修改稿收到日期为1997210213。
基于Simulink的汽车主动悬架仿真分析
10.16638/ki.1671-7988.2018.21.014基于Simulink的汽车主动悬架仿真分析夏伟（武汉交通职业学院，湖北武汉430065）摘要：文章简要介绍了用Simulink建立主动悬架的仿真模型的方法。
采用单轮车辆模型动力学方程，建立被动悬架的仿真模型。
通过设计主动悬架的LQG控制器，建立主动悬架仿真模型。
并将两种模型的车身加速度、悬架动行程、轮胎位移进行比较分析。
结果表明LQG控制器的主动悬架能有效改善悬架性能。
关键词：Simulink；主动悬架；仿真中图分类号：U467 文献标识码：B 文章编号：1671-7988(2018)21-38-04Simulation Analysis of Vehicle Active Suspension Based on SimulinkXia Wei( Wuhan Technical College of Communications, Hubei Wuhan 430065 )Abstract: This paper describes the simulation model using Simulink Active Suspension method. Establish a passive suspension simulation model by using the single wheel vehicle model dynamics equations. By LQG controller design active suspension, active suspension simulation model established. Compared and analyzed the body acceleration, suspension dynamic travel, tire displacement of the two models. The results showed that the active suspension with LQG controller can effectively improve the suspension performance.Keywords: Simulink; Active Suspension; SimulationCLC NO.: U467 Document Code: B Article ID: 1671-7988(2018)21-38-04引言悬架是车架（或承载式车身）与车桥（或车轮）之间一切传力连接装置的总称。
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基于MATLAB /SIMULINK 的油气悬架动力学仿真段俊法,孙永生,杨振中(华北水利水电学院机械学院,郑州 450011)摘要:建立了单气室油气悬架的非线性数学模型和二自由度汽车振动模型,利用蒙特卡洛法构造了路面不平度时间函数,利用M ATLAB /S I M ULI NK 进行了时域仿真。
分析了油气悬架主要参数包括蓄能室初始体积、主活塞杆面积、阻尼孔面积变化对车辆平顺性、安全性的影响,得出了某型油气悬架结构参数的可行设计范围。
关键词:MATLAB /S I M ULI NK ;油气悬架;动力学;仿真中图分类号:U 463.33+4.3 文献标识码:B 文章编号:1006-0006(2010)04-0059-03Dyna m ics Simulation of Hydro pneu matic SuspensionBased on MATLAB /SIM UL INKDUA N Jun fa,SUN Yong sheng,Y ANG Zhen zhong(M echanica l Schoo,l N o rth Ch i na U n i v ers it y o fW ater R esources and E l ec tric P o w er ,Zhengzhou 450011,China)Abstr ac:t T he non linear m at hema ti ca lm ode l s of a si ng le aux iliary gas room hydro pneu m a tic s uspens i on and a t woDOF veh icle v i brati on model w ere built .A m ode l of ro ad roughness i n ti m e do m a i n was structured by us i ng M ontecar l o m ethod .A s i m u l ation i n ti m e do m a i n was operated w it h M ATLAB /S I M U L I NK.T he si m u lati on m odel w as e mp l oyed to st udy t he e ffect o fm a i n pa rame ters i nc l uded the i n iti a l vo l u m e o f t he aux iliary gas roo m,m ain pist on area ,da mp i ng ho l e area on vehic l e ri de co m f o rt and security perfor m ance ,then the scope o f the m a j or desi gn para m ete rs w as d iscussed .Key wor ds :MAT LAB /SIM UL I NK;H ydro pneu m atic suspensi on ;D ynam ics ;S i m ulati on 自20世纪60年代后期由Karnopp 发明油气减振器以来,车辆油气悬架的优良特性即被广大工程技术及研究人员所关注。
油气悬架的结构最先应用在德国和日本的重型车辆上,以后逐步推广应用到军用特种车辆、工程机械等车辆上[1-2]。
悬架直接影响车辆的平顺性和安全性,传统车辆悬架刚度和阻尼均不可变,仅可适用于某些路面。
而油气悬架具有良好的非线性弹性特性和阻尼特性,较好地满足了不同路面的使用要求,提高了车辆的平均行驶车速和坏路的通过性能。
车辆油气悬架系统是典型非线性系统,传统的基于叠加规律的频域分析方法不能适用,应采用时域分析的方法求得振动响应的解。
路面对车辆的激励通常是不确定和满足统计规律,求解困难。
应用M ATLAB /SI MULI NK 进行仿真计算可以获得较好的效果[3]。
1 油气悬架原理和建模单气室油气悬架一般由悬架缸、主活塞、蓄能器和活塞杆组成。
某单气室油气悬架结构如图1所示,主活塞与悬架缸构成了主油室 ,中空的活塞杆内腔为副油室 ,把主油室和蓄能器以浮动活塞分割,蓄能器的气囊和浮动活塞组成气室!,各腔的压力、体积、面积如图1所示。
当悬架处在压缩行程(活塞杆向上运动)时,I 腔的油液受到压缩向两个方向运动,一部分油液经过单向阀2和阻尼孔1流入 腔;另一部分油液进入蓄能器,使气室容积减小,氮气压力升高。
在这一过程中由于单向阀2和阻尼孔1同时使中心腔与 腔连通,油液流经单向阀2和阻尼孔1的流速较低,产生的油液阻尼力比较小,因此主要由蓄能器内的气体受到压缩产生弹性作用来抑制活塞杆的向上运动。
图1 油气悬架模型Fig .1M odel o f H ydro pneu ma ti c Suspen s i o n伸张行程时,活塞杆向下运动,I 腔的体积增大、压力减小, 腔体积减小、压力增大, 腔和气室!中的部分油液流向I 腔,此时因油液单向阀关闭,产生的阻尼力较大,用于衰减振动。
分析物理模型时作如下简化:油液的质量与悬架油缸组件的质量均忽略不计;各构件没有弹性变形;各密封环节工作可靠、系统没有内泄漏和外泄漏;悬架油缸润滑良好、忽略库仑摩擦的影响;油液是连续不可压缩的、不考虑油液流动过程中气穴现象的影响、不考虑管路的沿程损失和局部损失。
可得F =p 1A 1-p 2A 2(1)静平衡位置时,各腔室的压力相同,设为p s ,即p 1=p 2=p 4=p s(2)在活塞被压缩和伸张时,主油室内油液体积变化等于蓄能器内油液体积变化,即收稿日期:2010-05-14∀59∀第37卷第4期 拖拉机与农用运输车 V o.l 37N o .42010年8月 T racto r&F ar m T ransporter A ug .,2010A 1x =Q 14(3)式中,Q 14为主油室流入蓄能器的流量,流入为正,流出为负。
由孔口淹没出流理论[4]得,主油室和副油室的压力差为p 1-p 2=2Q 12C d A 2sgn ( x )(4)p 2=p 4(5)式中,A 为阻尼孔和单向阀的面积之和,在压缩行程为阻尼孔和单向阀面积之和,在伸张行程为阻尼孔的面积;C d 为节流口流量系数,取0.62。
蓄能器内气体体积变化满足p 4V r 4=p s V r4s(6)式中,V 4为蓄能器气囊内气体的体积;V 4s 为静平衡位置蓄能器气囊内气体体积。
当汽车振动缓慢时,气体的状态变化可以近似看作等温过程,r =1.0。
当汽车振动剧烈时,气体的状态变化近似于绝热过程,r =1.4,一般情况r 取1.3[5]。
式(1)~式(6)即为单气室油气分离式油气悬架的非线性数学模型。
2 二自由度振动模型当汽车的悬挂质量分配系数接近1时,可以认为车辆前、后轴上方的簧载质量在垂直方向独立振动,因此可以把汽车简化为二自由度的双质量振动系统。
2.1 车轮-车身二自由度模型设车身质量为m 2,车桥质量为m 1,轮胎刚度为k t ,悬架刚度为k,悬架阻尼系数为c,x 0,x 1,x 2分别为路面、车桥、车身的垂向位移,方向朝上,可以建立图2所示模型。
图2 二自由度振动模型F i g .22DOF V ibration M od e l可得振动方程如下m 2x ∀∀2+c ( x 2- x 1)+k (x 2-x 1)=0(7)m 1x ∀∀1-c ( x 2- x 1)-k (x 2-x 1)+k t (x 1-x 0)=0(8)式(7)~式(8)中油气悬架的刚度k 和阻尼c 是非线性的,可以根据公式(1)~式(6)求解。
x 0是路面垂直位移的数值,沿行驶方向变化,一般可以表示为路程的函数,考虑车速时,一般表示为时间的函数。
2.2 路面激励时域函数非线性悬架系统的引入,使研究需在时域中进行,所需的路面不平度激励也应是时域信号。
时域路面激励信号的获得方法主要有两种,即通过试验测量和使用时域模型仿真。
路面不平度的常用表示方法有幂函数和有理函数两种,均满足理论计算要求。
路面不平度常用幂函数表示为G q (n )=G q (n 0)nn 0-w(9)式中,G q (n 0)为路面不平度系数,根据路面等级的不同数值不同;w 为频率指数,一般路面的的频率指数为2。
越野路面的频率指数较高,在此我们采用定远试验场的越野路面频率指数为2.58。
用幂函数或有理函数路面模型构造路面不平度时域输入的方法主要有谐波叠加法[6]、基于有理函数的滤波白噪声生成法[7]、AR /AR M A 模型法和基于幂函数的FF T 逆变换生成法等。
在此我们用谐波叠加法(蒙特卡洛法)得到路面不平度时间函数:构造一组在(0,1)内均匀分布的随机数序列,利用这些随机数生成三角级数(正弦波),通过这些三角级数叠加产生一定功率谱密度的路面不平度时间函数[8]。
用谐波分析法可以得到不同等级路面、不同车速时的时域路面输入,因工程车辆经常使用于无路和坏路面,在此我们主要构造了越野路面的时域模型。
图3是以上方法产生的车速u =20km /h 时越野路面的时域信号。
图3 20km /h 越野路面时域输入Fig .3Tm i e D o ma in I n pu t o f O ff r oad Te rrain a t 20km /h2.3 振动评价指标悬架影响车辆的平顺性、安全性和占用空间,常用以下3个评价指标考核。
1)平顺性指标:车身加速度表征平顺性,常用车身加速度均方根值评价,美国军方的研究表明,车身垂直加速度均方根值超过2m /s 2时,驾驶员和乘员失去工作能力,我们以此作为评价指标[8]。
2)占用空间指标:悬架动行程簧载质量与非簧载质量之间的相对位移,亦称悬架的动挠度。
动挠度大于限位行程时,车轮和车身之间发生刚性撞击,平顺性和安全性下降。
悬架的动行程大于3倍动行程均方根值的概率为0.26%,这里采用悬架动行程的均方根值来作为其评价指标;要求悬架动行程的均方根值小于限位行程的1/3倍。
3)安全性指标:车轮相对动载荷车轮相对动载荷是车轮动载荷均方根值和满载静载荷的比值,表征轮胎的接地性,可以判断车辆行驶过程中车轮是否离开地面。
车轮离开地面后无法操纵,安全性下降,一般认为车轮相对动载荷在45%以下时安全性较好。
3 MATLAB /S I MUL I NK 联合时域仿真3.1 仿真模型根据式(1)~式(8),可以用MATLAB 的S I M UL I NK 模块建立如图4所示的仿真模型。
用谐波叠加法编写M ATLAB M 文件在工作空间产生路面时域输入信号,导入S I M UL I NK 模块即可进行仿真分析得到某种路面和某种车速时的车辆振动响应;改变悬架参数即可分析悬架结构参数变化对振动响应的影响。