汽车七自由度仿真#精选.

汽车平顺性仿真模拟
3080401174 姜波
摘要：利用振动理论，平顺性研究方法及计算机技术建立了汽车三维7自由度车辆振动模型，应用Matlab 开发了相应的车辆平顺性模拟程序。

通过实验和单因素分析法对所建立的车辆振动模型的正确性及模拟计算机程序的有效性进行了验证。

结果表明，计算机对分析和预测车辆平顺性是切实可行的。

关键词：车辆工程；平顺性；模拟计算。

引言
随着汽车工业的发展，如何改善汽车行驶平顺性，已经成为设计者十分关注的问题，汽车作为一个复杂的多自由度振动系统，定量分析和评价平顺性的关键在于建立理想的力学模型。

因此，如何更好地建立汽车行驶平顺性模型，已经成为国内外学者研究汽车平顺性的关键问题。

随着计算机技术和仿真技术的发展，建立多自由度的仿真模型已经成为可能，也为研究汽车行驶平顺性提供了有效途径。

在国内外汽车市场竞争日益激烈的今天，如何在汽车设计阶段就能对 汽车平顺性进行准确预测和评估，缩短设计周期，降低生产成本，已经成为在市场竞争中取胜的关键。

为此，对汽车行驶平顺性进行了仿真同时对结果进行了分析。

主要研究内容
本文通过建立整震动的空间7自由度模型，对悬架进行平顺性仿真工作，具体可以分为以下几个部分：
1. 建立起空间七自由度的汽车振动数学模型。

2. 利用Matlab/Simulink 对悬架进行平顺性仿真。

3. 对论文的工作进行总结。

整车模型的建立及参数
七自由度线性整车模型如图1.1所示。

图中各符号意义如下：
s M 、θI 、φI ——悬挂质量、悬挂质量的侧倾转动惯量和俯仰转动惯量； 1t m 、2t m 、3t m 、4t m ——非悬挂质量（分别为前左、前右、后左、后右，下
同）；
1s k 、2s k 、3s k 、4s k ——悬架刚度系数；
1t k 、2t k 、3t k 、4t k ——轮胎刚度； 1s c 、2s c 、3s c 、4s c ——阻尼器阻尼系数；
1u 、2u 、3u 、4u ——作用于悬架的控制力；
1r x 、2r x 、3r x 、4r x ——地面扰动输入；
1t x 、2t x 、3t x 、4t x ——非簧载质量位移；
1s x 、2s x 、3s x 、4s x ——悬挂质量与悬架连接处的位移； c x 、θ、φ——悬挂质量的垂直位移、侧倾角、俯仰角；
xf l 、xr l ——悬挂质量质心至前后车轴的距离； ylf l 、ylr l ——前后悬挂质量质心至左轮的距离。

图1.1 七自由度整车模型
令地面扰动输入向量T r r r r x x x x w ][43
21
=、车轮位置向量
T t t t t t x x x x x ][4321
=、悬挂质量运动向量T c C x X ][φθ=、悬架控制力向
量T u u u u u ][4321
=、悬挂质量与悬架的四个连接点处的位置向量
T s s s s t x x x x x ][43
2
1
=、悬架动挠度向量T st st st st st x x x x x ][43
2
1
=（1st x 、
2st x 、3st x 、4st x 分别表示前左、前右、后左、后右悬架动挠度），易知，
t s st x x x -=。

根据悬架的特点和几何关系可以得出：
C s HX x = （1）
式中 ⎥⎥⎥
⎥⎥⎦
⎤
⎢⎢⎢⎢
⎢⎣⎡----=xr ylr xr ylr xf ylf
xf ylf l l l l l l
l l H 1111 根据牛顿第二定律，系统总的运动方程可表示为：
)()()()()(w x K u x X H C x HX K x
M u H x X H C H x HX K H X M t
t
t
C
S
t
C
s
t
t T t C
S T t C s T C b ----+-=+----= （2）
式中
),,(φθI I M diag M s b =，),,,(4321s s s s s k k k k diag K =，),,,(4321s s s s s c c c c diag C =，
),,,(4321t t t t t m m m m diag M =，),,,(4321t t t t t k k k k diag K =
令[]T t C x X x
=ˆ则上述运动微分方程可以表示为： u E w E x K x D x
M 21ˆˆˆ+=++ （3） 式中
⎥⎦⎤
⎢⎣⎡=t b M M M ，⎥⎦⎤
⎢⎣⎡+--=t s s s T s T K K H
K K H H K H K ，⎥⎦
⎤
⎢
⎣⎡--=s s s T s T C H C C H H C H D ，⎥⎦⎤
⎢⎣⎡=t K E 01，⎥⎦
⎤⎢⎣⎡-=I H E T 2
选取状态向量[]
T x x
x ˆˆ~= ，则式（3.5）的状态空间形式为： u B w B x A x 21~~~~~
++= （4） 式中 ⎥⎦⎤⎢⎣⎡--=--D M K M I
A 11
~，⎥⎦⎤⎢⎣⎡=-1110~E M B ，⎥⎦⎤⎢⎣⎡=-2120~E M B 本次设计把u 都设为了0。

仿真模型
平顺性试验结果
T c
C x X ][φθ=T t t t t t x x x x x ][43
21
=然后就是其对应的导数，然后就是
xc 的加速度，xt3的加速度。

图就是按这个顺序先后排列的。

结论
改变参数可以对悬架模型进行基本分析，如悬架参数包括悬架刚度系数悬阻尼系数等对模型振动的影响。

随着悬架弹性系数的增加，加速度值不是单调减小。

随着悬架阻尼系数的增加，加速度明显下降。

所以从提高舒适性的角度出发，增加阻尼系数能有效提高舒适性。

通过车辆行驶速度和簧上质量加速度响应之间的关系的研究也可以得到，随着行驶速度的增加，车辆的舒适性降低。

这些研究为悬架的设计和参数的选择提供了理论依据。

最后，通过这次仿真模型的建立，不仅对改善汽车平顺性有了更深的了解，同时也进一步掌握matlab的应用，提高了自身的科学文化素质。

参考文献
1.余志生汽车理论，北京：机械工业出版社。

2.M·米克奇汽车动力学，北京：人民交通出版社。

3.孙建成车辆行驶平顺性的预测及研究，汽车研究与开发。

4.徐镇、江浩斌、陈步达车辆行驶平顺性的计算机辅助分析，江苏理工大学学报。

5.王连明，宋宝玉，周岩等汽车平顺性建模及其仿真研究，哈尔滨工业大学学报。

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