基于SIMULINK悬架系统动力学仿真分析

研究生课程论文答题本

科目：汽车动力学

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基于SIMULINK悬架系统动力学仿真分析

（武汉理工大学汽车工程学院）

摘要：汽车行驶平顺性的优劣直接影响到乘员的乘坐舒适性，并影响车辆动力性和经济性的发挥，是

车辆在市场竞争中争夺优势的一项重要性能指标。因而如何最大限度地降低汽车在行驶过程中所产生的

振动，成为汽车行业的研究重点。本文以某轿车为例，对其进行力学分析，建立四自由度半振动微分方程，以不同等级路面和不同车速下的随机路面激励谱作为输入，利用Matlab/Simulink 仿真软件建立了

动态模型，进行计算机仿真，并分析了动力学参数的改变对汽车行驶平顺性影响。

关键词：悬架系统；平顺性；仿真

Suspension System dynamic simulation analysis Based on SIMULINK

Abstract: Car Ride will directly affect occupant comfort and affect vehicle dynamics and economy of the play, is a vehicle to compete for advantage in the market competition is an important performance indicators.

So how to minimize vibration during driving cars produced, became the focus of the automotive industry research. Taking a car, for example, its mechanics analysis, four and a half degrees of freedom vibration differential equations, random road pavement and different levels of excitation spectra under different speed

as the input, using Matlab/Simulink simulation software to establish a dynamic model for computer simulation and analysis of the changing dynamics of the parameters affecting the car ride comfort.

Key words: Suspension System；riding comfort; dynamic simulation

1 汽车动力学振动模型的建立

四自由度半车模型既能表征车身的质心加速度和速度的变化，又能表征车身绕其质心轴的俯仰角加速度和角速度的变化，结构也不太复杂，因此其仿真结果具有一定的代表性。四自由度半车模型的建立，必须作如下假设：整个系统为线性系统；前轴与前轮质量之和为前簧下质量；后轴与后轮质量之和为后簧下质量；非悬挂分布质量由集中质量块m1 f、m1r代替，车轮的力学特性简化为一个无质量的弹簧，不计阻尼；汽车对称于其纵轴线，且左、右车辙的不平度函数相等。车身振动的四自由度模型如图1所示。车身质量根据动力学等效的原则分为前轴上后轴上及质心上的三个集中质量m2 f、m2r 、m2c，三个质量由无质量的刚性杆连接。

图1 四自由度汽车模型

1.1 四自由度半车模型自由振动方程

(1)采用 z 2 f 、z 2r 坐标系的自由振动方程

以车身为研究对象，对前、后端取力矩平衡，得：

222221221/L (z z )(z )0f f c c f f f f f f m z m z b K C z ++-+-= （1）

222221221/L (z z )(z z )0r r c c r r r r r r m z m z a K C ++-+-= （2）

式中：z 2f 、z 2r 、z c 、z 1 f 、z 1r 分别表示前、后轴上集中质量、车身质心、前、后轴非悬挂分布质量的垂直振动位移；K 2 f 、 K 2r 分别为前、后轴悬架刚度；C 2 f 、C 2r 是前、后悬架减振器阻尼系数；L 、a 、b 为轴距及质心至前、后轴的距离。 以前、后非悬挂质量为研究对象得：

1121221211(z z )(z z )K (z )0f f f f f f f f f f f m z K C q +-+-+-= （3）

1121221211(z z )C (z z )K (z q )0r r r r r r r r r r r m z K +-+-+-= （4）

式中：q f 、q r 为前、后轮路面不平度激励。

(2)采用 z c 、 Φ坐标系时的自由振动方程以车身为研究对象 由垂直方向力的平衡和绕质心的力矩平衡得：

222121221221(z z )C(z z )K (z z )C (z z )0c f f f f f r r r r r r m z K +-+-+-+-= （5）

22221221221221(z z )bC (z z )K (z z )C (z z )0y r r r r r r f f f f f f m bK a a ρφ+-+-----= （6）

1.2 状态空间模型

建立状态方程和输出方程，选取状态向量为

[]123456781111,,,,,,,,,,,,,,T

T

f r c f r c X x x x x x x x x z z z z z z φφ⎡⎤==⎣⎦ []123456781111,,,,,,,,,,,,,,T

T

f r c f r c X x x x x x x x x z z z z z z φφ⎡⎤==⎣⎦

输入向量T

[q ,q ]f r u = 输出向量

T

12345678T

22212111112222[y ,y ,y ,y ,y ,y ,y ,y ][z ,z ,z z ,z z ,K (z q ),K (z q ),(z z b)/L,(z z )/L]f r f f r r f f f r r r r f r f Y a ==----+-