Matlab在汽车振动分析中应用

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基于MATLAB 的二自由度和四自由度汽车振动模型分析

基于MATLAB 的二自由度和四自由度汽车振动模型分析

Science and Technology &Innovation ┃科技与创新2020年第17期·67·文章编号:2095-6835(2020)17-0067-03基于MATLAB 的二自由度和四自由度汽车振动模型分析金琦珺,罗骞*(武汉理工大学汽车工程学院,湖北武汉430070)摘要:以普通乘用车为例,将汽车简化成独立悬架整车二自由度与四自由度动力学模型,根据牛顿第二定律求出系统的运动微分方程,并利用MATLAB 研究了汽车振动的频率响应特性,求解得到该振动系统的固有频率和各主振型,绘制出车身、前后轴振动对前后轮激励的频率响应曲线图。

并着重研究了轮胎阻尼对汽车平顺性的影响。

该研究能够对减轻汽车振动及提高汽车行驶平顺性提供一定有益的参考。

关键词:MATLAB ;二自由度:四自由度;自由振动中图分类号:TH701文献标识码:A DOI :10.15913/ki.kjycx.2020.17.0261引言机械振动对于人类的生产生活来说是一把双刃剑,既可以服务于人类,又对人类的生产活动有重大危害。

机械振动既有有利的一面也有有害的一面。

需对振动进行动态分析,通过研究物体偏离平衡位置的位移、速度、加速度等的动态变化来达到目的。

在物体的平衡点附近出现的物体的来回运动,有线性和非线性两种振动模式。

由于外界对系统的激励或作用,使得机械设备产生噪声及有损于机械结构的动载荷,从而影响设备的工作性能和寿命。

尤其是发生共振情况时,可能使机器设备受到损坏,所以急需对机械振动的相关原理进行研究。

为了合理减小振动对设备的危害,充分利用振动进行机器运作,对机械振动产生的规律进行了探讨和研究。

随着计算机智能系统的快速发展,相关的仿真技术都出现了极大的提升空间,在日常的生产活动中,人们经常用到的相关软件有adams 、abaqus 等。

目前MATLAB 计算机软件在计算机的仿真方面使用更加广泛一些,MATLAB 是一款拥有强大绘图能力的工程计算高级计算机语言。

机械振动学(第三章)-多自由度振动系统

机械振动学(第三章)-多自由度振动系统

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利用直接法,对下图所示的三自由度振动系统建立微分方程。。
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解:1)受力分析 选取 m1, m2和m3离开平衡位置的坐标x1, x2和 x3 为3 个独立 坐标。受力分析如图所示 2)建立振动微分方程 (c c ) x c x ( k k ) x k x p (t ) x m1: m 2 2 2 2 2 ( c 2 c 3 ) x 2 c2 x 1 c 3 x 3 ( k 2 k 3 ) x 2 k 2 x1 k 3 x 3 p 2 ( t ) x m2: m 2 2 2 2 3 c 3 x 3 c3 x 2 k 3 x3 k 3 x 2 p 3 (t ) x m3: m 3
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本章结束
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3 )如果将应为能量耗散函数 D 引起的阻尼力也从其他的非势 力的广义力中分离出来,并使Qi仅代表外部作用的广义激振力, 则可将非保守系统的拉格朗日方程改为:
d dt ( T i q ) T i q U qi D i q Q i ( i 1, 2 , 3 ,...., n )
车 身 车 轮 二 自 由 度 振 动 问 题
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基于MATLAB的汽车振动响应分析

基于MATLAB的汽车振动响应分析

基于MATLAB的汽车振动响应分析王志军;景科;陈靖芯【摘要】为了评价垂直振动和俯仰振动对汽车平顺性影响,建立汽车四自由度振动模型.通过拉普拉斯变换推导数学模型.基于MATLAB软件,对推导的数学模型进行编程,分析了车身垂直振动、俯仰振动对前后轮的激励影响,前后轴振动对前后轮激励的频率响应.【期刊名称】《农业装备技术》【年(卷),期】2016(042)004【总页数】4页(P54-57)【关键词】汽车;MATLAB;振动【作者】王志军;景科;陈靖芯【作者单位】扬州大学,江苏扬州225127;扬州大学,江苏扬州225127;扬州大学,江苏扬州225127【正文语种】中文汽车振动是影响汽车性能的主要因素,这种振动会使汽车的平顺性和操纵稳定性受到严重影响并降低汽车零部件的使用寿命。

此外,严重的汽车振动还可能影响汽车的行驶速度并产生噪声,所以研究汽车振动,并提出控制的方法,将是一项有重大意义的任务[3-5]。

容一鸣通过MATLAB软件编制了五自由度半车模型仿真程序[6];张庆才建立七自由度6性汽车振动模型,并通过不同的路面随机输入激励对车辆的平顺性进行了仿真研究[7];丁玉庆运用拉格朗日思想建立起八自由度整车振动模型,通过前、后轮路面随机激励作为系统激励输入,对驾驶员座椅的功率谱进行分析[8]。

本文针对研究问题建立四自由度振动模型并运用MATLAB软件仿真,对车身垂直振动、俯仰振动对前后轮的激励影响和前后轴振动对前后轮激励的频率响应进行分析。

将汽车视为整个系统来研究,汽车自身是由阻尼、质量和弹簧组成的一个振动系统。

汽车由不同部件组成,因而各部分的固有频率不同[9-10]。

汽车在行驶过程4会因路面凹凸不平、运动方向的不断转变,导致车轮和传动系统的不平衡,并极易使整车和局部产生剧烈的振动。

从振动角度看,由于振动是从前、后车轮两个方面输入。

从而使汽车垂直和俯仰两个自由度产生了振动。

汽车的这种振动使汽车的动力性得不到充分的发挥,经济性变坏。

MATLAB及在汽车振动分析中的应用

MATLAB及在汽车振动分析中的应用

(5)再从Sinks library把Scope模块拷贝到自己的模型中,并把它放到Signal Generator的右边。用鼠标在Scope模块上双击来打开该模块,这时会发现 Scope模块就像一个示波器,如图所示。
2009-2 山东理工大学 交通与车辆工程学院 22
(6)下一步的工作是把两个模 块连接起来。 如图所示
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【本章学习方法】
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第1节 MATLAB软件及其特点
一、 MATLAB的工作空间
工作空间及变量
二、 MATLAB的命令窗口
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MATLAB的命令窗口
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三、 MATLAB的程序编辑/调试器
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Simulink library 浏览窗口
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(2)选定Libray中的某个模块包,如选定Sources,按鼠标右键,点击 open,就可以将模块包中的所有模块显示一个新窗口中,如图所示。
Sources模块包
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六、 MATLAB图形命令
MATLAB提供了很多高级图形命令,这些命令可以绘制很多图形,如曲线 图、极点图、直方图、等高线图等,可以非常方便给出数据的二维、三维的图 形,还可以对图形的显示进行控制。 MATLAB自动将图形画在图形窗口上,图形窗口和命令窗口是独立的。 下面主要介绍二维图形的绘制,三维图形的绘制也与其类似。MATLAB提供了 很多绘制、标注二维图形的函数。表中介绍了绘制线图的函数。

MATLAB在车辆振动分析中的应用研究

MATLAB在车辆振动分析中的应用研究

MATLAB在车辆振动分析中的应用研究摘要:本文主要介绍了MATLAB在车辆振动分析中的应用研究。

首先概述了车辆振动的产生原因及其分类。

然后介绍了MATLAB在汽车动力学模型建立、车辆振动分析方法及其应用、车辆系统动力学仿真应用以及车辆振动测试分析等方面的应用研究。

最后阐述了MATLAB在车辆振动分析中的优点和不足之处,并对其未来应用进行展望。

关键词:MATLAB;车辆振动;汽车动力学模型;仿真一、引言车辆振动是指汽车运动或固定工况下的系统振动,其产生原因复杂多样,包括路面不平顺、机械部件的失衡、弹性变形等因素。

车辆振动不仅会危害到乘客和驾驶员的舒适性和安全性,而且还会影响到车辆的功能和寿命。

因此,车辆振动分析在车辆研发、设计和生产过程中具有重要意义。

MATLAB是一种常用的科学计算软件,具有直观的图形用户界面(GUI)和开放式的编程接口(API),能够方便地对复杂的数字和符号计算进行处理。

由于其强大的数据处理和仿真功能,MATLAB在车辆振动分析中的应用也越发广泛。

二、车辆振动的产生原因及分类车辆振动的产生原因复杂多样,主要包括以下几方面:1、路面不平顺。

由于路面凹凸不平,车辆在行驶中受到冲击力和慢慢震动,导致车辆振动。

2、机械部件的失衡。

车辆行驶时,发动机、传动系统、车轮等机械部件会因自身质量分布的不均匀而导致失衡,进而引起车辆振动。

3、弹性变形。

车辆各个机械部件在运动中需要具备一定的弹性变形,如果弹性变形过大,则会引起车辆振动。

根据振动形式的不同,车辆振动可分为以下几类:1、触地振动。

触地振动是因为车轮在路面上与地面相互接触而引起的振动。

2、悬挂系统振动。

悬挂系统振动是由车辆悬挂系统上的动态力学相互作用引起的振动。

3、车身结构振动。

车身结构振动是由车内乘客、末及和仪器设备引起的振动。

汽车动力学模型是车辆振动分析的基础,因此建立一个准确的汽车动力学模型显得尤为重要。

MATLAB在汽车动力学模型建立中的应用主要涉及以下方面:1、车辆参数测定。

(完整版)MATLAB在机械振动信号中的应用

(完整版)MATLAB在机械振动信号中的应用

MATLAB在机械振动信号中的应用申振(山东理工大学交通与车辆工程学院)摘要:综述了现代信号分析处理理论、方法如时域分析(包括时域参数识别、相关分析等)、频域分析(包括傅立叶变换、功率谱分解等),并结合MATLAB中的相关函数来对所拟合的振动信号进行时域分析和频域分析,并对绘出的频谱图进行说明.关键词:时域分析频域分析 MATLAB信号是信息的载体,采用合适的信号分析处理方法以获取隐藏于传感观测信号中的重要信息(包括时域与频域信息等),对于许多工程应用领域均具有重要意义。

对获取振动噪声信号的分析处理,是进行状态监测、故障诊断、质量检查、源识别、机器产品的动态性能测试与优化设计等工作的重要环节,它可以预先发现机械部件的磨损和缺陷等故障,从而可以提高产品的质量,降低维护费用。

随着测试技术的迅速发展,各种信号分析方法也随之涌现,并广泛应用在各个领域[1]。

时域描述简单直观,只能反映信号的幅值随时间的变化,而不能明确的揭示信号随时间的变化关系。

为了研究信号的频率组成和各频率成分的幅值大小、相位关系,应对信号进行频谱分析,即把时域信号通过适当的数学方法处理变成频率f(或角频率 )为独立变量,相应的幅值或相位为因变量的频域描述。

频域分析法将时域分析法中的微分或差分方程转换为代数方程,有利于问题的分析[2].MATLAB是MathWorks公司于1982年推出的一种功能强大、效率高、交互性好的数值计算和可视化计算机高级语言,它将数值分析、矩阵运算、信号处理和图形显示有机地融合为一体,形成了一个极其方便、用户界面良好的操作环境。

随着其自身版本的不断提高,MATLAB的功能越来越强大,应用范围也越来越广,如广泛应用于信号处理、数字图像处理、仿真、自动化控制、小波分析及神经网络等领域[3].本文主要运用了MATLAB R2014a对机械振动信号进行分析.分析过程包括时域分析和频域分析两大部分,时域分析的指标包括随机信号的均值、方差以及均方值。

MATLAB在汽车发动机振动频率检测中的应用

MATLAB在汽车发动机振动频率检测中的应用

10.16638/ki.1671-7988.2021.03.040MATLAB在汽车发动机振动频率检测中的应用*邓汝奎,范毅,李光平,班璐(南宁学院,广西南宁530200)摘要:汽车发动机振动频谱分析在机械故障诊断中有着重要意义。

采用STM32单片机采集振动加速度数据,运用MA TLAB软件自带FFT函数对加速度数据进行时域-频域信号转换,获取发动机振动频谱特征,为发动机振动检测提供诊断依据。

实验表明,采用该方案能够在硬件成本较低的情况下,实现发动机频谱分析。

关键词:汽车发动机;振动检测;MATLAB;FFT中图分类号:U464 文献标识码:A 文章编号:1671-7988(2021)03-133-03Application of MATLAB in vibration frequency detection of automobile engine*Deng Rukui, Fan Yi, Li Guangping, Ban Lu(Nanning University, Guangxi Nanning 530200)Abstract:Vibration spectrum analysis of automobile engine plays an important role in mechanical fault diagnosis. The vibration acceleration data is collected by STM32 single chip microcomputer, and the time domain-frequency domain signal conversion of the acceleration data is carried out by using the FFT function of MA TLAB software. The frequency spectrum characteristics of engine vibration are obtained, which provides diagnostic basis for engine vibration detection. Experiments show that the scheme can realize engine spectrum analysis with low hardware cost.Keywords: Automotive engine; Vibration detection; MATLAB; FFTCLC NO.: U464 Document Code: A Article ID: 1671-7988(2021)03-133-03前言汽车发动机随使用里程及年限的增长,造成零件磨损或损坏,由此产生异常振动[1]。

基于MATLAB的汽车振动控制仿真

基于MATLAB的汽车振动控制仿真

摘要机械振动主要是谐波,阻尼,强制三种。

对于三个振动模型,列出了振动方程,然后给出了三个振动的初始条件。

在模拟过程中产生的一系列速度和汽车行驶时候产生的振动,势能和机械能的三个功能可以通过MATLAB函数模拟,以随时间改变图像。

然后,我们可以经过一系列的计算的出我们需要的函数方程和一些弹簧模拟图像,在后面可以进行一系列的导数计算,在MATLAB软件中可以画出不同的位移,汽车造成的损坏的函数图像,再通过在MATLAB的绘制,可以简单明细的看出汽车振动的能量变化。

最后再比较不同的图像,可以得出不同的结果,可以进行汽车改良。

就可以探索出最佳的方法来研究汽仿真。

关键词:简谐振动阻尼振动评价系数仿真软件。

AbstractMechanical vibration is mainly harmonic, damping, forced three. For the three vibration models, the vibration equations are listed, and then the initial conditions for the three vibrations are given. The three functions produced during the simulation process and the three functions of vibration, potential energy and mechanical energy generated when the vehicle travels can be simulated by MATLAB functions to change the image over time. Then we can go through a series of calculations out of the functional equations we need and some of the spring simulations of the image, which can be followed by a series of derivative calculations that can be plotted in the MATLAB software for different displacements, , And then through the drawing in MATLAB, you can simply see the details of the car vibration energy changes. Finally compare the different images, you can get different results, you can improve the car. You can explore the best way to study the steam simulation.Keywords:simple harmonic oscillationdamping oscillationappraisement coefficientsimulation software.目 录摘 要........................................................ I Abstract....................................................... II 第1章 概述.. (1)1.1 机械振动的物理模型...................................... 1 1.2 简谐振动的物理模型 (1)1.2.1阻尼振动的物理模型 ................................ 2 1.2.2 受迫振动的物理模型 .............................. 2 1.3 Matlab Simulink 仿真原理简述 ....................... 4 1.4频响函数的求解 .......................................... 4 第2章 简谐振动方程的解及其模拟仿真. (11)2.1简谐振动方程的求解 ..................................... 11 2.2 基本模型的建立 (12)2.2.1动能、势能、机械能监测 ........................... 13 2.3 振动信号频谱分析....................................... 16 第3章 阻尼振动方程的求解和仿真模拟. (18)3.1弹簧振子做阻尼振动方程的求解 ........................... 18 3.2弹簧振子做阻尼振动的模拟仿真研究 ....................... 18 3.3阻尼振动的图像分析 ..................................... 20 第4章 受迫振动的方程的求解和仿真模拟.. (23)4.1弹簧振子做受迫振动方程的求解 ........................... 23 4.2弹簧振子做受迫振动的仿真模拟研究 .. (24)4.2.1策动力频率0ωω<时弹簧振子的受迫振动仿真模拟 ..... 24 4.2.2策动力频率0ωω>时弹簧振子受迫振动的仿真模拟 ..... 25 4.3受迫振动的图像分析 ..................................... 25 4.4 汽车振动分析........................................... 26 第5章 几点补充说明与仿真模拟中问题分析 (31)5.1物理振动模型建立的补充说明 ............................. 31 5.2 方程求解中的补充说明................................... 31 5.3 仿真模拟中的问题分析................................... 31 6结语 ......................................................... 32 参考文献....................................................... 33 致谢.. (34)第1章 概述我们学习的的汽车当中,所学到的是汽车行驶时候产生了一定的损坏,就是一定的振动。

基于MATLAB的汽车直线加速工况下振动模型分析

基于MATLAB的汽车直线加速工况下振动模型分析

基于MATLAB的汽车直线加速工况下振动模型分析汽车在直线加速工况下面临着振动问题,这对于车辆的性能和乘坐舒适度都会产生一定影响。

因此,针对这一问题,我们可以利用MATLAB进行振动模型的分析,以便更好地了解振动的原因和解决方案。

在进行振动模型分析之前,首先需要了解汽车在直线加速工况下的运动特性。

汽车在直线加速时,受到动力所产生的加速度和阻力的影响,会引起车身的振动。

这种振动主要是由质量的不平衡、悬挂系统的刚度和阻尼失效等因素引起的。

因此,我们需要建立一个合理的振动模型,来描述这些因素对汽车振动的影响。

在MATLAB中,可以利用多种数学方法和工具箱来建立汽车振动模型。

其中一种常用的方法是使用有限元分析(FEA)技术来进行振动分析。

有限元方法基于连续介质力学原理,将结构划分为各种小的有限元,通过建立节点和单元的连接关系来描述结构的振动。

这样就可以利用MATLAB提供的FEA工具箱来进行汽车振动的模拟和分析。

在进行有限元模型分析之前,首先需要建立汽车的几何模型。

可以通过CAD软件将汽车的主要构件进行绘制,然后导入MATLAB中进行后续的处理。

可以使用MATLAB提供的CAD工具箱来进行CAD文件的读取和处理。

接下来,需要对汽车的材料特性和悬挂系统参数进行建模。

汽车的材料特性可以通过实验或者文献数据进行获取。

而悬挂系统的参数需要进行测量或者仿真分析。

可以使用MATLAB提供的参数优化和曲线拟合工具箱来进行参数的优化和拟合。

建立好汽车的几何模型和参数后,就可以使用MATLAB的FEA工具箱进行振动分析了。

可以通过在汽车结构上加入初始激励和加载条件,来模拟直线加速工况下的振动响应。

然后使用MATLAB提供的振动分析函数,如固有频率分析、模态分析和频域响应分析等,来分析振动的模态特性和响应情况。

在振动模型分析过程中,还可以考虑不同控制策略和系统参数对振动的影响。

可以利用MATLAB提供的控制系统工具箱和优化算法来进行参数的优化和系统性能的改善。

汽车振动分析_Matlab

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基于MATLAB的发动机悬置系统振动烈度分析

基于MATLAB的发动机悬置系统振动烈度分析
——发动机绕 轴转动的角位移。
则系统的六个自由度,用广义坐标描述为:
对于上述动力总成悬置系统力学模型,根据第二类拉格朗日方程式,振动微分方程为:
得出系统发动机悬置系统六自由度运动微分方程:
四、发动机悬置系统振动烈度的求解与仿真
为了求得方程 的解,可以将位移和速度都看作独立的变量,将原来的n个二阶微分方程作为2n个一阶常微分方程来处理,也就是对状态方程进行求解。
二、分析发动机悬置系统的振动
发动机作为汽车的主要振源,其振动经动力总成悬置系统传递到车架或车身上。因此动力总成悬置隔振系统的设计对于汽车减振降噪是非常重要的。发动机通过悬置元件安装在车架上,悬置元件既是弹性元件,又是减振装置,其特性直接关系到发动机振动向车体的传递,并影响整车的振动与噪声。合理的悬置不但可以减小振动、降低噪声以改善乘坐舒适性,还能提高零部件和整车寿命。因此,发动机的悬置设计越来越受到重视。
发动机振动对整车的影响有所提高,成为车辆的一个主要振源,其振动经悬置系统传递后引起车身的振动。所以建立合理的发动机动力总成悬置系统模型快速准确地获得动力总成悬置系统的动态特性显得尤为重要。通常采用悬置元件的静刚度建立悬置系统MATLAB力学模型,而在实际工况下,发动机悬置系统是在一定频率下振动的,建立系统实际工况下动力学模型时,用悬置元件动刚度代替静刚度,以发动机的一种工况为例,给出一种悬置系统实际工况条件下MATLAB建模的方法,具有较高的工程实用价值。
现对方程补充下列方程:
方程 和 可写为如下状态方程:
即:
其中 , ,

状态方程标准形式:
1)发动机不平衡激励
8V150发动机采取平衡措施后,只有倾覆力矩,图2为转速n=2200rpm时,在发动机一个工作循环倾覆力矩随曲轴转角的变化关系。

MATLAB在车辆振动分析中的应用研究

MATLAB在车辆振动分析中的应用研究

MATLAB在车辆振动分析中的应用研究一、车辆振动分析在车辆振动分析中,通常需要进行以下几个方面的研究:1、车辆悬挂系统的响应特性分析:研究车辆悬挂系统的响应特性,包括弹簧刚度、阻尼系数等参数的确定,以及对路面激励的响应情况。

2、车辆整车振动的模态分析:研究车辆在不同频率下的振动特性及其对整车的影响。

3、车辆乘坐舒适性分析:研究车辆乘坐舒适性与振动的关系,并找到降低车辆振动对乘坐舒适性的影响的方法。

车辆悬挂系统的响应特性是影响车辆振动的关键因素之一。

为了研究车辆悬挂系统的响应特性,可以通过MATLAB进行数值模拟。

具体步骤如下:1、建立悬挂系统的数学模型对车辆进行数值模拟,需要建立悬挂系统的数学模型。

悬挂系统的主要部件包括弹簧、阻尼器等,可以通过MATLAB建立相应的数学方程表示。

2、对悬挂系统进行参数优化通过求解悬挂系统的数学模型,可以得到相应的参数值,如弹簧刚度、阻尼系数等。

根据实际情况,可以对这些参数进行调整,以优化悬挂系统的响应特性。

3、模拟车辆在不同路面激励下的振动响应根据悬挂系统的数学模型和参数值,可以通过MATLAB进行数值模拟,模拟车辆在不同路面激励下的振动响应,包括车体的加速度、车轮的垂向位移等。

车辆振动有许多模态,每一种模态都有其特定的频率和振动形式,因此对车辆进行整车振动模态分析有助于深入了解车辆振动特性。

MATLAB可以通过有限元分析方法进行车辆整车振动模态分析。

具体步骤如下:1、建立车辆的有限元模型有限元分析方法需要建立车辆的有限元模型。

可以通过MATLAB进行建模,将车辆划分为若干个小单元,并为每个小单元赋予相应的材料特性和约束条件。

2、进行模态分析车辆乘坐舒适性是客户选择汽车的重要因素之一,因此对车辆乘坐舒适性的研究也十分重要。

MATLAB可以通过建立车辆振动模型,预测车辆乘坐舒适性。

具体步骤如下:通过MATLAB建立车辆振动模型,包括车体加速度、位移等参数。

2、预测车辆乘坐舒适性指标利用车辆振动模型,可以预测车辆乘坐舒适性指标,如坐姿加速度水平值、垂直值等。

MATLAB在车辆振动分析中的应用研究

MATLAB在车辆振动分析中的应用研究

MATLAB在车辆振动分析中的应用研究
车辆振动分析是指研究车辆在行驶过程中,由于道路不平度、车速变化以及车辆悬挂
系统、车轮等零部件的相互作用而产生的振动现象。

这种振动不仅会影响车辆的舒适性和
稳定性,还会对车辆结构和零部件的寿命产生重要影响。

对车辆振动进行分析和优化设计
十分重要。

1. 车辆悬挂系统建模:MATLAB可以用来建立车辆悬挂系统的多体动力学模型。

通过
定义各个零部件的刚度、阻尼和质量等参数,可以模拟车辆在不同行驶条件下的振动响应。

通过分析模型的振动特性,可以评估悬挂系统的性能,并进行优化设计。

2. 道路不平度分析:MATLAB可以通过建立道路模型,模拟车辆在不同道路条件下的
振动情况。

通过分析车辆在不同频率下的响应,可以确定车辆与道路之间的相互作用,评
估车辆的舒适性和稳定性。

4. 悬挂系统参数优化:MATLAB可以通过建立悬挂系统的优化模型,利用遗传算法、
粒子群算法等优化算法,寻找最佳的悬挂系统参数组合,以达到最佳的抗震性能。

5. 车辆振动信号分析:MATLAB可以用来分析车辆振动信号,提取有用的特征参数。

通过对振动信号的时域、频域和小波分析,可以评估车辆的振动性能,并判断车辆是否存
在故障。

MATLAB在车辆振动分析中具有广泛的应用前景。

它不仅为汽车制造商、研发机构和工程师们提供了一个方便快捷的分析工具,也为改进车辆的舒适性、稳定性和耐久性提供了
重要的理论支持。

试析MATLAB在汽车振动分析及控制中的运用

试析MATLAB在汽车振动分析及控制中的运用

试析MATLAB在汽车振动分析及控制中的运用摘要:随着汽车振动会对汽车造成一定的危害,影响汽车的正常运行,因此要对汽车振动的原因进行分析,并提出合理的解决对策。

而MATLAB在汽车有巨大的作用,既能够应用与汽车的振动分析和控制中,还能够预测到汽车的反映,在实际中有较高的使用价值。

关键词:汽车振动;MATLAB;控制;应用在实际中汽车振动具有巨大的危害,因此一方面为了减少振动对汽车的零部件和使用性能造成的损害,另一方面还要针对汽车振动进行研究,尽量把汽车振动运用到汽车设计的服务中来,同时还要尽量利用振动的原理来制造推动机,减少汽车部件工作的强度,从而来提高工作效率。

1.汽车振动产生的原因分析机械的振动实际上是一种形式特殊的运动,构成振动系统的主要因素有阻尼、弹性、质量以及激励。

汽车本身就是具有阻尼、弹簧以及质量的系统,在汽车内部各部分具有不同的频率,因而汽车在平时的行驶中就往往会因为路面不平坦、运动方向以及车速的改变、发动机车轮与传送系统不平衡、汽车齿轮之间的冲击等各种内部与外部的激振作用造成汽车的局部或者是整体发生强烈的振动。

这种振动现象就会使汽车在运动时由于动力性能没有得到充分的发挥就容易出现一些问题。

另外,振动还会对汽车操作的平顺性与稳定性以及汽车的通过性造成不利的影响,还会使乘员在乘坐时产生不舒服的感觉,严重情况下还会对汽车的零部件造成损坏,缩短汽车正常的使用寿命。

2. 汽车振动的理论分析2.1.汽车振动的模型在实际中当一个振动系统比较复杂的时候,而建立的相应的模型也比较复杂,就越接近于真实的情况,相应的模拟情况就越真实,但是这却增加了对系统分析的难度,所以在建立振动的力学模型时就需要在逼真模拟与系统分析之间找出一个平衡点。

在进行汽车振动分析时需要把握的一个关键因素就是在实际中要根据研究的要求和研究内容,把研究的对象和外界的作用力进行简化,同时还要保证简化的模型能够与原来的系统模型在动态分析方面进行等效对比。

MATLAB在车辆振动分析中的应用研究

MATLAB在车辆振动分析中的应用研究

MATLAB在车辆振动分析中的应用研究摘要:MATLAB软件是车辆振动信号分析非常有用的工具。

文章介绍了MATLAB软件在车辆仿真建模与求解、频域分析、相干分析的应用,并结合具体实例进行了分析。

利用MATLAB软件编制的算法可以方便的计算出车辆固有频率、信号的频域分布以及信号的相关性。

这对车辆减振降噪非常有效。

关键词:汽车;振动分析;MATLAB;应用1 引言汽车行驶时,由于路面凹凸不平,车速的旋转激励以及发动机、轮胎、传动轴、变速箱旋转的不均匀性会导致车辆发生振动。

当振动发生时候,不但会影响司机和乘客的驾乘感受,还会导致人体不舒适、疲劳甚至身体健康。

这些不利因素还有可能使驾驶员驾驶出现安全问题。

因此,车辆减振降噪对车辆舒适性和安全性的提高非常重要。

MATLAB在车辆振动分析中有很多应用,比如振动方程的求解、频域分析、信号的噪声处理等[1]。

2 MATLAB软件简介MATLAB 是由MathWork 公司与1984 年推出的一套计算软件,分为总包和若干个工具箱,可以实现数值分析、优化、统计、偏微分方程数值解、自动控制、信号处理、图像处理等若干个领域的计算和图形显示功能。

它将不同数学分支的算法以函数的形式分类成库,使用时直接调用这些函数并赋予实际参数就可以解决问题,快速而且准确[2]。

Simulink 是MATLAB 一个用来对动态系统进行建模、仿真和分析的软件包。

用来提供一个系统级的建模与动态仿真工作平台。

Simulink 是用模块组合的方法使用戶能够快速、准确地创建动态系统的计算机模型,特别对于复杂的非线性系统,它的效果更加明显。

使用Simulink 可以快速准确地建模、分析和仿真各种动态系统(包括连续系统、离散系统和混合系统)。

它提供了一种图形化的交互环境,只需要用鼠标拖动的方法便能迅速的建立起系统框图模型,甚至不需要编写一行代码。

它和MATLAB的无缝结合使得用户可以利用MATLAB 丰富的资源,建立仿真模型,监控仿真过程,分析仿真结果。

Matlab技术在机械振动分析中的应用案例

Matlab技术在机械振动分析中的应用案例

Matlab技术在机械振动分析中的应用案例引言:机械振动作为机械工程领域中非常重要的研究方向,对于机械设备性能的评估和故障诊断具有关键作用。

随着计算机技术的飞速发展,Matlab作为一种功能强大的数学计算软件,被广泛应用于机械振动领域。

本文将通过介绍一些典型的应用案例,展示Matlab在机械振动分析中的优越性和实用性。

一、弹簧振动分析弹簧振动是机械系统中常见的一种振动形式。

通过Matlab可以方便地建立弹簧振动的数学模型,进行分析和仿真。

以弹簧单自由度系统为例,我们可以通过编写Matlab程序来求解该系统的振动特性,比如自然频率、阻尼比等参数。

此外,Matlab还提供了丰富的绘图功能,可以用来绘制系统的振动曲线和频谱图,进一步分析和评估系统的性能。

二、子午线摆振动分析子午线摆是一种简单而重要的振动系统,在物理实验教学中被广泛应用。

利用Matlab可以实现子午线摆的运动仿真和数据分析。

通过建立子午线摆的运动微分方程,我们可以利用Matlab的数值求解功能来模拟摆的运动过程,并绘制出摆角随时间的变化曲线。

此外,Matlab还可以计算出摆的周期和频率,提供了便捷的数据处理方法,方便进行实验数据的比对和验证。

三、转子系统振动分析转子系统的振动分析是机械工程中一项关键任务。

Matlab提供了大量的信号处理和频谱分析工具,可以用来对转子系统的动态性能进行评估和诊断。

首先,我们可以通过Matlab对转子系统的模态进行分析,求解出转子的模态频率和振型。

接着,利用Matlab的FFT函数进行频谱分析,可以得到转子系统的频谱图,并进一步分析出存在的谐波成分。

通过与参考频谱进行比较,我们可以判断转子系统是否存在异常振动,进而评估其工作状态。

四、车辆悬架系统振动分析车辆悬架系统的振动特性直接影响着驾驶员的驾驶感受和乘坐舒适度。

Matlab在车辆悬架系统的振动分析中发挥着重要作用。

通过建立车辆悬架系统的动力学模型,并利用Matlab进行模拟和仿真,我们可以得到车辆在不同路况下的振动响应。

MATLAB在车辆振动分析中的应用研究

MATLAB在车辆振动分析中的应用研究

MATLAB在车辆振动分析中的应用研究1. 引言1.1 背景介绍车辆振动是指车辆在行驶过程中由于路面不平整或其他外界因素引起的车辆整体或部件的振动现象。

振动会导致车辆性能下降、舒适性降低、疲劳损伤加速等问题,影响车辆的安全性和乘坐舒适度。

对车辆振动进行深入的分析和研究具有重要的意义。

随着汽车工业的发展和人们对车辆安全性和舒适性要求的不断提高,车辆振动分析成为工程领域研究的重要方向。

通过建立合理的数学模型和采用有效的分析工具,可以更好地理解车辆振动的特性,为改进车辆设计和优化车辆性能提供基础支持。

1.2 研究意义车辆振动是指车辆在行驶或运动过程中产生的颠簸、震动等现象。

研究车辆振动分析对于提高车辆性能、减少燃料消耗、延长车辆寿命等方面具有重要意义。

通过对车辆振动进行深入研究,可以帮助我们更好地了解车辆振动的产生机理,从而指导车辆设计中的材料选择、结构设计和优化,提高车辆的舒适性和安全性。

车辆振动分析可以帮助人们更好地了解车辆在不同道路条件下的振动特性,为道路设计和维护提供重要参考,提高道路的舒适性和安全性。

对于减少车辆的燃料消耗和排放也具有重要意义。

通过减少车辆的振动,可以降低车辆的能量损耗,从而减少燃料消耗和减少尾气排放,对于环境保护和节能减排具有积极意义。

研究车辆振动分析在提高车辆性能、改善道路条件、减少燃料消耗和减少排放等方面具有重要意义,对于推动车辆工程领域的发展具有积极的促进作用。

1.3 研究方法研究方法是整个研究过程中非常重要的一部分,它决定了研究的有效性和可信度。

在本研究中,我们主要采用了以下几种方法:我们对车辆振动的基本原理进行了深入的研究和理解,包括车辆的动力学模型、受力分析以及振动特性等方面。

这为后续的实验设计和数据分析奠定了基础。

我们利用MATLAB软件建立了车辆振动分析模型,包括车辆的结构模型、路面激励模型以及悬挂系统模型等。

通过这些模型,我们可以对车辆在不同路况下的振动特性进行仿真分析。

Matlab在汽车振动分析(修改)

Matlab在汽车振动分析(修改)

loglog(ft,abs(H1))
plot(log(ft),log(abs(H1)))
复数的绝对值
• • >> abs(H1(80)) ans =

• • •
0.1192
>> H1(80) ans = -0.0434 - 0.1110i
• plot(ft,H1)
• X+Yi
• plot(ft,abs(H1))
• Txy = tfestimate(x,y) finds a transfer function estimate Txy given input signal vector x and output signal vector y.
• [Txy,F] = tfestimate(x,y,window,noverlap,nfft,fs) returns Txy as a function of frequency and a vector F of frequencies at which tfestimate estimates the transfer function. fs is the sampling frequency in Hz. F is the same size as Txy, so plot(f,Txy) plots the transfer function estimate versus properly scaled frequency. For real signals, the range of F is [0, fs/2] when nfft is even and [0, fs/2) when nfft is odd. For complex signals, the range of F is [0, fs).

MATLAB在车辆振动分析中的应用研究

MATLAB在车辆振动分析中的应用研究

MATLAB在车辆振动分析中的应用研究MATLAB是一种强大的工具,用于进行车辆振动分析。

车辆振动分析是机械工程中的一个重要领域,也是汽车工程中的重要分支,对汽车的性能和安全性有很大的影响。

在这篇文章中,我们将探讨如何在MATLAB中进行车辆振动分析以及一些应用案例。

MATLAB是一种非常流行的数学软件,可以用于处理各种数学和工程问题。

MATLAB提供了许多功能,用于实现车辆振动分析。

以下是其中一些常用功能:1. 振动信号处理:MATLAB提供了许多振动信号处理工具,用于对车辆振动信号进行分析和处理。

这些工具包括傅里叶变换、小波变换、滤波器等。

2. 模态分析:MATLAB可以用于进行车辆结构的模态分析,以确定车辆的固有频率和振型。

这对于设计和优化车辆的结构非常重要。

3. 车辆动力学分析:MATLAB可以用于对车辆的动力学参数进行分析和计算,如车辆的加速度、速度、位移、角度等参数。

4. 有限元分析:MATLAB可以与有限元分析软件配合使用,进行车辆结构的有限元分析。

这有助于确定车辆的结构是否足够强壮,以应对各种振动载荷。

1. 车辆悬挂系统分析:车辆悬挂系统对车辆的振动特性有很大的影响。

使用MATLAB 可以对车辆悬挂系统进行动态分析,以计算车辆的自然频率、模态形状和阻尼比等参数。

这些参数可以用于优化车辆悬挂系统的设计,提高车辆的舒适性和稳定性。

3. 车辆噪声控制分析:车辆噪声是一种常见的底盘振动问题。

MATLAB可以用于对车辆噪声进行预测和控制。

使用MATLAB可以对车辆噪声进行频谱分析,以确定噪声的频率特性。

然后,可以使用MATLAB中的振动控制算法来减小车辆噪声。

4. 车辆结构损伤诊断:车辆经过长期使用后,车辆结构上可能出现疲劳、裂纹和变形等损伤。

MATLAB可以用于对车辆结构损伤进行诊断和预测。

利用MATLAB可以对车辆振动信号进行分析和处理,以检测车辆结构的损伤状态。

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0 -0.2 -0.4 -0.6 0
0.5
1
1.5
2
2.5 t
3
3.5
4
4.5
5
例2.15 汽车悬架瞬态相应
1.2 x(t) 1 0.8
0.6 x(t) 0.4
0.2
0.6 0.4
0
x(t)
0.2 0
x(t)
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-0.6
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1
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2.5 t
3
3.5
2 acr tan 1 2
Transfer Function Approach to Modeling Dynamic system
• Transfer function=
output Y ( s) G( s) input X ( s)
The transfer fuction of a linear, time-invariant differential-equation system is defined as the ratio of the Laplace transferm of the output(response funtion) to the Laplace input(driving function) under the assumption that all initial conditions are zero
x(t)
2
x(t)
0 -0.005
0
-2
-0.01 -0.015 -0.02
-4
0
0.5
1
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2
2.5 t
3
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4
4.5
5
0
0.5
1
1.5
2
2.5 t
3
3.5
4
4.5
5
0.02 x(t) 0.015 0.01 0.005
0 -0.005 -0.01 -0.015 -0.02
• 稳态响应
0 0.5 1 1.5 2 2.5 t 3 3.5
• The equation of motion for the system is
cx kx f (t ) m x
Taking the laplace transform of both sides of this equation and assuming that all initial conditions are zero yields
• Impulse-Response function
Y ( s) G( s) X ( s)
Since the laplace transform of the unit-impulse function is unity, or X(s)=1
G( s) Y ( s)
The inverse Laplace transform of the output equation yields the impulse response of the system.
0
2
4
6
8
10 t
12
14
16
18
20
8 6 4 2
x 10
-3
x(t)
0 -2 -4 -6
稳态+瞬态 这里主要是加载频率和固 有频率相差比较大
w 1 p
x(t)
• 稳态响应
0 2 4 6 8 10 t 12 14
-8
• 瞬态响应
6 4
0.02
x(t)
x(t) 0.015 0.01 0.005
y(t ) Y (s) e2t sin 21t
p=
0 - 2.7277i 0 + 2.7277i
查表laplace transforms pairs
-2.0000 + 4.5826i
• Where y(t) is measured in meters and t in seconds. This equation is an analytical solution to the problem.
mx(t ) cx(t ) kx(t ) F0 sin t
例1 简谐激励下单自由度系统的振动(例题11.1) 应用MATLAB语言,对图示单自由度系统,求其在简谐激励作用下的稳 态振动的放大因子(动力放大倍数)和相位。
mx(t ) cx(t ) kx(t ) F0 sin t
x2 X sin(wt )
位移响应的圆频率等于激励的圆频率
1000 800 600 4 400 200
f(t)
8 6
x 10
-3
x(t)
2 f(t) = F0sin(wt)
0 -200 -400
x(t)
0 5 10 15 20 25 t 30 35 40 45 50
0 -2 -4
-600 -800 -1000 -6 -8
例2-15
临界阻尼(汽车不振动)
0.02 x(t) 0.018 0.016 0.014 0.012
x(t)
0.01 0.008 0.006 0.004 0.002 0
0
0.5
1
1.5
2
2.5 t
3
3.5
4
4.5
5
大家还可研究一些瞬态振动基本概念
减幅系数,衰减系数,对数衰减率
衰减振动的周期
稳态振动
• •


• • • •
一般来说,轴承中的滚动轴承本身不产生噪音。通常感觉到的“IKO进口轴承噪音”事 实上是轴承直接或间接地与周围结构产生振动的声音效应。 这就是为什么许多时候噪音问题可被视为涉及到整个轴承应用的振动问题。因加 载滚动体数量变化而产生的激振当一个径向负荷加载于某个轴承时,其承载负荷的滚 动体数量在运行中会稍有变化,即:2-3-2-3....这引起了负荷方向的偏移。由此产生的 振动是不可避免的,但可通过轴向预加载来减轻,加载于所有滚动体(不适用于轴承中 的圆柱滚子轴承)。 部件的波度在日本IKO轴承圈与轴承座或传动轴之间密配合的情况下,轴承圈有可 能与相邻部件的外形相配合而变形。如果出现变形,在运行中便可能产生振动。因此, 把轴承座和传动轴进行机加工到所需的公差很重要。 局部损坏由于操作或安装错误,小部分轴承滚道和滚动体可能会受损。在运行中, 滚过受损的IKO轴承部件会产生特定的振动频率。振动频率分析可识别出受损的轴承部 件。应用场合中的振动行为在许多应用中,轴承的刚度与周围结构的刚度相同。由于 这个特点,只要正确地选择轴承(包括预负荷和游隙)及其在应用中的配置,就有可能减 低应用中的振动。 有三个方法可减小IKO进口轴承的振动: 1.从应用中去除临界激励振动。 2.抑阻激发部件和共振部件之间临界激励振动。 3.改变结构的刚度,从而改变临界频率。
Matlab在单自由度系统的振动分 析中的应用
刘迪辉 2011-10-20
大家学了游泳理论,现在我们借助 MATLAB软件,来练习一下游泳!
• 本次课目的:希望能理清概念,利用数学 分析工具辅助我们的理解。 • 回顾一些基本概念 • 几个算例
• 我们生活中所接触到的振动: (1) 心跳、脉博、情绪波动 (2) 荡秋千 (3) 跌落的篮球 (4) 汽车上的振荡 (5) 走路
• 客车的振动分析 客车样车路试过程中却出现了令人意想不到的一系列 振动问题,主要表现为: (1) 汽车起动时发动机抖动厉害; (2) 当车速在40 km/ h 左右时,整车有共振现象; (3) 当车速在 85 km/ h 左右时,整车有明显振动; (4) 当车速超过118 km/ h 时,驾驶区及方向盘有强烈振感。 由于上述振动的存在,一方面大大降低了该车驾乘的舒 适性和运行中的安全性;另一方面,造成一些主要总成件(如 发动机、变速器、后桥等) 的早期损坏;同时,也使得汽车上 很多结构件出现疲劳断裂,从而进一步加剧了整车或局部 振动。
x X sin(t )
X X0 (1 2 ) 2 (2 ) 2
2 arctan 1 2
X 1 X0 (1 2 )2 (2 )2
• 简谐激励
1 0.8 0.6 0.4 0.2
f (t ) F0 sin wt
f(t) = F0sin(wt)
f(t)
0 -0.2 -0.4 -0.6 -0.8 -1
0
5
10
15
20
25 t
30
35
40
45
50
首先得设定参数F0, w, 和时间向量t, 求每个 时间的f(t)
该函数由普通微分方程求解方法
mx(t ) cx(t ) kx(t ) F0 sin t 2px p 2 x q sin wt x
4
4.5
5
-0.8
0 20 x
0 0.5 1 1.5 2 2.5 t 3 3.5 4 4.5 5
0 0 x
1.2 x(t) 1 0.8 0.6 0.4
0 10 x
x(t)
0.2 0 -0.2 -0.4 -0.6 -0.8
0
0.5
1
1.5
2
2.5 t
3
3.5
4
4.5
5
0 20 x
1G(s) g (t )
How to obtain the system response analytically?
• Partial-fraction expansion with Matlab
• The comand [r,p,k]=residue(num,den) Finds the residues,poles,and direct terms of a partial fraction expansion of the radio of the two polynomials B(s) and A(s)
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