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1、. . .专业技术资料目录摘要11 绪论11.1论文提出的背景11.2课题提出的目的和意义11.3本课题的主要类容22Matlab软件简介23道路路面不平度的描述33.1路面谱及其分类33.2空间频率与时间频率功率谱密度的关系53.3车辆路面不平输入的功率谱密度63.3.1前、后两车轮输入的功率谱密度与互谱密度64悬架系统汽车振动的影响74.1悬架刚度的影响74.2悬架的静挠度84.3非簧载质量84.4相对阻尼比85基于Matlab下半车模型振动仿真分析95.1汽车振动模型的建立原理及基本要求95.1.1建模的基本要求95.1.2仿真模型基本要求：95.1.3建模基本原理105.2车辆振动模型
2、简介105.2.1整车七自由度模型115.2.2双轴车四自由度模型115.2.3单轮二自由度模型125.2.4单轮单自由度模型125.3汽车四自由度动力模型的建立135.3.1四自由度半车模型自由振动方程135.3.2状态空间模型155.3.3随机路面模型的建立185.4半车模型振动仿真195.4.1仿真模型的建立195.5汽车振动影响因素分析215.5.1悬架阻尼系数的影响215.5.2悬架刚度系数的影响245.5.3轮胎刚度系数的影响266结论30致谢31参考文献32Abstract33专业技术资料 基于半车模型振动仿真分析 摘要:随着人们生活水平的提高，人们对汽车环境舒适性、安全性性能的
3、要求越来越高。振动对汽车来说是不可避免的，而振动又会影响舒适性和乘车安全性。汽车平顺性又是汽车各项性能中很重要的一个指标，直接影响着汽车的乘坐舒适性，因此对汽车平顺性的研究很有必要。本论文以数学仿真原理为基础，以某车为原型建立了半车四自由度模型，先介绍汽车振动、平顺性的一些基本知识，然后对作影响汽车平顺性 的重要元件及参数做出具体分析，最后建立汽车四自由度模型，直接利用Matlab/Simulink软件可视化功能对此模型进行仿真分析，从而实现汽车平顺性在汽车系统仿真分析研究中简便、快捷。关键词：汽车振动 平顺性 汽车四自由度模型 Matlab/Simulink 仿真分析1 绪论1.1论文提出的
4、背景 汽车是一种十分便利的现代化交通工具，给人们的生产和生活提供了很大的方便和帮助，汽车逐渐普及，使汽车的技术快速发展，汽车造型零部件也在不断跟新，汽车的舒适性，安全性，经济性，动力性等等也得到了快速发展和改善。根据中国汽车工业协会统计的数据，2011年中国建成投产的汽车生产基地的产量达2000万辆，汽车工业已成为国民经济的重要支柱。汽车行驶平顺性是指汽车在一般车速行驶时避免振动和冲击保持乘员舒适度的能力，对于货车还包括保持货物在运输过程中完好性的能力。在汽车行驶过程中，如果平顺性较差，驾驶员就会因强烈的振动而迫使降低汽车行驶速度，从而使汽车的平均速度和运输生产率下降。发动机不能再最佳转速运转
5、又会使汽车的燃油经济性变差。振动产生的动载加速机件的磨损，由于动载产生的交变应力会造成机件的疲劳破坏，这些都严重影响汽车的使用寿命。汽车振动时，车轮相对于地面的跳动又会使接地性变差，使附着性能变坏，从而影响汽车的通过性和操纵稳定性，同时影响汽车的行驶安全性，随着人们对平顺性是要求越来越高，汽车平顺性研究的重要性日益凸显。1.2课题提出的目的和意义 汽车除了保证其基本性能，即行驶性、转向性和制动性等之外，目前正在大力研究安全性和舒适性。所以，对汽车的振动性能进行研究是十分有必要的，汽车的振动直接影响乘坐的舒适性和行驶的平顺性，舒适性是汽车最重要的使用性能之一，舒适性与车身的固有振动特性有关，所以
6、对当今的人们越来越追求舒适的乘车环境来讲，对汽车的行驶平顺性进行研究是十分有必要的。 汽车行驶时，汽车系统的振动以及路面不平度会激起汽车的振动，使驾驶人员处于震动环境之中。振动影响了乘坐的舒适性、工作效率好和身心健康。如果长期处于不舒适的振动环境中，不但容易引起疲劳、心慌，而且还会引发各种心脏疾病；对于载货汽车来说，尤其是在中长途运输中，振动也会极大地影响行车安全性。所以，改善汽车行驶平顺性也是提高主动安全性的一个重要方面。汽车在行驶过程中，强烈的振动产生的动载荷会冲击汽车的零部件，加速零部件的磨损，降低零部件的疲劳寿命。汽车的强烈振动还会使车轮跳离地面，影响汽车的动力性、制动性以及操纵稳定性
7、。为了减小汽车振动，驾驶员必须放慢车速，使运输效率降低。汽车低速行驶又会导致燃油燃烧不充分，使燃油经济性变差，排放性能也变差。另外，随着我国经济的快速发展，高速公路和高等公路里程也在迅速增长，汽车运输业务因其无可比拟的灵活性成为了货物传递的首选。良好的平顺性能保证了汽车的振动在一个较好较舒适程度范围类，使驾驶员在复杂的行驶和操纵条件下，具有良好的心理和生理状态，以及准确灵敏的反应，这对影响“人-车-道路”系统的操纵稳定性，确保安全性行驶非常重要。舒适的振动环境对于乘员，不但在行驶过程中很重要，而且可以保证乘员到达目的地后，可以有良好的状态投入工作。由此可以看出研究改善汽车行驶平顺性的意义是非常
8、必要的，具有良好的行驶平顺性是现代高速，高效率汽车的主要标志之一。目前，所有新开发的车辆或者经过改进的车辆都要进行平顺性试验，它是产品开发过程中不可或少的一个重要环节。1.3本课题的主要类容1.道路不平度的描述；2.对汽车振动（平顺性）的影响；3.汽车动力模型介绍；4.在Matlab环境下建立四自由度动力学模型的方法；5.在Matlab/simulink环境下的仿真分析；2 Matlab软件简介Matlab软件中常见的工具箱有：控制系统工具箱、系统辨别工具箱、鲁棒控制工具箱、多变量频率设计工具箱、分析与综合工具箱、神经网络工具箱、最优化工具箱、信号处理工具箱、模糊推理系统工具箱以及小波分析工具
9、箱。 Matlab/Simulink的用法较简单，很容易掌握。并且MATLAB提供的交互式编程语言m语言，可以编写脚本或函数文件实现用户的计算方法或者是为用户提供方框图进行直接建模的图形接口，采用这种方式绘制仿真模型就像用使用笔和纸来绘制一样的简单。并且它相对于传统的仿真软件包利用差分方程式或者是微分方程式来完成系统建模具有更加灵活、直观和方便的效果。SIMULINK是由许多子模块组成，具体如上图所示：其中Continuous用来描述标准线性和线性函数系统；Discrete主要通过离散的时间系统组成；FunctionTable通常包含常用函数或者查表模块；Math主要由数学运算模块组成；Non
10、linear主要由非线性函数或者非线性系统两个模块；SignalsSystems由常用的信号处理模块组成；Sinks包含显示和系统输出两类功能；Sources包含多种常用的信号和数据发射器。由于可以通过模块提供的对话框设计控制参数，所以可以满足大多数要求；Subsystems包含各类子系统模块。在这些模块中每个模块下面还有许多小模块。3道路路面不平度的描述3.1路面谱及其分类图 3-1 路面的纵剖面图 图3-1所示为一路面的纵剖面图。路面相对于基准平面的高度沿道路走向长度的变化称为路面纵断面曲线或不平度函数。这个函数的自变量为道路与选定的坐标原点的距离，而不是时间，因此，对于路面激励的功率谱为
11、。1984年由国际标准化组织在ISO/TC108/SC2N67文件中提出的“路面不平度表示方法草案”和GB/T70312005机械振动道路路面谱测量数据报告标准中，均建议路面功率谱用是（3-1）作为拟合表达式 （3-1）式中，为空间频率，它是波长的倒数，表示每米长度中所包含的波的个数；为参考空间频率，；为参考空间频率下的路面功率谱密度值，称为路面不平度系数;为频率指数，为双对数坐标上斜线的斜率，它决定路面功率谱密度的频率结构。在式（3-1）在双对数坐标上为一斜线，对实测路面功率谱密度拟合时，为了减少误差，在不同空间频率范围可以选用不同的拟合系数进行分段拟合，但不应超过4段。上述还提出了按路面功
12、率谱密度，将路面的不平度分为A、B、C、D、E、F、G和H共8级，如表3-1所示表3-1规定了8级路面不平度系数的几何平均值，分级路面谱的频率指数=2。表中还同时列出了范围路面不平度相应的均方根植的几何平均值。表3-1路面不平度8级分类标准路面等级几何平均值几何平均值A163.81B647.61C25615.23D102430.45E409660.90F16384121.80G65536243.61H262144487.22路面功率谱密度随空间频率n的提高或波长减小而变小。当时，与成正比，是不平度幅值的均方值谱密度，故又与不平度幅值的平方成正比，所以不平度幅值大致与波长成正比。 上述路面功率谱
13、密度指的是垂直位移功率谱密度，还可以采用不平度函数对纵向长度的一阶导数，即速度功率谱密度和二阶导数，即加速度功率谱密度来补充描述路面不平度的统计特性。和与的关系为 （3-2） （3-3）当频率指数时，由式（3-2）和式（3-3）可得 （3-4） （3-5） 可以看出，此时路面速度功率谱密度幅值在整个范围为一常数，即“白噪声”，幅值大小只与不平度系数有关，用它来计算分析振动响应的功率谱会带来方便。3.2空间频率与时间频率功率谱密度的关系路面不平度的空间频率功率谱密度为，计算要用到时间频率谱密度 ，因而须将空间功率谱换算为路面不平度的时间功率谱。设汽车速度为，则时间频率是空间频率和的乘积，即 （3-6）又根据功率谱密度与相关函数为傅里叶变换对的关系，可得空间频率功率谱密度为 （3-7）式中，是路面上两点之间的距离，相当时域中自相关函数中的时间间隔，因而有 （3-8） 将式（3-6）和式（3-8）代入式（3-7），可得 即 （3-9） 式中，表示自相关函数，为速度和时间间隔的函数，当速度一定时，即为常数，则自相关只是时间间隔的函数，因此，可以写成，整理式（3-9），可得
