畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）多自由度汽車振動特性建模與分析

1、1 西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 目目 錄錄 目錄目錄 .3 3 摘要 .3 abstract.4 1 1 前言前言 .5 5 1.1 課題研究的意義 .5 1.2 相關(guān)領(lǐng)域發(fā)展歷史和發(fā)展趨勢 .5 1.3 汽車振動的建模方法 .6 1.4 主要研究內(nèi)容 .8 2 2 懸架工作過程分析懸架工作過程分析 .9 9 2.1 懸架的功用 .9 2.2 懸架的組成 .9 2.3 汽車懸架的分類 .11 2.4 汽車懸架工作過程 .13 3 3 matlab/simulinkmatlab/simulink 簡介簡介.1414 4 4 路面激勵的時域模型路面激勵的時域模型.1616 4.1 路面不平度的功率譜密

2、度 .16 4.2 路面激勵的時域模型 .17 5 5 汽車懸架的五自由度模型汽車懸架的五自由度模型.2020 5.1 汽車模型簡化的假設(shè) .20 5.2 五自由度動力學(xué)模型 .20 5.3 系統(tǒng)動力學(xué)方程 .22 5.4 路面激勵時域模型 .24 5.5 懸架特性五自由度仿真模型 .25 5.5 某汽車振動仿真結(jié)果及分析 .27 6 6 懸架特性分析與評價(jià)懸架特性分析與評價(jià) .3232 6.1 汽車行駛速度對平順性的影響分析 .32 2 西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 6.2 路面不平度對平順性的影響分析 .34 6.3 懸架彈性元件剛度對平順性的影響分析 .35 6.4 懸架減振器阻尼對平順性的影

3、響分析 .38 7 7 結(jié)論結(jié)論 .4141 總結(jié)與體會總結(jié)與體會 .4242 謝謝 辭辭 .4343 參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn) .4444 3 西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 多自由度汽車振動特性建模與分析多自由度汽車振動特性建模與分析 摘摘 要要 汽車平順性是汽車的主要性能之一。它的優(yōu)劣直接關(guān)系到駕駛員的駕駛舒 適性和乘員的舒適性。如何提高汽車平順性已成為汽車設(shè)計(jì)人員越來越關(guān)心的 問題。隨著隨機(jī)振動理論的發(fā)展，計(jì)算機(jī)仿真也大量運(yùn)用到汽車性能分析當(dāng)中。 本文基于汽車振動動力學(xué)分析方法，建立五自由度汽車振動模型。該五自 由度模型的五個自由度包括縱向兩車輪的兩個自由度、車身的兩個自由度和駕 駛員一個自由度。汽車

4、振動模型的輸入有路面不平度、車速。因此，本次采用 白噪聲法以白噪聲作為輸入建立了 a、b、c、d 各級路面模型。通過 matlab/ simulink 軟件建立仿真模型，以某汽車參數(shù)為基礎(chǔ)仿真得到了汽車駕駛員加速度、 懸架動撓度和車輪動載荷的仿真結(jié)果，這樣得到了汽車平順性與車速、路面不 平度、懸架參數(shù)的關(guān)系。 通過仿真進(jìn)行了懸架參數(shù)和路面模型的探討，為汽車懸架設(shè)計(jì)時的參數(shù)匹 配也有一定的實(shí)用價(jià)值， 關(guān)鍵詞：關(guān)鍵詞：汽車平順性；五自由度；路面模型；matlab/simulink；懸架參數(shù) 4 西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 modeling and simulation on vehicle vibra

5、tion performance with multi-dofs abstract vehicle ride comfort is one of major performance. it is directly related to the drivers driving comfort and occupant comfort. how to improve vehicle ride comfort has become a question that a car designer concerning. with the development of random vibration t

6、heory, computer simulation is also applied to the vehicle performance analysis. based on dynamic analysis of vehicle vibration, the five-dof vehicle vibration model is established. the five dofs include two dofs of the two wheels, two dofs of the body, and a dof of the driver in the model. the vehic

7、le vibration models inputs are surface roughness, speed. therefore, this method using white noise as input to establish the a, b, c, d road model. by matlab / simulink software, establish a simulation model to get simulation results of the car driver acceleration, suspension deflection and tire dyna

8、mic load to a motor vehicle based on simulation parameters, so get the relation between the car ride comfort and speed, road roughness, suspension parameters. simulation carried out by suspension of the model parameters and the road for vehicle suspension design parameters match has some practical v

9、alue, key words：vehicle ride comfot, 5-dof, road model, matlab/simulink,suspension parameters 5 西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 1 1 前言前言 1.11.1 課題研究的意義課題研究的意義 隨著時代的前進(jìn)，汽車工業(yè)的發(fā)展，現(xiàn)代社會對汽車舒適性要求也越來越高。 汽車平順性也是汽車的主要性能之一。汽車平順性是指汽車在一般車速行駛過程 中產(chǎn)生的振動和沖擊環(huán)境對乘員舒適性的影響在一定界限之內(nèi)1。汽車振動不但 影響乘員的乘坐舒適性和駕駛員的駕駛疲勞，對汽車上個零件也有損害。車輪對 地面的跳動使汽車與地面的接觸性變差，

10、使汽車的附著力變差，影響汽車的操縱 穩(wěn)定性和通過性，從而影響汽車的行駛安全性。因此，對汽車的平順性的研究非 常重要。汽車懸架使汽車行駛系統(tǒng)的重要組成部分，也是汽車平順性的重要影響 部件。汽車懸架的正確匹配是解決平順性的主要手段。研究汽車懸架系統(tǒng)性能與 振動特性，對汽車平順性的研究有重要作用。過去對平順性的研究常常采用試驗(yàn) 的方法，這樣對汽車的開發(fā)增加了成本，也延長了汽車開發(fā)的周期。 隨著計(jì)算機(jī)的發(fā)展，汽車 cad、cam、cae 等新型技術(shù)的發(fā)展，汽車的平順性 分析也可以在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行?？梢赃\(yùn)用 ansys、matlab、adams 等軟件進(jìn)行建模 與分析。這樣，在汽車開發(fā)成本大大降低了，在開

11、發(fā)周期上也大大縮短了。 在平順性研究當(dāng)中，常常從頻域和時域方面進(jìn)行仿真。由于如今汽車乘坐舒 適性的評價(jià)指標(biāo)往往給出的是頻域上給出了評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。通過時域與頻域的關(guān)系， 可以建立汽車振動的時域模型。同樣可以通過加速度、懸架動撓度和車輪動載荷 進(jìn)行汽車的振動特性分析。在電子技術(shù)飛速發(fā)展的今天，半主動懸架合主動懸架 也發(fā)展迅速，雖然在目前由于成本的限制，電控懸架還沒普及到各種車型上，但 是對電控懸架的研究始終沒有停止過。在頻域里，懸架振動分析就受到很大限制， 電控信號都是時域信號，因此，對汽車振動的時域分析也非常重要。 1.21.2 相關(guān)領(lǐng)域發(fā)展歷史和發(fā)展趨勢相關(guān)領(lǐng)域發(fā)展歷史和發(fā)展趨勢 前輩們對汽車懸架

12、的研究也有很長歷史。在汽車上首先使用剛性彈簧懸架的 是 18 世紀(jì)的法國人，那是一種扁平狀的單片彈簧。到目前為止，汽車行業(yè)還是 在用多片鋼板彈簧組成的懸架系統(tǒng)，其目的是起到了很大程度上的減振效果，又 節(jié)約成本。 6 西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 1763 年，美國的特雷德韋爾取得了螺旋彈簧懸架的第一個專利。螺旋彈簧也 是當(dāng)今懸架上應(yīng)用最廣的零件1。 早在馬車時代，人們都在為舒適性進(jìn)行研究。汽車誕生后，隨著對懸架研究 的深入，后來相繼出現(xiàn)了扭桿彈簧、空氣彈簧、橡膠彈簧、鋼板彈簧等彈性件。 汽車懸架也逐步發(fā)展，人類對汽車平順性的研究也從來沒有間斷過。 隨著電子時代的到來，懸架系統(tǒng)也跟上了時代，相繼出現(xiàn)了

13、半主動懸架和主 動懸架。由于成本的限制，目前被動懸架應(yīng)用還是非常廣泛，在很多高級車上也 還是有新技術(shù)的應(yīng)用。總之，汽車懸架系統(tǒng)有很多新技術(shù)，也需要我們?nèi)パ芯浚?讓更多的新技術(shù)應(yīng)用到我們的汽車行業(yè)里來。因此，對汽車振動的研究，對汽車 懸架系統(tǒng)特性與汽車振動特性的關(guān)系的研究還要繼續(xù)下去。 當(dāng)今很多懸架研究機(jī)構(gòu)和科研單位運(yùn)用各種軟件對汽車懸架進(jìn)行優(yōu)化。 matlab 運(yùn)用也越來越廣，在汽車動力學(xué)研究當(dāng)中起著重要作用。當(dāng)然，汽車振動 動力學(xué)仿真和分析也大量運(yùn)用 matlab/simulink 模塊。 1.31.3 汽車振動的建模方法汽車振動的建模方法 在進(jìn)行汽車振動系統(tǒng)響應(yīng)分析時一般要根據(jù)所研究問題的

14、具體情況建立一定 自由度的振動系統(tǒng)模型。模型的精度不僅與模型自由度數(shù)目有關(guān)，而且還與模型 參數(shù)的精度有關(guān)。盡管少自由度模型的模型參數(shù)容易獲得，但模型誤差較大。多 自由度模型雖然更接近實(shí)際系統(tǒng)，但是要精確地給出模型每一參數(shù)的數(shù)值也不是 一件輕而易舉的事情，這需要有相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)設(shè)備以及有效的實(shí)驗(yàn)方法。此外不同 的實(shí)驗(yàn)方法所測量參數(shù)的精度也不同。特別是有些參數(shù)很難得到，只能估算。而 且隨著自由度的增加，這種矛盾就越突出。因此如何建立一個具有合理自由度的 模型是很值得研究的。也就是說，要對建立的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行評價(jià)，模型評價(jià)是建 模的先期工作，雖然不是對模型結(jié)果的最后評價(jià)，但在分析、預(yù)測模型的實(shí)用性 時有很

15、大的幫助，可以減少一些盲目性。為了進(jìn)行評價(jià)，就必須提出評價(jià)準(zhǔn)則， 模型評價(jià)應(yīng)從以下幾個方面來考慮，即模型的精確性、通用性和有效性。模型評 價(jià)準(zhǔn)則常與建模原則相輔相成。以往選擇模型自由度的常用方法一是根據(jù)各參數(shù) 對目標(biāo)函數(shù)的影響率的不同，略去影響率較小的參數(shù)，即略去其參數(shù)對應(yīng)的自由 度。二是建立幾種不同的自由度模型，然后進(jìn)行比較分析，選擇模擬結(jié)果與實(shí)際 7 西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 結(jié)果相近的模型。這兩種自由度的選擇方法計(jì)算量大，因素考慮的不全面。為了 解決這種模型精確性與因素復(fù)雜性的矛盾，應(yīng)該科學(xué)合理地選擇模型自由度。2 本文的目的是研究汽車懸架各參數(shù)的選擇對汽車平順性的影響。因此不必要 建立過

16、于復(fù)雜的汽車振動模型，只要能夠得到平順性的評價(jià)指標(biāo)與懸架各參數(shù)的 關(guān)系就足夠了。因此本文選擇五自由度汽車振動模型，這樣能夠得到前后懸架和 前后車輪動載荷與汽車懸架各參數(shù)的關(guān)系。 汽車五自由度的simulink仿真模型是基于振動方程建立起來的。要建立振微 分動方程，有牛頓力學(xué)分析法和疊加法、拉格朗日定理等，本次自由度為五個， 不是很多，采用牛頓定律分析方法建立比較簡單。 在很多資料上，汽車的平順性分析模型一般采用車體(集中質(zhì)量剛體)一彈 簧一阻尼器模型。常用的模型有：2 1 14車輛動力學(xué)模型，即2自由度模型，或稱為“單輪車輛模型”，如圖 11所示。其中為車體(車身)質(zhì)量，為輪胎質(zhì)量，分別為懸架

17、的彈簧常 c m t m c k 數(shù)與阻尼系數(shù)，為車輪彈性系數(shù)；坐標(biāo)一般選取與，而為路面的位移 t k c z t z l z 激勵。 2 12車輛模型?；蚍Q單軌半車模型，即4自由度模型,如圖12所示。 圖11 單輪車輛模型 圖12 單軌半車模型 3 五自由度模型就是在單軌半車模型的基礎(chǔ)上加入一個人體座椅系統(tǒng)，來 研究人體系統(tǒng)的加速度、速度和位移等隨汽車懸架系統(tǒng)和路面系統(tǒng)的變化情況。 人體的加速度也是汽車平順性的評價(jià)指標(biāo)。本文模型主要研究駕駛員的舒適性。 8 西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 同樣，改變座椅位置，可以研究其他乘員的乘坐舒適性。 1.41.4 主要研究內(nèi)容主要研究內(nèi)容 畢業(yè)設(shè)計(jì)在某型汽車基

18、本參數(shù)的基礎(chǔ)上建立 5 自由度的汽車振動模型，并分 析懸架參數(shù)的匹配與汽車平順性的關(guān)系。 具體的研究內(nèi)容如下： 1、相關(guān)資料的收集和準(zhǔn)備； 2、懸架工作過程分析； 3、建立評價(jià)汽車懸架特性的 5 自由度模型； 4、建立路面激勵的時域模型； 5、matlab/simulink 平臺的應(yīng)用； 6、對懸架系統(tǒng)的特性進(jìn)行分析和評價(jià)； 7、提高汽車懸架性能的主要措施和方案。 9 西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 2 2 懸架工作過程分析懸架工作過程分析 2.12.1 懸架的功用懸架的功用 汽車懸架是車架（或車身）與車軸（或車輪）之間的彈性聯(lián)結(jié)裝置的統(tǒng)稱3。 它的作用是彈性地連接車橋和車架（或車身），緩和行駛中車輛

19、受到的沖擊力； 保證貨物完好和人員舒適；衰減由于彈性系統(tǒng)引進(jìn)的振動，使汽車行駛中保持穩(wěn) 定的姿勢，改善操縱穩(wěn)定性；同時懸架系統(tǒng)承擔(dān)著傳遞垂直反力，縱向反力（牽 引力和制動力）和側(cè)向反力以及這些力所造成的力矩作用到車架（或車身）上， 以保證汽車行駛平順；并且當(dāng)車輪相對車架跳動時，特別在轉(zhuǎn)向時，車輪運(yùn)動軌 跡要符合一定的要求，因此懸架還起使車輪按一定軌跡相對車身跳動的導(dǎo)向作用。 懸架結(jié)構(gòu)形式和性能參數(shù)的選擇合理與否，直接對汽車行駛平順性、操縱穩(wěn) 定性和舒適性有很大的影響。由此可見懸架系統(tǒng)在現(xiàn)代汽車上是重要的總成之一。 圖 2-1 懸架總成 2.22.2 懸架的組成懸架的組成 一般懸架由彈性元件、導(dǎo)

20、向機(jī)構(gòu)、減振器和橫向穩(wěn)定桿組成。 2.2.12.2.1 彈性元件彈性元件 10 西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 彈性元件用來承受并傳遞垂直載荷，緩和由于路面不平引起的對車身的沖擊。 彈性元件種類包括鋼板彈簧、螺旋彈簧、扭桿彈簧、油氣彈簧、空氣彈簧和橡膠 彈簧等 （1）鋼板彈簧 由多片不等長和不等曲率的鋼板疊合而成。安裝好后兩端自然向上彎曲。鋼 板彈簧除具有緩沖作用外，還有一定的減振作用，縱向布置時還具有導(dǎo)向傳力的 作用，非獨(dú)立懸掛大多采用鋼板彈簧做彈性元件，可省去導(dǎo)向裝置和減振器，結(jié) 構(gòu)簡單。 （2）螺旋彈簧 只具備緩沖作用，多用于轎車獨(dú)立懸掛裝置。由于沒有減振和傳力的功能， 還必須設(shè)有專門的減振器和

21、導(dǎo)向裝置。 （3）油氣彈簧 以氣體作為彈性介質(zhì)，液體作為傳力介質(zhì)，它不但具有良好的緩沖能力，還 具有減振作用，同時還可調(diào)節(jié)車架的高度，適用于重型車輛和大客車使用。 （4）扭桿彈簧 將用彈簧桿做成的扭桿一端固定于車架，另一端通過擺臂與車輪相連，利用 車輪跳動時扭桿的扭轉(zhuǎn)變形起到緩沖作用，適合于獨(dú)立懸掛使用。 2.2.22.2.2 減振器減振器 減振器用來衰減由于彈性系統(tǒng)引起的振，減振器的類型有筒式減振器，阻力 可調(diào)式新式減振器，充氣式減振器。 11 西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 1-1-活塞桿活塞桿 2-2-工作缸筒工作缸筒 3-3-活塞活塞 4-4-伸張閥伸張閥 5-5-儲油缸筒儲油缸筒 6-6-壓

22、縮閥壓縮閥 7-7-補(bǔ)償閥補(bǔ)償閥 8-8-流通閥流通閥 9-9- 導(dǎo)向座導(dǎo)向座-10-10-防塵罩防塵罩 11-11-油封油封 圖-2減振器結(jié)構(gòu) 2.2.32.2.3 導(dǎo)向機(jī)構(gòu)導(dǎo)向機(jī)構(gòu) 導(dǎo)向機(jī)構(gòu)用來傳遞車輪與車身間的力和力矩，同時保持車輪按一定運(yùn)動軌跡 相對車身跳動，通常導(dǎo)向機(jī)構(gòu)由控制擺臂式桿件組成。種類有單桿式或多連桿式 的。鋼板彈簧作為彈性元件時，可不另設(shè)導(dǎo)向機(jī)構(gòu)，它本身兼起導(dǎo)向作用。有些 轎車和客車上，為防止車身在轉(zhuǎn)向等情況下發(fā)生過大的橫向傾斜，在懸架系統(tǒng)中 加設(shè)橫向穩(wěn)定桿，目的是提高橫向剛度，使汽車具有不足轉(zhuǎn)向特性，改善汽車的 操縱穩(wěn)定性和行駛平順性。 2.32.3 汽車懸架的分類汽車

23、懸架的分類 汽車懸架可分為兩大類：非獨(dú)立懸架和獨(dú)立懸架2。 非獨(dú)立式懸架特點(diǎn)和種類 非獨(dú)立式懸架的兩側(cè)車輪安裝于一根整體式車橋上，車橋通過懸掛與車架相 連。當(dāng)一側(cè)車輪因道路不平而發(fā)生跳動時會引起另一側(cè)車輪在汽車橫向平面內(nèi)發(fā) 生擺動，這種懸架被稱為非獨(dú)立懸架。2 12128這種懸掛結(jié)構(gòu)簡單，傳力 可靠，但兩輪受沖擊振動時互相影響。而且由于非懸掛質(zhì)量較重，懸掛的緩沖性 12 西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 能較差，行駛時汽車振動，沖擊較大。該懸掛一般多用于載重汽車、普通客車和 一些其他車輛上。 這類懸架常有兩種形式：鋼板彈簧式和螺旋彈簧式。 鋼板彈簧式非獨(dú)立懸架 鋼板彈簧被用做非獨(dú)立懸架的彈性元件，由于它

24、兼起導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的作用，使得 懸架系統(tǒng)大為簡化。如下圖 2 所示。這種懸架廣泛用于貨車的前、后懸架中。它 中部用 u 型螺栓將鋼板彈簧固定在車橋上。懸架前端為固定鉸鏈，也叫死吊耳。 它由鋼板彈簧銷釘將鋼板彈簧前端卷耳部與鋼板彈簧前支架連接在一起，前端卷 耳孔中為減少摩損裝有襯套。后端卷耳通過鋼板彈簧吊耳銷與后端吊耳與吊耳架 相連，后端可以自由擺動，形成活動吊耳。當(dāng)車架受到?jīng)_擊彈簧變形時兩卷耳之 間的距離有變化的可能。 這種非獨(dú)立懸架，由于其制造陳本非常低，常在一些貨上采用，尤其是作為 后輪的懸架使用。 圖 2-3 鋼板彈簧式非獨(dú)立懸架 螺旋彈簧式非獨(dú)立懸架 因?yàn)槁菪龔椈勺鳛閺椥栽荒艹惺艽怪陛d

25、荷，所以其懸架系統(tǒng)要加設(shè)導(dǎo) 向機(jī)構(gòu)和減振器。 （如圖 4） 13 西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 圖 2-4 螺旋彈簧非獨(dú)立懸架 除了這兩種非獨(dú)立懸架，還有空氣彈簧非獨(dú)立懸架，上面兩種非獨(dú)立懸架應(yīng) 用較多?？諝鈴椈煞仟?dú)立懸架就不再介紹了。 獨(dú)立式懸架特點(diǎn)和種類 每個車輪單獨(dú)通過一套懸掛安裝于車身或者車橋上，車橋采用斷開式，中間 一段固定于車架或者車身上；此種懸掛兩邊車輪受沖擊時互不影響，而且由于非 懸掛質(zhì)量較輕；緩沖與減振能力很強(qiáng)，乘坐舒適。各項(xiàng)指標(biāo)都優(yōu)于非獨(dú)立式懸掛， 但該懸掛結(jié)構(gòu)復(fù)雜，而且還會使驅(qū)動橋、轉(zhuǎn)向系變得復(fù)雜起來。采用此種懸掛的 有下面兩大類車輛。 轎車、客車及載人車輛。可明顯提高乘坐舒適

26、性，并且在高速行駛時提高汽 車的行駛穩(wěn)定性。 越野車輛、軍用車輛和礦山車輛。在壞路和無路的情說下，可保證全部車輪 與地面的接觸，提高汽車的行駛穩(wěn)定性和附著性，發(fā)揮汽車的行駛速度 根據(jù)導(dǎo)向機(jī)構(gòu)不同的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，獨(dú)立懸架可分為：雙橫臂，單橫臂，縱臂式， 單斜臂，多桿式及滑柱（桿）連桿臂）式等等。 目前采用較多的有以下三種形式：雙橫臂式，麥弗遜式，斜置單臂式。 圖 2-5 雙臂式獨(dú)立懸架 圖 2-6 麥弗遜式獨(dú)立懸架 14 西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 根據(jù)電控懸架分類方法還可以分為被動懸架，半主動懸架和主動懸架。本次 設(shè)計(jì)主要研究被動懸架的振動特性，對電控懸架就不做過多介紹了。 2.42.4 汽車懸架工作

27、過程汽車懸架工作過程 雖然現(xiàn)代汽車的懸架種類繁多，結(jié)構(gòu)差異較大，但其工作過程都差不多。當(dāng) 汽車輪胎受到?jīng)_擊時，彈性元件對沖擊進(jìn)行緩沖，防止對汽車構(gòu)件和人員造成損 傷，彈性元件受到?jīng)_擊會產(chǎn)生長時間的持續(xù)振動，容易使駕駛員疲勞而發(fā)生車禍， 故減振元件必須快速衰減振動，當(dāng)車輪受到?jīng)_擊而跳動時，使其運(yùn)動軌跡符合一 定的要求，導(dǎo)向機(jī)構(gòu)在傳力的同時，也對方向進(jìn)行了控制。 懸架在減振過程也在傳力。車輪滾動過程，車輪受到地面給的力，這個力通 過懸架的導(dǎo)向機(jī)構(gòu)傳到車身。這個過程，懸架還將車輪滾動的力轉(zhuǎn)化成了車身水 平的力。懸架上有橫向推力桿和橫向穩(wěn)定桿等，這些機(jī)構(gòu)能將車輪上的側(cè)向力傳 到車身上，使車身產(chǎn)生轉(zhuǎn)向或

28、橫向運(yùn)動。 15 西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 3 3 matlab/simulinkmatlab/simulink 簡介簡介 matlab 是 mathworks 公司于 1982 年推出的一套高性能的數(shù)值計(jì)算和可視化 數(shù)學(xué)軟件，被譽(yù)為“巨人肩上的工具”。 matlab 的含義是矩陣實(shí)驗(yàn)室（matrix laboratory）。它集數(shù)值分析、矩陣 運(yùn)算、信號處理和圖形顯示于一體，構(gòu)成了一個方便的、界面友好的用戶環(huán)境。 在這個環(huán)境下，對所要求求解的問題，用戶只需要簡單地列出數(shù)學(xué)表達(dá)式，其結(jié) 果便以數(shù)值或圖形方式顯示出來。matlab 的推出得到了各個領(lǐng)域?qū)＜覍W(xué)者的廣泛 關(guān)注，其強(qiáng)大的擴(kuò)展功能更為各個

29、工程領(lǐng)域提供了分析和設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。 matlab 包括被稱作工具箱（toolbox）的各類應(yīng)用問題的求解工具。隨著 ma tlab 版本的不斷升級，其所含的工具箱的功能也越來越豐富，因此應(yīng)用范圍也越 來越廣泛，成為涉及數(shù)值分析的各類設(shè)計(jì)不可或缺的工具。 matlab 產(chǎn)品族由以下產(chǎn)品構(gòu)成：matlab：matlab toolbox：matlab c ompiler；simulink；stateflow；realtime workshop；simulink bl ockset。 simulink 是基于 matlab 的框圖設(shè)計(jì)環(huán)境，可以用來對各種動態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行建 模、分析和仿真，它的建模范圍廣泛，

30、可以針對任何能用數(shù)學(xué)來描述的系統(tǒng)進(jìn)行 建模，例如航空航天動力學(xué)系統(tǒng)、衛(wèi)星控制制導(dǎo)系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、船舶及汽車等 ，其中包括了連續(xù)、離散，條件執(zhí)行，事件驅(qū)動，單速率、多速率和混雜系統(tǒng)等 。simulink 提供了利用鼠標(biāo)拖放的方法來建立系統(tǒng)框圖模型的圖形界面，而且還 提供了豐富的功能塊以及不同的專業(yè)模塊集合，利用 simulink 幾乎可以做到不 書寫一行代碼即完成整個動態(tài)系統(tǒng)的建模工作。除此之外，simulink 還支持 sta teflow，用來仿真事件驅(qū)動過程。 simulink 是從底層開發(fā)的一個完整的仿真環(huán)境和圖形界面，是模塊化了的 編程工具，它把 matlab 的許多功能都設(shè)計(jì)成一個個

31、直觀的功能模塊，把需要的 功能模塊用連線連起來就可以實(shí)現(xiàn)需要的仿真功能了。也可以根據(jù)自己的需要設(shè) 計(jì)自己的功能模塊，simulink 功能強(qiáng)大，界面友好，是一種很不錯的仿真工具。 simulink 仿真具有以下的特點(diǎn)。 （1）交互建模 16 西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 simulink 提供了大量的功能塊，方便用戶快速地建立動態(tài)系統(tǒng)模型，建模時 只需要使用鼠標(biāo)拖放庫中的功能塊，并將它們連接起來。用戶可以通過將塊組成 子系統(tǒng)建立多級模型。對塊和連接的數(shù)目沒有限制。 （2）交互仿真 simulink 框圖提供了交互性很強(qiáng)的非線性仿真環(huán)境。用戶可以通過下拉菜單 執(zhí)行仿真，或者用命令行進(jìn)行批處理。仿真結(jié)果

32、可以在運(yùn)行的同時通過示波器或 者圖形窗口顯示。 （3）能夠擴(kuò)充和定制 simulink 的開放式結(jié)構(gòu)允許用戶擴(kuò)充仿真環(huán)境的功能。 （4）與 matlab 和工具箱集成 由于 simulink 可以直接利用 matlab 的數(shù)學(xué)、圖形和編程功能，用戶可以直 接在 simulink 下完成諸如數(shù)據(jù)分析、過程自動化、優(yōu)化參數(shù)等工作。工具箱提 供的高級設(shè)計(jì)和分析能力可以通過 simulink 的屏蔽手段在仿真過程中執(zhí)行。 （5）專用模型庫 simulink 的模型庫可以通過專用元件集進(jìn)一步擴(kuò)展。 17 西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 4 4 路面激勵的時域模型路面激勵的時域模型 4.14.1 路面不平度的功率

33、譜密度路面不平度的功率譜密度 通常把路面相對基準(zhǔn)平面的高度 q，沿道路走向長度 l 的變化 q(l） ，稱為路 面縱斷面曲線或不平度函數(shù)，如圖 4-1。4 圖 4-1 路面縱斷面曲線 在測量不平度時，可以用水準(zhǔn)儀或?qū)ｉT的路面計(jì)來得到路面縱斷面上的不平 度值。測量得到的大量路面不平度隨機(jī)數(shù)據(jù)，通常在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行處理，得到路 面不平度的功率譜密度 gq（n）或方差 2q等統(tǒng)計(jì)特性參數(shù)。其中 gq(n) 表示路 面不平度 q2(i)的平均值。均值為 eq2(i)的空間頻率分布時，方差可以反映路 面不平度大小的總體情況。 作為車輛振動輸入的路面不平度，主要采用路面功率譜密度來描述其統(tǒng)計(jì)特 性。這反映在

34、 1984 年國際標(biāo)準(zhǔn)化組織在文件 iso/tc108/sc2n67 中提出的”路面 不平度表示方法草案”和國內(nèi)長春汽車研究所起草制定的 gb7031車輛振動輸入 路面不平度表示標(biāo)準(zhǔn)之中，兩個文件均建議路面功率譜密度 gq(n)用下式作 為擬合表達(dá)式： 41 w qq n n ngng )()( 0 0 其中： n空間頻率（m-1）它是波長 的倒數(shù)，表示每米長度中包括幾個波長。 n0參考空間頻率，n0=0.1m-1； 參考空間頻率下的路面功率譜密度值，稱為路面不平度系數(shù)，單)( 0 ngq 0 n 18 西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 位 m2/n-1。 w頻率指數(shù)，為雙對數(shù)坐標(biāo)上斜線的斜率，它決定了

35、路面功率譜密度的頻 率結(jié)構(gòu)。 表 4-1 路面不平度分級標(biāo)準(zhǔn)4 1 0 36 0 1 . 010/ mnmngq 1113 83 . 2 011 . 0 )10/( mnmm q 路面 等級 幾何平均值幾何平均值 a163.81 b647.61 c25615.23 d102430.45 e409660.90 f16384121.80 g65536243.61 h262144487.22 上述路面功率譜密度指垂直位移功率譜密度，還可以采用不平度函數(shù))(ngq 對縱向長度 的一階導(dǎo)數(shù)即速度功率譜密度和二階導(dǎo)數(shù)即加速度功率譜lql ng q 密度來補(bǔ)充描述路面不平度的統(tǒng)計(jì)特性。和與的關(guān)系如下： ng

36、 q ng q ng q ngq 42 ngnng qq 2 2 43 ngnng qq 4 2 當(dāng) w=2 時，=。 ngnng qq 2 2 0 2 0 2ngn q 由上式可以看出，此時速度功率譜密度幅值在整個頻率范圍內(nèi)為一常數(shù)，即 為一“白噪聲”,幅值的大小只與不平度系數(shù)有關(guān)。用它來計(jì)算分析會帶來 0 ngq 一定方便。 19 西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 4.24.2 路面激勵的時域模型路面激勵的時域模型 多點(diǎn)時域仿真模型是對單點(diǎn)時域模型的拓展，兩者的建模方法有四種白噪聲 模型、諧波模型、fft模型和ar模型。本次采用白噪聲模型。白噪聲激勵模擬的 基本思想是：將路面不平度的隨機(jī)波動抽象隨為

37、滿足一定條件的白噪聲，然后經(jīng) 一假定系統(tǒng)進(jìn)行適當(dāng)變換而擬合出路面隨機(jī)不平度的時域模型。 單輪路面不平度的微分方程為：59 413twtauqtq ff 為零均值高斯白噪聲，其協(xié)方差滿足，為 diractw)()()(twte)(t 廣義函數(shù)，是白噪聲的協(xié)方差矩陣，其對角線元素為。其中表示路面w 2 2aua 不平度的路面常數(shù)，單位，單位，其值如表 42 所示。表示路面不平 1 m 3 m 2 度的方差的幾何平均值，單位，其值如表 41 所示。u 為汽車行駛速度，單位m 。sm/ 表 42 路面不平度的路面常數(shù)估計(jì)值（單位）5 1 m 路面等級的值a a0.132 b0.1303 c0.12 d

38、0.1007 由以上數(shù)據(jù)就能求得白噪聲的強(qiáng)度w= 6。 2 2au 求得的白噪聲強(qiáng)度如下表： 表43 白噪聲強(qiáng)度 路面等級白噪聲強(qiáng)度 a0.0000766 b0.0003018 c0.00111 d0.00373 假設(shè)前、后輪在同一輪轍上，故前。后輪處路面輸入只差一個時間滯后量，t 20 西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 即后輪、前輪路面激勵輸入有如下關(guān)系： ，。 414ttqtq fr u ba t 兩邊取付 氏變換有 415 tj fr eqq 考慮前端“車身 一車輪”雙質(zhì)量 系統(tǒng) ，、分別為時域的輸入和tqftqr 輸出，這類時間延遲系統(tǒng)可以用pade近似計(jì)算，傳遞函數(shù)為79 416 n n n

39、n n tj f r spspsp s spspsp s e q q 3 2 2 3 2 2 3)( 2 1 13)( 2 1 本文為了計(jì)算簡化，取pn=1，n=1，則式（416）轉(zhuǎn)化為： 2 1 417 2 1 2 1 s s e q q tj f r 依據(jù)laplace變換及傳遞函數(shù)，可通過simulink建模產(chǎn)生。換算公式如 rf qq , 下所示3。 418 tw tw q q au au q q r f r f 22 0 其中，。a,b 表示車身質(zhì)點(diǎn)到前、后軸的距離。 u ba 21 西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 5 5 汽車懸架的五自由度模型汽車懸架的五自由度模型 5.15.1 汽車模型

40、簡化的假設(shè)汽車模型簡化的假設(shè) 汽車是一個復(fù)雜的振動體，剛性車身有 3 個轉(zhuǎn)動和 3 個平動共 6 個自由度， 每個車輪還有一個自由度，所以整個汽車有很多自由度。考慮到發(fā)動機(jī)、變速器 等自由度就更多了。我們研究汽車振動情況，自由度太多會給計(jì)算帶來很大困難， 也給結(jié)果帶來很大誤差，所以本文研究 5 自由度振動系統(tǒng)10-14。 模型簡化的假設(shè)： 假設(shè)路面對汽車左右輪的激勵相 同,汽車結(jié)構(gòu)對稱 ,質(zhì)量分布對稱。因而 ,汽 車沒有橫向角振動 ,汽車的振動問題可以簡化為一個平面內(nèi)的振動問題。 假設(shè)車架、車身的剛度足夠大 ,車架彈性引起的各階振型可以不予考慮。 不計(jì)發(fā)動機(jī)傳遞扭矩時的扭振和發(fā)動機(jī)本身振動的影

41、響,把包括發(fā)動機(jī)在 內(nèi)的車身視為具有集中質(zhì)量的剛體。 前、后軸的懸掛分布質(zhì)量和非懸掛分布質(zhì)量分別 由集中質(zhì)量塊代替。 車輪的力學(xué)特性簡化為一個無質(zhì)量的彈簧,不計(jì)阻尼。 假設(shè)懸架和輪胎的彈性力和減振器的阻尼力,分別是位移和 速度的一次函 數(shù),即振動系統(tǒng)是線性系統(tǒng)。人體座椅系統(tǒng)簡化為駕駛員座椅系統(tǒng)。 5.25.2 五自由度動力學(xué)模型五自由度動力學(xué)模型 通過簡化的假設(shè)，汽車還剩余前后車輪兩個質(zhì)量系統(tǒng)，即兩個自由度；還有 車身系統(tǒng)，垂直方向和俯仰方向旋轉(zhuǎn)兩個自由度；駕駛員質(zhì)量系統(tǒng)，垂直方向一 個自由度；總共還有五個自由度。 汽車動力學(xué)模型如下圖： 22 西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 圖 5-1 汽車 5 自

42、由度振動動力學(xué)模型 各符號含義： m2-人載質(zhì)量; m-簧載質(zhì)量; m1f-前軸非簧載質(zhì)量; m1r-后軸非簧載質(zhì)量; k1f-前輪胎剛度; k1r-后輪胎剛度; k2f-前懸架剛度; k2r-后懸架剛度; c2f-前懸架當(dāng)量阻尼系數(shù); c2r-后懸架當(dāng)量阻尼系數(shù); a-前軸到質(zhì)心的距離; b-后軸到質(zhì)心的距離; l-人載系統(tǒng)到質(zhì)心的距離; x1-人載系統(tǒng)質(zhì)心位移; m m2 x3 x2 x4 x5 m1fm1r qrqf v k3 k2 r k2f c2rc2f k1f k1r c3 l x1 23 西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 x2-簧上質(zhì)量質(zhì)心位移； x3-簧載質(zhì)量轉(zhuǎn)角; x4-前軸非簧載質(zhì)量

43、位移; x5-后軸非簧載質(zhì)量位移; qf-前輪路面不平度激勵或離散事件激勵; qr-后輪路面不平度激勵或離散事件激勵; v-汽車運(yùn)行速度。 5.35.3 系統(tǒng)動力學(xué)方程系統(tǒng)動力學(xué)方程 建立汽車振動微分方程的基礎(chǔ)是對圖51的汽車動力學(xué)模型進(jìn)行受力分析。 采用牛頓力學(xué)對車輪、車身、駕駛員四個質(zhì)量系統(tǒng)進(jìn)行隔離法受力分析。以向上 為正。彈性原件拉伸為正，可以得到如下關(guān)系。 駕駛員與車身之間的相對位移是與的變形量：； 3 k 3 c 3213 lxxxx 車身與前車輪的相對位移是與的變形量：； f k2 f c2 3432 axxxx f 車身與后車輪的相對位移是與的變形量：； r k2 r c2 35

44、32 bxxxx r 前車輪與地面的相對位移是的變形量：； f k1 ff qxx 41 后車輪與地面的相對位移是的變形量：； r k1 rr qxx 51 得到這些彈性元件和減振器的變形量后，即可對各質(zhì)量系統(tǒng)進(jìn)行受力分析， 彈性元件有，減振器阻尼有。kxf xcf 汽車振動微分方程： 人體座椅系統(tǒng)垂直方向振動： 0 3213321312 xlxxkxlxxcxm 簧上質(zhì)量垂直方向振動 0 53224322 31235322432231232 xbxxkxaxxk lxxxkxxbxcxxaxcxlxxcxm rf rf 簧上質(zhì)量垂直方向上的跳動： 24 西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 0 523 2

45、 2423 2 2213 2 3 523 2 2423 2 2213 2 33 bxbxxbkaxaxxaklxlxxlk xbxbxbcxaxaxacxlxlxlcxj rf rf 前輪的垂直跳動： 0 413242324241 fffff qxkaxxxkxaxxcxm 后輪的垂直跳動： 0 513252325251 rrrrr qxkbxxxkxbxxcxm 上面微分方程可進(jìn)一步簡化為如下形式： fqkxxcxm 其中m、c、k為質(zhì)量、阻尼、剛度矩陣，f為輪胎剛度矩陣，具體值如下： r f m m j m m m 1 1 2 0000 0000 0000 0000 0000 0 rrr

46、fff rfrfrf rfrfrf cbcc cacc bcacc b c a c l bcaclclc ccbcaclccccc lccc c 222 222 222232233 222232233 333 00 00 00 222 rrrr ffff rfrfrf rfrfrf kkbkk kkakk bkakk b k a k l bkaklklk kkbkaklkkkkk lkkk k 1222 1222 222232233 222232233 333 00 00 00 222 t r f k k f 1 1 0000 0000 t rf qqq 25 西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 5.45

47、.4 路面激勵時域模型路面激勵時域模型 由 4.3 可以建立路面兩軸汽車五自由度路面不平度時域模型，該模型可以改 變其中各路面等級的參數(shù)進(jìn)行不同路面的仿真，如圖 66。 圖 52 路面輸入模型 將路面模型做成子系統(tǒng)模塊，其簡化如圖 67。 圖 53 路面激勵子系統(tǒng)模塊圖 據(jù)表 41，各路面不平度路面常數(shù)已知，軸距為 a+b=2.6555m，選取汽車a 行駛速度 u=20?，F(xiàn)在可將各數(shù)據(jù)代入仿真模型中，得到 a,b,c,d 各級路面的sm/ 時域模型仿真結(jié)果。如圖 68 到圖 611 所示。 從下面四個曲線圖可以看出，在時間上是的延遲。藍(lán)色是的tqrtqftqf 曲線，青色曲線是的曲線。tqr

48、26 西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 54 a 級路面仿真結(jié)果 55 b 級路面仿真結(jié)果 56 c 級路面仿真結(jié)果 57 d 級路面仿真結(jié)果 通過觀察路面激勵時域仿真結(jié)果可以看出，該時域模型接近真實(shí) 路面激勵。可以用于四自由度和五自由度的振動仿真的路面激勵輸入。 5.55.5 懸架特性五自由度仿真模型懸架特性五自由度仿真模型 為了研究建立的該 5 自由度模型，現(xiàn)引入某汽車的各參數(shù)進(jìn)行仿真，該車型 的參數(shù)如下表。 表 51 某車型有關(guān)參數(shù) 參數(shù)數(shù)值單位參數(shù)數(shù)值單位 m265kgk1r98586n/m m975.4kgc323000n*s/m 27 西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 m1f40.3kgc2f2546

49、.5n*s/m m1r40.3kgc2r2480.6n*s/m k31500n/mj763.2kg/m2 k2f45482.2n/ml0.757m k2r52288.2n/ma1.1135m k1f60468n/mb1.542m 建立 5 自由度汽車振動模型。利用 matlab 以濾波白噪聲模型仿真的路面 作為輸入，經(jīng)過人-車系統(tǒng)得到加速度、速度。位移響應(yīng)。 圖 5-8 汽車 5 自由度仿真模型 仿真模型是一個白噪聲通過系統(tǒng)仿真得到的路面激勵作為輸入，該路面激勵 具體仿真為 5.4 所訴。振動響應(yīng)系統(tǒng)為 qf 和 qr 后面的子模塊，該子模塊的具體 模塊圖為圖 59 所示。 28 西華大學(xué)畢業(yè)

50、設(shè)計(jì)說明書 圖 59 汽車振動響應(yīng)系統(tǒng)模塊圖 5.55.5 某汽車振動仿真結(jié)果及分析某汽車振動仿真結(jié)果及分析 (1)加速度響應(yīng) 圖 510 駕駛員加速度響應(yīng) 圖 511 車身垂直加速度響應(yīng) 29 西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 圖 512 車身俯仰加速度響應(yīng) 圖 513 前輪加速度響應(yīng) 圖 514 后輪加速度響應(yīng) 表 32 加速度均方根值（m/s2） 駕駛員車身垂直方向車身俯仰方向前輪后輪 加速度均方根值 0.67170.70220.46932.1313.624 由參考文獻(xiàn)1可以看出該車的懸架系統(tǒng)還需要改進(jìn)，該車型乘坐有些不舒 適。 (2)速度響應(yīng) 30 西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 圖 515 駕駛員速度

51、響應(yīng) 圖 516 車身垂直速度響應(yīng) 圖 517 車身俯仰速度響應(yīng) 圖 518 前輪速度響應(yīng) 圖 519 后輪速度響應(yīng) 表 33 速度均方根值（m/s） 駕駛員車身垂直方向車身俯仰方向前輪后輪 速度均方根值 0.07460.08550.04080.0490.081 (3)位移響應(yīng) 31 西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 圖 520 駕駛員位移響應(yīng) 圖 521 車身垂直位移響應(yīng) 圖 522 車身俯仰位移響應(yīng) 圖 523 前輪位移響應(yīng) 圖 524 后輪位移響應(yīng) 表 34 位移均方根值（m） 駕駛員車身垂直方向車身俯仰方向前輪后輪 位移均方根值 0.01060.01180.0.00350.00710.0097

52、(4)懸架動撓度響應(yīng) 32 西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 圖 525 前懸架動撓度響應(yīng) 圖 526 后懸架動撓度響應(yīng) 表 35 懸架動撓度均方根值（m） 前懸架后懸架 動撓度均方根值 0.00380.0101 (5)車輪動載荷響應(yīng) 圖 527 前輪動載荷響應(yīng) 圖 528 后輪動載荷響應(yīng) 表 35 車輪動載荷均方根值（n） 前輪后輪 動載荷均方根值 428.0685952.9918 從以上幾個表中可以看出，所有質(zhì)量系統(tǒng)位移跳動量、懸架動撓度都不大， 都符合平順性要求，車輪動載荷也滿足操縱穩(wěn)定性要求，說明該 5 自由度模型能 夠仿真真實(shí)車輛振動情況。 33 西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 6 6 懸架特性分析與

53、評價(jià)懸架特性分析與評價(jià) 汽車是一個復(fù)雜的振動系統(tǒng)，其輸入是路面不平度。輸入、輸出的關(guān)系為： 振動系統(tǒng)，影響汽車平順性的主要參數(shù)是車速、懸架彈性元件的剛度、減振 器的阻尼等，以下就對車速、懸架剛度和懸架阻尼進(jìn)行研究。路面不平度對平順 性影像非常大，本文也將對路面與平順性關(guān)系進(jìn)行分析。在平順性評價(jià)中駕駛員 加速度，車身加速度和懸架動撓度作為評價(jià)指標(biāo)，本文將采用控制變量法，尋找 各參數(shù)與懸架參數(shù)、路面不平度的關(guān)系曲線并加以分析。 6.16.1 汽車行駛速度對平順性的影響汽車行駛速度對平順性的影響 保持懸架參數(shù)不變，路面采用 b 級路面路面輸入，分別采用 u=10m/s，u=20m/s，u=30m/s

54、 進(jìn)行仿真。仿真結(jié)果如下圖。 圖 61 駕駛員加速度響應(yīng) 圖 62 前懸架動撓度響應(yīng) 輸出： 人的加速度 懸架動撓度 車輪動載荷 評價(jià)指標(biāo)： 加速度均方根值 碰撞懸架限位概率 行駛安全性 人-車-路面 振動系統(tǒng) 輸入： 路面不平度 車速 u 34 西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 圖 63 后懸架動撓度響應(yīng) 圖 64 前輪動載荷響應(yīng) 圖 65 后輪動載荷響應(yīng) 表 61 不同車速下駕駛員加速度、懸架動撓度、車輪動載荷均方根值 響應(yīng)曲線顏色藍(lán)色綠色黑色 車速（m/s） 102030 駕駛員加速度（m/s2） 0.52720.67170.7079 前懸架動撓度（m） 0.0040.00380.0036 后懸架

55、動撓度（m） 0.00780.01010.0104 前輪動載荷（n） 591.0247464.7334395.7186 后輪動載荷（n） 1088.9 957.4929858.1083 由圖 61 曲線可以看出，隨著車速的增加，駕駛員加速度幅值 和均方根值都增加，平順性變差。由表 61，隨著車速增加，前懸架 動撓度變小，但是后懸架動撓度變大，且其變化率更大，舒適性又較 35 西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 好，然而加速度變化率較大?？偟膩碚f，平順性還是變差。前輪動載 荷變大，后輪動輪載荷變小，但是其變化率都不大，對汽車操縱穩(wěn)定 性沒有太大的影響。 6.26.2 路面不平度對平順性的影響路面不平度對平順

56、性的影響 分別采用所建立的 a、b、c、d 四種路面激勵作為輸入進(jìn)行仿真，得到下面 仿真結(jié)果。 圖 66 駕駛員加速度響應(yīng) 圖 67 前懸架動撓度響應(yīng) 圖 68 后懸架動撓度響應(yīng) 圖 69 前輪動載荷響應(yīng) 36 西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 圖 610 后輪動載荷響應(yīng) 表 62 不同路面下駕駛員加速度、懸架動撓度、車輪動載荷均方根值 路面等級 abcd 曲線顏色藍(lán)色綠色黑色紅色 駕駛員加速度 （m/s2） 0.29940.59481.14481.1448 前懸架動撓度（m） 0.00170.00340.00340.0066 后懸架動撓度（m） 0.00460.00910.01750.0175 前輪動

57、載荷（n） 232.7907464.7334 922.86081826 后輪動載荷（n） 480.3895957.49291879.13646.2 由上面各圖曲線看出，駕駛員加速度、懸架動撓、車輪動載荷度受地面不平度的影響很 大，由加速度曲線，懸架動撓度曲線很明顯的看出其幅值隨路面等級的增加而增加，增量也 相當(dāng)大。從表 62 也可以看出，各參數(shù)均方根值隨路面不平度的增加也增加明顯。可得出 隨著路面等級的增加，路面不平度增加，整個汽車系統(tǒng)振動明顯加強(qiáng)，使汽車平順性明顯下 降。因此在汽車設(shè)計(jì)過程當(dāng)中要考慮路面的影響。汽車設(shè)計(jì)過程中就要根據(jù)汽車的用途而選 用不同的路面等級作為設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。比如，轎車常行

58、駛于城市道路，其設(shè)計(jì)時可以選用 b 級路 面進(jìn)行懸架設(shè)計(jì)計(jì)算，在越野車設(shè)計(jì)中，由于越野車常行駛于山地路面，則可以采用 d 級路 面作為設(shè)計(jì)時的計(jì)算輸入，這樣能得到更好的乘坐舒適性和駕駛舒適性。 6.36.3 簧載質(zhì)量與非簧載質(zhì)量的比值對平順性的影響簧載質(zhì)量與非簧載質(zhì)量的比值對平順性的影響 該振動系統(tǒng)還可以驗(yàn)證汽車設(shè)計(jì)當(dāng)中應(yīng)盡量減小非簧載質(zhì)量的原因。整個系 統(tǒng)的參數(shù)、路面采用 b 級路面模型和車速 u=20m/s 保持不變，同時縮小或放大非 37 西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 簧載質(zhì)量，進(jìn)行仿真，得到如下圖（黑色曲線為原車型非簧載質(zhì)量，藍(lán)色為非簧 載質(zhì)量擴(kuò)大 2 倍，紅色為原來的 0.5 倍） 。 圖

59、 611 駕駛員加速度響應(yīng) 圖 612 前懸架動撓度響應(yīng) 圖 613 后懸架動撓度響應(yīng) 圖 614 前輪動載荷響應(yīng) 圖 15 后輪動載荷響應(yīng) 從上面四個圖可以看出，駕駛員加速度、懸架動撓度、車輪動載荷都隨汽車 非簧載質(zhì)量的變大而變大，平順性也相應(yīng)變差。因此懸架設(shè)計(jì)時要盡量減小非簧 載質(zhì)量。 38 西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 6.46.4 懸架彈性元件剛度對平順性的影響懸架彈性元件剛度對平順性的影響 6.4.16.4.1 前懸架參數(shù)對汽車平順性的影響前懸架參數(shù)對汽車平順性的影響 汽車懸架是汽車行駛系統(tǒng)的重要組成總成，也是傳力和減振的總要部件。在 汽車振動動力學(xué)中，分析其減振特性非常重要。懸架的彈性元

60、件的剛度對減振起 著重要作用。本文采用 b 級路面、u=20m/s、減振器的各參數(shù)不變，改變懸架彈 性元件的剛度來研究彈性元件對汽車平順性的影響。由于前后懸架彈性元件剛度 對汽車平順性的影響有其共性，本次就只研究前懸架的剛度。 圖 616 駕駛員加速度響應(yīng) 圖 617 前懸架動撓度響應(yīng) 圖 618 后懸架動撓度響應(yīng) 圖 619 前輪動載荷響應(yīng) 39 西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 圖 620 后輪動載荷響應(yīng) 為了便于比較，由 matlab 求出仿真結(jié)果的均方根值，可得到駕駛員加速度、 懸架動撓度、車輪動載荷均方根值與彈性元件剛度的關(guān)系曲線。 圖 621 駕駛員加速度與彈性元件剛度的關(guān)系曲線 由圖 62