汽車七自由度仿真

1、汽車平順性仿真模擬3080401174 姜波摘要：利用振動(dòng)理論，平順性研究方法及計(jì)算機(jī)技術(shù)建立了汽車三維7自由度車輛振動(dòng)模型，應(yīng)用Matlab開發(fā)了相應(yīng)的車輛平順性模擬程序。通過實(shí)驗(yàn)和單因素分析法對(duì)所建立的車輛 振動(dòng)模型的正確性及模擬計(jì)算機(jī)程序的有效性進(jìn)行了驗(yàn)證。結(jié)果表明，計(jì)算機(jī)對(duì)分析和預(yù)測(cè)車 輛平順性是切實(shí)可行的。關(guān)鍵詞：車輛工程；平順性；模擬計(jì)算。引言隨著汽車工業(yè)的發(fā)展，如何改善汽車行駛平順性，已經(jīng)成為設(shè)計(jì)者十分關(guān)注的問 題，汽車作為一個(gè)復(fù)雜的多自由度振動(dòng)系統(tǒng)，定量分析和評(píng)價(jià)平順性的關(guān)鍵在于建立 理想的力學(xué)模型。因此，如何更好地建立汽車行駛平順性模型，已經(jīng)成為國內(nèi)外學(xué)者 研究汽車平順性的關(guān)

2、鍵問題。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和仿真技術(shù)的發(fā)展，建立多自由度的仿 真模型已經(jīng)成為可能，也為研究汽車行駛平順性提供了有效途徑。在國內(nèi)外汽車市場(chǎng)競爭日益激烈的今天，如何在汽車設(shè)計(jì)階段就能對(duì)汽車平順性進(jìn)行準(zhǔn)確預(yù)測(cè)和評(píng)估，縮短設(shè)計(jì)周期，降低生產(chǎn)成本，已經(jīng)成為在市場(chǎng)競爭中取勝的 關(guān)鍵。為此，對(duì)汽車行駛平順性進(jìn)行了仿真同時(shí)對(duì)結(jié)果進(jìn)行了分析。主要研究內(nèi)容本文通過建立整震動(dòng)的空間 7自由度模型，對(duì)懸架進(jìn)行平順性仿真工作，具體可以 分為以下幾個(gè)部分：1 .建立起空間七自由度的汽車振動(dòng)數(shù)學(xué)模型。2 .利用Matlab/Simulink對(duì)懸架進(jìn)行平順性仿真。3 .對(duì)論文的工作進(jìn)行總結(jié)。整車模型的建立及參數(shù)七自由度線性整車模

3、型如圖1.1所示。圖中各符號(hào)意義如下：Ms、1日、I 懸掛質(zhì)量、懸掛質(zhì)量的側(cè)傾轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和俯仰轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；mt1、mt2、mt3、mt4非懸掛質(zhì)量（分別為前左、前右、后左、后右，下同）；ksi、ks2、ks3、ks4懸架剛度系數(shù)；kt1、kt2、kt3、kt4輪胎剛度；cs1、cs2、cs3、cs4阻尼器阻尼系數(shù)；u1、u2、u3、u4作用于懸架的控制力；xr1、xr2、xr3、xr4地面擾動(dòng)輸入；Xti、Xt2、Xt3、Xt4移；Xsi、Xs2、Xs3、Xs4懸掛質(zhì)量與懸架連接處的位移;Xc、8、e懸掛質(zhì)量的垂直位移、側(cè)傾角、俯仰角； lXf、l Xr 懸掛質(zhì)量質(zhì)心至前后車軸的距離；l yif、

4、0前后懸掛質(zhì)量質(zhì)心至左輪的距離。圖1.1七自由度整車模型令地面擾動(dòng)輸入向量W=XriXr2Xr3Xm1、車輪位置向量Xt=。Xt2Xt3Xt41T、懸掛質(zhì)量運(yùn)動(dòng)向量Xc=Xc9 4T、懸架控制力向重 u =UiU2 U3Xt =XsiXs2Xs3U4T、懸掛質(zhì)量與懸架的四個(gè)連接點(diǎn)處的位置向量(Xsti、Xs4T、懸架動(dòng)撓度向量 Xst=XstiXst2Xst3Xst4TXst2、Xst3、Xst4分別表示前左、前右、后左、后右懸架動(dòng)撓度），易知,Xst = Xs -Xt o根據(jù)懸架的特點(diǎn)和幾何關(guān)系可以得出:Xs = HX c(1)式中l(wèi)xf lxf -l xr l xr1l ylf1- l y

5、lf1lylr1_ lylr根據(jù)牛頓第二定律，系統(tǒng)總的運(yùn)動(dòng)方程可表示為：MbXc = -HTKs(HXc -x)-HTCs(HXc -xj HTu. . (2)Mt% (HX。-xt) Cs(HXc -xt) - u-Kt(xt - w)式中Mb =diag(Ms,I8I6，九diag(ks1,ks2,ks3,ks4) , Csdiag(Cs1,Cs2,Cs3,Cs4),Mt =diag(mthmt2,mt3,mt4) , Kt =diag (kt1,kt2, kt3, kt4)令？ = XCxt T則上述運(yùn)動(dòng)微分方程可以表示為:MW DW K?二 Ew E2U(3)式中1 MtE# 1, E

6、一Kt:HTKsH -HTKs!K =-KsH Ks+Kt:HTIc :HTCsH-HTCs ID = ss-CsH Cs選取狀態(tài)向量M式(3.5)的狀態(tài)空間形式為:(4)式中A = I 11-M K -M D_B0: 1,271乂3_2 m.e2_ = A B1w B2u本次設(shè)計(jì)把u都設(shè)為了 0仿真模型平順性試驗(yàn)結(jié)果Xc =Xc e啊Xt =Xti Xt2 Xt3 Xt4然后就是其對(duì)應(yīng)的導(dǎo)數(shù)，然后就是 xc的加速度，Xt3的加速度。圖就是按這個(gè)順序先后排列的。1 051015202530Time onset： QTime offset： 00010.D10.00500.00510152030

7、0Time offset： 0Time oflset: 0C 510152025300.040.030.020.0100.010.02-0.03Time oflset: 00.040.030.020.0100.010.02-0.03C 510152025300.15結(jié)論改變參數(shù)可以對(duì)懸架模型進(jìn)行基本分析，如懸架參數(shù)包括懸架剛度系數(shù)懸 阻尼系數(shù)等對(duì)模型振動(dòng)的影響。隨著懸架彈性系數(shù)的增加，加速度值不是單調(diào) 減小。隨著懸架阻尼系數(shù)的增加，加速度明顯下降。所以從提高舒適性的角度 出發(fā)，增加阻尼系數(shù)能有效提高舒適性。通過車輛行駛速度和簧上質(zhì)量加速度 響應(yīng)之間的關(guān)系的研究也可以得到，隨著行駛速度的增加，車輛的舒適性降 低。這些研究為懸架的設(shè)計(jì)和參數(shù)的選擇提供了理論依據(jù)。最后，通過這次仿 真模型的建立，不僅對(duì)改善汽車平順性有了更深的了解，同時(shí)也進(jìn)一步掌握 matlab的應(yīng)用，提高了自身的科學(xué)文化素質(zhì)。參考文獻(xiàn)1 .余志生 汽車?yán)碚摚本簷C(jī)械工業(yè)出版社。2 .M 米克奇 汽車動(dòng)力