汽車平順性研究畢業(yè)論文

1、<p><b>　　摘要</b></p><p>　　隨著生活水平的提高，人們對汽車環(huán)境舒適性的要求越來越高。而汽車平順性又是汽車各項(xiàng)性能中很重要的一個指標(biāo)，直接影響著汽車的乘坐舒適性，因此對汽車平順性的研究很有必要。本課題首先介紹汽車平順性的一些基本知識，然后對作為影響汽車平順性的重要元件懸架的各個參數(shù)做出具體分析，最后建立汽車四自由度模型，直接利用Matlab/Simulink

2、軟件可視化功能對此模型進(jìn)行仿真分析，從而實(shí)現(xiàn)汽車平順性在汽車系統(tǒng)仿真分析研究中更為簡便、快捷。</p><p>　　關(guān)鍵詞：汽車平順性；汽車四自由度模型；Matlab／simulink；仿真分析</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　With the improvement of people’s livin

3、g standards ,the automotive environment is getting higher and higher requirements .The automobile ride comfort is of great importance among all the index of automobile quality, so it is essential to focus on the study of

4、 ride comfort. The document will introduce the basic knowledge of automobile ride quality first, and make a brief but full account of all the parameters of the chassis, which is one of the important part of automobile ri

5、de comfort, then estab</p><p>　　Keywords：automobile ride comfort；automobile four freedom degrees model；Matlab／Simulink； simulation analysis.</p><p><b>　　目錄</b></p><p>&l

6、t;b>　　摘要I</b></p><p>　　AbstractII</p><p><b>　　第一章 緒論1</b></p><p>　　1.1 課題提出的背景1</p><p>　　1.2 課題提出的目的和意義1</p><p>　　1.3 本課題的主要內(nèi)容2

7、</p><p>　　第二章 汽車平順性的概述3</p><p>　　2.1 汽車平順性評價指標(biāo)3</p><p>　　2.1.1 評價指標(biāo)之間的關(guān)系3</p><p>　　2.1.2 評價指標(biāo)統(tǒng)計數(shù)據(jù)的處理3</p><p>　　2.2評價體系的建立4</p><p>　　2.2.1

8、　確定主觀權(quán)重5</p><p>　　2.2.2　建立判斷矩陣5</p><p>　　2.2.3　確定各層次權(quán)重和進(jìn)行一致性檢驗(yàn)6</p><p>　　2.3　確定客觀權(quán)重8</p><p>　　2.4　確定最終權(quán)重與逐次求優(yōu)9</p><p>　　第三章 汽車懸架系統(tǒng)對平順性的影響11</p>

9、<p>　　3.1 懸架剛度12</p><p>　　3.2 懸架的靜撓度12</p><p>　　3.3 非簧載質(zhì)量13</p><p>　　3.4 相對阻尼比14</p><p>　　第四章 基于Matlab下的汽車平順性仿真分析16</p><p>　　4.1汽車動力學(xué)模型簡介16&l

10、t;/p><p>　　4.2汽車四自由度模型的建立17</p><p>　　4.3 在matlab環(huán)境下建模20</p><p>　　4.4數(shù)據(jù)分析21</p><p>　　4.5在Simulink環(huán)境下仿真22</p><p><b>　　總結(jié)24</b></p><p

11、><b>　　致謝25</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)26</b></p><p><b>　　第一章 緒論</b></p><p>　　1.1 課題提出的背景</p><p>　　汽車是一種現(xiàn)代化的交通工具，為人們的生產(chǎn)生活提供了極其大的便利和幫助，

12、汽車的逐漸普及，迫使汽車技術(shù)快速發(fā)展，汽車造型零部件也在不斷跟新，汽車的舒適性、安全性、經(jīng)濟(jì)性、動力性等等都得到了很好的改善。根據(jù)中國汽車工業(yè)協(xié)會統(tǒng)計的數(shù)據(jù)，2011年中國建成投產(chǎn)的汽車生產(chǎn)基地的產(chǎn)銷量達(dá)2000萬輛, 汽車工業(yè)已成為國民經(jīng)濟(jì)的重要支柱.汽車行駛平順性是指汽車在一般車速行駛時避免振動和沖擊保持乘員舒適度的能力,對于貨車還包括保持貨物在運(yùn)輸過程中完好性的能力。在汽車行駛過程中,如果平順性能差,駕駛員就會因強(qiáng)烈的振動而被迫降

13、低汽車行駛速度,從而使汽車的平均速度和運(yùn)輸生產(chǎn)率下降。發(fā)動機(jī)不能在最佳轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn)又會使汽車的燃油經(jīng)濟(jì)性變差。振動產(chǎn)生的動載加速機(jī)件的磨損,由于動載產(chǎn)生的交變應(yīng)力會造成機(jī)件的疲勞破壞,這些都嚴(yán)重影響汽車的使用壽命。汽車振動時,車輪相對于地面的跳動又會使接地性變差,使附著性能變壞,從而影響汽車的通過性和操縱穩(wěn)定性,同時影響汽車的行駛安全性。隨著人們對平順性的要求越來越高,汽車平順性研究的重要性也日益凸顯。</p><p&g

14、t;　　1.2 課題提出的目的和意義</p><p>　　現(xiàn)代汽車除了保證其基本性能，即行駛性、轉(zhuǎn)向性和制動性等之外，目前正致力于提高安全性與舒適性，向高附加價值、高性能和高質(zhì)量的方向發(fā)展。對此，尤其作為提高操縱穩(wěn)定性、乘坐舒適性的轎車懸架必須進(jìn)行相應(yīng)的改進(jìn)。舒適性是汽車最重要的使用性能之一。舒適性與車身的固有振動特性有關(guān)，而車身的固有振動特性又與懸架的特性相關(guān)。懸架是汽車上的重要總成之一，它把車身和車輪彈性地連

15、接在一起。懸架的主要作用是傳遞作用在車輪和車身之間的一切力和力矩，比如支撐力、制動力和驅(qū)動力等，并且緩和由不平路面?zhèn)鹘o車身的沖擊載荷、衰減由此引起的振動、保證乘員的舒適性、減小貨物和車輛本身的動載荷。懸架與汽車的多種使用性能有關(guān)，為滿足這些性能，懸架系統(tǒng)必須能滿足這些性能的要求:首先，懸架系統(tǒng)要保證汽車有良好的行駛平順性，對以載人為主要目的的轎車來講，乘員在車中承受的振動加速度不能超過國標(biāo)規(guī)定的界限值。其次，懸架要保證車身和車輪在共振區(qū)

16、的振幅小，振動衰減快。再次，要能保證汽車有良好的操縱穩(wěn)定性，一方面懸架要保證車輪跳動時，車輪定位參數(shù)不發(fā)生很大的變化，另一方面要減小車輪的動載荷和車輪跳動量。還有就是要保證車身在制動、轉(zhuǎn)彎、加速時穩(wěn)定，</p><p>　　目前, 全世界汽車總量已接近8億輛, 汽車工業(yè)已成為國民經(jīng)濟(jì)的重要支柱. 汽車的平順性指標(biāo), 是汽車各項(xiàng)性能中一個很重要的指標(biāo), 它的好壞不僅影響到駕駛員、乘員的疲勞程度, 舒適性及貨物的安全

17、性, 而且也影響到汽車的燃油經(jīng)濟(jì)性和運(yùn)輸效率, 乃至安全問題. 由于供求關(guān)系不斷變化和現(xiàn)代技術(shù)的發(fā)展, 人們對汽車行駛平順性提出了更高的要求。</p><p>　　1.3 本課題的主要內(nèi)容</p><p>　　汽車平順性的概念、重要性、評價指標(biāo)； </p><p>　　汽車懸架系統(tǒng)

18、對平順性的影響； </p><p>　　汽車動力學(xué)模型介紹； </p><p>　　在Matlab環(huán)境下建立四自由度動力學(xué)模型的方法；</p><p>　　5. 在Matlab環(huán)境下的仿真分析； </p><p>　　第二章 汽車平順性的概述</p><p>　　汽車行駛

19、時，由于路面不平等因素激起汽車的振動，影響人的舒適性，而且產(chǎn)生動載荷加速零件的磨損，甚至導(dǎo)致疲勞失效。保持汽車在行駛過程中乘員所處的振動環(huán)境具有一定舒適度的性能就是汽車的平順性。汽車的平順性指標(biāo), 是汽車各項(xiàng)性能中一個很重要的指標(biāo), 它的好壞不僅影響到駕駛員、乘員的疲勞程度, 舒適性及貨物的安全性, 而且也影響到汽車的燃油經(jīng)濟(jì)性和運(yùn)輸效率, 乃至安全問題. 由于供求關(guān)系不斷變化和現(xiàn)代技術(shù)的發(fā)展, 人們對汽車行駛平順性提出了更高的要求。為

20、了對汽車平順性進(jìn)行評價以及對懸架參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化選擇,根據(jù)汽車平順性的3個評價指標(biāo),充分利用主觀評價法和客觀評價法各自的優(yōu)點(diǎn),建立了一個汽車平順性評價體系. 根據(jù)各評價指標(biāo)的重要性,利用層次分析法,確定它們的主觀權(quán)重;根據(jù)各評價指標(biāo)的性能統(tǒng)計數(shù)據(jù),利用熵值法,確定它們的客觀權(quán)重;綜合主觀權(quán)重與客觀權(quán)重,確定各評價指標(biāo)的最終權(quán)重;根據(jù)各評價指標(biāo)的最終權(quán)重與性能統(tǒng)計數(shù)據(jù)計算汽車平順性的評價值. 該評價體系以逐次淘汰的方式求優(yōu),通過最小的評價值與

21、最優(yōu)的汽車平順性相對應(yīng)的方式評選出最優(yōu)的懸架參數(shù)方案,</p><p>　　2.1 汽車平順性評價指標(biāo)</p><p>　　汽車平順性的主要評價指標(biāo)是簧載質(zhì)量加速度a2 ,車輪動載荷Fd 和懸架動撓度fd 對汽車平順性也有影響.</p><p>　　2.1.1 評價指標(biāo)之間的關(guān)系</p><p>　　對反映懸架力學(xué)特性不變性方程進(jìn)行研究可知:

22、低頻段,車輪動載荷與車身加速度的改善具有一致性,而在高頻段,它們的改善方向是相反的; 無論在任何頻段內(nèi),車輪動載荷與動撓度的改善方向是相反的;在低頻段和接近懸架固有頻率附近,車身加速度和動撓度的改善方向是相反的, 僅在輪胎固有頻率附近,它們的改善是一致的. 因此, 汽車平順性的3個評價指標(biāo)在懸架參數(shù)優(yōu)化的過程中具有一定的不可調(diào)和性.</p><p>　　2.1.2 評價指標(biāo)統(tǒng)計數(shù)據(jù)的處理</p>&

23、lt;p>　　簧載質(zhì)量加速度a2 是主要評價指標(biāo);車輪動載荷Fd 反映車輪的接地性, 與操縱穩(wěn)定性有關(guān); 懸架的最大壓縮行程| min ( fd ) | 超過限位行程[ fd ]時,懸架系統(tǒng)的限位就會被撞擊而使平順性變壞.</p><p>　　當(dāng)| min ( fd ) | 小于[ fd ]時,就不會發(fā)生限位會被撞擊的情況,此時, 動撓度對平順性的影響一樣,即限位不會被撞擊的概率為1;如果| min ( f

24、d ) | 大于[ fd ],則可根據(jù)[ fd ]和fd的有效值σfd計算限位不會被撞擊的概率P,此概率P可以反映動撓度對平順性的影響, P為[ fd ]與σfd 比值的標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布的概率的積分 ,按下式計算:</p><p>　　P = Norm cdf ( [ fd ] /σfd) ( 2-1 )</p><p>　　為了消除當(dāng)| min ( fd ) | <

25、; [ fd ] 時統(tǒng)計量對評價值的影響,以及不使評價指標(biāo)的描述值出現(xiàn)0值,而避免出現(xiàn)不能計算的顯著差異, 這里提出將限位不會被撞擊的概率P作為評價動撓度對平順性影響的統(tǒng)計量. 顯然,概率P越大,表明該項(xiàng)指標(biāo)越優(yōu),反之則反.</p><p>　　參與汽車平順性評價的統(tǒng)計量為:簧載質(zhì)量加速度的最大值max ( a2 ) 與有效值σa2、車輪動載荷的最大值max( Fd ) 與有效值σfd、懸架系統(tǒng)限位不會被撞擊的概

26、率P.</p><p>　　2.2評價體系的建立</p><p>　　反映汽車平順性的3個評價指標(biāo), 由于其各自單位及數(shù)量級的不同而存在著不可公度性 , 難以進(jìn)行比較. 為了消除由于各項(xiàng)指標(biāo)的單位不同以及其數(shù)量級間的懸殊差別所帶來的影響, 需要對指標(biāo)進(jìn)行無量綱化處理,并確定各指標(biāo)的權(quán)重.對幾套懸架參數(shù)方案的綜合性能進(jìn)行評比時,各評價指標(biāo)可按歸一化進(jìn)行同度量化,那么確定各指標(biāo)的權(quán)重就成了建立

27、平順性評價體系的關(guān)鍵問題.</p><p>　　由于主觀賦權(quán)法是通過專家根據(jù)各指標(biāo)的重要性來確定權(quán)重,易受專家主觀意識的影響而帶來偏差,并具有不反映各指標(biāo)統(tǒng)計數(shù)據(jù)的相互關(guān)系的缺點(diǎn);而客觀賦權(quán)法是根據(jù)各指標(biāo)統(tǒng)計數(shù)據(jù)的差異性確定權(quán)重,它反映各指標(biāo)統(tǒng)計數(shù)據(jù)的相互關(guān)系,但忽略了各指標(biāo)的重要性.為了充分利用這兩種方法的各自優(yōu)點(diǎn), 克服它們各自的缺點(diǎn),這里采用主客觀結(jié)合賦權(quán)法來確定各指標(biāo)權(quán)重.</p><

28、p>　　建立汽車平順性評價體系的步驟為: ①根據(jù)汽車最經(jīng)常的使用工況,獲取各評價指標(biāo)的統(tǒng)計數(shù)據(jù),并對統(tǒng)計數(shù)據(jù)進(jìn)行處理, 確定參與賦權(quán)的各指標(biāo)的參評數(shù)據(jù); ②利用層次分析法 , 根據(jù)各指標(biāo)的重要性確定主觀權(quán)重; ③利用熵值法 , 根據(jù)各指標(biāo)的統(tǒng)計數(shù)據(jù)確定客觀權(quán)重; ④利用主客觀結(jié)合賦權(quán)法確定各指標(biāo)的最終權(quán)重和計算綜合評分, 然后采用逐次求優(yōu)法求取平順性最優(yōu)的懸架參數(shù)方案.</p><p>　　2.2.1　確定

29、主觀權(quán)重</p><p>　　層次分析法(AHP)是當(dāng)前流行的一種多目標(biāo)規(guī)劃和決策方法,利用它來對平順性各評價指標(biāo)進(jìn)行主觀賦權(quán).</p><p>　　利用層次分析法進(jìn)行主觀賦權(quán)的步驟為: ①構(gòu)造層次結(jié)構(gòu)模型,建立判斷矩陣; ②確定各層次權(quán)重和進(jìn)行一致性檢驗(yàn); ③確定各評價指標(biāo)主觀權(quán)重.</p><p>　　2.2.2　建立判斷矩陣</p><p&

30、gt;　　根據(jù)平順性的各指標(biāo)的參評數(shù)據(jù), 可以構(gòu)造如圖1的層次結(jié)構(gòu)模型,令a1ij是指標(biāo)i與指標(biāo)j重要性的比較值,表2-1是各比較值與相對重要性對應(yīng)表. 如果兩指標(biāo)相比的重要性介于兩個比值之間,則取: 2,4, 6, 8. a2 是平順性的主要評價指標(biāo) , 因此, 它比Fd 和fd 都重要,且Fd 和fd 是一樣重要.</p><p>　　圖2-1 層次結(jié)構(gòu)模型</p><p>　　表

31、2-1 指標(biāo)與指標(biāo)重要性的比較值</p><p>　　根據(jù)上述比值關(guān)系建立的層次結(jié)構(gòu)模型中的B層的判斷矩陣見表2-2.</p><p>　　表2-2 層次結(jié)構(gòu)模型中的B層判斷矩陣</p><p>　　對于a2 和Fd 來說,由于評價平順性時,主要使用的是有效值,即σa2和σFd比max( a2 ) 和max( Fd )重要,它們關(guān)系的判斷矩陣見表2-3.</p

32、><p>　　表2-3 max ( a2 )和max( Fd )與σa2 和σfd 的判斷矩陣</p><p>　　2.2.3　確定各層次權(quán)重和進(jìn)行一致性檢驗(yàn)</p><p>　　通過計算矩陣的最大特征根及其相對應(yīng)的特征向量,來確定各因素的權(quán)重,并進(jìn)行一致性檢驗(yàn)的步驟為:</p><p>　　計算判斷矩陣H 每行元素的乘向量</p>

33、<p>　　M = [M1 ,M2 , ?,Mn ]</p><p>　　Mi =hij； i, j = 1, 2, ?, n ( 2-2 )</p><p>　　(2) 計算乘向量M 的n次方根向量</p><p>　　W = [W1 ,W2 , ?,Wn ]</p><p>　　Wi = ,　i = 1, 2, ?,

34、 n (2- 3 )</p><p>　　(3) 計算向量W 的正則向量</p><p>　　W =,　i = 1, 2, ?, n (2- 4 ) </p><p>　　則W 為各因素所對應(yīng)的權(quán)重.</p><p>　　(4) 計算判斷矩陣的最大特征值</p><p>　　λmax = , 　

35、i = 1, 2, ?, n ( 2-5 )</p><p>　　(5) 檢驗(yàn)判斷矩陣的一致性計算隨機(jī)一致性比率</p><p>　　CR =(λmax – n)/RI(n-1) ( 2-6 )</p><p>　　式中R I為判斷矩陣的隨機(jī)一致性指標(biāo), 當(dāng)n等于2時, RI等于0;當(dāng)n等于3時, RI等于0158.</p>

36、<p>　　當(dāng)CR < 011時,一致性檢驗(yàn)通過,否則,按文獻(xiàn)提供的方法,對判斷矩陣進(jìn)行一致性校正.根據(jù)式(2) ～ (6) 可以計算出體現(xiàn)饋能型懸架綜合性能的a2、Fd 和fd 的主觀權(quán)重WB 和判斷矩陣HB 隨機(jī)一致性比率CRB 分別為:</p><p>　　WB = [ 01777 8, 01111 1, 01111 1 ]</p><p>　　CRB = 0

37、 （2-7）</p><p>　　根據(jù)表3很容易求出層次結(jié)構(gòu)模型中的C層中max ( a2 ) 和max( Fd ) 與σa2 和σFd 的權(quán)重向量WC12和WC34 :</p><p>　　WC12 = WC34 = [ 01125, 01875 ] ( 2-8 )</p><p>　　二階判

38、斷矩陣無需進(jìn)行一致性檢驗(yàn).</p><p>　　綜合式(7) 和式(8) ,就可以得到平順性評價指標(biāo)的各參評統(tǒng)計量(max( a2 ) 、max ( Fd ) 、σa2、σFd 和P) 的主觀權(quán)重向量</p><p>　　A1 = [ 01097 2, 01680 6, 01013 9, 01097 2, 01111 1 ] ( 2-9 )</p><p>　　

39、2.3　確定客觀權(quán)重</p><p>　　利用熵值法對平順性評價指標(biāo)的各參評統(tǒng)計量進(jìn)行客觀賦權(quán).</p><p>　　設(shè)有m 套待評懸架參數(shù)方案, 共有max( a2 ) 、max ( Fd ) 、σa2、σFd和P這5項(xiàng)評價指標(biāo),形成原始指標(biāo)數(shù)據(jù)矩陣X = ( xij ) m ×5 ,利用熵值法進(jìn)行客觀賦權(quán)的步驟為:</p><p>　　(1) 將各指標(biāo)

40、同度量化,計算第j項(xiàng)指標(biāo)下第i個方案指標(biāo)值的比重</p><p>　　p ( xij ) =, 　i = 1, 2, ?, m; 　j = 1, 2, ?, 5 (2-10)</p><p>　　(2) 計算第j項(xiàng)指標(biāo)的熵值</p><p>　　ej = - k (2-11) </p><p>　　式中, k

41、> 0, ej ≥ 0. 一般取k = 1 / ln m.</p><p>　　(3) 計算第j項(xiàng)指標(biāo)的差異性系數(shù)</p><p>　　gj = 1 - ej (2-12)</p><p>　　當(dāng)gj 越大時,指標(biāo)越重要.</p><p>　　(4) 確定權(quán)重向量</p><p>

42、　　A2 = [A21 , A22 , ?, A25 ]</p><p>　　A2j = (2-13)</p><p>　　2.4　確定最終權(quán)重與逐次求優(yōu)</p><p>　　主客觀結(jié)合賦權(quán)法是一種綜合主、客觀賦權(quán)的結(jié)果而確定權(quán)重的方法. 設(shè)對第j項(xiàng)指標(biāo)主、客觀賦權(quán)的權(quán)重分別為A1 j , A2 j ,則各指標(biāo)的最終權(quán)重向量A可按下式確定

43、:</p><p>　　A = [A1 , A2 , ?, A5 ]</p><p>　　Aj = (2-14)</p><p>　　從確定客觀權(quán)重的過程中可以看出, 在利用熵值法進(jìn)行客觀賦權(quán)的過程中, 參評方案數(shù)的增減會對客觀權(quán)重造成影響;另外,在懸架參數(shù)優(yōu)化的過程中,求優(yōu)過程一般使用一對一比較方式進(jìn)行. 基于上述考慮,在對多套懸架參數(shù)

44、方案平順性的評價中,采用逐次淘汰的方式逐次求優(yōu).動撓度的參評統(tǒng)計量———限位不會被撞擊的概率P對平順性的影響是:概率P越大,該項(xiàng)指標(biāo)越優(yōu),反之則反;其他4項(xiàng)參評統(tǒng)計量是:該項(xiàng)描述值的數(shù)值越小,表明該統(tǒng)計量描述的性能越優(yōu),反之則反.</p><p>　　為了便于評價,需要在計算各方案的最后評分前進(jìn)行一致性處理,即讓評價指標(biāo)的描述值代表的優(yōu)劣性相同. 令參加評比的兩套方案的最后評分向量為Q,各評價指標(biāo)的統(tǒng)計量按歸一化

45、法所確定的量化矩陣p2 ×5 = p ( xij ) 2 ×5 ,則可以通過下式進(jìn)行一致性處理:</p><p>　　Q = [Q1 , Q2 ]</p><p>　　Qi = A [ p ( xi1 ) , ?, { 1 - p ( xi5 ) } ]T (2-15)</p><p>　　如果最后評分向量中的Qi最小,那么第i套懸架參數(shù)方

46、案的平順性較優(yōu),此時,就可以淘汰另外一套懸架參數(shù)方案;然后將勝出懸架參數(shù)方案與剩下的懸架參數(shù)方案中的任意一套進(jìn)行評比, 再次比較淘汰;按照這種逐次淘汰的方式繼續(xù)求優(yōu),最后勝出的懸架參數(shù)方案的平順性就是最優(yōu)的。</p><p>　　第三章 汽車懸架系統(tǒng)對平順性的影響</p><p>　　振動產(chǎn)生的動載加速機(jī)件的磨損,由于動載產(chǎn)生的交變應(yīng)力會造成機(jī)件的疲勞破壞,這些都嚴(yán)重影響汽車的使用壽命。汽

47、車振動時,車輪相對于地面的跳動又會使接地性變差,使附著性能變壞,從而影響汽車的通過性和操縱穩(wěn)定性,同時影響汽車的行駛安全性。減少汽車振動除了調(diào)整汽車結(jié)構(gòu)本身外,還有兩個重要途徑:一方面是改善路面,減少振動來源; 另一方面要求車輛對路面不平度有良好的隔振特性。汽車平順性主要是保持汽車在行駛過程中產(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)，因此平順性主要根據(jù)乘員主觀感覺的舒適性來評價，對于載貨汽車還包括保持貨物完好性，他是現(xiàn)代高速

48、汽車的主要性能之一。</p><p>　　汽車平順性可由圖3-1 所示的“路面—汽車—人”系統(tǒng)的框圖來分析。路面不平度和車速形成了對汽車振動系統(tǒng)的輸入，此輸入經(jīng)過輪胎、懸架、座墊等彈性、阻尼元件和簧載質(zhì)量、非簧載質(zhì)量構(gòu)成的振動系統(tǒng)的傳遞，得到振動系統(tǒng)的輸出時簧載質(zhì)量或進(jìn)一步經(jīng)座椅傳至人體的加速度，此加速度通過人體對振動的反應(yīng)——舒適性來評價汽車的平順性。當(dāng)振動系統(tǒng)的輸出作為優(yōu)化的目標(biāo)時，通常還要綜合考慮車輪與路面

49、間的動載和懸架彈簧的動撓度，他們分別影響行駛安全性和撞擊懸架限位的概率。</p><p>　　圖3-1 “路面—汽車—人”系統(tǒng)框圖</p><p>　　汽車前后懸架與其簧載質(zhì)量組成的振動系統(tǒng)的固有頻率，是影響汽車行駛平順性的主要參數(shù)之一。它由懸架剛度和簧載質(zhì)量所決定。人體所習(xí)慣的垂直振動頻率約為1 ～ 1.6Hz。車身振動的固有頻率應(yīng)接近或處于人體適應(yīng)的頻率范圍，才能滿足舒適性要求。固有頻

50、率按下式計算：</p><p><b>　　n=</b></p><p>　　式中：g-重力加速度；f-懸架靜撓度；M-懸架簧載質(zhì)量</p><p><b>　　3.1 懸架剛度</b></p><p>　　懸架剛度（C=Mg/f）是指懸架產(chǎn)生單位垂直壓縮變形所需加于懸架上的垂直載荷，從固有頻率公式

51、可以看出，在懸架垂直載荷一定時，懸架剛度越小，固有頻率就越低。但懸架剛度越小，載荷一定時懸架垂直變形就越大。這樣若沒有足夠大的限位行程，就會使撞擊限位塊的概率增加。若固有頻率選取過低，很可能會出現(xiàn)縱向角振動、轉(zhuǎn)彎側(cè)傾角過大等影響行駛安全的問題。懸架的側(cè)傾角剛度和懸架的垂直剛度之間是正比關(guān)系，減小垂直剛度的同時使側(cè)傾角剛度隨之減小。當(dāng)汽車受側(cè)向力作用發(fā)生車身側(cè)傾時，若側(cè)傾角過大，乘客會感到不舒適、降低行車安全感；如側(cè)傾角過小，車身受到橫向

52、沖擊較大，平順性較差，乘客也會感到不舒適，司機(jī)路感也不好。整車側(cè)傾角剛度應(yīng)滿足：當(dāng)車身受到0.4g 側(cè)向加速度時，其側(cè)傾角在2.5°～ 4°范圍內(nèi)，前懸架側(cè)傾角剛度應(yīng)大于后懸架側(cè)傾角剛度，汽車有一定不足轉(zhuǎn)向特性。一般前懸架側(cè)傾角剛度與后懸架側(cè)傾角剛度比應(yīng)在1.4 ～ 2.6 范圍內(nèi)，如前后懸架本身不能滿足上述要求或?yàn)榱颂岣叱俗孢m性，可在前后懸架中加裝橫向穩(wěn)定桿，在不增加垂直剛度的前提下提高汽車操縱穩(wěn)定性。</

53、p><p>　　3.2 懸架的靜撓度</p><p>　　懸架的靜撓度直接影響車身振動的偏頻（汽車前、后部分車身的固有頻率），在選取前、后懸架靜撓度值時，應(yīng)當(dāng)使之接近，并希望后懸架的靜撓度f c2 比前懸架的靜撓度f c1 小些，這有利于防止車身產(chǎn)生較大的縱向角振動，推薦取f c2=（0.8 ～ 0.9）f c1。但微型轎車因軸距短使后排座椅接近后輪，為了改善后排乘客的舒適性，常常將后懸架設(shè)計

54、的偏軟些。表3-1為各類汽車的偏頻值和靜、動撓度值的一般取值范圍，對于舒適性要求高的汽車的偏頻值取下限，而對于貨車考慮到前后軸荷的差別和避免司機(jī)疲勞，前后靜撓度值之比要更大些。</p><p>　　表3-1 各類汽車的偏頻值和靜、動撓度值的一般取值范圍</p><p><b>　　3.3 非簧載質(zhì)量</b></p><p>　　影響汽車平順性的

55、另一個懸架指標(biāo)是非簧載質(zhì)量。汽車的總質(zhì)量可以分為簧載質(zhì)量與非簧載質(zhì)量兩部分。由彈性元件承載的部分質(zhì)量，如車身、車架及其它所有彈簧以上的部件和載荷屬于簧載質(zhì)量。車輪、轉(zhuǎn)向節(jié)、非獨(dú)立懸架的車軸等屬于非簧載質(zhì)量。如果減小非簧載質(zhì)量可使車身振動頻率降低，而車輪振動頻率升高，這對減少共振，改善汽車的平順性是有利的。非簧載質(zhì)量對平順性的影響，常用非簧載質(zhì)量和簧載質(zhì)量之比m/M 進(jìn)行評價，此比值越小越佳。表5列出了幾種典型懸架的非簧載質(zhì)量與簧載質(zhì)量的

56、比例關(guān)系。</p><p>　　表3-2 幾種典型懸架的非簧載質(zhì)量與簧載質(zhì)量的比例關(guān)系</p><p>　　汽車軸荷隨整車裝載質(zhì)量不同而變化，尤其對于載貨汽車的后懸架，空滿載時的軸荷相差甚遠(yuǎn)，如果在預(yù)期的載荷變化范圍之內(nèi)懸架具有定剛度，即懸架的彈性特性是線性的，則可能滿載時滿足偏頻要求而空載時偏頻過大使平順性降低，或者是空載時滿足偏頻要求而滿載時動撓度過小，使行駛過程中頻繁撞擊限位塊。為了

57、解決這一矛盾，大客車的懸架與載貨汽車的后懸架常采用空氣彈簧、變剛度鋼板彈簧的辦法，使其具有非線性的彈性特性，使空載和滿載固有頻率保持一定或很小變化。圖3-2 所示為理論上的理想彈性特性，具有這種特性的懸架，在任意載荷狀況下，系統(tǒng)的固有振動頻率都保持不變，即：</p><p>　　n（f)==const</p><p>　　式中P0——設(shè)計載荷，N；</p><p>

58、　　CS0——設(shè)計載荷下的懸架剛度，N/mm；</p><p>　　f——懸架的撓度，mm。</p><p>　　3.4 相對阻尼比</p><p>　　影響汽車平順性的另一重要指標(biāo)是相對阻尼比。當(dāng)汽車懸架僅有彈性元件而無摩擦或減振裝置時，汽車懸掛質(zhì)量的振動將會延續(xù)很長時間，使乘客感到不舒服。因此，懸架中一定要有減振的阻尼力。對于選定的懸架剛度，只有恰當(dāng)?shù)剡x擇阻尼

59、力才能充分發(fā)揮懸架的緩沖減振作用。對于一個帶有線性阻尼減振器的懸架系統(tǒng)可以用相對阻尼比來評價阻尼的大小或振動衰減的快慢程度。它表達(dá)為：</p><p><b>　　ζ=</b></p><p>　　k-懸架阻尼元件的阻力系數(shù)</p><p>　　上式表明，減振器的阻尼作用除與其阻尼系數(shù)k 有關(guān)外，也與懸架剛度及簧載質(zhì)量有關(guān)。不同剛度和不同質(zhì)量的

60、懸架系統(tǒng)匹配時會產(chǎn)生不同的阻尼效果。為了獲得良好的平順性，典型的相對阻尼比如表3-3所示。</p><p>　　表3-3 汽車懸架的偏頻及相對阻尼比</p><p>　　對于不同的道路情況，要求的阻尼力也不盡相同。行駛在平坦的良好路面時，要求懸架有小的阻尼，行駛在壞路時，則要求有較大的阻尼。此外，現(xiàn)代汽車的減振器在壓縮行程和伸張行程的阻尼系數(shù)k 值也不一樣，為充分發(fā)揮彈簧在壓縮行程中作用，

61、常把壓縮行程的阻尼比設(shè)計得比伸張小，約為伸張行程的1/2 左右。液壓減振器通過閥系的合理設(shè)計，可以方便的實(shí)現(xiàn)非線性阻尼特性，其阻尼力可以隨活塞與鋼筒相對運(yùn)動的方向、速度以及二者之間的相對位置而變化。在設(shè)計載荷位置附近增加減振器液的附加通道，以便在良好路面行駛時，使阻尼系數(shù)較小以獲得良好的平順性，同時保證在大行程時還能提供足夠的阻尼力。 </p><p>　　通過對“路面 —汽車—人”系統(tǒng)

62、的框圖來分析影響汽車平順性的懸架主要參數(shù)及評價指標(biāo)，在進(jìn)行懸架系統(tǒng)參數(shù)設(shè)計時，除考慮汽車行駛平順性外，還要綜合考慮對汽車的操縱穩(wěn)定性、縱向穩(wěn)定性的影響，并采取措施，在確保行車安全性的前提下提高行駛平順性。</p><p>　　第四章 基于Matlab下的汽車平順性仿真分析</p><p>　　隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，控制理論和系統(tǒng)的研究與應(yīng)用越來越重要，同時控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度越來越大，控

63、制效果的要求越來越高，這就需要更高級的控制算法來設(shè)計控制器和模擬實(shí)驗(yàn)，尤其人工智能技術(shù)在現(xiàn)代控制領(lǐng)域中的應(yīng)用，使得仿真技術(shù)對于系統(tǒng)分析、設(shè)計、系統(tǒng)理論的研究的作用也越來越重要。仿真的方法和仿真軟件的使用是仿真的關(guān)鍵，一種仿真軟件如果能提供便捷可靠的分析和設(shè)計手段，提供豐富的對象模型庫、智能控制算法和優(yōu)化途徑，在設(shè)計智能控制算法時，能有簡便有效的設(shè)計工具，那么這將大大縮短設(shè)計所需時間，提高工效。本文就是針對這一想法，在MATLAB環(huán)境下，

64、利用MATLAB的控制工具箱，Simulink圖形可視化功能，圖形及圖像處理功能，設(shè)計了本軟件包，旨在使使用者能通過該軟件包，快速分析設(shè)計控制系統(tǒng)，快速調(diào)用和設(shè)計智能算法，快速優(yōu)化參數(shù)等。</p><p>　　4.1汽車動力學(xué)模型簡介</p><p>　　汽車動力學(xué)是一門傳統(tǒng)的學(xué)科。從生產(chǎn)第一輛汽車開始，人們就認(rèn)識到了Ackermann轉(zhuǎn)向以及懸架可以使乘坐更加舒適等基本原理，但那只是一種

65、感知認(rèn)識，一直到近一個世紀(jì)前，人們還沒有真正涉及到這個領(lǐng)域的研究。</p><p>　　三十年代初期，英國的Lanchester、美國的Olley、法國的Broulhiet等人開始對獨(dú)立懸架進(jìn)行研究，并對轉(zhuǎn)向運(yùn)動學(xué)和懸架運(yùn)動學(xué)進(jìn)行了分析，可以說這是對汽車動力學(xué)進(jìn)行研究的正式開始。</p><p>　　一直到四十年代后期，在這一領(lǐng)域的研究沒有多大進(jìn)展。隨后十年，是汽車動力學(xué)發(fā)展的黃金時期。各

66、國學(xué)者都認(rèn)識到，輪胎接地印跡處產(chǎn)生的輪胎力控制著汽車的狀態(tài)，這使得對汽車動力學(xué)的研究向前發(fā)展了一大步。</p><p>　　六十年代到八十年代，隨著模擬計算機(jī)和數(shù)字計算機(jī)的進(jìn)步，對汽車動力學(xué)的研究越來越深入了，對車輛進(jìn)行建模到了一個全新的階段。學(xué)者們建立了許多復(fù)雜的車輛模型和相應(yīng)的仿真程序，如美國密西根大學(xué)建立的十七自由度模型。</p><p>　　隨著各國學(xué)者在這一領(lǐng)域研究的不斷深入以及

67、科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，汽車動力學(xué)不斷被賦予新的內(nèi)容，如對空氣動力學(xué)的研究，對路面模型的研究，以及后來的主動式懸架、ABS系統(tǒng)、自動巡航、自動預(yù)測、閉環(huán)控制等控制理論在汽車上的應(yīng)用等。所有這些研究成果，為從事汽車動力學(xué)領(lǐng)域的研究工作莫定了基礎(chǔ)。</p><p>　　我國在汽車動力學(xué)領(lǐng)域的研究起步較晚，但由于注重借鑒和吸收國外的研究成果，如今已經(jīng)基本和國外的研究同步發(fā)展。七十年代初期，清華大學(xué)、長春汽車研究所開始進(jìn)行汽車操

68、縱穩(wěn)定性的研究，研究的工作主要集中在操縱德定性性能指標(biāo)的評價方法、試驗(yàn)方法及操縱穩(wěn)定性力學(xué)模型的建立、模型的計算方法、性能預(yù)測方法和優(yōu)化設(shè)計方法等。力學(xué)模型從七十年代研究汽車側(cè)偏和橫搖運(yùn)動的二自由度線性模型，發(fā)展到包括側(cè)傾和轉(zhuǎn)向系在內(nèi)的三至五自由度乃至十三自由度的非線形復(fù)合參數(shù)模型，其功能也從對汽車穩(wěn)定性的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)和瞬態(tài)響應(yīng)的分析發(fā)展到汽車轉(zhuǎn)彎制動性能的分析。</p><p>　　在八十年代，隨著多剛體系統(tǒng)動力學(xué)

69、在我國的發(fā)展，我國學(xué)者開始嘗試用多剛體系統(tǒng)動力學(xué)的方法對剛體系統(tǒng)進(jìn)行運(yùn)動學(xué)分析，如吉林工業(yè)大學(xué)的林逸教授建立了對汽車獨(dú)立懸架中的單橫臂及擺柱式懸架進(jìn)行空間運(yùn)動分析的通用計算程序;第二汽車制造廠上官文斌等人，采用自然坐標(biāo)的概念，利用虛功原理建立了汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)和懸架運(yùn)動學(xué)分析方法。這一時期應(yīng)用多剛體動力學(xué)的研究主要是針對汽車的某一總成(如懸架，轉(zhuǎn)向系)，多剛體模型也是針對這些總成建立起來的。后來，多剛體力學(xué)軟件(ADAMS)被引入我國，許多

70、學(xué)者利用該軟件的功能，建立起各汽車總成模型和整車模型，促進(jìn)了我國應(yīng)用多剛體系統(tǒng)動力學(xué)建立汽車動力學(xué)模型的發(fā)展.</p><p>　　在汽車動力學(xué)領(lǐng)域的研究中，吉林工業(yè)大學(xué)動態(tài)模擬國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室汽車動態(tài)仿真器的開發(fā)成功，代表了我國在汽車動力學(xué)領(lǐng)域研究的最高成就，也使我國成為世界上少數(shù)幾個掌握汽車動態(tài)仿真器技術(shù)的國家，標(biāo)志著我國在汽車動力學(xué)領(lǐng)域的研究達(dá)到了世界先進(jìn)水平。</p><p>　　4

71、.2汽車四自由度模型的建立</p><p>　　設(shè)汽車的懸掛（車身）質(zhì)量為m2，它由車身、車架及其上的總成所構(gòu)成；車輪、車軸構(gòu)成的非懸掛（車輪）質(zhì)量為m1。車輪在經(jīng)過具有一定彈性和阻尼的輪胎支撐在不平路面上。當(dāng)汽車對稱于其左右車轍的不平度函數(shù)x（i）=y（i）時，此時汽車車身只有垂直振動z和俯仰震動φ。下圖為汽車簡化成4個自由度的平面模型。K為彈簧剛度，K1為輪胎剛度，C為減震器阻尼系數(shù)，Z1 和Z2分別是車輪和

72、車身的垂直位移坐標(biāo)。</p><p>　　圖4-1 車身與車輪雙自由度振動模型</p><p>　　圖4-1描述的模型為雙軸汽車四個自由度的振動模型，懸掛質(zhì)量分配系數(shù)=/ab的數(shù)值接近1，前后懸掛系統(tǒng)的垂直振動幾乎是獨(dú)立的，對于前軸（或后軸），其運(yùn)動方程為：</p><p>　　當(dāng)激振頻率ω接近ω1時產(chǎn)生低頻共振，按一階主振型振動，車身質(zhì)量m2的振幅比車輪質(zhì)量m1的

73、振幅大將近10倍，稱為車身型振動。</p><p>　　當(dāng)激振頻率ω接近ω2時產(chǎn)生高頻共振，按二階主振型振動，車輪質(zhì)量m1的振幅比車身質(zhì)量m2的振幅大將近100倍，稱為車輪型振動。</p><p>　　當(dāng)車輪部分在高頻共振區(qū)振動時，車身基本不動，可以視為車輪部分單質(zhì)量在振動。</p><p><b>　　代入復(fù)振幅得</b></p>

74、<p><b>　　幅頻特性為：</b></p><p><b>　　其中</b></p><p><b>　　幅頻特性近似式為：</b></p><p>　　車輪部分固有頻率為ωt=,車輪部分阻尼比 ζt=C/2。</p><p&

75、gt;　　從上式可以看出，降低輪胎剛度能使車輪固有頻率下降和車輪阻尼比加大，這是減小車輪部分高頻共振時加速度的有效方法；降低非懸掛質(zhì)量m1，使車輪部分固有頻率ωt和阻尼比ζt都加大，車輪部分高頻共振加速度基本不變，但車輪部分動載下降，對降低相對動載有利。</p><p>　　由上兩式得幅頻特性圖：</p><p>　　圖4-2 車輪部分幅頻特性</p><p>　　

76、從圖4-2可以看出：</p><p>　　ω≤ω0時，|z1/q|→1,z1/q→Kt/(K+Kt)；</p><p>　　ω≥ω0時，漸近線斜率為-2:1，車輪部分將高頻輸入加以濾波；</p><p>　　ω=ωt時，產(chǎn)生高頻共振，在ζt較小時，會出現(xiàn)尖峰。</p><p>　　4.3 在matlab環(huán)境下建模</p><

77、;p>　　m2f m2r</p><p>　　圖4-3 汽車四自由度模型</p><p>　　根據(jù)圖4-3和以上運(yùn)動方程，建立MATLAB/simulink模型，如下：</p><p>　　圖4-4 汽車四自由度的Simulink 模型</p><p

78、><b>　　由以上模型得：</b></p><p>　　系統(tǒng)傳遞函數(shù)為：（其中s=jω,j2=-1）</p><p>　　車身位移對的頻率響應(yīng)函數(shù)為：</p><p><b>　　系統(tǒng)傳遞函數(shù)為：</b></p><p><b>　　4.4數(shù)據(jù)分析</b></p&

79、gt;<p>　　某車型懸架參數(shù)如下：</p><p><b>　　將懸架參數(shù)代入得：</b></p><p>　　4.5在Simulink環(huán)境下仿真</p><p>　　將上述計算結(jié)果代入MATLAB/simulink模型:</p><p>　　車輪部分的幅頻特性：</p><p>

80、;　　對系統(tǒng)在MATLAB程序文件方式下執(zhí)行以下程序：</p><p>　　num=[0 0 127980];den=[31 1140 148190];s1=tf(num,den);margin(s1)</p><p>　　該程序運(yùn)行后，得到車輪部分的頻率特性圖，如下：</p><p>　　圖4-5 車輪部分的頻率特性</p><p>　　運(yùn)

81、用matlab 軟件進(jìn)行汽車平順性的仿真研究既快捷又方便，同時可以得出幅頻特性圖和相頻特性圖。從圖4-5可以看出，此參數(shù)的懸架在路面激勵q=90rad/s之前一直處于低頻共振狀態(tài)，在90rad/s這個點(diǎn)左右出現(xiàn)一個峰值，隨后慢慢轉(zhuǎn)入高頻共振區(qū)，且正比于路面激勵q的變化。</p><p>　　對系統(tǒng)在MATLAB程序文件方式下執(zhí)行以下程序：</p><p>　　num=[0 0 0 1458

82、97200 2586475800];den=[6789 285000 34379720 191976000 2994919900];s2=tf(num,den);</p><p>　　margin(s2)</p><p>　　運(yùn)行該程序后，得到車身部分的頻率特性圖，如下：</p><p>　　圖4-6 車身部分的頻率特性圖</p><p>　

83、　從圖4-6可以看出，在此懸架參數(shù)下的車身部分的頻率特性和車輪部分的頻率特性的基本趨勢是一樣的，只是在低頻區(qū)出現(xiàn)波峰的q值不同。而且幅頻特性 </p><p>　　同時出現(xiàn)低、高共振區(qū)各出現(xiàn)一個波峰。 </p><p><b>　　總

84、結(jié)</b></p><p>　　本次設(shè)計我是本著學(xué)習(xí)的態(tài)度去完成的，對于汽車平順性這方面的知識我們以前也只是在《汽車?yán)碚摗泛汀镀囋O(shè)計》這些書上了解過，從開始接這一課題起，我就努力去接觸有關(guān)的資料，上網(wǎng)查詢，去圖書館借資料，和同學(xué)討論等等。遇到不了解的地方，就去請教指導(dǎo)老師，資料搜集的差不多了就開始寫論文。</p><p>　　在檢查和修改階段，通過大家的一起交流和討論，很多不

85、被注意的細(xì)節(jié)得到解決，并給出解決問題的關(guān)鍵方法，讓我受益匪淺。</p><p>　　盡管本次課題存在很多方面的不足，但完全反映這次學(xué)習(xí)結(jié)果和以及知識積累的程度，認(rèn)清了問題的所在，通過以后的不斷學(xué)習(xí)和實(shí)踐我們會有更進(jìn)一步的提高。這次設(shè)計是對自己大學(xué)四年所學(xué)知識的一次大檢閱，使我明白自己的只是還很淺薄，雖然馬上就要畢業(yè)了，但是自己的求學(xué)之路還很長，以后更應(yīng)該在工作中學(xué)習(xí)，努力使自己成為一個純粹的、對社會有所貢獻(xiàn)的人。

86、</p><p><b>　　致謝</b></p><p>　　本次論文研究給予我最大幫助的是我們的指導(dǎo)老師xx老師，他對我所選的課題指明了方向，并作了很深入的分析與指導(dǎo)，對其中關(guān)鍵技術(shù)的引用做出了一定的說明，并且經(jīng)常通過電話和E-mail與我保持密切的聯(lián)系，使我在學(xué)習(xí)和設(shè)計中出現(xiàn)的問題得到了及時的解決，所以我希望通過這次論文的出色完成來回報鄧?yán)蠋煂ξ蚁ば牡闹笇?dǎo)。&l

87、t;/p><p>　　還有就是在此次研究過程中，還要感謝xx同學(xué)陪我在實(shí)驗(yàn)室做實(shí)驗(yàn)，詳細(xì)的給我講解了Matlab的使用方法。還要感謝寢室的同學(xué)幫我收獲了相關(guān)資料，并提出了寶貴意見。</p><p>　　總之，本次設(shè)計在廣大老師、同學(xué)的幫助下順利的完成，使我知識和經(jīng)驗(yàn)都得到了一個突破性的提高，在此對他們的幫助深表感謝。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)<

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