張作森 丁欣欣

摘要： 本文首先通過(guò)分析轎車(chē)的懸架系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及作用，并將其簡(jiǎn)化。建立汽車(chē)懸架1/4模型，應(yīng)用MATLAB軟件里面的Simulink對(duì)懸架的1/4模型進(jìn)行仿真，觀察其加速度，輸出位移等特性，然后改變相應(yīng)的剛度參數(shù)、阻尼參數(shù)來(lái)觀察并分析其動(dòng)態(tài)響應(yīng)。最后得出系統(tǒng)在仿真路面下，其振動(dòng)有低頻振動(dòng)與高頻振動(dòng)兩種，低頻振動(dòng)為車(chē)輪的振動(dòng)，高頻振動(dòng)為車(chē)身的振動(dòng)。

關(guān)鍵詞：1/4模型；仿真； 動(dòng)態(tài)響應(yīng)

中圖分類(lèi)號(hào)：580.2010

引言

據(jù)公安部交管局統(tǒng)計(jì)，截至2017年3月底，全國(guó)機(jī)動(dòng)車(chē)保有量首次突破3億輛，其中汽車(chē)達(dá)2億輛。汽車(chē)數(shù)量的劇增，人們開(kāi)始越來(lái)越重視汽車(chē)的乘坐舒適性，而平順性是舒適性的一個(gè)重要部分。振動(dòng)是影響平順性的主要因素，因此合理設(shè)計(jì)車(chē)身系統(tǒng)參數(shù)對(duì)于提高汽車(chē)舒適性，安全性具有重要意義。

目前，對(duì)于汽車(chē)模型有很多研究.詹長(zhǎng)書(shū)[1]等對(duì)二自由度懸架模型的頻域響應(yīng)特性進(jìn)行了研究； 李俊[2]等對(duì)不同車(chē)速和路面情況下的二自由度車(chē)輛模型進(jìn)行了動(dòng)力學(xué)仿真； 鄭昭明[3]研究了二自由度汽車(chē)車(chē)輪動(dòng)載荷的均方值.

本文基于Matlab 建立較為復(fù)雜的懸架的1/4模型，分析了其在仿真路面作用下的響應(yīng)，并分析了改變系統(tǒng)阻尼參數(shù)和剛度參數(shù)對(duì)車(chē)身動(dòng)態(tài)響應(yīng)的影響。

1.汽車(chē)懸架1/4模型

傳統(tǒng)的懸架系統(tǒng)一般由具有固定參數(shù)的彈性元件和阻尼元件組成，本文選取汽車(chē)后輪任意一個(gè)懸架系統(tǒng)建立1/4模型，模型的簡(jiǎn)圖如下圖一所示。其中m1為非簧載質(zhì)量（kg），m2為簧載質(zhì)量（kg），路面不平度對(duì)系統(tǒng)的輸入為X0（m），非簧載質(zhì)量的響應(yīng)為X1（m），簧載質(zhì)量的響應(yīng)為X2（m），k1是輪胎的剛度（kN/m），k2是彈簧的剛度（kN/m）。

c1是阻尼器的阻尼系數(shù)（Ns m-1）。

1.1系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)微分方程及矩陣方程

車(chē)身垂直位移坐標(biāo)的原點(diǎn)取在靜力平衡位置[4]，根據(jù)牛頓第二定律建立系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)微分方程：

將狀態(tài)方程寫(xiě)成矩陣的形式如下[5]：

2. 靈敏度分析

2.1汽車(chē)懸架模型的仿真

首先選取系統(tǒng)的仿真參數(shù)如下：

m1=36kg： m2=340kg： k1=127000N/m： k2=10300N/m： c1=1100 Ns

本文利用MATLAB中的Simulink建立仿真模型，如下圖二所示。

在輸入模塊選擇Band Limited White Noise，經(jīng)積分后得到仿真路面。實(shí)際路面上可以看作路面速度功率頻譜值在整個(gè)范圍里為一常數(shù)。

人體對(duì)平順性、舒適度最敏感的是車(chē)身振動(dòng)的頻率和強(qiáng)度，本仿真輸出模塊選取示波器和功率頻譜分析器對(duì)加速度進(jìn)行分析。

2.2仿真分析

建立仿真模型后就可以開(kāi)始對(duì)懸架系統(tǒng)進(jìn)行動(dòng)態(tài)仿真。得到如圖三所示的汽車(chē)懸架系統(tǒng)仿真結(jié)果。

從圖三中可以看出系統(tǒng)在仿真路面下低頻振動(dòng)為車(chē)輪的振動(dòng)，高頻振動(dòng)為車(chē)身的振動(dòng)。

2.3模型對(duì)比分析

本次仿真以改變系統(tǒng)剛度參數(shù)為例。改變統(tǒng)剛度參數(shù)如下：

k1=116000 ： k2=26282 ，其余參數(shù)保持不變。

得到改變參數(shù)后的模型結(jié)果如圖五所示。

3 .結(jié)論

本文基于Matlab建立了簡(jiǎn)單的汽車(chē)1/4懸架振動(dòng)模型，分析其在路面作用下的動(dòng)態(tài)響應(yīng)，并研究了系統(tǒng)阻尼參數(shù)和剛度參數(shù)對(duì)車(chē)身動(dòng)態(tài)響應(yīng)的影響。

但是本文未考慮汽車(chē)實(shí)際是一個(gè)多自由度的動(dòng)力學(xué)模型，可進(jìn)一步考慮到多自由度非線性汽車(chē)系統(tǒng)的研究，從而得到更精確的結(jié)論。

參考文獻(xiàn)：

[1] 詹長(zhǎng)書(shū)，呂文超. 汽車(chē)懸架的二自由度建模方法及分析[J].拖拉機(jī)與農(nóng)用運(yùn)輸車(chē)，2010， 37（ 6） ： 9 - 15.

[2] 李俊，張維強(qiáng)，袁俊. 基于Matlab 的二自由度車(chē)輛的動(dòng)力學(xué)仿真[J]. 科學(xué)技術(shù)與工程，2010（ 4） .

[3] 鄭昭明. 二自由度汽車(chē)車(chē)輪動(dòng)載荷的均方值計(jì)算公式[J]. 武漢交通科技大學(xué)學(xué)報(bào)， 1996（ 1） .

[4] 余志生. 汽車(chē)?yán)碚揫M]. 北京： 機(jī)械工業(yè)出版社，2007.

[5] 聞邦春。機(jī)械振動(dòng)學(xué)[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2000