基于SIMULINK悬架系统动力学仿真分析

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1.3 SIMULINK仿真模型

建立其SIMULINK仿真模型如图 2 所示

车辆悬架系统的性能用车 身加速度、悬架动行程和轮胎动载荷３个基本参数进行定量评价，其中悬架动行程定义为车轮与车身 的位移之差，轮胎动载荷定义为相对于初平衡位置的轮胎载荷变化。在白噪声路面输入下，建立悬架系统动力学微分方程。最后通过MATLAB/SIMULINK进行仿真分析，SIMULINK模型如图2所示。

图2 四自由度汽车SIMULIN仿真模型

2 路面模型的建立

本文采用比较容易实现的滤波白噪声作为路面输入模型，根据滤波白噪声的数学模型,建立其 Simulink 仿真模型，如图3所示。

图3 路面激励的时域模型

对于多自由度的整车模型，有两个输入，后轮输入按一定的时间滞后与前轮输入相同。利用滤波白噪声法生成的随机路面与规定一致，证明所采用的方法正确，生成的信号合理，可以作为平顺性振动分析的输入激励。

3 仿真结果分析

SIMULINK模型运行后得到的仿真结果如图4所示：

图4 四自由度悬架系统仿真结果

3.1 悬架阻尼系数C的影响

保持其他条件不变，改变前悬架阻尼系数C2 f ，仿真结果如图4所示。由于悬挂(车身)质量部分固有频率为 1～2 Hz，因此重点考虑低频段。由图可知，在 1～2 Hz 附近，随着阻尼的增大,车身质心垂直位移将减小，俯仰角位移变化不大。从结构来看，适当增加前悬挂系统的阻尼可以提高汽车的平顺性。

其他条件不变，改变后悬架阻尼系数C2r ，仿真结果如图4所示。由下图可以看出，增大后悬架的阻尼系数，在 1～2 Hz 范围内，车身质心垂直位移有波动变化，当在 2 Hz 左右及2～3 Hz 范围内，车身质心垂直位移振幅将大幅增大，而俯仰角位移也将趋于稳定，表明阻尼系数减小可以有效的抑制车架的垂直振动的振幅。

综上所述，适当减小后悬挂系统的阻尼可以提高汽车的平顺性。

3.2 悬架刚度系数K的影响

由仿真结果分析， 增大前悬架的刚度系数，在 1～2 Hz 范围内， 车身质心垂直位移变化不大，而俯仰角位移幅值有所增大，在 2～3 Hz范围内，车身质心垂直位移和俯仰角位移都大幅增大。故在设计前减震器时可以适当减小其刚度。所以在设计前悬架时，可以将其设计的刚度适当减小些。

增加后悬架的刚度系数，在 1～2 Hz

范围内，车身质心垂直位移略有增大，俯仰角位移大幅减小。

但是基于行驶的安全性和操纵的稳定性以及前面所述减小其阻尼而言，适当增加后悬挂的刚度是很有必要的。

3.3 轮胎刚度系数K1 的影响

改变前轮的刚度系数，仿真结果如图4所示。仿真曲线表明：轮胎刚度系数变化对车身质心垂直位移和俯仰角位移影响很小，前轮刚度的减小会引起车架垂直位移略有增大，俯仰角位移略有减小，但是轮胎的动载荷会相对减小，因此在给前轮充气时，不宜将前轮胎加气过足。

其他参数不变的情况下，改变后轮的刚度系数，结果如图4所示。仿真曲线表明：在 1～2 Hz 范围内，当K1r 增加，质心垂直加速度幅值变化不大，俯仰角加速度幅值略有下降，有助于改善其振动特性。综上所述，为改善驾驶员垂直振动和车架俯仰振动，可以适当增大K1r

4 结论

本文建立了汽车动力学四自由度动力学振动模型，以随机路面激励谱作为输入，建立了仿真模型，

并分析了动力学参数对汽车平顺性的影响，得到如下结论：

1) 适当增加前悬挂系统的阻尼和适当减小后悬挂系统的阻尼可以提高汽车的平顺性；

2) 在设计前悬架时，可以将其设计的刚度适当减小些。适当增加后悬挂的刚度，有助于行驶的安全性和操纵的稳定性；

3) 前轮胎刚度系数变化对车身质心垂直位移和俯仰角位移影响很小。为改善驾驶员垂直振动和车架俯仰振动，可以适当增大后轮胎刚度系数。

参考文献

[1].余志生,汽车理论[M],机械工业出版社,2009

[2].喻凡、林逸,汽车系统动力学[M],机械工业出版社,2005

[3].孙海涛、陈关龙，汽车动力学模型综述[Z],上海交通大学机械与动力工程学院,2002 [4].王望予,汽车设计[M],机械工业出版社,2004

[5].周长城,汽车平顺性与悬架系统设计[M],机械工业出版社,2011