汽车被动悬架特性仿真

汽车被动悬架特性仿真
- 简介
- 使用说明

简介

汽车被动悬架是指悬架的刚度和阻尼是固定不变的，汽车姿态(状态)只能被动地取决于路面、行驶状况和汽车的弹性元件、导向装置及减振器等。悬架系统评价指标主要有车身垂直加速度、悬架动挠度、轮胎动载荷。车身垂直加速度是影响汽车行驶平顺性的最主要指标，降低车身垂直加速度幅值，也就提高了乘坐舒适性；悬架动挠度与其限位行程有关，过大的动挠度会导致撞击限位块，因此，减小动挠度有利于提高汽车的平顺性；车轮与路面的动载荷直接影响车轮与路面的附着效果，这与汽车操纵稳定性有关，在一定范围内降低轮胎动载荷，有利于提高汽车操纵稳定性。

使用说明

一、实验目的

1.建立汽车被动悬架特性数学模型

2.建立车身垂直加速度、悬架动挠度和轮胎动载荷的传递函数

3.绘制车身垂直加速度、悬架动挠度和轮胎动载荷时域特性曲线

4.绘制车身垂直加速度、悬架动挠度和轮胎动载荷频域特性曲线

二、仿真数据

汽车被动悬架特性仿真所需参数见表6-10-1。

表6-10-1 汽车被动悬架特性仿真所需参数

悬挂质量/kg	非悬挂质量/kg	悬架刚度/(N/m)	悬架阻尼系数/(N·s/m)
320	50	22000	1500
轮胎刚度/(N/m)	下截止频率/Hz	路面不平度系数	仿真时间/s
195000	0.07	5×10⁻⁶	10

三、实验步骤

1.建立汽车被动悬架特性数学模型

原理参考教材第六章实例10

2.建立车身垂直加速度、悬架动挠度和轮胎动载荷的传递函数

原理参考教材第六章实例10

3.绘制车身垂直加速度、悬架动挠度和轮胎动载荷时域特性曲线

根据汽车被动悬架特性数学模型，编写绘制车身垂直加速度、悬架动挠度和轮胎动载荷时域特性曲线的MWORKS程序如下。

ms = 320 # 车身质量
mw = 50 # 轮胎和车轮组质量
Ks = 22000 # 车身弹簧刚度
Cs = 1500 # 车身阻尼系数
Kw = 195000 # 轮胎和车轮组刚度
u = 16.67 # 车辆速度
f0 = 0.07 # 纵向力变化频率
Sq = 0.000005 # 功率谱密度
A = [0 1 0 -1
-Ks/ms -Cs/ms 0 Cs/ms
0 0 0 -1
Ks/mw Cs/mw Kw/mw -Cs/mw]; # 状态矩阵
B = [0 0 1 0]'; # 输入矩阵
C = [-Ks/ms -Cs/ms 0 Cs/ms
1 0 0 0
0 0 Kw 0]; # 输出矩阵
white_noise = 1 .- 2 * 1 * rand(1, 1000); # 生成白噪声信号
q = Array{Float64}(undef, 1001);
dq = Array{Float64}(undef, 1000);
for i = 1:1000
    q[1] = 0
    q[i+1] = 0.01 * (-2 * pi * f0 * q[i] + 2 * pi * (sqrt(Sq * u)) * white_noise[i]) + q[i]
    global dq = 100 .* diff(q)
end

x = Array{Float64}(undef, 4, 1001)
y = Array{Float64}(undef, 3, 1000)
for i = 1:1000
    x[:, 1] = [0; 0; 0; 0]
    sysc = ss(A, B, zeros(size(A)), zeros(size(B)))
    sysd = c2d(sysc, 0.01)
    G = sysd.A
    H = sysd.B
    x[:, i+1] = G * x[:, i] + H * dq[i]
    y[:, i] = C * x[:, i]
end

# 绘制输出结果的图形
figure(1);
t = 0:0.01:10;
plot(t, q);
xlabel("时间/s")
ylabel("路面位移/m")
figure(2);
t1 = 0.01:0.01:10;
plot(t1, y[1, :])
xlabel("时间/s")
ylabel("车身垂直加速度/(m/s²)")
figure(3);
t1 = 0.01:0.01:10;
plot(t1, y[2, :])
xlabel("时间/s")
ylabel("悬架动挠度/m")
figure(4);
t1 = 0.01:0.01:10;
plot(t1, y[3, :])
xlabel("时间/s")
ylabel("轮胎动载荷")

在MWORKS编辑器中输入这些程序，点击运行按钮，就会得到路面位移时域特性曲线(图6-10-2)、车身垂直加速度时域特性曲线(图6-10-3)、悬架动挠度时域特性曲线(图6-10-4)、胎动载荷时域特性曲线(图6-10-5)。可以看出，路面输入为随机信号时，被动悬架的车身垂直加速度、悬架动挠度、轮胎动载荷均为随机信号，而且均值接近为0。通过改变车速，可以求得不同车速下的被动悬架的车身垂直加速度、悬架动挠度、轮胎动载荷随时间的变化曲线。

图6-10-2 路面位移时域特性曲线

图6-10-3 车身垂直加速度时域特性曲线

图6-10-4 悬架动挠度时域特性曲线

图6-10-5 轮胎动载荷时域特性曲线