基于simulink的汽车底盘减震系统建模分析

1、基于siimullinkk的汽车车底盘减震震系统建建模分析析姓名：张张勇杰学号：SSA10015770188指导老师师：张世世武汽车减震震系统的的基本目目的就是是提供一一个平稳稳的驾驶驶，其主主要包括括弹簧和和减震器器两部分分。在经经过不平平路面时时，吸震震弹簧可可以过滤滤路面的的震动，但弹簧簧自身会会有往复复运动，而减震震器主要要用来抑抑制弹簧簧吸震后后反弹时时的震荡荡及来自自路面的的冲击。减震器器太软，车身就就会上下下跳跃，减震器器太硬就就会带来来太大的的阻力，妨碍弹弹簧的正正常工作作。因而而在汽车车减震系系统的设设计中，一般硬硬的减震震器与弹弹性系数数大的弹弹簧匹配配，软的的减震器器则与

2、弹弹性系数数小的弹弹簧匹配配，而弹弹性系数数则由车车身质量量来确定定。在本文中中，汽车车减震系系统可以以简化为为一个弹弹性系数数为k的弹簧簧和一个个黏度系系数为vv的黏性性减震器器。减震震系统的的基本目目的就死死要提供供一个平平稳的驾驾驶，而而且要在在通过和和不让通通过的频频率之间间没有明明显的界界限。因因此系统统的设计计应具有有渐渐过过渡的特特性，这这样的设设计才比比较合理理。在系系统的建建模中，不平的的路面可可以用阶阶跃信号号来模拟拟。如果果该减震震系统的的阶跃响响应呈现现比较大大的持续续的震荡荡，那么么在路面面上的一一个凸缘缘（相当当于阶跃跃信号）将会形形成不舒舒适的驾驾驶感。1减震震系

3、统数数学模型型的建立立汽车减震震系统的的示意图图如图11所示。图1 汽汽车减震震系统示示意图其中，xx(t)为车轮轮相对于于水平路路面行驶驶时的位位移，yy(t)为汽车车底盘相相对于水水平路面面行驶时时的位移移。且有有t=0时，汽车于于水平路路面上行行驶，处处于平衡衡状态，有x(t)=y(tt)=00。当x(tt)0时，车身身的平衡衡状态被被打破。对该系统统进行受受力分析析，汽车车底盘运运动的微微分方程程为：其中，mm是汽车车底盘的的质量，k和b为分别别与弹簧簧和减震震器有关关的系数数。系统统的传递递函数为为：其中，。称为无无阻尼自自然频率率，称为为阻尼系系数。2使用用simmuliink对对

4、系统进进行建模模（1）在在simmuliink的的工作空空间中键键入siimullinkk3后按按回车键键，用户户桌面上上就显示示出siimullinkk的BLOOCKLLibrraryy的窗口口，窗口口中包括括Souurcee、Sinnks、Conntinnuouus等模模块库。（2）打打开在SSourrce模模块库，在其中中找到SStepp信号图图标和Cloock图图标，分别用鼠鼠标拖曳曳至新建建的siimullinkk模型工工作空间间。（3）打打开Coontiinuoous模模块库，在其中中找到TTrannsfeer FFcn图图标，并并用鼠标标拖曳至至模型工工作空间间。双击击图标，出现

5、传传递函数数编辑框框，将分分子改为为2*koss*wnn wnn2，分母母改为12*koss*wnn wnn2即可。（4）打打开Siinkss模块库库，找到到To Worrksppacee图标，将其拖拖曳到模模型工作作空间，并复制制两个。双击图图标，分分别将其其变量名名命名为为x、y、t。（5）将将各图标标用信号号线连接接起来，如图22所示。图2 系系统siimullinkk模型图图模型中，x为阶跃跃信号的的纵坐标标值，yy为阶跃跃响应信信号的纵纵坐标值值，t为时间间信号值值。x、y、t都将通通过Too Woorksspacce被送送到maatlaab工作作空间。在模型型中，点点击Simmul

6、aatioon下拉拉菜单中中的Coonfiigurratiion Parrameeterrs对仿仿真参数数进行设设置。将将步长类类型改为为固定步步长，并并设置步步长为00.011。3模型型仿真以及及仿真结结果分析析3.1 黏度系系数对减减震特性性的影响响设，。编编写maatlaab程序序对模型型文件进进行调用用仿真，并绘出出阶跃响响应曲线线和boode图图。程序序如下：wn=66figuure(1);for koss=0.1:00.1:1 simm(jjiannzheen); ploot(tt,y); holld oonendkos=2;sim(jiianzzhenn);plott(t,y);

7、figuure(2);for koss=0.1:00.1:1 A P WW=bbodee(22*wnn*koos wwn22,1 22*wnn*koos wwn22); marrginn(A,P,WW); holld oonendkos=2;A PP W=boode(2*wn*koss wnn2,11 2*wn*koss wnn2);marggin(A,PP,W);运行程序序，得出出阶跃响响应曲线线和boode图图分别如如图3和图4所示。图3 汽汽车减震震系统的的单位阶阶跃响应应曲线（对应不不同的黏黏度系数数）图4 汽汽车减震震系统的的bodde图（对应应不同的的黏度系系数）通过对两两图分析析

8、，可以以总结出出该系统统的一些些性质：从图33可以看看出该系系统分为为：（1）临界界阻尼响响应（=1），其具有有最短的的上升时时间，响响应速度度最快；（2）欠阻阻尼响应应（01），阻尼尼系数越越小，超超调量越越大，上上升越快快。（33）过阻阻尼响应应（1），其其响应形形式与临临界阻尼尼响应类类似，但但越大，反应变变得比较较迟钝。从图44可以看看出，当当时，频频率响应应的幅度度最大。该系统基基本上是是通过自自然频率率来控制制的，我我们总是是希望越越大越好好，且的的值越大大，作为为t的函数数h(tt)和s(tt)在时时间上更更为压缩缩，并且且震荡频频率更高高，这样样系统的的上升时时间短。若自然然频

9、率较较低时，减震系系统趋于于滤掉较较慢的变变化，从从而提供供一个平平稳的驾驾驶。但但从图33中看出出系统的的上升时时间却增增加了，系统将将变得反反应迟钝钝。从图图3和图4可以看看出，随随着阻尼尼系数的的减小，系统频频率响应应截止的的更陡一一些，过过冲和震震荡趋于于增加，则说明明需要在在时域和和频域之之间求得得折中，也就是是说系统统频率与与的取值值有关。通常取取=0.400.8为为宜，一一般取00.7。这时超超调量合合适，调调节时间间较短。从而可可以获得得一个较较平稳的的驾驶感感。3.2 弹性系系数对减减震特性性的影响响设，。编编写maatlaab程序序对模型型文件进进行调用用仿真，并绘出出阶跃

10、响响应曲线线和boode图图。程序序如下：kos=0.77figuure(1);for wn=1:11:100 simm(jjiannzheen); ploot(tt,y); holld oonendfiguure(2);for wn=1:11:100 A P WW=bbodee(22*wnn*koos wwn22,1 22*wnn*koos wwn22); marrginn(A,P,WW); holld oonend运行程序序，得出出阶跃响响应曲线线和boode图图分别如如图5和图6所示。图5 汽汽车减震震系统的的单位阶阶跃响应应曲线（对应不不同的弹弹性系数数）图6 汽汽车减震震系统的的bodde图（对应不不同的弹弹性系数数）由图5可可以看出出，弹性性系数kk越小，系统统的反应应越迟钝钝，但k太大，自然频频率较高高，减震震系统区区域滤掉掉较快的的变化，从而使使驾驶不不平稳。故可以以取一个个折中，一般可可取k=36mm，即。4结论论本文运用用simmulii