汽车电子类课程设计

汽车电子类课程设计（悬架仿真）（一）悬架简介悬架是车架（或承载式车身）与车桥（或车轮）之间一切传力连接装置的总称，用以把路面作用于车轮上的各种力和力矩传递到车架上，同时还起到缓和冲击、吸收振动、提高平顺性与乘坐舒适性的作用。悬架是汽车中的一个重要总成，它把车架与车轮弹性地联系起来，关系到汽车的多种使用性能。从外表上看，轿车悬架仅是由一些杆、筒以及弹簧组成，但千万不要以为它很简单，相反轿车悬架是一个较难达到完美要求的汽车总成，这是因为悬架既要满足汽车的舒适性要求，又要满足其操纵稳定性的要求，而这两方面又是互相对立的。比如，为了取得良好的舒适性，需要大大缓冲汽车的震动，这样弹簧就要设计得软些，但弹簧软了却容易使汽车发生刹车“点头”、加速“抬头”以及左右侧倾严重的不良倾向，不利于汽车的转向，容易导致汽车操纵不稳定等。（二）悬架的结构与工作原理典型的悬架结构由弹性元件、导向机构以及减震器等组成，如图1所示，个别结构则还有缓冲块、横向稳定杆等。弹性元件又有钢板弹簧、空气弹簧、螺旋弹簧以及扭杆弹簧等形式，而现代轿车悬架多采用螺旋弹簧和扭杆弹簧，个别高级轿车则使用空气弹簧。（图1典型结构的悬架示意图）（1）减振器功能：减振器是产生阻尼力的主要元件,其作用是迅速衰减汽车的振动，改善汽车的行驶平顺性，增强车轮和地面的附着力。另外，减振器能够降低车身部分的动载荷,延长汽车的使用寿命。目前在汽车上广泛使用的减振器主要是筒式液力减振器，其结构可分为双筒式、单筒充气式和双筒充气式三种。原理：在车轮上下跳过程中，减振器活塞在工作腔内往复运动，使减振器液体通过活塞上的节流孔，由于液体有一定的粘性和液体通过节流孔时与孔壁间产生摩擦，使动能转化成热能散发到空气中，从而达到衰减振动功能。（2）弹性元件功能：支撑垂直载荷，缓和和抑止不平路面引起的振动和冲击.弹性元件主要有钢板弹簧、螺旋弹簧、扭杆弹簧、空气弹簧和橡胶弹簧等。原理：用具有弹性较高材料制成的零件，在车轮受到大的冲击时，动能转化为弹性势能储存起来，在车轮下跳或回复原行驶状态时释放出来。（3）导向机构导向机构的作用是传递力和力矩，同时兼起导向作用。在汽车的行驶过程当中，能够控制车轮的运动轨迹。（三）悬架与路面不平度的数学模型汽车是一个复杂的振动系统，应根据所分析的问题进行简化。通常可以将汽车振动系统简化为单质量系统和双质量系统。在远离车轮部分固有频率的较低激振频率范围，轮胎变形很小，可忽略其弹性与车轮质量，从而得到最简单的单质量系统；当汽车悬挂质量分配系数的数值接近1时，可认为前后悬架系统的垂直振动几乎是独立的，此时可以简化为车身与车轮两个自由度的双质量系统。因双质量系统除了能反映车身部分的动态特性之外，还能反映车轮部分在产生高频共振时的动态特性，更接近汽车悬挂系统的实际情况，因此一般将汽车振动系统简化为双质量系统。图2是被动悬架车身与车轮两自由度振动系统模型简图。其中，m2为悬挂质量（车身质量）；m1为非悬挂质量（车轮质量）；K为悬挂刚度；C为阻尼器阻力系数；Kt为轮胎刚度.车轮与车身垂直位移坐标为z1、z2，q为输入的路面不平度函数，坐标原点选在各自的平衡位置，其微分方程为（图2悬架两自由度振动系统模型）（2）路面不平度模拟路面不平度随机激励时域模型的模拟方法很多，在此采用白噪声法：其中：q(t)指路面位移；u指汽车前进速度；w(t)指均值为零的高斯白噪声；Gq(n0)指路面不平度系数；f0指下截止频率。（四）Matlab/Simulink仿真模型的建立根据以上建立的物理模型及微分方程，在Matlab/Simulink环境下建立仿真模型。图3是通过微分方程组建立起来的悬架系统仿真模型。被动悬架系统总体模型路面不平度发生模型Subsystem1Subsystem2（图3被动悬架系统仿真模型）（四）仿真结果输出与分析选择某汽车悬架参数值作为仿真参数，被动悬架系统的参数为：m1=24kg、m2=240kg、K=9475N/m、Kt=85270N/m、C=754N·s/m，汽车行驶车速取u=20m/s。在Matlab/simulink环境中，更改路面不平度系数便可得到不同等级的路面模拟，以下均以B级路面的不平度作为车辆振动输入。仿真时间车身位移与路面不平度仿真时间车身位移与路面不平度（图4车身位移与路面不平度对比）（图5车身加速度曲线）（图6路面不平度加速度曲线）图4为路面不平度车身位移的对比（图中蓝色线条为车身位移，红色线条为路面不平度），可以看出车身位移的变化曲线较路面不平度曲线有更为光滑的特点，说明在路面不平度的作用下，悬架有效的改善了路面输入的顿挫感，使汽车的乘坐舒适性得到明显的改善。为了进一步对比说明，图5所示是车身加速度曲线，图6所示是路面不平度加速度曲线（即当车身与车轮之间刚性连接，没有悬架时的车身加速度曲线），从图中对比可以看出，有悬架时，车身的最大加速度