1、汽車(chē)電子類(lèi)課程設(shè)計(jì)（懸架仿真）（一）懸架簡(jiǎn)介懸架是車(chē)架（或承載式車(chē)身）與車(chē)橋（或車(chē)輪）之間一切傳力連接裝置的總稱，用以把 路面作用于車(chē)輪上的各種力和力矩傳遞到車(chē)架上，同時(shí)還起到緩和沖擊、吸收振動(dòng)、提高平 順性與乘坐舒適性的作用。懸架是汽車(chē)中的一個(gè)重要總成，它把車(chē)架與車(chē)輪彈性地聯(lián)系起來(lái)， 關(guān)系到汽車(chē)的多種使用性能。從外表上看，轎車(chē)懸架僅是由一些桿、筒以及彈簧組成，但千 萬(wàn)不要以為它很簡(jiǎn)單，相反轎車(chē)懸架是一個(gè)較難達(dá)到完美要求的汽車(chē)總成，這是因?yàn)閼壹芗?要滿足汽車(chē)的舒適性要求，又要滿足其操縱穩(wěn)定性的要求，而這兩方面又是互相對(duì)立的。比 如，為了取得良好的舒適性，需要大大緩沖汽車(chē)的震動(dòng)，這樣彈簧就要設(shè)計(jì)

2、得軟些，但彈簧 軟了卻容易使汽車(chē)發(fā)生剎車(chē)“點(diǎn)頭”、加速“抬頭”以及左右側(cè)傾嚴(yán)重的不良傾向，不利于汽車(chē) 的轉(zhuǎn)向，容易導(dǎo)致汽車(chē)操縱不穩(wěn)定等。（二）懸架的結(jié)構(gòu)與工作原理典型的懸架結(jié)構(gòu)由彈性元件、導(dǎo)向機(jī)構(gòu)以及減震器等組成，如圖1所示，個(gè)別結(jié)構(gòu)則還 有緩沖塊、橫向穩(wěn)定桿等。彈性元件又有鋼板彈簧、空氣彈簧、螺旋彈簧以及扭桿彈簧等形 式，而現(xiàn)代轎車(chē)懸架多采用螺旋彈簧和扭桿彈簧，個(gè)別高級(jí)轎車(chē)則使用空氣彈簧。（圖1典型結(jié)構(gòu)的懸架示意圖）（1）減振器功能：減振器是產(chǎn)生阻尼力的主要元件，其作用是迅速衰減汽車(chē)的振動(dòng)，改善汽車(chē)的行 駛平順性，增強(qiáng)車(chē)輪和地面的附著力。另外，減振器能夠降低車(chē)身部分的動(dòng)載荷，延長(zhǎng)汽車(chē) 的使用

3、壽命。目前在汽車(chē)上廣泛使用的減振器主要是筒式液力減振器，其結(jié)構(gòu)可分為雙筒式、 單筒充氣式和雙筒充氣式三種。原理：在車(chē)輪上下跳過(guò)程中，減振器活塞在工作腔內(nèi)往復(fù)運(yùn)動(dòng)，使減振器液體通過(guò)活塞 上的節(jié)流孔，由于液體有一定的粘性和液體通過(guò)節(jié)流孔時(shí)與孔壁間產(chǎn)生摩擦，使動(dòng)能轉(zhuǎn)化成 熱能散發(fā)到空氣中，從而達(dá)到衰減振動(dòng)功能。（2）彈性元件功能：支撐垂直載荷，緩和和抑止不平路面引起的振動(dòng)和沖擊.彈性元件主要有鋼板彈 簧、螺旋彈簧、扭桿彈簧、空氣彈簧和橡膠彈簧等。原理：用具有彈性較高材料制成的零件，在車(chē)輪受到大的沖擊時(shí)，動(dòng)能轉(zhuǎn)化為彈性勢(shì)能 儲(chǔ)存起來(lái)，在車(chē)輪下跳或回復(fù)原行駛狀態(tài)時(shí)釋放出來(lái)。（3）導(dǎo)向機(jī)構(gòu)導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的作用是

4、傳遞力和力矩，同時(shí)兼起導(dǎo)向作用。在汽車(chē)的行駛過(guò)程當(dāng)中，能夠控 制車(chē)輪的運(yùn)動(dòng)軌跡。（三）懸架與路面不平度的數(shù)學(xué)模型汽車(chē)是一個(gè)復(fù)雜的振動(dòng)系統(tǒng)，應(yīng)根據(jù)所分析的問(wèn)題進(jìn)行簡(jiǎn)化。通?？梢詫⑵?chē)振動(dòng)系統(tǒng) 簡(jiǎn)化為單質(zhì)量系統(tǒng)和雙質(zhì)量系統(tǒng)。在遠(yuǎn)離車(chē)輪部分固有頻率的較低激振頻率范圍，輪胎變形 很小，可忽略其彈性與車(chē)輪質(zhì)量，從而得到最簡(jiǎn)單的單質(zhì)量系統(tǒng)；當(dāng)汽車(chē)懸掛質(zhì)量分配系數(shù) 的數(shù)值接近1時(shí)，可認(rèn)為前后懸架系統(tǒng)的垂直振動(dòng)幾乎是獨(dú)立的，此時(shí)可以簡(jiǎn)化為車(chē)身與 車(chē)輪兩個(gè)自由度的雙質(zhì)量系統(tǒng)。因雙質(zhì)量系統(tǒng)除了能反映車(chē)身部分的動(dòng)態(tài)特性之外，還能反 映車(chē)輪部分在產(chǎn)生高頻共振時(shí)的動(dòng)態(tài)特性，更接近汽車(chē)懸掛系統(tǒng)的實(shí)際情況，因此一般將汽 車(chē)

5、振動(dòng)系統(tǒng)簡(jiǎn)化為雙質(zhì)量系統(tǒng)。圖2是被動(dòng)懸架車(chē)身與車(chē)輪兩自由度振動(dòng)系統(tǒng)模型簡(jiǎn)圖。 其中，m 2為懸掛質(zhì)量（車(chē)身質(zhì)量）；m1為非懸掛質(zhì)量（車(chē)輪質(zhì)量）；K為懸掛剛度；C為 阻尼器阻力系數(shù)；Kt為輪胎剛度.車(chē)輪與車(chē)身垂直位移坐標(biāo)為z 1、z 2，q為輸入的路面不 平度函數(shù)，坐標(biāo)原點(diǎn)選在各自的平衡位置，其微分方程為m? % + C G2 Z)+ K V 七)=0Tm z + CG z)+ K(z z )+ K (z q)= 01 11212t1（圖2懸架兩自由度振動(dòng)系統(tǒng)模型）(2)路面不平度模擬路面不平度隨機(jī)激勵(lì)時(shí)域模型的模擬方法很多，在此采用白噪聲法：戲)=-2 巧扁 0(，) + 2刀)機(jī) *)其中：

6、q( t)指路面位移；u指汽車(chē)前進(jìn)速度；w (t )指均值為零的高斯白噪聲；Gq(n0)指路面 不平度系數(shù)；f0指下截止頻率。(四)Matlab/Simulink仿真模型的建立根據(jù)以上建立的物理模型及微分方程，在Matlab/Simulink環(huán)境下建立仿真模型。圖3是通過(guò)微分方程組建立起來(lái)的懸架系統(tǒng)仿真模型。被動(dòng)懸架系統(tǒng)總體模型路面不平度發(fā)生模型Subsystem!Subsystem2（圖3被動(dòng)懸架系統(tǒng)仿真模型）（四）仿真結(jié)果輸出與分析選擇某汽車(chē)懸架參數(shù)值作為仿真參數(shù)，被動(dòng)懸架系統(tǒng)的參數(shù)為：m1=24kg、m 2=240kg、 K=9475N/m、K t=85270N/m、C=754N s/m

7、,汽車(chē)行駛車(chē)速取 u=20m/s。在 Matlab/simulink 環(huán)境中，更改路面不平度系數(shù)便可得到不同等級(jí)的路面模擬，以下均以B級(jí)路面的不平度 作為車(chē)輛振動(dòng)輸入。-2 012345678910仿真時(shí)間（圖4車(chē)身位移與路面不平度對(duì)比）（圖5車(chē)身加速度曲線）（圖6路面不平度加速度曲線）圖4為路面不平度車(chē)身位移的對(duì)比（圖中藍(lán)色線條為車(chē)身位移，紅色線條為路面不平 度），可以看出車(chē)身位移的變化曲線較路面不平度曲線有更為光滑的特點(diǎn)，說(shuō)明在路面不平 度的作用下，懸架有效的改善了路面輸入的頓挫感，使汽車(chē)的乘坐舒適性得到明顯的改善。 為了進(jìn)一步對(duì)比說(shuō)明，圖5所示是車(chē)身加速度曲線，圖6所示是路面不平度加速度曲線（即 當(dāng)車(chē)身與車(chē)輪之間剛性連接，沒(méi)有懸架時(shí)的車(chē)身加速度曲線），從圖中對(duì)比可以看出，有懸 架時(shí)，車(chē)身的最大加速度也低于0