matlab软件在汽车悬架系统的模拟与分析中的应用.doc

摘要汽车悬架系统是整个汽车中非常重要的一个环节，它性能的好坏直接影响到汽车的平顺性和安全性，而主动悬架系统能使汽车的乘坐舒适性以及操纵稳定性和安全性得到很大程度的提高，因此，主动悬架系统是现代汽车的一个发展方向。本文分别对汽车的被动悬架系统和主动悬架系统建立了双轴四自由度的模型，列出了这两种模型的状态方程，并结合现代控制理论中的线性调节器理论对主动悬架的控制原理进行了分析。本人在分析悬架系统工作特性的基础上使用了C语言对MATLAB软件进行了二次开发，开发出的这套软件它能对不同型号的被动悬架系统和主动悬架系统汽车进行模拟仿真，并进行分析，因此命名为SAS软件以下简称SAS。利用SAS软件对被、主动悬架进行了模拟分析，根据模拟的结果对被动悬架和主动悬架汽车的性能进行了对比分析，并对其平顺性进行了评价。关键词悬架、主动、被动、MATLAB模拟ABSTACTSUSPENSIONSYSTEMISONEOFTHEMOSTIMPORTANTPARTINTHEWHOLEAUTOMOBILESITSPERANCEINFLUENCESDIRECTLYONRIDECOMFORTANDSAFETYOFAUTOACTIVESUSPENSIONISABLETOIMPROVEGREATLYTHEPERANCESOFAUTOSUCHASRIDECOMFORT,SECURITYANDSTABILITYHENCEDEVELOPINGANDDESIGNINGTHEACTIVESUSPENSIONISTHEIMPORTANTDIRECTIONINTHEFUTUREINTHEPAPER,ISETUPTWOFOURFREEDOMMODELSABOUTPASSIVESUSPENSIONANDACTIVESUSPENSIONOFVEHICLES,ANDLISTTHEIRSTATESPACEEQUATIONSMOREOVER,IANALYZETHECONTROLLINGPRINCIPLEOFACTIVESUSPENSIONBYUSINGTHEMODERNCONTROLLINGTHEORYIDEVELOPASETOFSOFTWAREBASEDONTHEMATLABSOFTWAREBYUSINGCLANGUAGEACCORDINGTOSUSPENSIONPERANCEITSMAINFUNCTIONSARETOSIMULATETHEPASSIVESUSPENSIONANDACTIVESUSPENSIONABOUTVEHICLESWHOSECONSTRUCTIONPARAMETERSAREVARIABLEANDTHENANALYZETHESUSPENSIONSOICALLTHISSOFTWARESASSOFTWARESHORTFORSASUSINGSASSOFTWARE,ISIMULATETHEPASSIVESUSPENSIONANDACTIVESUSPENSIONACCORDINGTOTHERESULTAFTERSIMULATING,IANALYZEANDCOMPAREPERANCESOFTWOKINDSOFSUSPENSIONS,ANDFURTHERMOREUATETHERIDECOMFORTONVEHICLESKEYWORDSSUSPENSIONACTIVEPASSIVEMATLABSIMULATION第二章建立汽车悬架系统的状态方程22汽车被动悬架系统状态方程的建立根据上一节的分析，我们可以把汽车被动悬架系统简化为一个如图2所示的1/2车辆模型。在此模型中汽车系统有四个自由度，分别为汽车车身的垂直振动、车身的俯仰、汽车前后两个轮胎的垂直振动。图2汽车被动悬架系统1/2车辆模型图2中M,M分别代表簧载质量主要是车身质量和非簧载质量主要是车轮质量IB代表车身的转动惯量K。代表轮胎刚度A,B分别代表质心离前轴的距离和质心离后轴的距离KF,K，分别代表前悬架和后悬架的刚度CF,C，分别代表前悬架和后悬架的阻尼系数ZP,ZI,22,Z3,ZQ,Z，分别代表路面的位移、前轴的位移、车身在前轴的位移、后轴的位移、车身在后轴的位移和车身在质心处的位移。列出此系统的运动方程MZ1K0Z0一Z1一TFMZ3K0Z0一Z3一TRMZ5TFTR3TRBTFAIB04上式中TFKFZ1Z2CFZ1Z2TRKRZ3一Z4CRZ3一Z, 当Θ较小时Θ为车身俯仰角Z22Z5一AΘZ4Z5BΘ分别对以上两式求两次导，可得再合并化简得把35式代入4得把36式代入4得此系统的状态变量可选为X1Z1Z2X2Z0Z1X1Z3Z4X4Z0Z3X5Z1X6Z2X7Z3X8Z4X90令WZ0，则X1Z1一Z2X5X6X2WX5X3X7X8X4WX7X5K0X2/M一KFX1/MCFX5/MCFX6/MX6C1KFXLCLCFX5一CLCFX6C3KX3C3C5X7一C3CRX8X7K0X4/M一KRX3/MCRX7/MCRX8/MX8C3KFXLC3CFX5一C3CFX6C2KRX3C2CRX7一C2CRX8X9X8/ABX6/AB此系统的状态方程可写为XAXBW1式中X为91状态变量矩阵，的系统矩阵，B为91的输入矩阵其中B010100000A000011000000010000；000010000；000010000；KF/MK0/M00CF/MCF/M000；CRKF0C3KR0C1CFC1CFC3CRC3CR0；00KR/MK0/M00CR/MCR/M0；C3KF0C2KR0C3CF_C2CFC2CRC2CR0；000001/AB01/AB0我们评价汽车悬架的性能时主要是考虑它对汽车平顺性和操作稳定性的影响，而评价汽车这些性能时常常涉及一些主要参数为车身垂直振动加速度、悬架的变形、车身的俯仰角和轮胎的变形等，因此我们可以把这些参数指标作为汽车悬架系统的输出变量，即车身垂直振动加速度、前悬架的变形Z1Z2、前轮胎的变形Z0Z1、后悬架的变形Z3Z4、后轮胎的变形Z0Z3和车身的俯仰角Θ。因此输出方程为YCX2式中C表示输出矩阵CKF/M0KR/M0CF/MCF/MCR/MCR/M0；100000000；010000000；001000000；000100000；00000000123汽车主动悬架系统状态方程的建立由于主动悬架和被动悬架的区别在于前者除了具有弹性元件和减振器以外，它还在车身和车轴之间安装了一个由中央处理器控制的力发生器，它能按照中央处理器下达的指令上下运动分别对汽车的簧载质量和非簧载质量产生力的作用。主动悬架在其它结构方面和被动悬架大致相同，因而主动悬架可以参照被动悬架建立状态方程。汽车主动悬架系统的1/2车辆模型如图3所示，它的理论依据和前提条件可参照前面的论述。在这里就不一一赘述。图中UF和UR，分别表示在前轴处和在后轴处力发生器产生的控制力的大小，而图中M、M、IB、KO、A、B、KF、KR、CF、CR、Z0、Z1、Z2、Z3、Z4、Z5这些符号所表示的意义和上一节中对被动悬架所论述的是一致的。列出此系统的运动方程TRURKRZ3Z4CRZ3Z4图3汽车主动悬架系统1/2车辆模型YCXDU8式中C是69的输出矩阵，D