(2021年整理)汽車2自由度和7自由度動(dòng)力學(xué)建模仿真

1、汽車2自由度和7自由度動(dòng)力學(xué)建模仿真汽車2自由度和7自由度動(dòng)力學(xué)建模仿真編輯整理:尊敬的讀者朋友們：這里是精品文檔編輯中心，本文檔內(nèi)容是由我和我的同事精心編輯整理后發(fā)布的，發(fā)布之前我們對(duì)文中內(nèi)容進(jìn)行仔細(xì)校對(duì)，但是難免會(huì)有疏漏的地方，但是任然希望（汽車2自由度和7自由度動(dòng)力學(xué)建模仿真）的內(nèi)容能夠給您的工作和學(xué)習(xí)帶來(lái)便利。同時(shí)也真誠(chéng)的希望收到您的建議和反饋，這將是我們進(jìn)步的源泉，前進(jìn)的動(dòng)力。本文可編輯可修改，如果覺(jué)得對(duì)您有幫助請(qǐng)收藏以便隨時(shí)查閱，最后祝您生活愉快業(yè)績(jī)進(jìn)步，以下為汽車2自由度和7自由度動(dòng)力學(xué)建模仿真的全部?jī)?nèi)容。汽車2自由度和7自由度動(dòng)力學(xué)建模仿真1路面模型的建立在分析主動(dòng)懸架控制過(guò)程

2、時(shí)，路面輸入是一個(gè)不可忽略的重要因素本文利用白噪聲信號(hào)為路面輸入激勵(lì)，x(t)=一2時(shí)x(t)+2兀、GUw(t)g0gV00其中，f為下截止頻率，Hz；G為路面不平度系數(shù),rw/cycle；U為前進(jìn)車速,m/sec；000W為均值為零的隨機(jī)輸入單位白噪聲。上式表明，路面位移可以表示為一隨機(jī)濾波白噪聲信號(hào)。這種表示方式來(lái)源于試驗(yàn)所測(cè)得的路面不平度功率譜密度(PSD)曲線的形狀我們可以將路面輸入以狀態(tài)方程的形式加到模型中：X=AX+FW|roadroadroadY=CXroadroadX二x,A=-2nf,B二2n,：GU,C二1；D=0;考慮路面為普通路面，路面不平roadgroad0road

3、00road系數(shù)G=5e-6m3/cycle；車速U=20m/s;建模中，路面隨機(jī)白噪聲可以用隨機(jī)數(shù)產(chǎn)生00(RandomNumber)或者有限帶寬白噪聲(BandLimitedWhiteNoise)來(lái)生成.本文運(yùn)用帶寬白噪聲生成，運(yùn)用MATLAB/simulink建立仿真模型如下：&Bind丄imrte-dWhitsNotsek=Ax+Buy=Cx-+DuState-Space圖1路面模型2汽車2自由度系統(tǒng)建模踣而輸入耳汽車2自由度和7自由度動(dòng)力學(xué)建模仿真圖2汽車2自由度系統(tǒng)模型根據(jù)圖2所示,汽車2自由度系統(tǒng)模型,首先建立運(yùn)動(dòng)微分方程mx=K(xx)C(xx)2bbsbwsbwTOC o 1

4、-5 h zmx=K(xx)+K(xx)+C(xx)wwtwgsbwsbw整理得：.C了CKKx=xb+x+x+xbmmwmbmb2bbbb.CCKKKKx=sx+sx+sx+sAx+1xwmbmbmbmbmgwwwww式中：C為懸架阻尼，K為懸架剛度，K為輪胎剛度，m為車身質(zhì)量，m為車輪質(zhì)sstbwx、x分別為車身位移、速度、bb量，x、b速度,x為路面輸入。g選取狀態(tài)變量和輸入向量為：加速度，x、wx、x分別為車輪位移、速度、加wwX=lxxbwxxbw則可將系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方程及路面激勵(lì)寫成狀態(tài)空間矩陣形式，即：X二AX+BU其中，A為狀態(tài)矩陣，B為輸入矩陣，其值如下:ss0wKsmKbKssm

5、0w0Ktm0w0將車身加速度、輪胎動(dòng)變形、懸架動(dòng)行程作為性能指標(biāo)，即：Y=xxxxxtbwgbw將性能指標(biāo)項(xiàng)寫為狀態(tài)變量以及輸入信號(hào)的線性組合形式,即Y=CX+DU其中：一CsCsKsmmmbbbC=000001Ks1-0-mbD=-110-1運(yùn)用MATLAB/simulink建立仿真模型如下State-SpaceState-SpaceiB-ADIDBand-LimitedWhiteMoise圖3汽車2自由度simulink模型3汽車7自由度系統(tǒng)建模圖4汽車7自由度系統(tǒng)模型根據(jù)圖2所示，汽車2自由度系統(tǒng)模型，首先建立運(yùn)動(dòng)微分方程:（1）（1）汽車2自由度和7自由度動(dòng)力學(xué)建模仿真在俯仰角9b和

6、側(cè)傾角*較小時(shí)，車身四個(gè)端點(diǎn)處的垂向位移有如下關(guān)系:z=z-a0+B*bAbb2fz=z-a0-B*bBbb2fzbC=z+b0+丄B*bb2rzbD=z+b0-B*bb2r（2（3）（4）因此，車身質(zhì)心處的垂向運(yùn)動(dòng)方程為:(5)mz=C(z-z)+k(z-z)+C(z-z)+k(z-z)bbsAwAbAsAwAbAsBwBbBsBwBbB+C(z-z)+k(z-z)+C(z-z)+k(z-z)sCwCbCsCwCbCsDwDbDsDwDbD車身俯仰運(yùn)動(dòng)方程為:I6=bC(z-z)+k(z-z)+C(z-z)+k(z-z)pbsCwCbCsCwCbCsDwDbDsDwDbD-aC(z-z)+k

7、(z-z)+C(z-z)+k(z-z)sAwAbAsAwAbAsBwBbBsBwBbB車身側(cè)傾運(yùn)動(dòng)方程為：BI*=C(z-z)+k(z-z)-C(z-z)-k(z-z)frsAwAbAsAwAbAsBwBbBsBwBbB2B+C(z-z)+k(z-z)-C(z-z)-k(z-z)rsCwCbCsCwCbCsDwDbDsDwDbD2四個(gè)非簧載質(zhì)量的垂向運(yùn)動(dòng)方程分別為：TOC o 1-5 h zmz=k(z-z)+k(z-z)+C(z-z)(8)wAwAtAgAwAsAbAwAsAbAwAmz=k(z-z)+k(z-z)+C(z-z)(9)wBwBtBgBwBsBbBwBsBbBwBmz=k(z-

8、z)+k(z-z)+C(z-z)(10)wCwCtCgCwCsCbCwCsCbCwCmz=k(z-z)+k(z-z)+C(z-z)(11)wDwDtDgDwDsDbDwDsDbDwD以上（5）（11）七個(gè)微分方程代表了七自由度整車動(dòng)力學(xué)模型。取z、6、*、bbz、z、z和z為狀態(tài)變量建立形如MX+CX+KX=KZ的微分矩陣方程，得：wAwBwCwDtgmzbb1+(C+C+C+C)z+(-aC-aC+bC+bC)6+-(BC-BC+BC-BC)*sAsBsCsDbsAsBsCsDb2fsAfsBrsCrsD-Cz-Cz-Cz-CzsAwAsBwBsCwCsDwD+(K+K+K+K)z+(-aK

9、-aK+bK+bK)6+丄(BK-BK+BK-BK)*sAsBsCsDbsAsBsCsDb2fsAfsBrsCrsD-Kz-Kz-Kz-Kz=0sAwAsBwBsCwCsDwD汽車2自由度和7自由度動(dòng)力學(xué)建模仿真汽車2自由度和7自由度動(dòng)力學(xué)建模仿真Ipb+(aCaC+bC+bC)z+(a2C+a2C+b2C+b2C)0TOC o 1-5 h zsAsBsCsDbsAsBsCsDb1+-(aBC+aBC+bBCbBC)(|)+aCz+aCzbCzbCz2fsAfsBrsCrsDsAwAsBwBsCwCsDwD+(aKaK+bK+bK)z+(a2K+a2K+b2K+b2K)0sAsBsCsDbsA

10、sBsCsDb+-(aBK+aBK+bBKbBK)(+aKz+aKzbKzbKz=02fsAfsBrsCrsDsAwAsBwBsCwCsDwDI()r-+-(BCBC+BCBC)z+-(aBC+aBC+bBCbBC)014)2fsAfsBrsCrsDb2fsAfsBrsCrsDb-BCBCBCBC+(B2C+B2C+B2C+B2C)(fzhfzr_zhr_z4fsAfsBrsCrsD2wA2wB2wC2wD+-(BKBK+BKBK)z+-(aBK+aBK+bBKbBK)0BKBKrsCz+1sDz=02wC2wD2fsAfsBrsCrsDb2fsAfsBrsCrsDb+-(B2K+B2K+B2

11、K+B2K)(Bz+BfBz4fsAfsBrsCrsD2wA2wBmwBmwCmwD)Cz+aC0BfCsA(+CzKz+aK0m)z)wAwAsAbsAb-Cz+aC0+BfCsB(+Cz-Kz+aK2sBwBsBbwBsBbsBbsBwCCz)bC0)sCbsCbsAwAsAbsAb20+BB(+(K+K)z2sBtBwBsBbBC(+Cz-Kz-bK0-BK7SC2sCwCsCbsCb了sC(+(K+K)z2sCtCwCBCBK:CzbC0+-r-sD(+CzKzbK0+-t-sd(+(K+K)zwDsDbsDb2sDwDsDbsDb2sDtDwD-a(+(K+K)ztAwAKztBgB

12、KztCgC=KztDgDsA16)17)18)=KztAgA15)取微分方程(12)(18)的各項(xiàng)系數(shù),得到質(zhì)量矩陣m、阻尼矩陣c、剛度矩陣K和輸入矩陣K：tmL,000000_b0Ip0000000I000000r0mwA0000000mwB0000000mwC0000000mwDM_0000一00000000K=K000ttA0K000tB0K000tC0KtDC+C+C+CaCaC+bC+bCsAsBsCsDsAsBsCsDaCaC+bC+bCa2C+a2C+b2C+b2CsAsBsCsDsAsBsCsD-(BCBC+BCBC)(aBC+aBC+bBCbBC)2fsAfsBrsCrsD

13、2fsAfsBrsCrsDCaCsAsACaCsBsBCbCsCsCCbCsDsD-(BCBC+BCBC)CCCC2fsAfsBrsCrsDsAsBsCsD(aBC+aBC+bBCbBC)aCaCbCbC2fsAfsBrsCrsDsAsBsCsDBCBCBCBC-(B2C+B2C+B2C+B2C)fsBrsCrsD4fsAfsBrsCrsD2222BCC0002sABCfsB0C002sBBCrsC00C02sCBCrsD-000C2sDK+K+K+KaKaK+bK+bKsAsBsCsDsAsBsCsDaKaK+bK+bKa2K+a2K+b2K+b2KsAsBsCsDsAsBsCsD(BKBK

14、+BKBK)-(aBK+aBK+bBKbBK)2fsAfsBrsCrsD2fsAfsBrsCrsDKaKsAsAKaKsBsBKbKsCsCKbKsDsD-(BKBK+BKBK)KKKK2fsAfsBrsCrsDsAsBsCsD-(aBK+aBK+bBKbBK)aKaKbKbK2fsAfsBrsCrsDsAsBsCsDBKBKBKBK-(B2K+B2K+B2K+B2K)ffsBrsCrsD4fsAfsBrsCrsD2222BKfSAK+K0002sAtABKfsB0K+K002sBtBBKrsC00K+K02sCtCBKrsD000K+KC=K=2sDtD微分方程中,下標(biāo)A、B、C、D分別表示左前、右