基于malab的汽車振動建模與仿真

基于malab的汽車振動建模與仿真

1汽車零部件的疲勞壽命汽車振動是影響汽車性能的重要因素。這一振動嚴(yán)重影響了汽車的平滑度、轉(zhuǎn)向穩(wěn)定性和汽車部件的勞動性。此外,嚴(yán)重的汽車振動還會影響汽車的駕駛速度同時產(chǎn)生噪聲,因此研究車輛振動同時將它盡可能的降到最低,將是一項意義深遠(yuǎn)的任務(wù)。本文主要針對汽車四自由度振動模型中對系統(tǒng)固有頻率和自由振動各階主振型的建模與仿真分析。2車輛動力學(xué)研究的必要性汽車是一個復(fù)雜的振動系統(tǒng),在實際工程應(yīng)用中,所建立的汽車數(shù)學(xué)模型考慮的因素越多,模型精確度越高。當(dāng)然,隨著計算機(jī)技術(shù)的長足進(jìn)步,以及多體系系統(tǒng)動力學(xué)這一學(xué)科的成熟,汽車模型的自由度越來越多,其仿真結(jié)果就越精確。但我們也不得不認(rèn)識到在車輛動力學(xué)研究的局限性以及設(shè)備的條件限制,因此需要根據(jù)分析問題的實際情況對其進(jìn)行必要的簡化。本文提出當(dāng)汽車對稱其縱軸線時,由于車身的平順性影響最大的是其垂直振動和俯仰振動,因此可將其簡化為四自由度的平面模型。3自由度振動模型當(dāng)汽車行駛在較差的路面上,俯仰振動相當(dāng)劇烈,若必須考慮到汽車縱向角振動時對車身的激振影響必須至少將汽車振動系看作如圖1所示的四自由度振動模型。3.1自由度系統(tǒng)模型由此,以汽車垂直方向的位移和車身俯仰角的變量,根據(jù)牛頓定律建立起四自由度系統(tǒng)模型。結(jié)合以上各式的特點可將其建立以矩陣的形式的模型,即3.2參數(shù)解釋C:車輛的阻尼矩陣;M:車輛的質(zhì)量矩陣;K:車輛的剛度矩陣;Z:對應(yīng)與車輛各自由度的位移向量;Q:路面輸入向量;k3.3固有頻率和自由振動各階主振型求解傳遞函數(shù)是經(jīng)典控制理論中對線性系統(tǒng)進(jìn)行研究、分析與綜合的基本數(shù)學(xué)工具。通過對標(biāo)準(zhǔn)形式的Laplsce變換,可將其化為代數(shù)方程。在外界的作用輸入作用下,輸入、輸出的初始條件為零時,線性定常系統(tǒng)、環(huán)節(jié)或元件的輸出拉普拉斯變換X針對此四自由度汽車振動模型其主要特點是其左端階數(shù)及各項系數(shù)只取決于系統(tǒng)本身的與外界無關(guān)的固有特性,右端階數(shù)及各項系數(shù)取決于系統(tǒng)與外界之間的關(guān)系,因此,傳遞函數(shù)的分母與分子分別反映系統(tǒng)本身與外界無關(guān)的固有特性和系統(tǒng)同外界之間的關(guān)系。為了求解系統(tǒng)的固有頻率和自由振動各階主振型,以某車的參考數(shù)據(jù)如表1為例。調(diào)用matlab中[Q,d]=eig(inv(M)·K)函數(shù)便可對其進(jìn)行求解,其中生成的矩陣Q各列主列為其主振型,d對角線元素為固有頻率。根據(jù)求出的頻率響應(yīng)的表達(dá)式,從而可以求出頻率響應(yīng)曲線如圖2-圖4。其中圖2代表的是車身垂直振動頻率響應(yīng)曲線圖,圖3代表的是車身俯仰振動頻率響應(yīng)曲線圖,圖4代表的是后軸振動頻率響應(yīng)曲線圖。4影響因素分析根據(jù)圖2中汽車垂直振動的頻率響應(yīng)曲線受前車輪影響更大,同時圖3中汽車的俯仰振動頻率響應(yīng)受后車輪的影響更大,圖4表示的是前輪振動對汽車的頻率響應(yīng)有更大的影響。但僅僅是由此得出結(jié)論表明汽車垂直振動受汽車前輪的影響較大,俯仰振動受后輪的影響較大,以及前后軸的振動頻率響應(yīng)受前輪的影響更大是不全面也是不充分的。并且這種特性也不是一直存在的,在圖2、圖3中f<10的范圍內(nèi)滿足上述規(guī)律,而在f>10后兩者的影響效果大致相同;圖4中反映了在不同的頻率范圍內(nèi)前后輪對后軸的頻率響應(yīng)的主要影響因素變化。因此考慮到不同參數(shù)如前懸剛度、阻尼、后懸剛度以及輪胎的剛度等的變化對汽車系統(tǒng)頻率響應(yīng)的影響特性,從而對比得出更有力的結(jié)論。考慮到在不同參數(shù)情況下系統(tǒng)的頻率響應(yīng)函數(shù)變化情況:其中圖5代表的是不同參數(shù)下車身垂直振動頻率響應(yīng)曲線圖,圖6代表的是不同參數(shù)下車身俯仰振動頻率響應(yīng)曲線圖,圖7代表的是不同參數(shù)下后軸振動頻率響應(yīng)曲線圖。從圖5、圖6與圖7中整體上可以看出不同參數(shù)的變化僅對頻率響應(yīng)函數(shù)曲線有影響,但總體趨勢與上述結(jié)論一致;同時可以看出合理的參數(shù)調(diào)整對汽車垂直振動以及俯仰振動和車身前后軸響應(yīng)有一定的提高,從而合理的驗證了最初的結(jié)論。5汽車前后輪對車載的影響從研究汽車最初問題出發(fā),通過對多自由度汽車振動簡化成四自由度振動模型研究。利用了MATLAB進(jìn)行程序編寫與仿