毕业设计（论文）-基于MATLAB的车辆悬挂系统研究

1、1目录绪论41.1选题背景41.2课题研究意义51.3发展概况61.4课题主要研究内容7第二章 汽车悬挂系统概述82.1.1 汽车悬挂系统的组成与功能82.1.2汽车悬挂系统的类型92.2汽车悬架系统物理模型的建立92.2.1汽车被动悬架动力学模型102.2.2 汽车半主动悬架的动力学模型11第三章 汽车悬架系统在MATLAB中的建模与仿真133.1.1 MATLAB软件的功能特点133.1.2汽车半主动悬架系统在MATLAB中的建模与仿真分析153.2汽车悬架系统在Simulink中的建模与仿真分析173.2.1悬架系统动态模型的建立173.2.2悬架系统仿真模型的建立183.2.3悬架系统的仿真分析203.3本章小结23第四章 总结与展望234.1结论234.2进一步研究的展望24致谢25参考文献26基MATLAB的车辆悬挂系统研究学生：指导老师： 教学单位：三峡大学机械与动力学院摘要：汽车的悬挂系统功能是支持车身车架，改善乘客乘坐感觉，由车身与轮胎间的减震器组成整个支持系统。悬挂系统综合多种力，能传递载荷、缓和冲击，衰减振动决定轿车行驶的稳定性、舒适性和安全性。汽车的悬挂系统根据

2、不同的控制形式，可以分为被动式悬架、主动式悬架。传统悬架也就是被动式悬架由于系统参数固定，在行驶过程中不能对弹簧高度、刚度、阻尼等进行调节，其避振效果差，不能及时调整车身位置。而主动式悬架是近十几年来发展起来的，由电脑控制的一种新型悬架，它能根据路面情况的不同，在车轮与车身之间及时主动的产生悬架控制力，以此来抑制车身的振动，使其处在最优减震状态。可以说，主动式悬架是未来汽车悬架发展的主流。本论文就针对主动式悬架进行在MATLAB中的建模、仿真研究。本论文首先会从控制理论的角度分析悬挂系统，以四分之一车体为研究对象，并建立起物理模型与数学模型，研究其悬架参数。在此基础上，继而对主动悬挂系统的控制策略进行研究，并利用MATLAB强大的数值分析功能, 建立二自由度车辆振动系统模型。进行数值仿真, 并对仿真结果进行研究。最终得到较优异的控制方法。关键词:MATLAB 车辆悬挂系统 动力学仿真 主动悬挂Abstract：The cars suspension system function is to support the body frame, to improve the passenge

3、r ride feeling, from the body and the tire of the shock absorber to form the entire support system. Suspension system integrated multiple forces, can transfer load, ease the impact, damping vibration determines the stability of the car ride, comfort and safety. Automobile suspension system can be divided into passive suspension, active suspension system according to different control forms. Passive suspension is the passive suspension because of the system parameters, in the running process can

4、not be on the spring height, stiffness, damping and other adjustments, the vibration effect is poor, can not adjust the body position.And the active suspension is developed in recent years, a new type of suspension by the computer control. It can be based on the different road conditions, the wheel and the vehicle body in a timely manner to produce the suspension control force, in order to suppress the vibration of the body, so that it is in the optimal state of shock absorption.It can be said t

5、hat the active suspension is the future development of the mainstream car suspension. In this thesis, the modeling and Simulation of active suspension in MATLAB is studied.In this paper, the suspension system is analyzed from the angle of control theory, taking the 1/4 car body as the research object, and the physical model and mathematical model are established to study the suspension parameters.On this basis, the control strategy of the active suspension system is studied, and a two degree of

6、freedom vehicle vibration system model is established by using the powerful numerical analysis function of MATLAB. Numerical simulation is carried out, and the simulation results are studied. Finally, the superior control method is obtained.绪论1.1选题背景舒适性是轿车最重要的使用性能之一。舒适性与车身的固有振动特性有关，而车身的固有振动特性又与悬架的特性相关。所以，汽车悬架是保证乘坐舒适性的重要部件。同时，汽车悬架做为车架与车轴车轮之间作连接的传力机件，又是保证汽车行驶安全的重要部件。因此，汽车悬架往往列为重要部件编入轿车的技术规格表，作为衡量轿车质量的指标之一。 汽车车架若直接安装于车轮上，由于道路不平，地面冲击使货物和人会感到十分不舒服，这是因为没有悬架装置的原因。汽车悬架是车架与车轮之间的弹性联结装置的统称。它的作用是弹性地连接车桥和车架，

7、缓和行驶中车辆受到的冲击力。保证货物完好和人员舒适；衰减由于弹性系统引进的振动，使汽车行驶中保持稳定的姿势，改善操纵稳定性；同时悬架系统承担着传递垂直反力，纵向反力和侧向反力以及这些力所造成的力矩作用到车架上，以保证汽车行驶平顺；并且当车轮相对车架跳动时，特别在转向时，车轮运动轨迹要符合一定的要求，因此悬架还起使车轮按一定轨迹相对车身跳动的导向作用。 悬架结构形式和性能参数的选择合理与否，直接对汽车行驶平顺性、操纵稳定性和舒适性安全性有很大的影响。由此可见悬架系统在现代汽车上是重要的总成之一。由于现今人们对汽车行驶的舒适性、稳定性、安全性功能的需求，汽车的主动悬挂系统必然是今后世界汽车发展的趋势。根据在路面条件的变化下，悬架刚度、阻尼是否会随之变化。汽车的悬挂系统可以分为被动式悬架、主动式悬架。悬挂系统由弹性原件、减震原件、和导向原件组成。悬挂系统工作时，减振原件需要快速反应，衰减振动。车体的位置变化需要符合一定要求。导向机构在传递力的同时，对方向还应有一定的控制。对这种悬挂系统分析主要应用的是MATLAB软件。MATLAB是美国Mathworks公司出品的商业数学软件，用于算法开发、

8、数据可视化、数据分析以及数值计算的高级技术计算语言和交互式环境，主要包括MATLAB和Simulink两大部分。它将数值分析、矩阵计算、科学数据可视化以及非线性动态系统的建模和仿真等诸多强大功能集成在一个易于使用的视窗环境中，为科学研究、工程设计以及必须进行有效数值计算的众多科学领域提供了一种全面的解决方案。本课题主要应用MATLAB强大的仿真计算功能，对汽车的主动悬挂系统进行数学建模与仿真，并分析，比较各种控制策略的优劣，得到较好的控制系统与控制策略。依据建立的动力学方程，利用MATLAB建模仿真，建立方框图。并比较其对行驶的影响，从而得出更好的控制系统。1.2课题研究意义悬挂系统是汽车的车架与车桥或车轮之间的一切传力连接装置的总称，其作用是传递作用在车轮和车架之间的力和力扭，并且缓冲由不平路面传给车架或车身的冲击力，并衰减由此引起的震动，以保证汽车能平顺地行驶。典型的悬挂系统结构由弹性元件、导向机构以及减震器等组成，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，而现代轿车悬挂系统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。

9、悬挂系统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，轿车悬挂系统仅是由一些杆、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，这是因为悬挂系统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。主动悬挂系统是近十几年发展起来的、由电脑控制的一种新型悬挂系统。它汇集了力学和电子学的技术知识，是一种比较复杂的高技术装置。例如装置了主动悬挂系统的法国雪铁龙桑蒂雅，该车悬挂系统系统的中枢是一个微电脑，悬挂系统上的五种传感器分别向微电脑传送车速、前轮制动压力、踏动油门踏板的速度、车身垂直方向的振幅及频率、转向盘角度及转向速度等数据。电脑不断接收这些数据并与预先设定的临界值进行比较，选择相应的悬挂系统状态。同时，微电脑独立控制每一只车轮上的执行元件，通过控制减振器内油压的变化产生抽动，从而能在任何时候、任何车轮上产生符合要求的悬挂系统运动。以求最好的舒适性能。主动悬挂系统具有控制车身运动的功能。当汽车制动或拐弯时的惯性引起弹簧变形时，主动悬挂系统会产生一个与惯力相对抗的力，减少车身位置的变化。当车辆拐弯时悬挂系统传感器会立即检测出车身的倾斜和横向加速度。电脑根据传感器的信息，与预先设定的临界值进行比较计算，立即确定在什么位置上将多大的负载加到悬挂系统上，使车身的倾斜减到最小 。因此，主动悬架汇集了力学和电子学的技术知识，是一种比较复杂的高技术装置。悬架系统的中枢是一个微电脑，悬架上有多种传感器，分别向微电脑传送车速、前轮制动压力、踏动油门踏板的速度、车身垂直方向的振幅及频率、转向盘角度及转向速度等数据。电脑不断接收这些数据并与预先设定的临界值进行比较，选择相应的悬架状

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