主要内容

汽车悬架

开放模式

这个例子展示了如何建模一个简化的半车模型，包括一个独立的前后垂直悬挂。该模型还包括身体俯仰和弹跳自由度。该示例提供了对模型的描述，以显示如何使用仿真来研究乘坐特性。您可以将此模型与动力系统仿真结合使用，以研究由油门设置变化引起的纵向shuffle。

分析与物理

半车模型的自由体图

插图显示了半车的模型特征。前悬架和后悬架被建模为弹簧/阻尼系统。更详细的模型将包括轮胎模型和阻尼器非线性，如速度依赖阻尼(在反弹时的阻尼大于压缩时的阻尼)。车身具有俯仰自由度和弹跳自由度。它们在模型中由四种状态表示:垂直位移、垂直速度、俯仰角位移和俯仰角速度。可以使用矢量代数块实现具有六个自由度的完整模型，以执行轴转换和力/位移/速度计算。方程1描述前悬架对弹跳(即垂直自由度)的影响:

$ $ f f {} = 2 k_f (L_f \θ- (z + h)) + 2 c_f (L_f \点{\θ}- \点{z}) $ $

地点:

$$F_{f}， F_{r} = \mbox{前/后悬挂对车身的向上力}$$

$$K_f, K_r = \mbox{前后悬挂弹簧常数}$$

$$C_f, C_r = \mbox{前后悬挂阻尼率}$$

$$L_f, L_r = \mbox{从重心到前/后悬挂的水平距离}$$

$$\theta， \dot{\theta} = \mbox{俯仰(旋转)角度及其变化率}$$

$$z， \dot{z} = \mbox{弹跳(垂直)距离及其变化率}$$

$$h = \mbox{道路高度}$$

方程2描述由悬挂引起的俯仰力矩。

$$M_{f} = -L_{f}F_{f}$$

$ $ f r {} = 2 k_r (L_r \θ+ (z + h)) 2 c_r (L_r \点{\θ}+ \点{z}) $ $

$$M_{r} = L_r F_{r}$$

地点:

$$M_{f}， M_{r} = \mbox{前/后悬挂引起的俯仰力矩}$$

方程3根据牛顿第二定律，解出了导致物体运动的力和力矩:

$$m_b\ddot{z} = F_{f} + F_{r} - m_b g$$

$$I_{yy} \ddot{\theta} = M_{f} + M_{r} + M_y $$

地点:

$$ m_b = \mbox{身体质量}$$

$$ M_y = \mbox{车辆加速引起的俯仰力矩}$$

$$I_{yy} = \mbox{物体重心转动惯量}$$

模型

要打开模型，请键入sldemo_suspn在MATLAB®命令窗口中。

悬挂模型的顶层图

悬架模型有两个输入，两个输入块在模型图上都是蓝色的。第一个输入是道路高度。这里的阶跃输入对应于车辆行驶在具有高度阶跃变化的路面上。第二个输入是作用于车轮中心的水平力，这是制动或加速操作的结果。这一输入只出现作为一个矩的俯仰轴，因为纵向的身体运动没有建模。

弹簧/阻尼器模型用于前悬架和后悬架子系统

弹簧/阻尼子系统的模型前和后悬挂如上所示。右键单击前/后悬挂块并选择面具>面具下的样子看前/后悬挂子系统。悬架子系统用于方程1-3的建模。这些方程通过直接使用增益和求和块直接在Simulink®图中实现。金宝app

前后差异的解释如下。因为子系统是一个屏蔽块，所以一个不同的数据集(l，K而且C)可为每个实例输入。此外,l被认为是笛卡尔坐标x，相对于原点或重心为负或正。因此,Kf，Cf,低频分别用于前悬架块的情况如何基米-雷克南，Cr,Lr均用于后悬架块。

运行模拟

要运行这个模型，在模拟选项卡上,单击运行．的初始条件加载到模型工作区中sldemo_suspdat.m文件。要查看模型工作区的内容，请在“Simulink编辑器”中金宝app建模选项卡,在设计中,选择模型浏览器．的内容下sldemo_suspn模型，并选择“模型工作区”。在模型工作空间中加载初始条件可以防止对参数的任何意外修改，并保持MATLAB工作空间干净。

请注意，该模型将相关数据记录到MATLAB工作空间中的数据结构称为sldemo_suspn_output．键入结构的名称以查看其包含的数据。

仿真结果

仿真结果如上图所示。计算结果由sldemo_suspgraph.m文件。默认初始条件如表1所示。

表1:默认初始条件

Lf = 0.9;%前轮毂位移从身体重心(m) Lr = 1.2;%后轮毂位移从身体重心(m) Mb = 1200;%体重(kg) Iyy = 2100;%绕y轴转动惯量in (kg m^2) kf = 28000;%前悬架刚度in (N/m) kr = 21000;%后悬架刚度in (N/m) cf = 2500;%前悬架阻尼(N秒/m) cr = 2000;后悬挂阻尼% (N秒/米)

关闭模型

关闭模型，从MATLAB工作区中删除生成的数据。

结论

该模型允许您模拟改变悬挂阻尼和刚度的影响，从而研究舒适性和性能之间的权衡。一般来说，赛车的弹簧非常坚硬，阻尼系数很高，而乘用车的弹簧更软，响应更振动。

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