Matlab∕Simulink在汽车理论教学中的应用.pdf

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1、Matlab／Simulink在汽车理论教学中的应用王盈(青海民族大学，青海西宁810000)摘要：MATLAB集数值分析、矩阵运算、信号处理和图形显示于一体，构成一个方便的、界面友好的用户环境。随着现代化技术的不断提高，各大学都开始使用多媒体教学。本文通过实例介绍MATLAB软件在汽车理论教学中的应用，使教学质量得到大大提高。关键词：Matlab／Simulink；汽车理论；应用中图分类号：U462文献标识码：B文章编号：1672—4011(2012)04—0251—021汽车理论课程简介汽车理论课程是

2、汽车类专业的一门专业课，使学生掌握汽车受力与运动的基本规律，汽车的主要技术性能与相应的评价试验方法以及影响这些性能的结构和使用因素等，是为后续专业课程的学习打下必要的理论基础。那么探索汽车理论课程的建设规律，加强“汽车理论”课程建设就具有极其重要的作用和意义。基于Matlab的强大功能，将其应用到理论教学中，是可行的，也是必要的。2Maflab简介Madab代表matrixlaboratory(矩阵实验室)的意思，它是以线性代数软件包和特征值计算软件的子程序为基础发展起来的一种应用于科学计算和数据可视化的

3、开放性高级编程语言。Simulink是基于Matlab的图形化仿真设计环境的一个附加组件，用来对动态系统建模、动态仿真和系统分析，它支持连续、离散及两者混合的线性和非线性系统，也支持多种采样频率的系统；特别对于复杂的非线性系统，它的效果更加明显。在Simulink环境中，利用鼠标就可以在模型窗口中直观地设计出系统模型，然后直接进行仿真；结果可输出到接收模块上(如：示波器)进行系统分析。Simulink提供了一套图形动画的处理方法，使用户可以方便地观察到仿真的整个过程。3应用举例汽车是一个复杂的振动系统，要

4、根据所研究的问题对其进行简化。当把汽车车身质量看作为刚体的立体模型时，汽车的簧载(车身)质量为m：，它由车身、车架及其上的零部件总成组成，通过减震器和悬架弹簧与车轴、车轮相连。车轮和车轴构成的非簧载(车轮)质量为m。，车轮再经过具有一定弹性和阻尼的轮胎支承在不平路面上。此种情况下，要考虑垂直、俯仰、侧倾三个自由度，四个车轮需分别考虑有四个垂直自由度，共七个自由度。建立的模型如图5．1(a)所示。七自由度模型对于真实的车辆而言，已经非常简化了，它忽略了悬置的发动机和驾驶员及座椅。但对车辆基本行驶特性进行分析

5、时，该模型还是比较复杂。当汽车对称于其纵轴线时，只有垂直振动和俯仰振动对平顺性影响较大。轮胎阻尼较小，分析时予以忽略。除此之外，还要考虑前、后车轴质量mmm，，两个垂直自由度，得到简化的四自由度汽车振动模型，如图1(b)所示。当汽车前、后轴悬架质量分配达到一定比值时。前、后悬架系统的垂直振动几乎是相互独立的。此时，在四自由度模型的基础上，汽车振动系统可进一步简化为只考虑簧载(车身)和非簧载(车轮)两个质量垂直自由度的二tl由度模型，如图l(c)所示。在远离车轮部分固有频率(10一16Hz)的较低激振频率范

6、围(如5Hz以下)，轮胎动变形很小，忽略其弹性和质量，就得到最简单的单质量振动系统模型，如图1(c)所示。这个最简单的模型也是分析其他多自由模型的基础。_j≈CJ。。-j4／上：蕉’＼‰万可。．。枣1j。Z(c)(d)图1汽车振动系统模型简化过程q3．1二自由度车身——车轮双质量振动系统模型在四自由度汽车振动模型基础上，当汽车前后悬挂质量分配系数8=1时，汽车前后悬架振动彼此独立，可将整车系统简化成如图2所示的二自由度车身——车轮双质量振动系统模型。该模型包括悬挂(车身)和非悬挂(车轮)两个质量系统组成，

7、前者即是前文介绍的单质量振动系统，后者则是等效简化后的车轮模型。由于目前常用的轮胎，其阻尼远小于悬架减振器阻尼，在汽车振动系统研究分析中，轮胎阻尼常可忽略不计，而只把它简化为一个有质量的线性弹簧。悬挂(车身)(单质量系统)非悬挂(车轮)(等效简化)图2二自由度车身一一车轮双质量振动系统模型3．1．1建立系统的运动微分方程车轮与车身垂直位移坐标为x1，也，坐标原点取在各自的平衡位置，由牛顿运动定律得：』％冤2+c(忽一；1)+娩(记一茹1)=o[．mlxl+c(xl—x2)+娩(石l一娩)+詹1(茹1一g)

8、=0式中m2一悬挂质量(车身质量)；m1一非悬挂质量(车轮质量)；k2—悬架刚度；klD轮胎刚度；c一减振器阻尼系数；q一路面不平激励。二自由度振动系统可以看成是两个前一章讨论的单自由度振动系统的组合，但还有其自身的特点，即前一个自由度振系的输出是后一个自由度振系的输入，它们仍然可以利用前一章对单自由度振系讨论的方法进行求解。因为现在所讨论的汽车振动系统为线性系统，所以可以用叠加法，即把二自由度系统看作双输入、双输出系统，用频