【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 八十年代對(duì)汽車座椅的試驗(yàn)分析工作，說明座椅是影響汽車平順性的重要因素。清華大學(xué)、長(zhǎng)春汽車研究所進(jìn)行了許多有關(guān)座椅傳遞特性、人一椅系統(tǒng)動(dòng)態(tài)參數(shù)識(shí)別、座椅特性與汽車底盤振動(dòng)特性的合理匹配等方面的研究。武漢工業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文5 本文研究的主要內(nèi)容汽車虛擬樣機(jī)技術(shù),是計(jì)算機(jī)技術(shù)應(yīng)用到機(jī)械行業(yè)中來以后產(chǎn)生的一種新的汽車振動(dòng)性能實(shí)驗(yàn)方法。但虛擬樣機(jī)技術(shù)實(shí)驗(yàn)的結(jié)果，強(qiáng)烈地依賴于所建立的仿真模型的真實(shí)程度。目前大多數(shù)汽車振動(dòng)分析的激振信號(hào)，采用隨機(jī)信號(hào)或變頻正弦激勵(lì)信號(hào)，雖然激振頻帶能包含汽車固有頻率，但激振信號(hào)并不能代替實(shí)際路面振動(dòng)情況。在 MATLAB 平臺(tái)下，利用濾波白噪聲生成法能重構(gòu)時(shí)域路面不平度仿真模型，并考慮行駛速度對(duì)汽車振動(dòng)的影響。在仿真研究中,如果使用的激勵(lì)信號(hào)不合適,則會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)響應(yīng)與實(shí)際偏差過大。在現(xiàn)有的關(guān)于平順性仿真研究和時(shí)域序列生成的文獻(xiàn)資料中,除了生成方法困難外,幾乎沒有涉及到重構(gòu)時(shí)域路面的正確性驗(yàn)證問題,致使構(gòu)建的路面時(shí)域激勵(lì)信號(hào)相差很大,形成的路面隨機(jī)高程激勵(lì)信號(hào)差異非常顯著,該現(xiàn)象在理論和工程上都難以進(jìn)行合理解決。顯然,時(shí)域模型在相同等級(jí)路面上產(chǎn)生的隨機(jī)高程激勵(lì)信號(hào)應(yīng)該一致。所以,在利用路面隨機(jī)高程作為激勵(lì)信號(hào)對(duì)車輛的振動(dòng)進(jìn)行仿真研究時(shí),為保證仿真結(jié)果的真實(shí)可信,對(duì)于生成的路面隨機(jī)高程需要進(jìn)行驗(yàn)證。本文根據(jù)隨機(jī)路面的標(biāo)準(zhǔn)化功率譜,分析研究時(shí)域與頻域描述的關(guān)系,借助 MATLAB 軟件,尋求一種合理正確和簡(jiǎn)單的路面時(shí)域激勵(lì)信號(hào)生成方法,為車輛平順性及其控制研究提供可靠的激勵(lì)信號(hào)。武漢工業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文62 MATLAB/SIMULINK 的軟件理論基礎(chǔ) MATLAB 軟件簡(jiǎn)介MATLAB 是矩陣實(shí)驗(yàn)室（Matrix Laboratory）的簡(jiǎn)稱，是美國(guó)MathWorks 公司出品的商業(yè)數(shù)學(xué)軟件，用于算法開發(fā)、數(shù)據(jù)可視化、數(shù)據(jù)分析以及數(shù)值計(jì)算的高級(jí)技術(shù)計(jì)算語言和交互式環(huán)境，主要包括 MATLAB和 SIMULINK 兩大部分。MATLAB 是由美國(guó) mathworks 公司發(fā)布的主要面對(duì)科學(xué)計(jì)算、可視化以及交互式程序設(shè)計(jì)的高科技計(jì)算環(huán)境。它將數(shù)值分析、矩陣計(jì)算、科學(xué)數(shù)據(jù)可視化以及非線性動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的建模和仿真等諸多強(qiáng)大功能集成在一個(gè)易于使用的視窗環(huán)境中，為科學(xué)研究、工程設(shè)計(jì)以及必須進(jìn)行有效數(shù)值計(jì)算的眾多科學(xué)領(lǐng)域提供了一種全面的解決方案，并在很大程度上擺脫了傳統(tǒng)非交互式程序設(shè)計(jì)語言（如 C、Fortran）的編輯模式，代表了當(dāng)今國(guó)際科學(xué)計(jì)算軟件的先進(jìn)水平。 MATLAB 軟件特點(diǎn)(1) 高效的數(shù)值計(jì)算及符號(hào)計(jì)算功能,能使用戶從繁雜的數(shù)學(xué)運(yùn)算分析中解脫出來。(2) 具有完備的圖形處理功能,實(shí)現(xiàn)計(jì)算結(jié)果和編程的可視化。(3) 友好的用戶界面及接近數(shù)學(xué)表達(dá)式的自然化語言,使學(xué)者易于學(xué)習(xí)和掌握。(4) 功能豐富的應(yīng)用工具箱(如信號(hào)處理工具箱、通信工具箱等) ,為用戶提供了大量方便實(shí)用的處理工具. MATLAB 軟件優(yōu)勢(shì)（1）友好的工作平臺(tái)和編程環(huán)境　MATLAB 由一系列工具組成。這些工具方便用戶使用 MATLAB 的函數(shù)和文件，其中許多工具采用的是圖形用戶界面。包括 MATLAB 桌面和命令窗口、歷史命令窗口、編輯器和調(diào)試器、路徑搜索和用于用戶瀏覽幫助、工作空間、文件的瀏覽器。隨著 MATLAB 的商業(yè)化以及軟件本身的不斷升武漢工業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文7級(jí)，MATLAB 的用戶界面也越來越精致，更加接近 Windows 的標(biāo)準(zhǔn)界面，人機(jī)交互性更強(qiáng)，操作更簡(jiǎn)單。而且新版本的 MATLAB 提供了完整的聯(lián)機(jī)查詢、幫助系統(tǒng)，極大的方便了用戶的使用。簡(jiǎn)單的編程環(huán)境提供了比較完備的調(diào)試系統(tǒng)，程序不必經(jīng)過編譯就可以直接運(yùn)行，而且能夠及時(shí)地報(bào)告出現(xiàn)的錯(cuò)誤及進(jìn)行出錯(cuò)原因分析。（2）簡(jiǎn)單易用的程序語言MATLAB 一個(gè)高級(jí)的矩陣/陣列語言，它包含控制語句、函數(shù)、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、輸入和輸出和面向?qū)ο缶幊烫攸c(diǎn)。用戶可以在命令窗口中將輸入語句與執(zhí)行命令同步，也可以先編寫好一個(gè)較大的復(fù)雜的應(yīng)用程序（M 文件）后再一起運(yùn)行。新版本的 MATLAB 語言是基于最為流行的 C＋＋語言基礎(chǔ)上的，因此語法特征與 C＋＋語言極為相似，而且更加簡(jiǎn)單，更加符合科技人員對(duì)數(shù)學(xué)表達(dá)式的書寫格式。使之更利于非計(jì)算機(jī)專業(yè)的科技人員使用。而且這種語言可移植性好、可拓展性極強(qiáng)，這也是 MATLAB 能夠深入到科學(xué)研究及工程計(jì)算各個(gè)領(lǐng)域的重要原因。（3）強(qiáng)大的科學(xué)計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理能力MATLAB 是一個(gè)包含大量計(jì)算算法的集合。其擁有 600 多個(gè)工程中要用到的數(shù)學(xué)運(yùn)算函數(shù)，可以方便的實(shí)現(xiàn)用戶所需的各種計(jì)算功能。函數(shù)中所使用的算法都是科研和工程計(jì)算中的最新研究成果，而前經(jīng)過了各種優(yōu)化和容錯(cuò)處理。在通常情況下，可以用它來代替底層編程語言，如C 和 C++ 。在計(jì)算要求相同的情況下，使用 MATLAB 的編程工作量會(huì)大大減少。MATLAB 的這些函數(shù)集包括從最簡(jiǎn)單最基本的函數(shù)到諸如矩陣，特征向量、快速傅立葉變換的復(fù)雜函數(shù)。函數(shù)所能解決的問題其大致包括矩陣運(yùn)算和線性方程組的求解、微分方程及偏微分方程的組的求解、符號(hào)運(yùn)算、傅立葉變換和數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析、工程中的優(yōu)化問題、稀疏矩陣運(yùn)算、復(fù)數(shù)的各種運(yùn)算、三角函數(shù)和其他初等數(shù)學(xué)運(yùn)算、多維數(shù)組操作以及建模動(dòng)態(tài)仿真等。（4）出色的圖形處理功能MATLAB 自產(chǎn)生之日起就具有方便的數(shù)據(jù)可視化功能，以將向量和矩陣用圖形表現(xiàn)出來，并且可以對(duì)圖形進(jìn)行標(biāo)注和打印。高層次的作圖包括二維和三維的可視化、圖象處理、動(dòng)畫和表達(dá)式作圖?？捎糜诳茖W(xué)計(jì)算和工程繪圖。新版本的 MATLAB 對(duì)整個(gè)圖形處理功能作了很大的改進(jìn)和完善，使它不僅在一般數(shù)據(jù)可視化軟件都具有的功能（例如二維曲線和三維曲面的繪制和處理等）方面更加完善，而且對(duì)于一些其他軟件所沒有的功能（例如圖形的光照處理、色度處理以及四維數(shù)據(jù)的表現(xiàn)等），MATLAB 同樣表現(xiàn)了出色的處理能力。同時(shí)對(duì)一些特殊的可視化要求，例武漢工業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文8如圖形對(duì)話等，MATLAB 也有相應(yīng)的功能函數(shù)，保證了用戶不同層次的要求。另外新版本的 MATLAB 還著重在圖形用戶界面（GUI）的制作上作了很大的改善，對(duì)這方面有特殊要求的用戶也可以得到滿足。（5）應(yīng)用廣泛的模塊集合工具箱MATLAB 對(duì)許多專門的領(lǐng)域都開發(fā)了功能強(qiáng)大的模塊集和工具箱。一般來說，它們都是由特定領(lǐng)域的專家開發(fā)的，用戶可以直接使用工具箱學(xué)習(xí)、應(yīng)用和評(píng)估不同的方法而不需要自己編寫代碼。目前，MATLAB 已經(jīng)把工具箱延伸到了科學(xué)研究和工程應(yīng)用的諸多領(lǐng)域，諸如數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)庫(kù)接口、概率統(tǒng)計(jì)、樣條擬合、優(yōu)化算法、偏微分方程求解、信號(hào)處理、圖像處理、系統(tǒng)辨識(shí)、控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)、LMI 控制、魯棒控制、模型預(yù)測(cè)、模糊邏輯、金融分析、地圖工具、非線性控制設(shè)計(jì)、實(shí)時(shí)快速原型及半物理仿真、嵌入式系統(tǒng)開發(fā)、定點(diǎn)仿真、DSP 與通訊、電力系統(tǒng)仿真等，都在工具箱（Toolbox）家族中有了自己的一席之地。（6）實(shí)用的程序接口和發(fā)布平臺(tái)新版本的 MATLAB 可以利用 MATLAB 編譯器和 C/C++數(shù)學(xué)庫(kù)和圖形庫(kù)，將自己的 MATLAB 程序自動(dòng)轉(zhuǎn)換為獨(dú)立于 MATLAB 運(yùn)行的 C 和 C++代碼。允許用戶編寫可以和 MATLAB 進(jìn)行交互的 C 或 C++語言程序。另外，MATLAB網(wǎng)頁(yè)服務(wù)程序還容許在 Web 應(yīng)用中使用自己的 MATLAB 數(shù)學(xué)和圖形程序。MATLAB 的一個(gè)重要特色就是具有一套程序擴(kuò)展系統(tǒng)和一組稱之為工具箱的特殊應(yīng)用子程序。工具箱是 MATLAB 函數(shù)的子程序庫(kù)，每一個(gè)工具箱都是為某一類學(xué)科專業(yè)和應(yīng)用而定制的，主要包括信號(hào)處理、控制系統(tǒng)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、模糊邏輯、小波分析和系統(tǒng)仿真等方面的應(yīng)用。（7）應(yīng)用軟件開發(fā)（包括用戶界面）在開發(fā)環(huán)境中，使用戶更方便地控制多個(gè)文件和圖形窗口；在編程方面支持了函數(shù)嵌套，有條件中斷等；在圖形化方面，有了更強(qiáng)大的圖形標(biāo)注和處理功能，包括對(duì)性對(duì)起連接注釋等；在輸入輸出方面，可以直接 EXCLE 和 HDF5 進(jìn)行連接。 用戶界面設(shè)計(jì)用 VC++編寫用戶界面程序．仿真時(shí)用戶可以窗口方式輸入車輛的參數(shù)，如整車質(zhì)量、輪胎參數(shù)、4 個(gè)車輪所處的路面狀況和轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)角的大小等。還可以仿真車輛在濕滑路面、附著系數(shù)變化路面和轉(zhuǎn)彎制動(dòng)等條件下的車輛運(yùn)行狀態(tài)．武漢工業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文9 SIMULINK 軟件簡(jiǎn)介SIMULINK 是 MATLAB 最重要的組件之一，它提供一個(gè)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)建模、仿真和綜合分析的集成環(huán)境。在該環(huán)境中，無需大量書寫程序，而只需要通過簡(jiǎn)單直觀的鼠標(biāo)操作，就可構(gòu)造出復(fù)雜的系統(tǒng)。SIMULINK 具有適應(yīng)面廣、結(jié)構(gòu)和流程清晰及仿真精細(xì)、貼近實(shí)際、效率高、靈活等優(yōu)點(diǎn)，并基于以上優(yōu)點(diǎn) SIMULINK 已被廣泛應(yīng)用于控制理論和數(shù)字信號(hào)處理的復(fù)雜仿真和設(shè)計(jì)。同時(shí)有大量的第三方軟件和硬件可應(yīng)用于或被要求應(yīng)用于 SIMULINK。 SIMULINK 功能SIMULINK 是 MATLAB 中的一種可視化仿真工具， 是一種基于 MATLAB的框圖設(shè)計(jì)環(huán)境，是實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)建模、仿真和分析的一個(gè)軟件包，被廣泛應(yīng)用于線性系統(tǒng)、非線性系統(tǒng)、數(shù)字控制及數(shù)字信號(hào)處理的建模和仿真中。SIMULINK 可以用連續(xù)采樣時(shí)間、離散采樣時(shí)間或兩種混合的采樣時(shí)間進(jìn)行建模，它也支持多速率系統(tǒng)，也就是系統(tǒng)中的不同部分具有不同的采樣速率。為了創(chuàng)建動(dòng)態(tài)系統(tǒng)模型，SIMULINK 提供了一個(gè)建立模型方塊圖的圖形用戶接口(GUI) ，這個(gè)創(chuàng)建過程只需單擊和拖動(dòng)鼠標(biāo)操作就能完成，它提供了一種更快捷、直接明了的方式，而且用戶可以立即看到系統(tǒng)的仿真結(jié)果。SIMULINK 是用于動(dòng)態(tài)系統(tǒng)和嵌入式系統(tǒng)的多領(lǐng)域仿真和基于模型的設(shè)計(jì)工具。對(duì)各種時(shí)變系統(tǒng)，包括通訊、控制、信號(hào)處理、視頻處理和圖像處理系統(tǒng)，SIMULINK 提供了交互式圖形化環(huán)境和可定制模塊庫(kù)來對(duì)其進(jìn)行設(shè)計(jì)、仿真、執(zhí)行和測(cè)試。.構(gòu)架在 SIMULINK 基礎(chǔ)之上的其他產(chǎn)品擴(kuò)展了 SIMULINK 多領(lǐng)域建模功能，也提供了用于設(shè)計(jì)、執(zhí)行、驗(yàn)證和確認(rèn)任務(wù)的相應(yīng)工具。SIMULINK 與 MATLAB。 緊密集成，可以直接訪問 MATLAB 大量的工具來進(jìn)行算法研發(fā)、仿真的分析和可視化、批處理腳本的創(chuàng)建、建模環(huán)境的定制以及信號(hào)參數(shù)和測(cè)試數(shù)據(jù)的定義。 SIMULINK 軟件特點(diǎn)（1）豐富的可擴(kuò)充的預(yù)定義模塊庫(kù)（2）交互式的圖形編輯器來組合和管理直觀的模塊圖（3）以設(shè)計(jì)功能的層次性來分割模型，實(shí)現(xiàn)對(duì)復(fù)雜設(shè)計(jì)的管理武漢工業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文10（4）通過 Model Explorer 導(dǎo)航、創(chuàng)建、配置、搜索模型中的任意信號(hào)、參數(shù)、屬性，生成模型代碼(5)提供 API 用于與其他仿真程序的連接或與手寫代碼集成(6)使用 Embedded MATLAB? 模塊在 SIMULINK 和嵌入式系統(tǒng)執(zhí)行中調(diào)用MATLAB 算法(7)使用定步長(zhǎng)或變步長(zhǎng)運(yùn)行仿真，根據(jù)仿真模式(Normal,Accelerator,Rapid Accelerator)來決定以解釋性的方式運(yùn)行或以編譯 C 代碼的形式來運(yùn)行模型(8)圖形化的調(diào)試器和剖析器來檢查仿真結(jié)果，診斷設(shè)計(jì)的性能和異常行為(9)可訪問 MATLAB 從而對(duì)結(jié)果進(jìn)行分析與可視化，定制建模環(huán)境，定義信號(hào)參數(shù)和測(cè)試數(shù)據(jù)(10)模型分析和診斷工具來保證模型的一致性，確定模型中的錯(cuò)誤 MATLAB／SIMULINK 系統(tǒng)仿真SIMULINK 是一個(gè)用來對(duì)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行建模、仿真和分析的軟件包，它支持線性和非線性系統(tǒng)，連續(xù)和離散時(shí)間模型，或是兩者的混合。SIMULINK 已經(jīng)在學(xué)術(shù)和工業(yè)等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用．在車輛模擬系統(tǒng)中，ABS 控制器讀入輪速傳感器的輪速信號(hào)，根據(jù)內(nèi)部的算法，發(fā)出使制動(dòng)器產(chǎn)生動(dòng)作的增壓、保壓和減壓信號(hào)，此信號(hào)通過接口電路輸入計(jì)算機(jī)，轉(zhuǎn)化成車輛模型可以識(shí)別的信號(hào)．車輛模型接受輸入的整車質(zhì)量，制動(dòng)初速度等車輛參數(shù)，模擬車輛在 ABS 控制下的運(yùn)行狀態(tài)．本文討論的數(shù)學(xué)模型轉(zhuǎn)化為 SIMULINK 的計(jì)算機(jī)仿真軟件，整個(gè)系統(tǒng)仿真的主模塊如圖 1 所示。圖 1 車體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)仿真武漢工業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文11車輪模型如圖 2 所示，由車體模型傳人的垂直載荷，用公式計(jì)算出4 個(gè)車輪所受的縱向力、橫向力和回正力矩，傳入車體模型，模擬車體在各種力和力矩作用下的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。圖 2 某一車輪的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)仿真 車輛道路組件模型庫(kù)系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu) 基于 MATLAB 的車輛組件模型庫(kù)系統(tǒng)由 MATLAB 提供的通用模型庫(kù)和車輛組件模型庫(kù)組成。開發(fā)車輛組件模型庫(kù)系統(tǒng)的關(guān)鍵是在通用的仿真平臺(tái)上構(gòu)建車輛組件模型庫(kù)。車輛組件模型庫(kù)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)按照功能可劃分成：組件模型庫(kù)、組件模型庫(kù)開發(fā)與管理和模型研究 3 個(gè)子系統(tǒng)。 組件模型庫(kù)子系統(tǒng)組件模型庫(kù)子系統(tǒng)主要作用是組織并存儲(chǔ)用于車輛動(dòng)力學(xué)仿真的車輛各總成的各種參數(shù)化模型，在仿真系統(tǒng)中配合適當(dāng)?shù)哪Ｐ瓦x擇和參數(shù)選擇，實(shí)現(xiàn)模型的互換功能。按照功能劃分成以下 3 種模型。 ( 1 ) 整車動(dòng)力學(xué)模型。位于仿真應(yīng)用的頂層，是各種總成模型和輔助模型的集合和封裝。通常是依據(jù)不同車型的研究需要或者針對(duì)同種車型不同的研究方面的需要用總成模型和輔助模型以及 MA LAB 通用模塊搭建而成的整車動(dòng)力學(xué)模型。武漢工業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文12( 2 ) 總成模型。是依據(jù)車輛實(shí)際總成劃分的，將車輛劃分成以下主要總成： 發(fā)動(dòng)機(jī) 、離合器、變速器、差速器、車輪、懸架 j、制動(dòng)系和車身。根據(jù)各總成的動(dòng)力學(xué)特性建立的數(shù)學(xué)模型就稱之為總成模型。每一總成模型都是功能相同形式不同的模