【文章內容簡介】 八十年代對汽車座椅的試驗分析工作，說明座椅是影響汽車平順性的重要因素。清華大學、長春汽車研究所進行了許多有關座椅傳遞特性、人一椅系統(tǒng)動態(tài)參數(shù)識別、座椅特性與汽車底盤振動特性的合理匹配等方面的研究。武漢工業(yè)學院畢業(yè)設計論文5 本文研究的主要內容汽車虛擬樣機技術,是計算機技術應用到機械行業(yè)中來以后產生的一種新的汽車振動性能實驗方法。但虛擬樣機技術實驗的結果，強烈地依賴于所建立的仿真模型的真實程度。目前大多數(shù)汽車振動分析的激振信號，采用隨機信號或變頻正弦激勵信號，雖然激振頻帶能包含汽車固有頻率，但激振信號并不能代替實際路面振動情況。在 MATLAB 平臺下，利用濾波白噪聲生成法能重構時域路面不平度仿真模型，并考慮行駛速度對汽車振動的影響。在仿真研究中,如果使用的激勵信號不合適,則會導致系統(tǒng)響應與實際偏差過大。在現(xiàn)有的關于平順性仿真研究和時域序列生成的文獻資料中,除了生成方法困難外,幾乎沒有涉及到重構時域路面的正確性驗證問題,致使構建的路面時域激勵信號相差很大,形成的路面隨機高程激勵信號差異非常顯著,該現(xiàn)象在理論和工程上都難以進行合理解決。顯然,時域模型在相同等級路面上產生的隨機高程激勵信號應該一致。所以,在利用路面隨機高程作為激勵信號對車輛的振動進行仿真研究時,為保證仿真結果的真實可信,對于生成的路面隨機高程需要進行驗證。本文根據(jù)隨機路面的標準化功率譜,分析研究時域與頻域描述的關系,借助 MATLAB 軟件,尋求一種合理正確和簡單的路面時域激勵信號生成方法,為車輛平順性及其控制研究提供可靠的激勵信號。武漢工業(yè)學院畢業(yè)設計論文62 MATLAB/SIMULINK 的軟件理論基礎 MATLAB 軟件簡介MATLAB 是矩陣實驗室（Matrix Laboratory）的簡稱，是美國MathWorks 公司出品的商業(yè)數(shù)學軟件，用于算法開發(fā)、數(shù)據(jù)可視化、數(shù)據(jù)分析以及數(shù)值計算的高級技術計算語言和交互式環(huán)境，主要包括 MATLAB和 SIMULINK 兩大部分。MATLAB 是由美國 mathworks 公司發(fā)布的主要面對科學計算、可視化以及交互式程序設計的高科技計算環(huán)境。它將數(shù)值分析、矩陣計算、科學數(shù)據(jù)可視化以及非線性動態(tài)系統(tǒng)的建模和仿真等諸多強大功能集成在一個易于使用的視窗環(huán)境中，為科學研究、工程設計以及必須進行有效數(shù)值計算的眾多科學領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)非交互式程序設計語言（如 C、Fortran）的編輯模式，代表了當今國際科學計算軟件的先進水平。 MATLAB 軟件特點(1) 高效的數(shù)值計算及符號計算功能,能使用戶從繁雜的數(shù)學運算分析中解脫出來。(2) 具有完備的圖形處理功能,實現(xiàn)計算結果和編程的可視化。(3) 友好的用戶界面及接近數(shù)學表達式的自然化語言,使學者易于學習和掌握。(4) 功能豐富的應用工具箱(如信號處理工具箱、通信工具箱等) ,為用戶提供了大量方便實用的處理工具. MATLAB 軟件優(yōu)勢（1）友好的工作平臺和編程環(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)學院畢業(yè)設計論文7級，MATLAB 的用戶界面也越來越精致，更加接近 Windows 的標準界面，人機交互性更強，操作更簡單。而且新版本的 MATLAB 提供了完整的聯(lián)機查詢、幫助系統(tǒng)，極大的方便了用戶的使用。簡單的編程環(huán)境提供了比較完備的調試系統(tǒng)，程序不必經過編譯就可以直接運行，而且能夠及時地報告出現(xiàn)的錯誤及進行出錯原因分析。（2）簡單易用的程序語言MATLAB 一個高級的矩陣/陣列語言，它包含控制語句、函數(shù)、數(shù)據(jù)結構、輸入和輸出和面向對象編程特點。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較大的復雜的應用程序（M 文件）后再一起運行。新版本的 MATLAB 語言是基于最為流行的 C＋＋語言基礎上的，因此語法特征與 C＋＋語言極為相似，而且更加簡單，更加符合科技人員對數(shù)學表達式的書寫格式。使之更利于非計算機專業(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，這也是 MATLAB 能夠深入到科學研究及工程計算各個領域的重要原因。（3）強大的科學計算機數(shù)據(jù)處理能力MATLAB 是一個包含大量計算算法的集合。其擁有 600 多個工程中要用到的數(shù)學運算函數(shù)，可以方便的實現(xiàn)用戶所需的各種計算功能。函數(shù)中所使用的算法都是科研和工程計算中的最新研究成果，而前經過了各種優(yōu)化和容錯處理。在通常情況下，可以用它來代替底層編程語言，如C 和 C++ 。在計算要求相同的情況下，使用 MATLAB 的編程工作量會大大減少。MATLAB 的這些函數(shù)集包括從最簡單最基本的函數(shù)到諸如矩陣，特征向量、快速傅立葉變換的復雜函數(shù)。函數(shù)所能解決的問題其大致包括矩陣運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、符號運算、傅立葉變換和數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析、工程中的優(yōu)化問題、稀疏矩陣運算、復數(shù)的各種運算、三角函數(shù)和其他初等數(shù)學運算、多維數(shù)組操作以及建模動態(tài)仿真等。（4）出色的圖形處理功能MATLAB 自產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，并且可以對圖形進行標注和打印。高層次的作圖包括二維和三維的可視化、圖象處理、動畫和表達式作圖?？捎糜诳茖W計算和工程繪圖。新版本的 MATLAB 對整個圖形處理功能作了很大的改進和完善，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。同時對一些特殊的可視化要求，例武漢工業(yè)學院畢業(yè)設計論文8如圖形對話等，MATLAB 也有相應的功能函數(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，對這方面有特殊要求的用戶也可以得到滿足。（5）應用廣泛的模塊集合工具箱MATLAB 對許多專門的領域都開發(fā)了功能強大的模塊集和工具箱。一般來說，它們都是由特定領域的專家開發(fā)的，用戶可以直接使用工具箱學習、應用和評估不同的方法而不需要自己編寫代碼。目前，MATLAB 已經把工具箱延伸到了科學研究和工程應用的諸多領域，諸如數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)庫接口、概率統(tǒng)計、樣條擬合、優(yōu)化算法、偏微分方程求解、信號處理、圖像處理、系統(tǒng)辨識、控制系統(tǒng)設計、LMI 控制、魯棒控制、模型預測、模糊邏輯、金融分析、地圖工具、非線性控制設計、實時快速原型及半物理仿真、嵌入式系統(tǒng)開發(fā)、定點仿真、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）實用的程序接口和發(fā)布平臺新版本的 MATLAB 可以利用 MATLAB 編譯器和 C/C++數(shù)學庫和圖形庫，將自己的 MATLAB 程序自動轉換為獨立于 MATLAB 運行的 C 和 C++代碼。允許用戶編寫可以和 MATLAB 進行交互的 C 或 C++語言程序。另外，MATLAB網頁服務程序還容許在 Web 應用中使用自己的 MATLAB 數(shù)學和圖形程序。MATLAB 的一個重要特色就是具有一套程序擴展系統(tǒng)和一組稱之為工具箱的特殊應用子程序。工具箱是 MATLAB 函數(shù)的子程序庫，每一個工具箱都是為某一類學科專業(yè)和應用而定制的，主要包括信號處理、控制系統(tǒng)、神經網絡、模糊邏輯、小波分析和系統(tǒng)仿真等方面的應用。（7）應用軟件開發(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，有了更強大的圖形標注和處理功能，包括對性對起連接注釋等；在輸入輸出方面，可以直接 EXCLE 和 HDF5 進行連接。 用戶界面設計用 VC++編寫用戶界面程序．仿真時用戶可以窗口方式輸入車輛的參數(shù)，如整車質量、輪胎參數(shù)、4 個車輪所處的路面狀況和轉向輪轉角的大小等。還可以仿真車輛在濕滑路面、附著系數(shù)變化路面和轉彎制動等條件下的車輛運行狀態(tài)．武漢工業(yè)學院畢業(yè)設計論文9 SIMULINK 軟件簡介SIMULINK 是 MATLAB 最重要的組件之一，它提供一個動態(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，而只需要通過簡單直觀的鼠標操作，就可構造出復雜的系統(tǒng)。SIMULINK 具有適應面廣、結構和流程清晰及仿真精細、貼近實際、效率高、靈活等優(yōu)點，并基于以上優(yōu)點 SIMULINK 已被廣泛應用于控制理論和數(shù)字信號處理的復雜仿真和設計。同時有大量的第三方軟件和硬件可應用于或被要求應用于 SIMULINK。 SIMULINK 功能SIMULINK 是 MATLAB 中的一種可視化仿真工具， 是一種基于 MATLAB的框圖設計環(huán)境，是實現(xiàn)動態(tài)系統(tǒng)建模、仿真和分析的一個軟件包，被廣泛應用于線性系統(tǒng)、非線性系統(tǒng)、數(shù)字控制及數(shù)字信號處理的建模和仿真中。SIMULINK 可以用連續(xù)采樣時間、離散采樣時間或兩種混合的采樣時間進行建模，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)建動態(tài)系統(tǒng)模型，SIMULINK 提供了一個建立模型方塊圖的圖形用戶接口(GUI) ，這個創(chuàng)建過程只需單擊和拖動鼠標操作就能完成，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)的仿真結果。SIMULINK 是用于動態(tài)系統(tǒng)和嵌入式系統(tǒng)的多領域仿真和基于模型的設計工具。對各種時變系統(tǒng)，包括通訊、控制、信號處理、視頻處理和圖像處理系統(tǒng)，SIMULINK 提供了交互式圖形化環(huán)境和可定制模塊庫來對其進行設計、仿真、執(zhí)行和測試。.構架在 SIMULINK 基礎之上的其他產品擴展了 SIMULINK 多領域建模功能，也提供了用于設計、執(zhí)行、驗證和確認任務的相應工具。SIMULINK 與 MATLAB。 緊密集成，可以直接訪問 MATLAB 大量的工具來進行算法研發(fā)、仿真的分析和可視化、批處理腳本的創(chuàng)建、建模環(huán)境的定制以及信號參數(shù)和測試數(shù)據(jù)的定義。 SIMULINK 軟件特點（1）豐富的可擴充的預定義模塊庫（2）交互式的圖形編輯器來組合和管理直觀的模塊圖（3）以設計功能的層次性來分割模型，實現(xiàn)對復雜設計的管理武漢工業(yè)學院畢業(yè)設計論文10（4）通過 Model Explorer 導航、創(chuàng)建、配置、搜索模型中的任意信號、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)行中調用MATLAB 算法(7)使用定步長或變步長運行仿真，根據(jù)仿真模式(Normal,Accelerator,Rapid Accelerator)來決定以解釋性的方式運行或以編譯 C 代碼的形式來運行模型(8)圖形化的調試器和剖析器來檢查仿真結果，診斷設計的性能和異常行為(9)可訪問 MATLAB 從而對結果進行分析與可視化，定制建模環(huán)境，定義信號參數(shù)和測試數(shù)據(jù)(10)模型分析和診斷工具來保證模型的一致性，確定模型中的錯誤 MATLAB／SIMULINK 系統(tǒng)仿真SIMULINK 是一個用來對動態(tài)系統(tǒng)進行建模、仿真和分析的軟件包，它支持線性和非線性系統(tǒng)，連續(xù)和離散時間模型，或是兩者的混合。SIMULINK 已經在學術和工業(yè)等領域得到了廣泛的應用．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，根據(jù)內部的算法，發(fā)出使制動器產生動作的增壓、保壓和減壓信號，此信號通過接口電路輸入計算機，轉化成車輛模型可以識別的信號．車輛模型接受輸入的整車質量，制動初速度等車輛參數(shù)，模擬車輛在 ABS 控制下的運行狀態(tài)．本文討論的數(shù)學模型轉化為 SIMULINK 的計算機仿真軟件，整個系統(tǒng)仿真的主模塊如圖 1 所示。圖 1 車體運動狀態(tài)仿真武漢工業(yè)學院畢業(yè)設計論文11車輪模型如圖 2 所示，由車體模型傳人的垂直載荷，用公式計算出4 個車輪所受的縱向力、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動狀態(tài)。圖 2 某一車輪的運動狀態(tài)仿真 車輛道路組件模型庫系統(tǒng)功能結構 基于 MATLAB 的車輛組件模型庫系統(tǒng)由 MATLAB 提供的通用模型庫和車輛組件模型庫組成。開發(fā)車輛組件模型庫系統(tǒng)的關鍵是在通用的仿真平臺上構建車輛組件模型庫。車輛組件模型庫系統(tǒng)的結構按照功能可劃分成：組件模型庫、組件模型庫開發(fā)與管理和模型研究 3 個子系統(tǒng)。 組件模型庫子系統(tǒng)組件模型庫子系統(tǒng)主要作用是組織并存儲用于車輛動力學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?shù)哪Ｐ瓦x擇和參數(shù)選擇，實現(xiàn)模型的互換功能。按照功能劃分成以下 3 種模型。 ( 1 ) 整車動力學模型。位于仿真應用的頂層，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力學模型。武漢工業(yè)學院畢業(yè)設計論文12( 2 ) 總成模型。是依據(jù)車輛實際總成劃分的，將車輛劃分成以下主要總成： 發(fā)動機 、離合器、變速器、差速器、車輪、懸架 j、制動系和車身。根據(jù)各總成的動力學特性建立的數(shù)學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