【導(dǎo)讀】淮陰工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書（論文）第I頁共50頁

　　

【正文】 KyyyyyyyyyMtt?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 根據(jù)改進后的歐拉公式可得 ))。,(),((2/ )。,( )0( 111)0( 1???? ???? ???nnnnnnnnnn yxfyxfhyy yxfhyy 其中 n=0,12,3,4,5?? ..,n1. 根據(jù)上述算法利用 MATLAB可畫出出各個質(zhì)量塊的垂直加速度時域曲線以及俯仰角加速度時域曲線。由于在整個汽車運輸中，使用最多的工況是汽車在接近平穩(wěn)隨機的路面上，此工況下激起的振動是隨機振動。隨機輸入試驗就是采用平穩(wěn)隨機振動的研究方法。根據(jù) GB/T4970《汽車平順性隨機輸入試驗方法》的要求，對整車虛擬樣機模型的隨機輸入平順性進行仿真分析，設(shè)定車輛在 B 級路面上分別以 50、 60、 70、 80km/h（常用車速為 60km/h）的車速。圖 在車速為 50、 60、 70、 80km/h 時的人體座椅系統(tǒng)的垂直加速的時域曲線。 圖 圖 圖 圖 圖 在得到加速度時域曲線后，為了對平順性進行評價，就必須先求出加速度功率譜密度函數(shù)，以便對其進行求加速 度均方根值。本文使用平均周期圖法對功率譜密度進行估計。周期圖法（ periodogram）是 一種信號功率譜密度估計方法。它的特點是：為得到功率譜估值，先取信號序列的離散傅里葉變換，然后取其幅頻特性的平方并除以序列長度 N，即一種信號功率譜密度估計方法。 平均周期圖法，即先把信號序列分為若干段，對每段分別計算其周期圖，然后取各個周期圖的平均作為功率譜的估值。平均周期圖可以減小隨機起伏，但是，如果信號序列不是足夠長，由于每段序列長度變短，功率譜估值對不同頻率成分的分辨能力也隨之下降。另一種改進方法是將周期圖與 一個適當?shù)念l域窗函數(shù)相褶積，從而對周期圖產(chǎn)生平滑作用，以減小隨機起伏。加窗處理的結(jié)果雖然可以使隨機起伏減小，但也會使周期圖的分辨能力下降。 先把分段的數(shù)據(jù)乘以窗函數(shù) (進行加窗處理 )，分別計算其周期圖，然后進行平均。為了得到較好的功率譜估值，加窗和平均處理均應(yīng)兼顧減小隨機起伏和保證有足夠的譜分辨率兩個方面。周期圖法的優(yōu)點是能應(yīng)用離散傅里葉變換的快速算法來進行估值。 在 matlab 中進行個質(zhì)量塊的加速度時域函數(shù)的功率譜密度計算，圖 分別是速度在 50、 60、 70、 80km/h 時 得到的加速 度時域函數(shù)的功率譜密度曲 線。 圖 圖 圖 圖 圖 平順性的計算以及評價 根據(jù)第 2 章所確定的隨機輸入平順性評價方法，可以計算出垂直方向的人體振動的加權(quán)加速度均方根值和加權(quán)振級，在計算一 個三分之一倍頻帶內(nèi)的加速度均方根值的時候，考慮到頻率的分辨率達到 ，甚至小于,所以對其進行盲目的求積分會產(chǎn)生很大的誤差。在求積分時，當 （ 1） 頻率值距 1/3 倍頻帶下限小于 delta_f，但距上限大于 delta_f 時，對應(yīng)的均方值應(yīng)該為 Pya9(round(f/))*abs(ff_l)； （ 2） 頻率值距 1/3 倍頻帶上限小于 delta_f，但距下限大于 delta_f 時，對應(yīng)的均方值應(yīng)該為 Pya9(round(f/))*(abs(ff_u)+delta_f)； （ 3） 頻率值距 1/3 倍頻帶上限、下限均小于 delta_f 時，對應(yīng)的均方值為Pya9(round(f/))*(f_uf_l)； （ 4） 頻率值距 1/3 倍頻帶上限、下限均大于 delta_f 時對應(yīng)的均方值為Pya9(round(f/))*delta_f； 計算出各個三分之一倍頻帶內(nèi)的加速度均方根值后再對對他們進行加權(quán)便求的加權(quán)加速度均方根值以及加權(quán)振級。 表 41 是 B 級路面上不同車速下人體 座椅系統(tǒng)的加權(quán)加速度均方根值和加權(quán)振級計算結(jié)果。 表 41 車速（ km/h） 40 50 60 70 80 wa awl 表 42 是 c 級路面上不同車速下人體 座椅系統(tǒng)的加權(quán)加速度均方根值和加權(quán)振級計算結(jié)果。 車速（ km/h） 40 50 60 70 80 wa awl 由表 41 和表 42 可看出，隨著速度的增加，加權(quán)加速度均方根值和加權(quán)振級也相應(yīng)的增加，也就是說平順性隨著車速的增加而有所降低。加權(quán)加速度均方根值與主觀感覺的對應(yīng)關(guān)系已在表 22 中給出，由表 22 所示的對應(yīng)關(guān)系可以看出，該車在瀝青路面（ B級路面）上，在低速時沒有不舒服的感覺，但隨著車速的提高人會感覺有些不舒服。當汽車在 c 級路面上時，在低速時就會有些不舒服，隨著車速的提高會有相當不舒服的感覺。所以速度對 平順性的影響是很大的，而且平順性隨著車速的增加而降低。 表 43 是讓車輛以常用車速 60km/h 的速度分別在 A級、 B級、 C級上面時的平順性。 路面等級 A B C wa awl 從表 43中可以看出，車輛以 60km/h 的速度在隨機 A級、 B 級、 C級路面上 時，人體座椅系統(tǒng)的加權(quán)加速度均方根值的變化很大，在 A 級路面上時產(chǎn)生的振動響應(yīng)最小，在 C 級路面 上時產(chǎn)生的振動響應(yīng)最大。振動響應(yīng)越大對平順性的影響越大。該車以 60km/h 的速度在隨機 A級路面上時沒有不舒服，在 B級路面上時也沒有不舒服， C 級路面上時則有相當不舒服的感覺。所以路面對平順性的影響非常的大。 各種汽車參數(shù)對平順性的影響 汽車參數(shù)直接影響著車輛振動的強弱，影響著車輛的平順性。研究汽車參數(shù)對汽車平順性的影響可以用來對車輛進行優(yōu)化設(shè)計，從而提高車輛的平順性能。通過依次調(diào)節(jié)車輛前后懸架剛度和阻尼及駕駛室前懸剛度參數(shù)，利用 MATLAB 對其進行多次仿真，研究車輛參數(shù)變化后人體座椅系統(tǒng)的加權(quán)加速度均 方根值的變化規(guī)律。研究工況為 C 級路面，車速為 40km/h。表 44 到表 410 分別列舉了人體座椅系統(tǒng)加權(quán)加速度均方根值隨前懸架剛度、后懸架剛度、前懸架阻尼、后懸架阻尼、駕駛室前懸架剛度、人座椅系統(tǒng)剛度、人座椅系統(tǒng)阻尼變化的變化率。 表 44 前懸架的剛度 原剛度 增加 25% 減少 25% )/( 2smaw )(dBLaw wa 變化率 0 % % 表 45 后懸架的剛度 原剛度 增加 25% 減少 25% )/( 2smaw )(dBLaw wa 變化率 0 % % 表 46 前懸架的阻尼 原剛度 增加 25% 減少 25% )/( 2smaw )(dBLaw wa 變化率 0 % % 表 47 后懸架的阻尼 原剛度 增加 25% 減少 25% )/( 2smaw )(dBLaw wa 變化率 0 % % 表 48 駕駛室前懸架的剛度 原剛度 增加 25% 減少 25% )/( 2smaw )(dBLaw wa 變化率 0 % % 表 49 人椅系統(tǒng)剛度 原剛度 增加 25% 減少 25% )/( 2smaw )(dBLaw wa 變化率 0 % % 表 410 人椅系統(tǒng)阻尼 原剛度 增加 25% 減少 25% )/( 2smaw )(dBLaw wa 變 化率 0 % % 由表 44 到表 410 可以得出結(jié)論： （ 1） .前懸架剛度和阻尼的變化比后懸架剛度和阻尼對平順性的影響更大； （ 2） .剛度增加會導(dǎo)致加權(quán)均方根值變大，即平順性變差，特別是人體座椅系統(tǒng)的懸架剛度，原剛度增加 25%會導(dǎo)致 wa 增大 %,平順性明顯變差；相反，剛度減少會導(dǎo)致加權(quán)均方根值變小，即平順性變好，特別是前懸架剛度，原剛度增加 25%會導(dǎo)致 wa 減少 %，平順性變好； （ 3） .人體 座椅系統(tǒng)的阻尼對平順性的影響最大，當人椅系統(tǒng)的阻尼減少 25%時，wa 增加 ，平順性明顯下降； （ 4） .后懸架阻尼及駕駛室前懸架剛度的變化對平順性的影響不大 。 綜上所述，提高平順性的最好方法是減少前懸架剛度、后懸架剛度、人體座椅系統(tǒng)剛度，增加人體座椅系統(tǒng)的阻尼。 結(jié)論 本文介紹了汽車平順性的發(fā)展概況和評價方法，在眾多的平順性研究方法中采用了傳統(tǒng)的數(shù)學(xué)建模研究方法，建立了汽車整車 9 自由度汽車模型，并應(yīng)用 MATLAB 軟件，對模型進行了賦值仿真。 本文主要內(nèi)容可以概括為以下幾點： 1． 參考國內(nèi)外大量文獻，對汽車平順性的發(fā)展及研究方法進行了論述，并對MATLAB 軟件做了基本介紹 ，針對汽車平順性仿真的關(guān)鍵問題：路面激勵建模、振動模型建模和仿真方法進行了綜述和分析 。 2． 路面模型與評價指標研究。本文重點研究了汽車的時域路面激勵模型，采用三角級數(shù)進行模擬，以離散譜逼近目標隨機路面模型。根據(jù) B 級標準路面譜，模擬再現(xiàn)了路面的功率譜密度，驗證了模擬路面與標準路面基本吻合。 3．根據(jù) 1/2 汽車模型建立 9 自由度動力學(xué)模型， 模型中包括了駕駛室、發(fā)動機、人體座椅，能夠方便對平順性進行評價。然后利用牛頓第二定律建立 9 自由動力學(xué)模型的微分方程，為方便以后計算求出剛度矩陣、阻尼矩陣、輸入剛度矩陣并將微分方程用矩陣的形式表示。 4．在建立矩陣形式的微分方程的基礎(chǔ)上運用改進的歐拉算法，在 MATLAB 軟件里在 內(nèi)求加速度均方值功率譜密度，然后根據(jù)平順性評價方法依次求出各種速度下、各種路面等級下的加權(quán)加速度均方根值以及加權(quán)振級。并且分析了在一種速度和路面下前懸架、后懸架、人體座椅系統(tǒng)的剛度和阻尼的變化對平順性的影響。 致謝 首先向 王軍 老師表示衷心的感謝，在這做 畢業(yè)設(shè)計的時間里，他 為我們的成長和進步做出了貢獻。在這次 畢業(yè) 設(shè)計中， 王軍老師 作為我們的輔導(dǎo)老師，給了我們很大幫助 ,盡職盡責(zé)，一絲不茍。 至此，這次 畢業(yè) 設(shè)計也將告以段落，但老師的教誨卻讓人終生難忘，通過這次畢業(yè)設(shè)計，不但使我學(xué)到了知識，也讓我學(xué)到了許多的道理，總之是受益匪淺。 盡管我在 畢業(yè) 設(shè)計過程中做出了很多的努力，但由于我的水平有限，設(shè)計中的錯誤和不當之處仍在所難免，望老師提出寶貴的意見。 最后，向文中引用到其學(xué)術(shù)論著及研究成果的學(xué)術(shù)前輩與同行們致謝！ 再次向敬愛的老師表示衷心的感謝！ 參考文獻 [1]余志生．汽車理論（第四版） [M]．北京：機械工業(yè)出版社， 2020 [2]樓順天，姚若玉，沈俊霞 .MATLAB程序設(shè)計語言（第二版） [M].西安：西安電子科技大學(xué)出版社， 2020 [3]師漢民 .機械振動系統(tǒng) 分析 .測試 .建