【正文】 頻和低頻激勵下的車身振動。被動懸架一般是由彈簧和減振器組成，其具有結(jié)構(gòu)簡單，可靠性強，不消耗能量等優(yōu)點，但它的缺點也是顯而易見的。 懸架的發(fā)展 懸架系統(tǒng)的發(fā)展經(jīng)歷了 4 個階段，即：被動懸架、半被動懸架、半主動懸架及主動懸架。同時，汽車懸架作為車架 (或車身 )與車軸 (或車輪 )之間作連接的傳力機件，又是保證汽車行駛安全的重要部件。最后要保證懸架系統(tǒng)的可靠性，有足夠的剛度、強度和壽命。再次，要能保證汽車有良好的操縱穩(wěn)定性，一方面懸架要保證車輪跳動時，車輪定位參數(shù)不發(fā)生很大的變化，另一方面要減小車輪的動載荷和車輪跳動量。懸架與汽車的多種使用性能有關(guān)，為滿足這些性能，懸架系統(tǒng)必須能滿足這些性能的要求 :首先，懸架系統(tǒng)要保證汽車有良好的行駛平順性，對以載人為主要目的的轎車來講，乘員在車中承受的振動加速度不能超過國標(biāo)規(guī)定的界限 值。 上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） SJ汽車懸架 系統(tǒng) 的仿真與優(yōu)化 5 1 汽車懸架 懸架的作用 懸架是車架 (或承載車身 )與車橋 (或車輪 )之間的一切傳力連接裝置的總稱。這是一種全新的技術(shù)開發(fā)方法，將分散的設(shè)計資源和設(shè)計過程有機地集成在一起，使設(shè)計人員完全參與到一個虛擬現(xiàn)實的空間里，在身臨其境中進行設(shè)計，從而完成汽車產(chǎn)品的整個設(shè)計。國內(nèi)汽車工業(yè)除了自身開發(fā)研究的計算機軟件外，同時還與國外著名的軟硬件供應(yīng)商進行廣泛的合作，引進計算機人才和應(yīng)用軟件，以提高整車設(shè)計和國產(chǎn)化中的獨立 開發(fā)能力。外資，國企，民營的資本紛紛投向汽車工業(yè)。 投資結(jié)構(gòu)、組織結(jié)構(gòu)、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)日漸優(yōu)化，大而全、小而全的散亂差局面已從根本上得到改變。中國汽車工業(yè) 10 年內(nèi)平均年增長 15%，是同期世界汽車年均增長率的 10 倍。各種現(xiàn)代、多功能、豪華舒適的汽車也越來越多。美國作為世界上汽車生產(chǎn)和消費大 國，汽車推動經(jīng)濟發(fā)展的特征十分明顯。涉及社會上的各行各業(yè)。我國汽車工業(yè)在規(guī)?；a(chǎn)、技術(shù)水平、成本控制、產(chǎn)業(yè)政策、市場推廣手段等諸多方面都存在著明顯不足。由于汽車產(chǎn)品旺銷的拉動，交通運輸設(shè)備制造業(yè)成為 23 個主要工業(yè)行業(yè)中僅次于石油開采和電力行業(yè)的第三大產(chǎn)業(yè)，而銷售收人也僅次于電力行業(yè)名列第二，已成為拉動工業(yè)增長的主要力量。 汽車工業(yè)被稱為“工業(yè)中的工業(yè)”，是衡量一個國家發(fā)達程度的重要標(biāo)志。從全世界范圍來看，目前還找不出一個無汽車的現(xiàn)代化社會的先例。根據(jù)汽車設(shè)計的要求對懸架中的鋼板彈簧和減振器進行了設(shè)計和計算，然后用MATLAB/Simulink 建立主動懸架系統(tǒng)的車輛動力模型，對懸架系統(tǒng)進行主動懸架系統(tǒng)性能的仿真和優(yōu)化分析。 MATLAB 軟件是一門計算機編程語言，它把數(shù)值計算和可視化環(huán)境集成到一起，提供了大量的函數(shù)和工具箱，并可應(yīng)用 Simulink 來對動態(tài)系統(tǒng)進行建模、仿真和分析的軟件包，為用戶提供方框圖進行建模的圖形接口，因此更直觀、方便、靈活。上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） SJ汽車懸架 系統(tǒng) 的仿真與優(yōu)化 1 摘要 汽車設(shè)計復(fù)雜，特別對于高檔汽車的技術(shù)含量高，要求復(fù)雜，因而新的車型投資大，設(shè)計、生產(chǎn)周期長，耗費大量時間和精力。但采用計算機輔助設(shè)計 CAD 技術(shù)，建立汽車模型，通過軟件模擬汽車行駛狀況，來進行汽車設(shè)計分析，可以對汽車設(shè)計提供計算機輔助設(shè)計，對于新車的設(shè)計，具有相當(dāng)?shù)慕?jīng)濟意義。 本文利用 MATLAB 軟件對汽車懸架進行了 仿真 與 優(yōu)化 。 關(guān)鍵詞 ：懸架，動力學(xué)仿真， 鋼板彈簧，減振器 上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） SJ汽車懸架 系統(tǒng) 的仿真與優(yōu)化 2 SIMULATION AND OPTIMIZATION OF SJ AUTOMOBILE SUSPENSION ABSTRACT Several rounds of trials are needed before a new product can be determined, due to its design plexity. Thus large amount of money and time had to be invested in new products. But using CAD, establishing the auto model using special software to simulate the driving situation and aid auto design, which have quite economic purpose. MATLAB which bines numerical calculation and visible interface is one of the puter programming language. It contains a large number of function and tools so that with application of the software Simulink in the study of dynamic system, it is easer and more efficient to connect drafting with squareframe block. This paper used MATLAB software to simulate and optimize the automobile suspension. According to the request of automobile design, the leaf spring and the shock absorber of automobile suspension has been calculated. Then using MATLAB/Simulink to establish the driving suspension system of the vehicles dynamic model and to simulate and to optimize and to analysis on the driving suspension system performance. Keywords: suspension, dynamics simulate, Spring plate, Shock Absorber 上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） SJ汽車懸架 系統(tǒng) 的仿真與優(yōu)化 3 SJ 汽車懸架系統(tǒng)的仿真與優(yōu)化 沈元忱 061103267 0 引言 隨著國民經(jīng)濟的蓬勃發(fā)展，汽車已一躍成為當(dāng)前極為重要的交通運輸工具。因此，汽車工業(yè)在帶動其它各行各業(yè)的發(fā)展中，已日益顯示出其作為重要支柱產(chǎn)業(yè)的作用。提高 汽車的工業(yè)競爭力，可以提高綜 合國力乃至帶動相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。中國汽車工業(yè)歷經(jīng)半個世紀(jì)的發(fā)展，目前已經(jīng)出具規(guī)模，但是，與世界先進水平相比，還存在很大差距。汽車的生產(chǎn)、制造和銷售以及消費。汽車工業(yè)的發(fā)展，可以帶動各行各業(yè)的發(fā)展。反過來，汽車消費也刺激了汽車工業(yè)的發(fā)展。 國內(nèi)汽車業(yè)一貫強調(diào)汽車工業(yè)是技術(shù)密集、資金密集和勞動密集的產(chǎn)上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） SJ汽車懸架 系統(tǒng) 的仿真與優(yōu)化 4 業(yè)，然而由于指導(dǎo)思想和實際水平的差距，二十多年的努力只實現(xiàn)了引進的外國產(chǎn)品本地化生產(chǎn)，也就是所謂國產(chǎn)化率顯著提高，掌握的多是一般性加工技術(shù) ，而產(chǎn)品的開發(fā)等核心技術(shù)并沒有掌握?；A(chǔ)工業(yè)的技術(shù)進步使我國生產(chǎn)的主要轎車產(chǎn)品技術(shù)、性能與國際市場產(chǎn)品幾乎沒有任何區(qū)別。尤其最近幾年，汽車工業(yè)發(fā)展和競爭已經(jīng)白熱化。 20 世界 90 年代后，由于計算機技術(shù)的不斷完善，計算機輔助設(shè)計（ CAD）、計算機輔助制造（ CAM）、計算機輔助實驗（ CAT）、計算機輔助工程分析（ CAD）等技術(shù)，正在我國汽車設(shè)計制造業(yè)得到廣泛應(yīng)用。 計算機技術(shù)的飛速發(fā)展 ，使汽車的設(shè)計從傳統(tǒng)的手工設(shè)計發(fā)展到計算機輔助設(shè)計，隨著信息技術(shù)的不斷成熟，今年來又誕生了更新的技術(shù)開發(fā)方法，即虛擬實現(xiàn)技術(shù)（ VIPTUALRALITY），簡稱 VR。目前，世界各大汽車廠商在竟相發(fā)展 VR 技術(shù)，并計劃將此技術(shù)應(yīng)用到汽車制造的全過程，該技術(shù)仍處在初級階段，國內(nèi)的研究部門和部分生產(chǎn)企業(yè)也開始注重 VR 技術(shù) 大發(fā)展和應(yīng)用。 懸架的主要作用是傳遞作用在車輪和車身之間的一切力和力矩，比如支撐力、制動力和驅(qū)動力等，并且緩和由不平路面?zhèn)鹘o車身的沖擊載荷、衰減由此引起的振動、保證乘員的舒適性、減小貨物和車輛本身的動載荷。其次，懸架要保證車身和車輪在共振區(qū)的振幅小，振動衰減快。還有就是要保證車身在制動、轉(zhuǎn)彎、加速時穩(wěn)定，減小車身的俯仰和側(cè)傾。所以，汽車懸架是保證乘坐舒適性的重要部件。因此，汽車懸架往往列為重要部件編入轎車的技術(shù)規(guī)格表， 作為衡量轎車質(zhì)量的指標(biāo)之一。 被動懸架 上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） SJ汽車懸架 系統(tǒng) 的仿真與優(yōu)化 6 1934 年， Olley 發(fā)明了被動懸架的基本原理。首先，雖然可以用優(yōu)化它的性能 參數(shù)（彈簧剛度和減振器阻尼）的方法，以達到舒適性和安全性的最佳折中。當(dāng)選擇大的相對阻尼系數(shù)時，低頻區(qū)垂直 加速度共振部分的分子被削減，但高頻區(qū)的振動較大，車輪相對動載荷減??；反之，則低頻區(qū)垂直加速度共振部分出現(xiàn)高峰值，但高頻區(qū)的共振減小，車輪相對載荷增大。由于參數(shù)不能任意選擇和調(diào)節(jié)，限制了被動懸架系統(tǒng)性能的進一步提高，即使采用優(yōu)化方法來設(shè)計，也只能把其性能改善到一定的程度。通常，彈簧鋼度選定后很難改變。其優(yōu)點是能在壞路條件下或轉(zhuǎn)彎、制動時將阻尼調(diào)節(jié)得很大，使行駛安全性大幅提高。半上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） SJ汽車懸架 系統(tǒng) 的仿真與優(yōu)化 7 主動懸架要求其阻尼按照行駛狀態(tài)的動力學(xué)要求做無級調(diào)節(jié)，并用幾毫秒內(nèi)由最小變到最大，由于阻尼變化響應(yīng)快，很像一 個主動系統(tǒng)，因此稱為半主動系統(tǒng)。該系統(tǒng)的微處理器從傳感器接收速度、加速度等信號，計算出相應(yīng)的阻尼值，給出 控制信號到步進電機，經(jīng)閥桿調(diào)節(jié)閥門，使節(jié)流孔阻尼變化。采用全機械實現(xiàn)的半主動懸架其優(yōu)點在于：不需要測量簧載質(zhì)量的絕對速度，只需要測量簧載質(zhì)量和非簧載質(zhì)量的相對速度和相對位移，簡化了機構(gòu)，提高了可靠性。主動控制懸架，由彈性元件和一個力發(fā)生器組成。因此，只需使力發(fā)生器產(chǎn)生一個正比于絕對速度負值的主動力，即可實現(xiàn)該控制目標(biāo)。日產(chǎn)和豐田公司的一些高級車上裝載的油氣式主動懸架，由一個電液比例閥（針閥）和一個機械式壓力伺服滑閥 構(gòu)成壓力控制閥。 懸架的組成 現(xiàn)代汽車的懸架盡管各有所不同的結(jié)構(gòu)型式，但一般都是由彈性元件、減振器和導(dǎo)向機構(gòu)部分組成。這三部分分別起緩沖，減振和力的傳遞作用。采用減振器是為了吸收振動，使汽車車身振動迅速衰弱（振幅迅速減?。?，使車身達到穩(wěn)定狀態(tài)，減振器采用液力減振器，是為了加速衰減車身的振動，它是懸架機構(gòu)中最精密和復(fù)雜的機械件。 彈性元件的種類 （ 1） 鋼板彈簧：由多片不等長和不等曲率的鋼板疊合而成。鋼板彈簧除具有緩沖作用外，還有一定的減振作用，縱向布置時還具有導(dǎo)向傳力的作用，非獨立懸掛大多采用鋼板彈簧做彈性元件，可省去導(dǎo)向裝置和減振器，結(jié)構(gòu)簡單。由于上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） SJ汽車懸架 系統(tǒng) 的仿真與優(yōu)化 9 沒有減振和傳力的功能，還必須設(shè)有專門的減振器和導(dǎo)向裝置。它不但具有良好的緩沖能力，還具有減振作用，同時還可調(diào)節(jié)車架的高度，適用于重型車輛和大客車使用。 （ 5） 橡膠彈簧： 它是利用橡膠本身的彈性工作的彈性元件，它可以承受壓縮和扭轉(zhuǎn)載荷，具有單位質(zhì)量儲能高于金屬彈簧的優(yōu)點，同時它還具有變剛度特性，且隔音性能好?，F(xiàn)在汽車上的橡膠彈簧多用作懸架的副簧和緩沖和塊。常見的種類有：簡式液力減振器 、搖臂式液力減振器、充氣式減振器和阻力可調(diào)式減振器等。如果能量的耗散僅僅是在壓縮行程或者是在伸張行程進行，則把這種減振器稱為單向作用式減振器；反之稱為雙向作用式減振器。 根據(jù)形式的不同，減振器分為搖臂式和 筒式兩種。筒式減振器又分為單筒式、雙筒式和充氣筒式三種。 現(xiàn)代汽車多采用筒式減振器，利用油液在小孔內(nèi)的節(jié)流作用來消耗振動能量。多數(shù)為壓縮和伸張行 程都能起作用的雙作用減振器。從而迅速衰弱振動。當(dāng)車架與車軸相對運動時，減振器內(nèi)的油液會通過一些窄小的孔、縫等通道反復(fù)地從一個腔室流向另一個腔室，這時孔壁與油液間的摩擦和油液內(nèi)的分子間的摩擦形成了對車身振動的阻力，這種阻力工程上稱為阻尼力。人們 為了更好地實現(xiàn)轎車的行駛平穩(wěn)性和安全性，將阻尼系數(shù)不固定在某一數(shù)值上，而是能隨汽車運行的狀態(tài)而變化，使懸架性能總是處在最優(yōu)的狀態(tài)附近。 導(dǎo)向裝置 獨立懸掛上的彈性元件，大多只能傳遞垂直載荷而不能傳遞縱向力和橫向力，必須另設(shè)導(dǎo)向裝置。汽車上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） SJ汽車懸架 系統(tǒng) 的仿真與優(yōu)化 11 懸架的彈性元件有鋼板彈簧，螺旋彈簧等輕型汽車的懸架一般很軟，它可以提高汽車的平順性。導(dǎo)向裝置可 控制車輪相對車身按設(shè)定的軌跡進行運動，并在車輪與車架之間傳遞力和力矩。 非獨立懸架 非獨立懸架其結(jié)構(gòu)特點是兩側(cè)的車輪由一根整體式車橋相連，車輪連同車橋一起通過彈性懸架與車架 (或車身 )連接。包括縱置板簧式非獨立懸架、螺旋彈簧非獨