目 录
1 绪论 1
1.1 引言 1
1.2 研究背景 1
1.3 汽车悬架、半主动悬架概述 1
1.4 汽车半主动悬架系统国内外研究现状 2
1.5 研究目的和意义 4
1.6 研究内容 4
2 MATLAB软件介绍 5
2.1 MATLAB软件简介 5
2.2 MATLAB特点 5
2.3 MATLAB基本语法 6
2.4 MATLAB编程环境 7
2.5 基本绘图方法 8
2.6 M文件 9
3 Newmark积分法 9
3.1 Newmark积分法 9
3.2 Newmark积分法的变形 10
3.3 Newmark方法程序编写 12
4 汽车半主动悬架振动数值分析 13
4.1 汽车1/4 振动模型 13
4.2 车轮车身位移、速度、加速度图 14
4.3 数值分析 18
结 论 20
致 谢 21
参 考 文 献 22
附录A 汽车单自由度振动模型Newmark算法 23
附录B 汽车1/4双自由度振动模型的Newmark编程 25
1 绪论
1.1引言
近年来,随着经济的飞速发展,人民生活水平有了很大的提高,同时,人们对于汽车平顺性、操纵稳定性和安全性有了更高的要求。汽车作为一个复杂的多自由度非线性系统,道路不平、车速、行驶方向等的变化都会引起车体振动,当这种振动达到一定的程度时,会直接损 *51今日免费论文网|www.jxszl.com +Q: 3 5 1 9 1 6 0 7 2 
害车辆的乘坐舒适性以及行驶安全性,严重的汽车振动还会影响汽车的行驶速度、零部件的疲劳寿命以及产生噪声。因此,最大限度的降低车辆在行驶过程中所产生的振动,改善汽车的平顺性、操纵稳定性具有重要的现实意义。要想降低车辆振动至最低，应当选用更先进的悬架技术，这就使的对汽车悬架系统的研究显得愈加重要。
1.2 研究背景
汽车悬架是汽车的车架与车桥之间的一切传力联接装置的总称。汽车悬架主要由弹性元件、减震装置和导向机构组成，悬架的主要作用是联接车桥和车架，缓冲不平路面对汽车产生的冲击力，对车轮相对车身的跳动起导向作用，以保证汽车行驶更加平顺[1]。 
半主动悬架是指悬架弹性元件的刚度和减振器的阻尼系数之一可以根据需要进行调节大小的悬架。对半主动悬架的研究主要集中在调节减振器的阻尼系数方面, 即将阻尼可控减振器作为执行机构, 通过传感器检测汽车行驶状况和道路条件的变化以及车身的加速度, 再由ECU 发出脉冲控制信号，实现对减震器阻尼系数的调整。
由于半主动悬架的结构简单，成本低，工作时几乎无动力消耗，并且还能获得与全主动悬架相近的性能，所以有着很好的应用前景[2]。
1.3 汽车悬架、半主动悬架概述
根据导向机构的不同汽车悬架系统分为非独立悬架和独立悬架两种，非独立悬架拥有一根整体车轴，当一边车轮跳动时，另一侧车轮也会随着相应的跳动，整个车身一起振动；独立悬架有两段车轴，两边车轮可单独运动，可以提高汽车的平稳性和舒适性。下图分别为非独立悬架（a）和独立悬架系统(b)。
图1 悬架系统
另外，汽车悬架系统根据控制形式的不同还可分为被动悬架系统、主动悬架系统和半主动悬架系统三种类型。
被动悬架系统由参数固定的弹簧和阻尼器组成，结构简单、成本低，不消耗外界能量，因此到广泛的应用。被动悬架的刚度和阻尼是不可调的，因此被动悬架的平顺性和操纵稳定性都比较差。
主动悬架系统利用一个力发生器替代了传统被动悬架中的减振器和减震弹簧，根据检测到的外界环境和车辆运行状态，力发生器通过控制系统产生适当的阻尼力来达到控制悬架的目的，从而很好的提高汽车的平顺性和安全性。主动悬架系统能够根据外界输入量以及汽车本身状态的改变进行自适应调节，自适应性很强，能够满足不同路面激励和车速下的要求，从而获得优越的悬架系统性能。但是，主动悬架系统能耗大、系统结构复杂，成本高，因此目前的应用范围较小[3]。
半主动悬架是指悬架弹性元件的刚度或减振器的阻尼系数可根据需要进行调节控制的悬架。分为有级式和无极式半主动悬架两种，半主动悬架的研究主要集中在调节减振器的阻尼系数方面, 没有动力源，将阻尼可控减振器作为执行机构, 通过传感器检测到的汽车行驶状况和道路条件的变化以及车身的加速度, 由ECU 根据控制策略发出脉冲控制信号，实现对减震器阻尼系数的调整[4]。
1.4汽车半主动悬架系统国内外研究现状
1.4.1国外研究现状
国外对于半主动悬架系统的研究比较早,有杰出成就的人很多，其中具有重要影响的是Kanropp、ompsonmpLanglois等人,他们主要是对半主动悬架系统的控制策略以及台架试验进行研究。美国加州大学的D.A.Crosby和D.C.Kamopp等人,在1973年首次提出了半主动悬架这一概念；Venheven等人利用自适应控制实现对半主动悬架系统的控制,并分析了车辆平顺性和路面附着力之间的关系,利用卡尔曼滤波器对状态变量进行评估,通过观测轮胎动载荷的变化及时调整阻尼参数, 从而完成对半主动悬架系统性能的控制, 结果表明利用自适应控制可以很好的控制半主动悬架系统的低段；Lane.RMiller和Douglas.E.Ivers等建立了二自由度1/4汽车悬架模型,他们将黄载质量加速度、车轮动载荷作为评价半主动悬架系统的性能指标,并对其进行了模拟实验,通过对试验结果以及仿真结果的比较验证了它的可靠性和可行性；Nizar Al-Holou, Tarek Lalidhiri等人根据悬架系统的非线性和参数的不确定性,利用综合模糊控制、滑模变结构控制以及神经网络控制来对半主动悬架系统进行控制,并取得了良好的控制效果。
目前,在国外一些经济相对发达的国家, 半主动悬架产品已经在一些车型上开始使用。1999年,美国Delphi公司研发了磁流变半主动悬架系统Magenride,这一发明对于整个世界都是意义深远的；到2002年Magenride磁流变减振器Cadillac Seville STS已经开始在一些高档车上得到使用。
1.4.2国内研究现状
国外对半主动悬架的研究比较早，我们国内则开始于80年代中期,研究的重点主要集中在四方面:控制策略的研究；半主动悬架与底盘子系统的集成研究；台架试验及实车试验的研究；悬架参数非线性和不确定性研究。汪桂香等人设计了一种输出反馈模糊滑模控制器,对多种激励信号下电流变阻尼器半主动悬架系统的响应进行仿真分析；孙俊、陈无畏等在研究汽车半主动悬架系统时引入了神经网络自适应PID控制,并将控制结果与被动悬架进行了比较分析；方子帆、陈益等利用遗传算法的多项式函数对汽车半主动悬架系统进行仿真分析,仿真结果表明遗传算法可以很好的改善车辆的平顺性；洪家梯等利用神经网络自适应模糊控制方法通过调整阻尼值来改变阻尼力实现了对半主动悬架系统的控制,以改善悬架系统的振动特性[5]。
由于机械设计师和控制工程师所采用的建模软件之间差异很大，使得进行机械控制系统的综合测试受到很大的限制。到现在为止，对汽车半主动悬架系统的研究大都集中在数学模型以及动力学模型的建立上,之后，ADAMS软件的诞生为人们解决了这一难题，利用ADAMS软件建立悬架多体动力学模型，不需要列写复杂方程式，不但提高了建模的效率，也使得机械系统和控制系统的联合仿真变的更加简单协调。在设计带有控制系统的机械系统时，可利用ADAMS软件建立机械系统模型，然后将所建立的机械系统模型导入到MATLAB软件中，通过在MATLAB软件中建立控制系统的模型实现对机械系统模型控制，这样既可降低设计的成本又缩短了产品的开发周期。随着国内经济的迅速腾飞，我国的汽车工业也得到了长足的进步，但有关半主动悬架的研究与设计仍局限于高校当中，由于起步较晚等原因，还处于理论研究和安装调试的阶段,因而这方面的具体研究成果相对还比较少。重庆大学硕士研究生李伟主要研究了半主动悬架部分状态变量反馈的次最优控制，进行了仿真计算，并以模型实验验证了其仿真结果。

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