(完整版)车辆悬架四分之一整车模型Simulink建模仿真

0引言车辆的安全性、操作稳定性及乘坐舒适性是车辆在行驶过程中非常重要的性能指标，而悬架系统作为车辆的重要部分，对其有重要的影响。

随着汽车技术的发展，车辆主动悬架慢慢地取代了被动悬架，而对于悬架控制器方面的设计也层出不穷。

常用的主动悬架的控制方法有自适应控制、模糊控制、神经网络智能控制及最优控制等，而最优控制作为现代控制理论的核心，理论基础最为完善。

通过线性最优控制算法，综合考虑悬架系统的各因素，设计一个半主动悬架最优控制策略，与被动悬架进行对比研究，从而起到对系统性能的改善。

1系统模型的建立结合研究对象建立如图1所示1/4车辆简化模型。

以牛顿运动定律为基础建立运动方程，如下：（1）同时建立滤波高斯白噪声路面的输入数学模型，如下：（2）式中，x g -路面的垂向位移（m ）；f 0-下截止频率（Hz ）；G 0-路面不平度系数（m 3/cycle ）；ω-期望值为零的高斯白噪声；u-前进速度（m/s ）。

由式（1）和式（2）将方程写成相应矩阵形式，可得系统的空间状态方程：（3）（4）式中为系统的状态矢量，其中x ̇b 为簧载质量速度；x b 为簧载质量位移；x ̇w 为非簧载质量速度；x w 为非簧载质量位移；x g 为路面位移；U 为作动器控制力输入矩阵；W为白噪声输入矩阵。

2控制器设计对于车辆悬架设计来说，主要性能指标有轮胎动位移（轮胎接地性）；悬架动行程（影响车身布置及结构设计）；车身垂向振动加速度（乘坐舒适性）。

由此利用最优控制理论可设计控制器性能指标的表达式如下：（5）式中q 1-轮胎动位移的加权系数，q 2-悬架动行程的加权系数，q 3-车身垂向振动加速度的加权系数，T-时域。

从表达式中可以看出三个加权系数的选取决定了悬架性能的好坏，如果悬架系统目标为提高乘坐舒适性，则可选择车身垂向振动加速度较大的权值；若悬架系统目标为提高车辆的操作稳定性，则可选择轮胎动位移较大的权值。

因此在本研究中选取车身垂向振动加速度的加权系数q 3=1。

运用Matlab/Simulink对主动悬架动力学仿真与分析摘要：基于主动悬架车辆1/4动力学模型，采用LQG最优调节器理论确定了主动悬架的最优控制方法，利用matlab软件建立了主动悬架汽车动力学仿真模型，并用某一车型数据进行了动力学分析和仿真，仿真输出量可作为评价主动悬架的控制方法和与平顺性有关的车辆结构参数的依据。

关键词：主动悬架仿真 MatlabDynamics Simulation Of Vehicle Active-suspension By Using MATLAB Abstract: Linear-Quadratic-Gaussian(LQG) optional regulator theory is applied to optional control of active-suspension based on quarter vehicle dynamics model of active-suspension. Using MATLAB software，dynamics on model of vehicle of active-suspension is established to make analysis and simulation according to some actual data .Simulation output can be used to evaluate the control method of active-suspension and structure parameters of vehicle in relation to ride performance.Key words: active-suspension simulation MATLAB悬架作为现代汽车上重要的总成之一，对汽车的平顺性、操纵稳定性等有重要的影响，统的被动悬架虽然结构简单，但其结构参数无法随外界条件变化，因而极大的限制了悬架性能的提高。

第２期（总第２１３期）２０１９年４月机械工程与自动化ＭＥＣＨＡＮＩＣＡＬ　ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ　＆　ＡＵＴＯＭＡＴＩＯＮＮｏ．２Ａｐｒ．文章编号：１６７２－６４１３（２０１９）０２－００１１－０２櫜四分之一车辆悬架平顺性研究张　潮，郭京波，张海东，周庆祥（石家庄铁道大学机械工程学院，河北　石家庄　０５００４３）摘要：针对车辆的平顺性，选用四分之一车辆悬架作为研究对象，根据车辆悬架两自由度的运动微分方程，应用ＭＡＴＬＡＢ／Ｓｉｍｕｌｉｎｋ建立了车辆悬架的仿真模型。

以某一车辆悬架参数为例，在正弦激励下得出轮胎加速度响应曲线和车身加速度响应曲线，并以加权加速度均方根值作为评价该车平顺性的指标，结果表明车辆在该种正弦激励下会使人感觉不舒适。

关键词：四分之一悬架；平顺性；ＭＡＴＬＡＢ／Ｓｉｍｕｌｉｎｋ中图分类号：ＴＰ３９１．７∶Ｕ４６１．４ 文献标识码：櫜Ａ国家自然科学基金资助项目（５１２７５３２１）收稿日期：２０１８－０７－１７；修订日期：２０１８－１２－３０作者简介：张潮（１９９１－），男，河北灵寿人，在读硕士研究生，研究方向：机械设计与制造。

０　引言悬架是车架（或承载式车身）与车桥（或车轮）之间的一切传力连接装置的总称。

现代车辆上普遍采用由弹性元件和减振器组成的常规悬架，其中弹簧主要用来支持簧上质量，而阻尼器主要用来消耗系统的能量而起减振的作用。

车辆振动是影响行驶平顺性的主要因素，车辆的平顺性好坏直接影响乘车人的主观感受。

客观地评价车辆的平顺性是提高车辆平顺性的前提［１－２］。

本文选用四分之一车辆悬架作为研究对象，根据车辆悬架两自由度的运动微分方程，应用ＭＡＴＬＡＢ／Ｓｉｍｕｌｉｎｋ建立了车辆悬架的仿真模型。

以某一车辆悬架参数为例，在正弦激励下，分析得出轮胎加速度响应曲线和车身加速度响应曲线，对该车的平顺性进行分析。

１　悬架系统的力学模型实际的车辆悬架系统是比较复杂的非线性系统，建立的模型越接近实际，则分析结果越准确，但模型也往往会变得复杂，使分析困难。

10.16638/ki.1671-7988.2018.21.014基于Simulink的汽车主动悬架仿真分析夏伟（武汉交通职业学院，湖北武汉430065）摘要：文章简要介绍了用Simulink建立主动悬架的仿真模型的方法。

采用单轮车辆模型动力学方程，建立被动悬架的仿真模型。

通过设计主动悬架的LQG控制器，建立主动悬架仿真模型。

并将两种模型的车身加速度、悬架动行程、轮胎位移进行比较分析。

结果表明LQG控制器的主动悬架能有效改善悬架性能。

关键词：Simulink；主动悬架；仿真中图分类号：U467 文献标识码：B 文章编号：1671-7988(2018)21-38-04Simulation Analysis of Vehicle Active Suspension Based on SimulinkXia Wei( Wuhan Technical College of Communications, Hubei Wuhan 430065 )Abstract: This paper describes the simulation model using Simulink Active Suspension method. Establish a passive suspension simulation model by using the single wheel vehicle model dynamics equations. By LQG controller design active suspension, active suspension simulation model established. Compared and analyzed the body acceleration, suspension dynamic travel, tire displacement of the two models. The results showed that the active suspension with LQG controller can effectively improve the suspension performance.Keywords: Simulink; Active Suspension; SimulationCLC NO.: U467 Document Code: B Article ID: 1671-7988(2018)21-38-04引言悬架是车架（或承载式车身）与车桥（或车轮）之间一切传力连接装置的总称。

AUTO PARTS | 汽车零部件基于Simulink的1/4车辆悬架建模及仿真郑丽辉1　张月忠21.衢州职业技术学院 机电工程学院 浙江省衢州市 3240002.余姚朗德光电有限公司 浙江省宁波市　315400摘 要： 本文以1/4车辆悬架为研究对象，根据悬架动力学理论，建立动力学微分方程。

并在Matlab/Simulink环境下搭建路面激励模型和1/4悬架系统动力学仿真模型，对衡量悬架舒适性的车身加速度、悬架动行程、车轮动载荷三方面评价指标进行仿真研究，为悬架设计提供技术参考。

关键词：1/4车辆悬架　舒适性　仿真研究1　引言车辆悬架连接车身与车轮，传递两者之间的作用力和力矩，并通过弹性元件和阻尼元件的相互作用衰减不平路面引起的车辆振动，提高车辆平顺性与舒适性。

车辆悬架的类型可划分为被动悬架、半主动悬架和主动悬架三种，若悬架系统各元件的特性参数不可调整的称为被动悬架，可调整的称为半主动悬架，能根据控制反馈信号产生主动控制力，适应路况和车况变化的称为主动悬架。

本文以1/4车辆悬架为研究对象，根据其二自由度的简化力学模型建立微分方程，并基于Matlab/Simulink建立了仿真模型。

以某车型悬架参数为例，在以带限白噪声模拟的路面激励下，对衡量悬架舒适性的三方面评价指标进行仿真研究，为悬架设计提供技术参考。

2　1/4车辆悬架系统动力学模型由于车辆结构的复杂性决定了车辆悬架是多自由度互相耦合的非线性系统。

为分析问题方便，常将实车悬架模型简化成1/4车辆悬架二自由度模型。

简化过程作如下假设：（1）忽略簧载质量m2的变形，视其为刚体。

（2）车轮刚度k1和悬架减震弹簧刚度k2均为线性,忽略悬架减震器阻尼的迟滞现象。

（3）车辆行驶过程中,轮胎始终未脱离地面。

1/4车辆悬架二自由度力学模型如图1所示。

图中，m1为车轮质量，m2为车身质量，k1为车轮等效刚度，k2为悬架减震弹簧等效刚度，c为悬架减震器等效阻尼系数，q为路面激励，z1为车轮垂向位移，z2为车身垂向位移，Fd为主动控制力。

基于SIMULINK的主动悬架控制器建模与仿真摘要：悬架对于车辆的平顺性、操稳性和安全性等都有着重要的影响。

悬架对车身的垂向振动加速度的影响是悬架设计研究的重点。

本文在分析主动悬架的各种控制方法后，采用二自由度1／4单轮车辆模型和线性二次型Gauss(LQG)控制方法建立计算机模型在Matlab/Simulink中进行集成优化仿真。

从仿真结果分析主动悬架显著地降低了车身的垂向振动加速度，对改善汽车行驶平顺性和提高汽车行驶安全性具有较优的效果。

关键词：主动悬架；单轮模型；LQG控制；SimulinkModeling and Simulation of active suspension controller based onSIMULINKLiu Dexiong( College of engineering and technology,Southwestern University, Chongqing 404100 )Abstract：Suspension for vehicle ride comfort, handling stability and security have important influence. Suspension on the body of the effect of vertical vibration acceleration is the research focus of suspension design. In this paper, in various analysis of active suspension control methods, with two degrees of freedom and 1 / 4 single wheel vehicle model and linear two Gauss (LQG) control method to establish a computer model of integrated optimization simulation in Matlab/Simulink. From the analysis of simulation results of active suspension significantly reduces the body's vertical vibration acceleration, to improve vehicle ride comfort and improve vehicle safety and has better effectiveness.Key words：Active suspension; single wheel model; LQG control; Simulink0引言悬架系统是车辆的重要部件，对于车辆的平顺性、操稳性和安全性等都有着重要的影响，而主动悬架是悬架发展的必然方向。

车辆悬架四分之一整车模型的Simulink建模与仿真车身质心加速度相对动载荷悬架动行程Simulink建模与仿真运用simulink 中的状态空间模型计算四分之一车模型的，ACC ，DTL 和SWS 。

首先运用吴志成老师一片文献的方法利用simulink 建立路面不平度模型，生成路面谱。

所运用的公式如下：q (t )=−0.111∗v ∗q (t )+0.111∗40∗√G q (n 0)∗v利用上述式子得出路面不平度生成如下所示：图1 路面谱生成因为选择的是E 级路面，40KM/h ，因此增益2和3分别为，11.1111和8.5333。

此外，限带白噪声功率的大小为白噪声的协方差与采样时间的乘积。

又白噪声W E (t)的协方差满足下式：E [w E (t )w E (t +τ)]=2ρ2αvδ(τ)此处δ(τ)为脉冲函数，并且选择采样时间为0.01s ，则计算可得白噪声功率为8.9*10-3。

计算的路面不平度均方根值为0.0531m 。

四分之一车模型根据拉格朗日方程有下式：状态空间模型：xb=z2 xw=z1 kt=k1 ks=k2 mb=m2 mw=m1 xr=u建立状态方程和输出方程，在此选取状态变量向量为：X =[z1,z2,z1,z2]′0)()(=-+-+w b s w b b b x x k x x C xM ()()()0w w w b s w b t w r x C x k x x k x x x M +-+-+-=输入向量为：u=[qt]′则输出向量为Y=[z2,z2,(z1−u)∗ktm2∗g,z2−z1]′建立如下的状态方程和输出方程：X=AX+BuY=CX+du 解得A，B，C，D分别为：A=[0010001−(k1+k2)/m1k2/m2k2/m1−k2/m2−c/m1c/m1c/m2−c2/m2]B=[0 0 k1m10]′C=[k2m2 −k2m2cm2−cm2; 0 1 0 0;k1m2g0 0 0;−1 1 0 0]D=[0 0−k1m2g0]′将各个已知量代入即可得出具体的矩阵。

MATLAB/Simulink软件仿真平台之车辆模型新能源车控制策略仿真平台主要包括驾驶员模型、控制策略、车辆模型三部分，如下图所示。

今天我们详细说说第三部分车辆模型（车辆平台）的相关内容，也是最复杂的部分。

车辆模型需求分析车辆模型，从字面上理解就是把整车抽象出来，建立其数学模型，用于仿真研究或控制开发。

广义上的车辆模型应该是包括纵向、侧向、垂向三个方向的动力学模型，是一个及其复杂的系统。

通常，我们会根据实际的研究需要，搭建一个方向或两个方向的动力学模型。

这次我们搭建的增程式电动汽车软件仿真平台，主要用于验证车辆能量管理相关的控制策略，仅需要与驱动、制动相关的车辆纵向动力学模型，再加上增程器、电池等子系统模型（为简化建模搭建，忽略部件响应延迟以及部分摩擦）。

1、增程器模型需求增程器主要包括发动机、发电机，二者一般直连在一起，构成一个提供电能的增程器。

发动机启动过程中，发电机出正扭矩把发动机拉到点火转速后，发动机自行点火启动；发动机启动成功后，发动机出正扭矩，发电机出负扭矩发电同时维持发动机转速恒定；发动机停机过程中，发动机和发电机停止出力，在发动机摩擦力的作用下发动机转速会慢慢降为0。

增程器模型输入：发动机扭矩请求（来自控制策略，这里用固定的节气门开度近似代替）发电机扭矩请求（来自控制策略，这里用扭矩请求百分比信号近似代替）高压电池电压（来自高压电池实际状态）。

增程器模型输出;发电机充放电电流(充电为负，放电为正)模型物理关系：发动机实际扭矩=MAP1（发动机实际转速，发动机节气门开度）发电机实际扭矩=MAP2（发电机实际转速）* 发电机扭矩请求百分比发动机转速（即发电机转速）由增程器系统的动力学决定，TENG+TGM=(JENg+JGM)*dw/dt发电机充放电电流由功率守恒计算，充电时TGM*WGM*φ=UBATT*IGM，放电时TGM*WGM/φ=UBATT*IGM2、纵向动力学模型需求增程式电动汽车的纵向动力学模型与纯电车一样，由电机、主减速器、轮胎、车身等。