基于Matlab/Simulink的车辆七自由度平顺性仿真研究

七自由度车辆平顺性计算进阶

车辆的行驶平顺性是评价车辆性能的重要指标之一。车辆行驶平顺性的好坏不仅直接影响到乘员的舒适性和运输货物的安全，而且影响着汽车零部件的使用寿命，因此改善车辆行驶平顺性的研究工作具有重要意义。目前对车辆行驶平顺性的研究，主要是建立车辆振动分析模型，以路面不平度作为系统激励，以座椅处振动响应、悬架动行程和车轮动载荷为输出，对整车振动响应进行模拟计算。

1建模基本原理与要求

在车辆振动预测与平顺性模型分析、悬架参数优化设计等研究中，汽车七自由度振动系统得到更广泛的应用。要全面反映车身的垂直运动、纵向角振动及侧向角振动，并把路面通过各车轮将不平激励传递给车身这一特点反映出来，三维立体模型如图2-1所示。该模型在车身垂直、俯仰、侧倾状态进行受力平衡分析，更真实地反映了车辆振动的实际情况。采用这种模型，还能将前后悬架结构形式的不同组合情况表示出来，即前独立悬架、后非独立悬架、前后都是独立悬架等多种组合。

首先需要建立车辆7自由度的数学模型，并对实际系统进行仿真，在这里我们通过搭建MATLAB/Simulink模型进行仿真计算。接下来分析7自由度具体的模型。

2汽车7自由度数学模型的建立

在汽车平顺性的研究过程中，人们最关心的是车身上各点的加速度，其中最重要的是 Z 方向即垂直方向的加速度值，根据课上所学内容建立了7自由度汽车模型，包括车身部份垂直运动、俯仰和侧倾 3个自由度，四个车轮在垂直方向的4个自由度。

对整车模型进行相应简化：汽车结构对称，质量分布对称；轮胎力学特性简化为一般弹簧；汽车振动系统为线性振动系统；前、后悬架减振器、弹簧刚度取为常量。简化后的图如图2-1所示。

图2-1 汽车7自由度模型

根据拉格朗日方程，建立动力学模型：

此模型保留了整车的7个自由度，可以求出汽车行进过程中车身以及各车轮在垂直方向的加速度和位移，悬架在四个车轮处的弹簧和减振器分别独立，并且可以选择不同的路面输入。

根据国家标准汽车平顺性随机输入行驶试验方法GB/T 4970-1996，平顺性试验对汽车相应座椅处的加速度进行采样分析，仿真模型中最终的输出变量为质心在垂直方向的加速度，车身俯仰角加速度和车身侧倾角加速度，汽车座椅在车中的布置如图 2-2所示。

图2-2中d1为质心在y方向到座椅中心的距离，d2、d3为质心在x方向到前、后座椅的距离。分别对驾驶员座椅、副驾驶员座椅以及后排左侧座椅的垂直加速度进行计算分析。根据公式，质心在垂直方向的加速度为，车身俯仰角加速度为，车身侧倾角加速度为，则驾驶员座椅中心的垂直加速度为：

本次计算进行了平顺性模型的建立及仿真，采用了传统的数学建模研究方法，结合应用广泛，功在其组件 Simulink 环境下建立了汽车整车7自由度汽车模型，对模型进行了赋值仿真。

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