论文总字数：13057字

摘 要

悬架是车身与车轮之间一切传力装置的总称，它对于汽车的平顺性和操纵稳定性有着非常大的影响，悬架的主要作用是把路面作用于车轮上的垂直反力、纵向作用力和侧向反向力以及这些反力所形成的力矩都传递到车架上，与轮胎一起，吸收和缓冲路面不平所造成的振动和冲击，从而提高乘客的乘坐舒适性和货品运输的安全性。本篇论文从被动悬架的组成部分及工作原理出发，学习了解了几种常见悬架的优缺点，简单分析被动悬架的国内外发展趋势，通过查找资料并结合所学知识建立了被动悬架的数学模型，在此基础上建立白噪声形式的路面输入模型从而建立1/4车辆被动悬架系统的动力学模型，通过考虑汽车在不平路面激励作用、加速、制动等常见工况下，悬架设计参数（如弹簧刚度、减震器阻尼系数等）对汽车的行驶平顺性的影响，为优化其设计参数提供依据。

关键词：被动悬架；1/4车辆模型；建模；仿真；平顺性

Theoretical Modeling and Simulation Analysis of passive suspension

Abstract

Suspension is the general name of all transfer devices between body and wheel.It has great influence on vehicle ride comfort and handling stability.The main function of suspension is to transfer the vertical reaction force, longitudinal force and lateral reverse force on the wheel, and the moment formed by these forces to the frame.Along with tyres, the vibration and shock caused by uneven road surface are absorbed and cushioned to improve passenger ride comfort and transport safety.Starting from the components and working principles of passive suspension, this paper studies the advantages and disadvantages of several common suspensions, and analyzes the development trend of passive suspension at home and abroad.The mathematical model of passive suspension is established by searching the data and combining with the knowledge learned.On this basis, the road surface input model in the form of white noise is established, and the dynamic model of the passive suspension system of 1 / 4 vehicle is established.By considering the influence of suspension design parameters (such as spring stiffness, damping coefficient of shock absorber, etc.) on the ride comfort of the vehicle under the common working conditions such as excitation, acceleration, braking, etc., this paper provides the basis for optimizing the design parameters of the vehicle.

Keywords：Passive suspension；1 / 4 vehicle model; modeling; simulation; ride comfort

目录

摘要…………………………………......................................................…………………………………………………….………...….............…I

Abstract…………………………………………………………………………………………….…..................................................................…II

第一章 汽车悬架的简介 1

1.1 本课题的研究内容及其意义 1

1.2 悬架的组成部分及工作原理 1

1.3 悬架的分类及其区别 3

1.4 悬架的国内外发展现状和发展趋势 4

第二章 悬架设计要求 6

2.1被动悬架的设计要求 6

第三章 汽车被动悬架建模 8

3.1 1/4 悬架模型的力学模型 8

3.2 1/2悬架模型的力学模型 8

3.3 1/4被动模型的建立 9

3.4 仿真建模软件Matlab/Simulink的简单了解 9

第四章 基于Matlab/Simulink建模和仿真 10

4.1 仿真环境 10

4.2 基于1/4被动悬架系统仿真模型的建立 10

结论 15

致谢 16

参考文献 17

第一章 汽车悬架的简介

1.1 本课题的研究内容及其意义

本课题首先需要了解悬架系统的结构、功能和工作原理，根据动力学相关知识推导出悬架系统的数学模型，在此基础上建立1/4和1/2车辆动力学模型。通过建立包含被动悬架的整车动力学模型及其相应的仿真模型，利用Matlab或者Simulink软件对所建立的模型进行仿真实验并分析对比。考虑汽车在不平路面激励作用、加速、制动等常见工况下，悬架设计参数（如弹簧刚度、减震器阻尼系数等）对汽车的行驶平顺性的影响，为优化其设计参数提供依据。

1.2 悬架的组成部分及工作原理

学过汽车的同学都知道悬架主要由弹性元件、减震器、导向装置等组成，与汽车行驶的平顺性和乘坐的舒适性有联系的构件有轮胎、悬架和座椅，而悬架是汽车影响汽车行驶性能至关重要的组成部分。

如图 1-1 所示为车辆悬架系统基本构造组成。

图 1.1 车辆悬架系统基本组成

弹性元件、导线装置、减震器是悬架的主要三个组成部分，简单来说弹性元件使汽车的车架和车桥形成弹性联系，承受和传递垂直载荷，缓和及抑制不平路面所引起的冲击；减震器用来加快振动的衰减，限制车身和车轮的振动；导向装置用来传递纵向力、侧向力及其力矩，并保证车轮相对于车架或车身有一定运动规律。

1.2.1 弹性元件

汽车悬架系统中所采用的弹性元件有钢板弹簧、螺旋弹簧、扭杆弹簧、气体弹簧和橡胶胶弹簧等。一般载货汽车的非独立悬架广泛采用的钢板弹簧；大多数桥车的独立悬架应用螺旋弹簧和扭杆弹簧；而在部分高级轿车上，应用的是气体弹簧。弹性元件起到减少路面对车身冲击的作用，当汽车行驶在路面堪忧的不平道路上，路面作用于车轮的垂直力是很大的，尤其是在凹凸不平的路面作高速行驶时这种冲击力更为明显。而这种冲击力毫无疑问是不可避免的，当冲击力作用于车身和车架的时候，不但会对汽车造成损坏还会使得乘客有不适感。为了降低这种冲击力，所采用的弹簧就能够吸收路面振动的能量。在车轮在行驶的过程中受到路面大的冲击时，弹簧将动能转化为弹性势能储存起来，在车轮复原行驶状态时释放出来。下面我们介绍几种常见的弹性元件。

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