基于MATLAB汽车减震系统的研究

摘 要：汽车的减震系统性能直接决定汽车的舒适度。本研究采用弹簧―质量―阻尼器物理模型建立减震系统的数学模型，通过matlab/simulink仿真选择合适的弹簧系数，使系统的震动幅度最小且调节时间最短，并通过现代控制理论中极点配置法对系统优化，使减震系统获得满意的响应速度和超调量。系统仿真结果表明，其方法是可行的，达到预期效果。此外，研究方法适用于于其他减震系统的研究，因此具有实际的意义。

关键词：减震系统 极点配置法 matlab/simulink仿真 现代控制理论

中图分类号：P642.22 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2014）07（c）-0024-01

汽车减震系统目的是为了避免汽车在不平坦道路上行驶过程中较大幅度的颠簸，以获得驾驶的舒适度，减震系统性能的好坏直接影响着驾驶者对于汽车的满意度，因此对于减震系统的研究是有必要的。

汽车减震系统可简化成两部分，弹簧和阻尼器。图1是一个简单的减震系统的物理模型[1-3]。

其中，M是汽车的质量b是阻尼器的阻尼系数k是弹簧的弹性系数x（t）是汽车相对水平路面的位移y（t）是汽车底盘相对于水平路面的位移

1 减震系统数学模型建立

对上述系统运用牛顿定律进行受力分析，汽车底盘运动的微分方程式：

由微分方程式得系统的传递函数为：

其中，，，称为无阻尼自然震荡角频率，称为阻尼系数。

通过文献查找知[5]，汽车减震系统阻尼系数=0.2～0.4。[4]我们选取=0.3。因为对于一个减震系统来说，我们希望系统尽快达到平衡状态，以获得平稳的速度，这就要求越大越好，但考虑到越大超调量就越大，所以综合各方面我们选取=6。则将参数代入传递函数得：

构建simulink框图仿真输入0.1 m的脉冲信号，其仿真结果见图3。

由仿真图来看，系统超调量较大，且达到稳定时间较长，不满足减震系统所要求的振幅小、达到稳定时间短的要求，因此需要对其进行校正。

2 应用MATLAB进行系统校正

用MATLAB工具将传递函数转化为状态空间表达式：

利用matlab可知系统是可控可观测的。下面运用极点配置法进行系统优化。[5]

通过上面分析系统达到稳定的时间太长，这在实际中是不能满足的，需要状态反馈，以实现对系统的调整，使其达到稳定的时间更短。

通过查阅资料，我们得到系统的极点方程：

构建下面状态反馈系统框图进行仿真（见图2），验证极点配置以后系统是否满足能够快速响应的要求。

系统在输入输入0.1 m的脉冲信号时输出响应曲线如下：

通过观察可以看出，极点配置前系统达到稳定时间大约是5 s，配置后系统达到稳定时间是0.5 s。因此，极点配置使系统性能变好，响应时间更快。

3 结语

本研究运用simulink建模对于汽车减震系统的减震特性进行仿真，通过仿真研究了弹簧的系数与阻尼器的阻尼比对于系统减震特性的影响，在实验的基础上运用现代控制理论的极点配置法对于系统

进行优化，从仿真结果来看，其方法是可行的，达到了震动幅度下、调节时间短的控制要求。此外，此研究方法对于其他减震系统的研究具有参考价值，因此此研究具有实际意义。

参考文献

[1] 邹大勇.基于MATLAB的汽车减震系统分析[J].济源职业技术学院学报，2004，3（4）：30-33.

[2] 张建华.基于Smulink的粘弹性阻尼器减震结构动力仿真分析[J].甘肃科技，2009，25（1）：53-58.

[3] 韦勇.双轴汽车减震器阻尼系数与悬架系统阻尼匹配设计研究[J].广西机械，2001（1）.