摩托车平顺性的仿真分析

摩托车平顺性的仿真分析摘要：摩托车的平顺性就是指摩托车在一定的速度范围内行驶时，保证乘员的舒适以及保证所运货物的完整性。其性能不但是使乘员感到舒适，而且还利于摩托车的维护与保养，减小零件的损耗。悬架是摩托车的主要减震装置，它可以缓冲，吸收路面传来的冲击及控制加减速时车头的俯冲速度，对摩托车的平顺性影响较大。本文在课题的选取和研究基础上，首先对平顺性的评价的方式进行了一定介绍，了解了关于主观和客观的优缺点。接下来对摩托车悬架的构成，布置形式，基本结构和其工作的原理进行陈述。关键的核心是建立相关的数学模型并在matlab中进行各种图像的仿真，观察分析仿真图像，得出确定性的结论，并对摩托车平顺性的改进提出相应的建议与措施。关键词：平顺性减震器悬架仿真SimulationandAnalysisoftheRideComfortofMotorcycleAbstract：Thesmoothnessofamotorcyclemeansthatmotorcyclemustensurethecomfortofthepassengersandtheintegralityofthegoodsdeliveredwhenitistravelinginacertainspeedrange.Themotorcyclesperformanceisdefinedasthat,itnotonlymakesdrivercomfortable,butalsoisconducivetothemaintenanceofmotorcyclesandreducingthelossofparts.Thesuspension,themainshockabsorberofthemotorcycle,whichcanbuffertheimpactofthepavementandthedivespeedoftheenginewhencontrollingandaccelerationhasagreatereffectonthesmoothnessofthemotorcycle.Inthispaper,basedontheselectionandresearch,thepaperintroducesthemethodofevaluationofsmoothnessatfirstleadmetounderstandtheadvantagesanddisadvantagesofthesubjectiveandobjectivethenstatesthestructureofthemotorcyclesuspension,theform,thebasicstructureandtheprincipleofthesuspension.However,thekeyisestablishingrelevantmathematicalmodelandinMATLABforsimulationofavarietyofimage,theobservationandanalysisofimagesimulationtoreachadefiniteconclusion,andputsforwardcorrespondingsuggestionsandmeasuresontheridecomfortofmotorcycleisimproved.Keywords:RidecomfortShockabsorberSuspensionSimulation目录1绪论.11.1论文研究的背景及意义.11.2国内外研究现状.21.3论文研究的内容与思路.31.4小结.32摩托车平顺性的评价方法.42.1引言.42.2人体对振动的反应.42.3平顺性的评价方法.52.4摩托车平顺性的评定.72.5小结.73摩托车的悬架系统及数学模型.83.1摩托车悬架系统的概述.83.2摩托车悬挂装置的发展.83.3摩托车悬架系统的构成.93.4模型的建立.93.5模型建立的条件及数学模型的建立.103.6系统及悬架的参数.124系统的仿真.134.1引言.134.2随机路面的模型.134.3路面模型的仿真.154.4悬架模型的建立及仿真.204.5参数对平顺性的影响.234.6小结.265总结.27参考文献.28致谢.2901绪论1.1论文研究的背景及意义在我们人类灿烂的历史长河中，发明创造多不胜数，他们改变着我们的生活，也创造着我们的明天。而交通工具的发展则有着难以代替的作用，交通工具里的摩托车则是奠定了现代交通工具的标志性产品，它是自行车向汽车过渡的产品，起着承上启下的作用。我国摩托车的发展是从改革开放开始的，它的特点是发展迅速并且产量大，在1993年就成为了世界第一超过了日本，在二零零六年更是以超过世界总产量50%位居世界第一1。但在取得这些成绩的同时，也同样蕴含着许多的问题。随着社会经济水平的不断的提高，物质文明飞速的发展，每一天我们的生活都会有着新的转变。每一样事物都在发生着改变。特别是在我们的生活中，这样的体验尤为明显。摩托车的发展也同样面临着新的挑战，作为自行车向轿车过渡的产物，摩托车走到今天似乎走到了尽头，但其实不然。农村乡镇的需求还有海外等市场的拓展都在表明摩托车存在的必要，即使在经济发达地区或者那些发达的国家摩托车也有着其存在的价值。由于人们生活水平的提高，摩托车已经由原来单纯的载人工具转向为休闲，娱乐的产品，但同时对于摩托车的发展提出了新的要求。人们亦不在单纯的把摩托车作为载人的工具只注重它的实用性，人们还在乎它给人的感受性，人们希望他更加的适意，品质也希望能得到更大的提升，对于人们的服务性也期待着能给我们带来新的体验。我国摩托车的生产对于平顺性的评价是依靠简单的试驾人员主观评价，这种方法优点是能够直观的感受到车的操作性及稳定性，能够很清楚的感受车子的舒适性，有利于人们的主观感受。但同时这种方法也有着很大的局限性，由于每个人对于平顺性振动的体验不一样，很难有一个统一的标准，所以单纯的由试驾人员的试驾并不是很科学的一种方法。并且在国际上也有专门的人体感受振动系统的测试，可以更加科学，更加普遍的去查找人体受震的数据。因为以前单纯依靠人来进行评价的方法，有着太多的主观因素，不够严密与完整。而且由于缺乏系统的平顺性分析评价方法，导致产品在开发过程中无法全面的考虑产品的平顺性（舒适性），振动，噪声等系列的问题2。这将在很大的程度上拖延了生产的时间，对于摩托车的的研发与发展都不利。而建立系统的客观的平顺性仿真分析再结合传统的分析方法，将有利于摩托车的研发，改造，降1低成本等。1.2国内外研究现状外国摩托车的起步比较早，技术比较与国内也相对于成熟。现在，外国对摩托车的平顺性的仿真建模等计算已经做了大量的工作。我们国内许多人也积极的对该领域进行研究，也取得了许多的成绩，使得我们对摩托车的平顺性的研究也有了许多的进展，为我国的摩托车的发展做出了巨大的贡献。但不可否认的是国内与国外还是存在着一定水平的差异，所以更加的需要我们去努力，为我国摩托车的发展做出一定的贡献。自1885年德国人戴姆勒发明第一辆摩托车开始，摩托车就以全新的姿态出现在我们的面前，它以结构简单，方便灵活，价格便宜，速度适中等的特点迅速得到人们的喜爱。而在二十世纪五十年代以前摩托车的制造中心在欧美，此后日本进入摩托车行业，十几年后成为世界上最大摩托车产量最大的国家，又经过二十几年后的发展,造就了一系列的摩托车世界品牌，成为世界上摩托车行业的排头兵，而从二十世纪九十年代开始，我国摩托车行业迅速发展,已成为全世界摩托车产量最大的国家,但由于起步较晚，我国的技术水平相对于国外先进的摩托车生产国家来说还有一定的差距。近年来摩托车向着舒适性，稳定性，操作性方向发展，而我国对此方向的研究还不是很具体与完善，所以有必要也有需要对此进行一定的分析与研究。外国对于平顺性的研究主要分为物理参数化模型，物理参数模型就是减震器特性即悬架系统的特性，也可以用来振动的仿真和系统的动力学分析。等效参数化模型，就是没有考虑减震器的那些工作的过程和内部的构造，简化了结构，更让人容易理解它的工作原理3。非参数化模型也是没有考虑减震器的内部构造，关键依靠于实验的检测。我们在借鉴了一些外国的研究成果上，也做了一些贡献，许多的学者对等效参数模型也进行了研究。并在此研究的基础上已经取得了一定的成绩。我们主要是将外国关于模型建造的方法用于国内关于车辆的建造，这对我过车辆的发展有着重要的意义，对于我国以后摩托车的稳定性，操作性，平顺性的研究也会更进一步，相信未来对摩托车的研究会更加的系统化4。随着经济水平的提高，我们也将会投入更多的资金与精力再次研究上，在以后的发展道路上一定会追上国际上先进的水平，确定我们关于车辆的研究在以后一定会有一个更大的提升，在国际上也将会更有影响力。21.3论文研究的内容与思路本课题主要是研究摩托车的悬架系统,为其建立系统的数学模型,以及分析其对摩托车的操作性，稳定性以及最重要的平顺性的影响。具体的思路综合运用所学过的基础理论知识，在深入了解摩托车车悬架系统工作原理以及摩托车平顺性的评价方法的基础上建立相关的数学模型，并利用此数学模型进行仿真，得出关于影响平顺性的原因，提高车辆的适意性。根据上面提到的一些目的与要解决的问题，经过查阅相关资料与自己的研究分析，决定采用下面一些手段进行分析与解决。(1).matlab/simulink建立系统的相关数学模型；(2).编写仿真程序；(3).调试、分析仿真结果；(4).确定影响摩托车平顺性的因素，得出确切结论第一章：绪论，简单的介绍了本文课题与本文的主要内容，主要是做些什么工作，并打算怎么去做。第二章：简述摩托车的平顺性的评价方法,在这章中阐述了平顺性的具体内容,人体对振动的感受以及特性,国内外对人体关于振动的标准规定运用那些主要的方法来进行评价。第三章：主要说明摩托车的悬架系统及数学模型的建立,概述了摩托车悬架系统的发展,悬架系统的构成及工作原理,模型的建立,模型建立的条件.还有系统的参数以及确定系统的参数。第四章:根据数学模型的建立编写相应的仿真程序，进行系统的仿真，根据程序出来的结果进行分析，得到最佳的结果。1.4小结在第一章里，简单的介绍了论文的一些背景及意义，也概述了现如今关于摩托车的一些现状，国内外的一些研究进展以及简单的介绍了这篇论文的具体思路与做些什么内容。分别具体的分析了各个章节的内容，为后面的内容的写3作打下了基础。42摩托车平顺性的评价方法2.1引言平顺性的意义就是指二轮摩托在骑乘工作的情况下,以日常行驶的速度驾驶时,让人感觉到平稳,至少不会因为上下的颠簸振动而感到不适,还有车子所运的货物也要保证不予损坏,但是平顺性一般由人的差异而感受不同,所以由人评论的话一般会得出不同的评价。但是光使用试驾人员的主观感受来评价的话就缺乏了科学性，因为影响人的主观性评价的因素太多，这些人为的因素是难以避免的，并且单单使用人员试驾的话还会使得摩托车的生产周期过长，影响着经济的实用性，所以我们在使用试驾人员的试驾来评价时同时也要使用客观性的评价，客观性评价更能够全面的从各个方面来进行分析，同时也能缩短生产周期提高经济效益，但同时这样的评价有缺乏了主观性评价的人的感受性过于绝对化，所以最优秀的方法是两者结合起来互取优点所长这样就能从各个方面，更系统，更综合，更科学的来评价摩托车的平顺性，得到最公正的答案与结果。如果能分析掌控摩托车的悬挂性质,使得他的输出,在一定等级路面下的输入下，不超过规定的范围，就能很清晰的知道摩托车整体的平顺性得出一定的评价。在我们的日常生活里，他影响着我们的生活，如果我们能很好的解决了这个问题，我们的生活质量将会有很大的提高。影响着摩托车平顺性的因素有很很多，但其中比较典型的就是，路面的不平度，车辆的传动装置还有发动机的抖动等。2.2人体对振动的反应人骑摩托车的舒适性是摩托车的机械振动频率，方向，强度和照射时间。当然，有时它取决于生理状况和精神状态，所以对人体的振动非常复杂。有时甚至在振动环境是相似或相同的，但不同的人上的感觉的振动是不一样的，即使是同一个人在同一振动的环境中，有时也会出现不同的反应。所以对振动相关的平稳性的评价应该主要包括主观方面的评价和客观方面的评价统计关于人体对振动的反应其实还包含了其他许许多多方面的原因，而我们能做的就是尽5量使用科学的方法即客观的统计和人体主观的感受来进行评价。ISO2631人体承受全身振动评价指南与ISO5349人体接触受手传动振动的测量和评价指南是国际组织对于人体振动的标准，而在我们国家，结合了我们的研究发展及我们自身的特点，我们对这些标准根据自身的情况进行了一定程度上的修改，根据我们的特点制定了G13/T4970-1996(汽车平顺性随机输入行驶实验方法)综合国内外的研究，我们做出来摩托车平顺性的评价方法，分为主观评价与客观评价。这两种方法结合后就能更科学，更系统的对平顺性进行分析评价，搭建了一个客观与主观评价的平台。在ISO2631-1：99:1（2）的标准中还规定了人体各种状况下的受振模型，有卧姿，立姿和坐姿而在摩托车上人一般而言是坐姿如图2.1图2.1人的模型在ISO2631：1997标准，通过振动模型简化的人体，它将化面为点，假定振动对人体的影响是由一点产生的，以及坐姿的模型考虑支承面在3个方向点沿着线振动和角振动。座位靠背和脚支撑点两输入点。注意，乘客是属于有两个支撑点的而试驾人员则是属于只有一个支撑点。ISO2631：1997年的标准中，关于人体对于不同的振动频率的灵敏度是不同的，其中规定了1/3倍的频率在1-400HZ加权系数。而在振动的评价建议中提出了0.5-80HZ的评价振动，并在车辆平顺性的评价中给出了不同的轴向振动，不同点的振动对于人体的差异，还给出了加权系数关于振动轴的。2.3平顺性的评价方法摩托车平顺性的评价方式，简单的说可以分为主客观评价。主观性评价就6是由专业的试驾人员同时对一辆车进行测试，然后记录下各自的主观感受，然后把自己的感受向有关的设计人员反映，再让设计人员根据试驾人员的感受重新进行修改调整，完成后，再由试驾人员重新感受，如此反复直到达到标准为止。但此方法也存在着很大的缺点，由于此方法单单只是使用试驾人员的主观性，缺乏普遍性，缺乏科学的客观性，试驾人员毕竟只是一部分的人，不可能概括生活中的种种情况，还有最大的一点就是此方法修改的周期过长，致使摩托车的生产周期过于繁长，这样会浪费很长的时间，花费太多不必要的精力，使得摩托车生产的成本过高，达不到经济的要求，不但使摩托车在同类产品的竞争中不具备竞争力，还会使摩托车在研究开发的过程中滞后。ISO2631-1:199（E）规定了客观性的车辆关于平顺性的评价方方式，波形峰值系数是一种判定的临界值。当它小于9的时候，就用加权加速度均方根植来评判人体对振动的反映与感觉，生活中各种行驶正常的汽车都可以用这种方法来进行评价5。用这种方法进行评价时，可以计算各个轴的轴向加权加速度的均方根值，但用这种方法来运算时，可以分为（1）与（2）两种方法。（1）a(t)为加速度的时间历程，w(f)为相应的频率加权函数滤波网络。可以用这种方法来求aw(t)6。(2.1)dtTaw)(20T为振动的分析时间，一般取120s(2.2)805.12(.4)5.(.)(ffffWk(2.3)()(fffd(2.4)80(85.1)(fffWc(2.5)1(.)(fffe（2）对a(t)进行频谱的分析就会得到功率谱密度函数。)(fGa7802)(dfGfwaa(2.6)如果同时考虑这三个方向时，三个轴向的总加权加速度均方根SSZYX，值可按式2.7计算。(2.7)22)4.1().(xwyxwvaa加权振级采用了“人体振动测量仪”这时用(2.8)计算(2.8)(00gLa是参考加速度的均方根值，=(2.9)0a26-.1sm在表2.1中给出了与(加权加速度)与人的感觉的联系。wL表2.1与(加权加速度)与人的感受a0a加权振级人的感受2.0126极不舒适2.4摩托车平顺性的评定每个人都有一个感觉特性，感觉特性是指通过人的手臂，手，脚等部件就振动的统计信息。有很多测试人员测试驱动时形成测试感觉。因为路面的变化，同样的摩托车的响应是不同的，随着路面的变化而让摩托车不断的变化着，也就是说轮胎的抓地力，悬架的振动变化很大伴随着摩托车的振动频率7四次振动的评价方法与定义为(2.10)410)(1TwDdtaV2.5小结本章分析了人体对振动的感觉，也叙述了各种评价方法的优缺点，及其各8种方法的操作方法，也阐述了平顺性对于人体的影响。在此过程中对于平顺性有了更多的了解与认识。让我们的认识更系统更具有完整性。93摩托车的悬架系统及数学模型3.1摩托车悬架系统的概述影响摩托车平顺性的因素很多，但是最主要的因素是悬架装置，它的设计直接影响摩托车的平顺性。连接车轮与车架的零部总称为摩托车的悬挂，亦称为悬架。悬挂可以缓冲振动的强度，他把车轮与车架连接起来，减缓车身的振动，传递着系统之间的能量。缓慢运行时，地面传到车架的力量，消除减缓车架的振动。保障着摩托车的稳定性及平顺性。3.2摩托车悬挂装置的发展在车辆漫长的进化行程里，可以说悬架的发明是一个里程碑式的发展，对于摩托车也不例外，在19世纪90年代，德国人创造了第一辆摩托车，当然那时候的摩托车只是一个初具雏形的样式，是一个木质的车子，搭配着一个汽油机而已。而在19世纪末一个叫贝劳开始使用弹性悬架装置，这才使得使摩托车悬架的发展又前进了一大步。最后在20世纪初摩托车的悬架发展才踏出了关键性的一步美国人发明的前后弹性悬架装置，一举奠定了悬架发展的水平，所以说那时候美国的悬架装置称得上早期摩托车的悬架的经典代表，也代表着那个时期的先进水平8。两轮摩托车的骑乘性、舒适性、稳定性以及所谓的平顺性都与悬架装置有着很大的关系，而根据不同用途的摩托车，其悬架装置的采用也大不相同。伸缩筒式是摩托车的一种前悬架装置，其优点在于减震性能优秀但其生产的要求较高，精度的要求比较严格，不利于生产。另一种前悬架为底部杠杆式，这种装置的优点是制造要求低，但性能不如伸缩筒式。因为伸缩筒式的前悬架中有望远镜式的筒内油缸，制造精度要求很高，但是当时的生产技术水平还跟不上，延误了它的发展，所以当时是以底部杠杆式前悬架为主，但到后来，因为技术水平的发展，涡轮赛车等的需要，伸缩筒式的前悬架又重新出现，并被证明了它的优秀使用性能9。从此踏上了它的舞台。103.3摩托车悬架系统的构成摩托车是单车向轿车过渡的现代化交通工具，虽然至今看起来已被普遍适用的轿车所淘汰，但其实还有许多场合与情景下需要使用它。它的形式和种类也非常的多，为了保障它的良好使用性能，在总体的构造上，摩托车有电充装置，传动装置，发动机以及制动装置等多种系统并使它们一致协调的工作，而摩托车的悬架是行驶系统中的一个重要组成。它连接着车轮与车架，传递着牵引力，保持着车辆良好的稳定性、操作性、平顺性，改善提高着车辆的安全性并对操作性、可靠性、舒适性都产生着影响，是车辆不可缺少的重要组成部分，一般由缓冲弹簧阻尼器和导向杆系等组成。3.4模型的建立分析摩托车的悬架是一个涉及因素比较多问题，由各种文献资料的结论，可以忽略一些次要的因素，将模型简化，这样才能对摩托车模型进行一个简单的分析，忽略了的那些要素，对于结论的影响可以不用考虑。可以忽略摩托车的前伸脚，忽略了后才好建立一个简化的振动模型，这样简化的结果不会影响结论。如图3.1如图3.1摩托车前悬架结构这样简化后的结果是将刚度，阻尼等效化可以等效为，可以看0fKf1fC出，假设悬架装置所受到的力是，变形后为，假定悬架装置垂直方向fCFfZ受到的力为F，位移是。fZ所以：(3.1)cosff所以：(3.2)2fffK11同理可得到：(3.3)2cosffC这样前悬挂的结构系统就能看成图3.2图3.2前后悬架的简化模型图3.3轮胎线性模型用同样的道理，后悬挂系统，也能看成图3.2的振动系统。轮胎的简化如图3.3影响摩托车轮胎的因素很多，在文献中大多采用简化了的模型，是因为要对车辆进行受力的分析，轮胎的胎面以一定的长度与地面进行接触，所以在轮胎的模型简化中可以简单地看成一只理想的弹簧。3.5模型建立的条件及数学模型的建立模型的建立需要许多的条件，这些条件是要客观上满足的。（1）可以简单的把摩托车的振动看成是一个平面内的振动，这样就不用考横向振动（2）车身上的质量用一个集中的质量来代替。（3）刚度要足够大,并且优它引起的弹性的各阶的振型不予考虑。（4把此系统看成是一个线性系统，对其结果没有太大的影响（5）把本车自身所引起的振动不予考虑，即不用考虑发动机引起的振动，这样才能去考虑纯碎的外界振动。根据这五条的假设条件，可以将摩托车简化的图3.4所示的振动模型，这个模型可以用来分析系统摩托车的振动，建立相应的数学微分方程，这样就能根据方程来进行建模等工作。悬挂的质量（kg）2m12非悬挂的质量（kg）1m悬架的刚幅度系数（N/m）2k阻尼器阻尼系数（NS/m）c轮胎刚度系数（N/m）1数学模型的建立如图3.4图3.4振动模型分别为路面位移，非簧载质量位移和簧载质量位移分别为21zq、12m、簧载质量和非簧载质量为减振器阻尼系数分别为弹簧刚度和轮胎刚度。c12k，(3.5)0)()(qzzkzm（这就是系统运动的微分方程。频率是主要影响传递特性的振动，而建立的模型是线性的，所以位移没有对它造成影响。下面的两个频率分别有两个共振点，较低的频率被称为弹簧上部共振点，高频率的被称为弹簧下部共点10。弹簧上部共振点(3.6)21mkf弹簧下部共振点(3.7)1f偏频是指物体的自身所具有的频率。为车身部分的固有频率，为0w。为车轮部分的固有频率，为。20mkwt12)(mkt13偏频是用来判断是低频共振还是高频共振。如果是低频共振，即此时是车身在振动，激振频率与比较接近，如若是高频共振，那么此时是车轮在振w0动，激振频率与较接近11。t3.6系统及悬架的参数（1）座高0.7m（2）轴距1.5m（3）后轮的有效半径R0.3m（4）前轮的有效半径R0.3m（5）最高车速hkm120（6）整车重量250g表3.1质量分布图空车一人（75kg）二人（75+75）kg前轮84kg111kg140kg后轮166kg214kg260根据质量的分布，可以确定前轮与后轮的重量根据类比摩托车的各个种类，以及参照各种文献关于摩托车的参数的计算，确定摩托车的参数。=14000前悬架的刚度fKmN=7000一只前减震器的刚度1f=50000后悬架的刚度r=25000一只后减震器的刚度1rKmN=750前悬架的阻尼系数fCs=375一只前减震器阻尼系数1f=2000后悬架阻尼系数rmsN=1000一只后减震器阻尼系数1rC14轮胎的刚度mNK/130154系统的仿真4.1引言路面的影响可以说是多种多样的，但我们做了一个统计：一种是确定性的干扰即相当于阶跃性，如突然遇见一个坑或者说一个坡了什么的即这种干扰有突然性等。第二类是随机的，是一种长期的如车辆在沥青路上的行驶或者在国道，省道上的行驶。而在我们日常生活中，我们常常遇到的是随机的路面的干扰，即随机路面的输入，而影响摩托车的行驶整车振动主要有三个方面的原因。第一个方面的原因是路面的凹凸不平输入的影响，第二个方面的原因是由自身的加速，转向，制动等因素，第三个方面的原因是由发动机的振动及传动方面原因的影响。而在这三个原因中，路面的凹凸不平是最主要的，第二种与第三种的形成需要诸多的条件，并且形成原因比较复杂，所以较大多数主要研究的是第一种即以路面不平度作为输入来分析摩托车的平顺性。4.2随机路面的模型要得到路面的不平度的函数，需要有一个真实的路面去实地进行测量计算，但无疑这样做的后果是极其不划算，但路面的不平度即路面谱的分布，是符合高斯分布的，所以我们可以简单的把它看成一个高斯函数的分布，这样我们既节约了时间，也将会得到更加科学的路面谱，这对于以后路面的输入有着重要的意义，会让研究的结果更加精准如图4.116图4.1路面纵断面主要采用路面凹凸不平度作为车辆振动的输入，根据各种参考文献资料及研究表示，当行驶的速度保持一定时，路面凹凸不平度的输入是服从高斯概率分布的。在19世纪九十年代，ISO/TC108/SCZN67中提出了“描述不平度表示方法草案中”，我国也根据我们自身的特点制定了相应的标准与规定，这份文件是有长春汽车研究所起草制定了GB/T70311986车辆振动输入路面平度表示方法标准，在这两份文件中，都采用路面功率谱密度的拟合表达式为)(nGq12。(4.1)wqqnG0)()式中n空间频率，10.m参考空间频率，)(q频率指数，是对双数坐标上斜线，斜率决定路面谱的频率结构w根据上述两个文件，按照路面功率谱密度把路面分为8个等级规定了各级路面的几何平均值。如表4.1)(0nGq表4.1路面的分布标准10126.)(mnq1138.20.mnq路面等级下限几何平均值上限下限几何平均值上限A816322.693.815.38B32641285.387.6110.77C12825651210.7715.2321.53D5121024204821.5330.5443.06E20484096819243.0660.9086.13F8192163843276886.13121.80172.26G3276865536131072172.26243.61344.52H131072262144524288344.52487.22689.04在我们对路面进行描述的过程时，车速也是一个很重要的因素，不同的车速时路面谱也是不一样的，所以我们还要把车速的因素也加进去。所以(4.2)unf17为输入的时间频率f接着就可以算出时间功率谱密度为)(fGq(4.3)20)()(funfGqqPSD是路面功率谱密度，是一种用来确定路面不平度的统计测量方法，我们如需要重新构置一个符合需要的道路模型，那我们就需要满足一些条件。1.道路过程是随机的平稳过程。2.道路过程具有遍历性。我们生成路面模型的方法有很多种，但其中最常用的是滤波白噪声生成法，因为我们可以把路面的输入看作成一个白噪声的波，这样会使得物理意义更加的清楚，也方便计算，并且可以根据路面的等级及车速来进行计算，接下来就是用此方法来生成路面不平度时域信号。(4.4)(2)()(00.tuWnGtuqntq为下截止空间频率0路面不平度系数；G3m均值为零的Gauss白噪声)t(W路面随机高程位移，m)(tq4.3路面模型的仿真论文里涉及到模型仿真的，打算用matlab里的simulink进行仿真，此软件是一家美国公司涉及的专业用来，解决数学运算，建模仿真等等的数学软件。它以使用灵活，运算方面，计算机语言简单而备受人们的喜爱。而在本次设计中，主要采用matlab软件里的一个工具箱simulink进行仿真。simulink主要用来建模，仿真与分析。它会提供许多的模块供人们选择，我在此次设计中所需要用到的白噪声就可以在里面找到，可以预先对系统进行仿真分析，按仿真的最佳效果来调试及整定控制系统的参数13。运用simulink最大的好处就是它不需要你掌握多么高深的编程技巧，甚至你可以完全不懂编程，只需要你把模型建立出来后，根据模型选择相应的框图，然后对框图进行连接，就可以进行仿真了14。如果你只是仅仅想使用一个仿真的话，那么我想半个小时的时间你就可以学会simulink的基本操作了。在仿真的过程中你还还可以进行参数的修改，18以便你分析得出的结论。与其他复杂的仿真软件相比，matlab里simulink易于学会和使用，不需要你花费太多的时间在软件上。使用simulink的大概步骤就是，根据你所建立的模型15，拖动所需要的框图，用鼠标点击拖动即可，就想用笔画图一样，然后根据模型进行框图的连接，最后点击执行，这样就能得到你想要的仿真图像了。1，打开MATLAB如图4.2图4.2打开的matlab界面2，点击图片中画圈的标志进入到simulink界面如图4.3图4.3simulink界面193.点击画圈部分进入空间站进行模型框图的连接得，随机路面的框图如图4.4。图4.4路面仿真框图4.点击画圈的图标得到随机路面的仿真的图像。如图4.5图4.5B路面仿真的图像20上图所得到就是60km/h时路面的仿真图像，下面对随机路面的框图的参数进行修改并且再次仿真得到C级路面D级路面,车速还是60km/h时的仿真图如图4.6与4.7图4.6C级路面的仿真图像图4.7D级路面的仿真图像21分别对B,C,D级路面进行仿真后得出仿真图像，但单独的观看单一的仿真图像，不容易看出区别，下面打算把三个仿真图像建立框图，把三种路面下的随机仿真图像放在一起分析比较。如图4.8图4.8B,C,D三级路面的仿真框图图4.8B,C，D三级路面的仿真图像根据B、C、D三种路面等级的随机输入的仿真图像可以看出，改变路面等22级，随机输入仿真的仿真图像也相应的发生着变化，在B、C、D三种路面的仿真图像里可以很具体的看出，随着路面等级的降低，路面的不平度也随之增大，和生活中的实际情况符合，所以可以作为评价，分析摩托车平顺性的随机路面的输入，由图像分析可以知道路面随机输入的正确性，可行性。用来作为路面的随机输入是完全可行的。4.4悬架模型的建立及仿真根据参考文献的研究成果可以把运动的微分方程转换成状态方程0)()(qzkzkzcm（4.5）转换成(4.6)DuCXYBA.接下来就是确定状态方程里四个未知量16DCBA,0101121212222mkckmcA001k12222001kckcC10kD根据此可以建立系统的仿真模型框图：如图4.923图4.9悬架加速度，行程，轮胎动载荷的仿真框图的子系统封装AtomicSubsystem中间的框图是一个子系统封装的，框图里的具体内容是一个更加具体的框图如图4.10,在以下的这个框图里就是根据数学模型的状态方程来建立的,如果想要修改某个框图里的任何一个参数都可以双击以下框图里的任何一个框图模型就可以进行参数的修改,但在此框图里修改不是很方便,因为无论修改任何一个什么参数,都需要从新进行计算,所以在后来会建一个便于修改参数的框图,以便修改参数后进行仿真。图4.10车身振动加速度，悬架行程，轮胎动载荷的仿真框图根据这个框图进行仿真可以得到三个图形，分别是车身加速度的响应，悬架动行程，还有轮胎动载荷如图4.11,4.12,4.1324图4.11加速度的仿真图像图4.12悬架行程25图4.13轮胎动载荷由于人体对平顺性，舒适性是最主要的感觉是车身的频率振动与强度，其实就是加速度的大小，所以仿真的输出模块选用加速度的振动响应，运用加速度功率谱密度分析器来进行分析17。加速度功率谱密度的框图可以在simulink里找到，把加速度功率谱密度的框图接在所需要的加速度响应的框图上就可以得到加速度仿真图像的加速度功率谱密度为了便于加速度功率谱密度出来后，改变参数后，方便观察对加速度功率谱密度的影响可以另建一个方便修改参数的框图进行仿真。所建的框图如图4.14图4.14加速度功率谱密度的仿真框图仿真后得到加速度功率谱密度的图形如图4.15264.5参数对平顺性的影响悬架的阻尼系数是对摩托车平顺性影响的一个因素之一，它的过大和过小都会使摩托车的平顺性发生改变。当悬架的阻尼过大时，会使减震器显得过于僵硬，在摩托车行驶的过程中对减震器的反应显得过于死板，不灵活。但如果悬架的阻尼过小的话又会使减震器显得过软，弹性较差，在骑乘的过程中感受不到悬架的作用。所以要对悬架的阻尼做一个分析找到一个合适的范围，这样才能对摩托车的平顺性有一个改善。（1）悬架阻尼系数的影响图4.15c2为375时的仿真图像下面就是对修改参数后的仿真图像进行分析比较如图4.16,4.17图4.16c2为750时的仿真图像27图4.17c2为1500时的仿真图像由这三个图像可以看出随着的减小，在峰值以前的低频共振点基本维持2c不变，但幅值随着的减小在低频共振点附近有所增加，而在高频共振点却几2c乎没有什么影响。所以根据图像可以看出的值不能过小，过小的话影响在低2频共振区的幅值，当然也不能过大，过大的话影响摩托车行驶的安全性。（2）悬架刚度系数的影响悬架的刚度对摩托车平顺性的影响同样巨大，它的过大或过小也同样影响着摩托车的平顺性，所以也需要对它进行一个分析。图4.18k2为7000时的图像28图4.19k2为14000时的图像图4.20k2为28000时的图像由上面三个图形可以看出悬架刚度的影响，随着的变化在低频共振点2k2k有着较大的波动而在高频共振区也几乎没有什么影响。的值越大在低频共振时的幅值也就越大。所以有图形可以得到悬架刚度的减小有利于平顺性的2改善，但在实际情况中如果过小的话，容易使减震器过软，不利于骑乘性，2k所以要根据实际情况来定量悬架刚度的值，找到一个平衡点。（3）轮胎刚度的影响轮胎的刚度对摩托车的影响与悬架刚度一样，以下是对其刚度仿真图像图4.21k1为65000时的图像29图4.22k1为130000时的图像图4.23k1为260000时的图像由以上三个图像可以看出轮胎刚度对低频共振区的影响比较小，主要集1k中在高频共振区，随着刚度的增加在高频共振区时的幅值明显增大，所以轮胎的刚度不宜过大，如果过大的话容易影响高频共振区的幅值，及影响车轮的振动。4.6小结本章根据白噪声法，选取B，C，D三种等级路面分别得到路面随机模型的仿真，再根据摩托车的数学模型建立了悬架的仿真的系统框图，选取在B级路面下路面的仿真输入，并在simulink里建立仿真的系统框图，最后进行仿真得出摩托车车身的加速度响应的仿真图。然后在速度响应的系统框图上加上加速度功率谱密度的模型，然后在此仿真框图进行仿真，根据车身加速度的仿真响应得出加速度功率谱密度的图像，可以用加速速度功率谱密度的图像来评价摩托车的平顺性。最后分别修改悬架刚度，悬架阻尼系数，轮胎刚度，再仿真出30图像，分别对仿真出来的图像进行分析，最后得出这三个参数对摩托车平顺性的影响。5总结摩托车的平顺性主要是指，摩托车骑乘的舒适性，稳定性，以及平稳性。随着人们生活水平的提高，人们对此的要求也在不断的提高。而影响摩托车平顺性的因素比较多，它是一个比较复杂的振动系统，主观有自身的轮胎刚度，悬架阻尼系数，悬架刚度，轮胎质量，悬架质量等因素。每一个要素都影响着摩托车的平顺性，而客观因素则有路面环境，骑乘时的人员质量等等。这些也都与摩托车的平顺性息息相关，在这个复杂的系统里，本文建立了摩托车二自由度的振动模型主要做了，悬架刚度，轮胎刚度，悬架阻尼系数在B级路面下对摩托车平顺性的影响，然后分别改变阻尼系数，轮胎刚度，悬架刚度等参数，在仿真出来的图像下，观察分析他们对平顺性的具体影响，为摩托车平顺性的改善提供一定的理论支持。由于系统比较复杂，本文在研究的过程中，忽略了一些不太重要因素的影响，在某些方面做得还不是很全面，深度和广度也还是不太够，如没有考虑发动机，传动系统的影响等。由于自身水平的限制，忽略了的那些因素，也影响着摩托车的平顺性，