試析MATLAB在汽車振動(dòng)分析及控制中的運(yùn)用

摘要：隨著汽車振動(dòng)會對汽車造成一定的危害，影響汽車的正常運(yùn)行，因此要對汽車振動(dòng)的原因進(jìn)行分析，并提出合理的解決對策。而MATLAB在汽車有巨大的作用，既能夠應(yīng)用與汽車的振動(dòng)分析和控制中，還能夠預(yù)測到汽車的反映，在實(shí)際中有較高的使用價(jià)值。

關(guān)鍵詞：汽車振動(dòng)；MATLAB；控制；應(yīng)用

在實(shí)際中汽車振動(dòng)具有巨大的危害，因此一方面為了減少振動(dòng)對汽車的零部件和使用性能造成的損害，另一方面還要針對汽車振動(dòng)進(jìn)行研究，盡量把汽車振動(dòng)運(yùn)用到汽車設(shè)計(jì)的服務(wù)中來，同時(shí)還要盡量利用振動(dòng)的原理來制造推動(dòng)機(jī)，減少汽車部件工作的強(qiáng)度，從而來提高工作效率。

1.汽車振動(dòng)產(chǎn)生的原因分析

機(jī)械的振動(dòng)實(shí)際上是一種形式特殊的運(yùn)動(dòng)，構(gòu)成振動(dòng)系統(tǒng)的主要因素有阻尼、彈性、質(zhì)量以及激勵(lì)。汽車本身就是具有阻尼、彈簧以及質(zhì)量的系統(tǒng)，在汽車內(nèi)部各部分具有不同的頻率，因而汽車在平時(shí)的行駛中就往往會因?yàn)槁访娌黄教埂⑦\(yùn)動(dòng)方向以及車速的改變、發(fā)動(dòng)機(jī)車輪與傳送系統(tǒng)不平衡、汽車齒輪之間的沖擊等各種內(nèi)部與外部的激振作用造成汽車的局部或者是整體發(fā)生強(qiáng)烈的振動(dòng)。這種振動(dòng)現(xiàn)象就會使汽車在運(yùn)動(dòng)時(shí)由于動(dòng)力性能沒有得到充分的發(fā)揮就容易出現(xiàn)一些問題。另外，振動(dòng)還會對汽車操作的平順性與穩(wěn)定性以及汽車的通過性造成不利的影響，還會使乘員在乘坐時(shí)產(chǎn)生不舒服的感覺，嚴(yán)重情況下還會對汽車的零部件造成損壞，縮短汽車正常的使用壽命。

2. 汽車振動(dòng)的理論分析

2.1.汽車振動(dòng)的模型

在實(shí)際中當(dāng)一個(gè)振動(dòng)系統(tǒng)比較復(fù)雜的時(shí)候，而建立的相應(yīng)的模型也比較復(fù)雜，就越接近于真實(shí)的情況，相應(yīng)的模擬情況就越真實(shí)，但是這卻增加了對系統(tǒng)分析的難度，所以在建立振動(dòng)的力學(xué)模型時(shí)就需要在逼真模擬與系統(tǒng)分析之間找出一個(gè)平衡點(diǎn)。在進(jìn)行汽車振動(dòng)分析時(shí)需要把握的一個(gè)關(guān)鍵因素就是在實(shí)際中要根據(jù)研究的要求和研究內(nèi)容，把研究的對象和外界的作用力進(jìn)行簡化，同時(shí)還要保證簡化的模型能夠與原來的系統(tǒng)模型在動(dòng)態(tài)分析方面進(jìn)行等效對比。但是由于汽車系統(tǒng)是一個(gè)比較復(fù)雜的多個(gè)系統(tǒng)組成的振動(dòng)系統(tǒng)，因此在汽車的實(shí)際工作中每一個(gè)系統(tǒng)都容易出現(xiàn)一些問題，這樣就容易出現(xiàn)振動(dòng)現(xiàn)象，例如是汽車的發(fā)動(dòng)系統(tǒng)與傳動(dòng)系統(tǒng)、車架和車身系統(tǒng)、懸架系統(tǒng)、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)以及制動(dòng)系統(tǒng)等。因此在研究汽車振動(dòng)時(shí)可以對振動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行簡化分析，具體的簡化方案有：首先是在遠(yuǎn)離汽車車輪的部分，由于固有的頻率是10-16HZ，這樣在一個(gè)較低的激振頻率范圍里，輪胎就會發(fā)生很小的動(dòng)變形，這樣就可以幾乎忽略掉輪胎的質(zhì)量和彈性了。其次是在汽車的前軸和后軸懸架的質(zhì)量分配達(dá)到一定的數(shù)值時(shí)，這時(shí)其次前后懸架系統(tǒng)發(fā)生的垂直運(yùn)動(dòng)就幾乎是相互獨(dú)立的，因此可以對汽車系統(tǒng)進(jìn)行簡化。第三是當(dāng)汽車在中軸線上對稱時(shí)，這是汽車的車身就只有俯仰振動(dòng)與垂直振動(dòng)會對其平順性產(chǎn)生最大的影響。此時(shí)由于輪胎的阻尼比較小，因此可以忽略不計(jì)。

2.2.建立振動(dòng)運(yùn)動(dòng)的方程式與求解

首先要根據(jù)振動(dòng)系統(tǒng)每個(gè)部分的隔離體的受力作用來分析，在根據(jù)達(dá)朗貝爾的原理或者是牛頓第二定律來建立起運(yùn)動(dòng)的微分方程式，如果對物體的受力分析比較困難時(shí)，還可以采用拉格朗日方程來建立起物體的運(yùn)動(dòng)方程式。其次，在根據(jù)方式來進(jìn)行求解，以得到汽車系統(tǒng)的響應(yīng)，從而來掌握振動(dòng)的運(yùn)行規(guī)律，即根據(jù)求解方程來得到物理量的速度、位移以及加速度等隨著時(shí)間發(fā)生的變化規(guī)律。同時(shí)，也可以根據(jù)運(yùn)動(dòng)方程來得到系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)的頻率方程或者是運(yùn)動(dòng)特征的方程，這樣就可以求出系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)的固有頻率以及振動(dòng)的模態(tài)等。

3. MATLAB在汽車振動(dòng)分析及控制中的運(yùn)用

MATLAB在實(shí)際中是用于算法開發(fā)、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)可視化以及數(shù)值計(jì)算的一種高級技術(shù)計(jì)算語言技術(shù)。在世界上MATLAB工程計(jì)算軟件也有著廣泛的應(yīng)用，因而在分析汽車振動(dòng)過程中就可以利用MATLAB的超強(qiáng)數(shù)學(xué)計(jì)算的功能，在循序漸進(jìn)的研究中進(jìn)行層層深入，在由易到難，對汽車系統(tǒng)的振動(dòng)進(jìn)行分析。例如在對汽車單自由度有阻尼的強(qiáng)迫振動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行分析時(shí)，就需要根據(jù)系統(tǒng)來建立一定的模型，在實(shí)際中雖然簡諧振動(dòng)比較簡單， 但是卻很重要，具有很重要的研究價(jià)值，因而在對汽車單自由度有阻尼的強(qiáng)迫振動(dòng)系統(tǒng)研究時(shí)可以把汽車看作是一個(gè)大的振動(dòng)系統(tǒng)，這樣系統(tǒng)在外力作用下受到的受迫振動(dòng)，就是系統(tǒng)在脈沖的過渡函數(shù)與外力作用下的卷積結(jié)果。因此在MATLAB計(jì)算中，可以利用建立的函數(shù)關(guān)系來求解脈沖過渡的函數(shù)值，之后可以利用卷積函數(shù)來求解二者的卷積值，這樣就可以根據(jù)脈沖函數(shù)與系統(tǒng)的輸入來得到系統(tǒng)響應(yīng)。

運(yùn)用MATLAB的計(jì)算結(jié)果不僅可以來對汽車振動(dòng)的理論結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證分析，還可以通過把MATLAB計(jì)算、理論分析與實(shí)驗(yàn)相結(jié)合來更好的研究汽車的振動(dòng)問題，因而在實(shí)際實(shí)驗(yàn)中還需要建立起由計(jì)算機(jī)試驗(yàn)的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)、監(jiān)控操作系統(tǒng)、激振臺等組成的懸架性能的試驗(yàn)臺。這樣在電動(dòng)機(jī)通電之后，就可以帶動(dòng)其偏心凸輪的旋轉(zhuǎn)，從而引起激振臺發(fā)生運(yùn)動(dòng)，在實(shí)驗(yàn)中在對左右輪的振動(dòng)組合來調(diào)節(jié)在實(shí)際中的模擬值輸入，來驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，從而可以利用MATLAB的強(qiáng)大數(shù)據(jù)分析能力來對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理分析。

4.總結(jié)

綜上所述，在汽車振動(dòng)研究中運(yùn)用MATLAB具有很強(qiáng)的實(shí)用效果，在實(shí)際中可以通過對MATLAB的數(shù)值計(jì)算來驗(yàn)證汽車振動(dòng)的分析結(jié)果，同時(shí)還可以利用MATLAB的數(shù)值計(jì)算結(jié)果來預(yù)測汽車在實(shí)際中對某個(gè)激勵(lì)做出的響應(yīng)，而在對汽車振動(dòng)的分析中MATLAB的技術(shù)結(jié)果還具有可視化效果。但是，在實(shí)際中MATLAB的應(yīng)用范圍還很廣，因此就需要在汽車振動(dòng)中對MATLAB進(jìn)一步研究，促進(jìn)其更好地應(yīng)用。

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