MATLAB在车辆振动分析中的应用研究
来源:用户上传
作者:
摘 要：MATLAB软件是车辆振动信号分析非常有用的工具。文章介绍了MATLAB软件在车辆仿真建模与求解、频域分析、相干分析的应用，并结合具体实例进行了分析。利用MATLAB软件编制的算法可以方便的计算出车辆固有频率、信号的频域分布以及信号的相关性。这对车辆减振降噪非常有效。
关键词：汽车;振动分析;MATLAB;应用
中图分类号：U467.3 文献标识码：A 文章编号：1671-7988（2019）06-166-03
The Analysis of the Construction Machinery Seat’ Reduction for Vibration Based
on MATLAB
Chen Junjie1， Xiao Yu2，3， Song Jiantong1*， Zhang Yunyun2
（1.School of Automotive Engineering， Beijing Polytechnic， Beijing 100176; 2.Vehicle Testing Engineering Research
Insitute of China， Beijing 102100; 3.School of Mechanical Enegneering， Beijing Institute Of Technology， Beijing 100081）
Abstract： MATLAB software is a very useful tool for signal analysis of vehicle vibration. In this paper， the application of the software in vehicle simulation and solution， frequency domain analysis and coherence analysis are introduced. The natural frequency of vehicles， signal frequency domain distribution and signal correlation are calculated easily by the MATLAB software， which is very effective for vchicle vibration and noise reduction.
Keywords： Vehicle; Vibration analysis; MATLAB; Application
CLC NO.： U467.3 Document Code： A Article ID： 1671-7988（2019）06-166-03
引言
汽车行驶时，由于路面凹凸不平，车速的旋转激励以及发动机、轮胎、传动轴、变速箱旋转的不均匀性会导致车辆发生振动。当振动发生时候，不但会影响司机和乘客的驾乘感受，还会导致人体不舒适、疲劳甚至身体健康。这些不利因素还有可能使驾驶员驾驶出现安全问题。因此，车辆减振降噪对车辆舒适性和安全性的提高非常重要。MATLAB在车辆振动分析中有很多应用，比如振动方程的求解、频域分析、信号的噪声处理等[1]。
1 MATLAB软件简介
MATLAB 是由MathWork 公司与1984 年推出的一套计算软件，分为总包和若干个工具箱，可以实现数值分析、优化、统计、偏微分方程数值解、自动控制、信号处理、图像处理等若干个领域的计算和图形显示功能。它将不同数学分支的算法以函数的形式分类成库，使用时直接调用这些函数并赋予实际参数就可以解决问题，快速而且准确[2]。
Simulink 是MATLAB 一个用来对动态系统进行建模、仿真和分析的软件包。用来提供一个系统级的建模与动态仿真工作平台。Simulink 是用模块组合的方法使用戶能够快速、准确地创建动态系统的计算机模型，特别对于复杂的非线性系统，它的效果更加明显。使用Simulink 可以快速准确地建模、分析和仿真各种动态系统（包括连续系统、离散系统和混合系统）。它提供了一种图形化的交互环境，只需要用鼠标拖动的方法便能迅速的建立起系统框图模型，甚至不需要编写一行代码。它和MATLAB的无缝结合使得用户可以利用MATLAB 丰富的资源，建立仿真模型，监控仿真过程，分析仿真结果。另外，Simulink 在系统仿真领域中已经得到广泛的承认和应用，许多专用的仿真系统都支持Simulink模型，这非常有利于代码的重用和移植。使用Simulink 可以方便的进行控制系统、DSP 系统、通信系统以及其他系统的仿真分析和原型设计。下面，重点介绍下MATLAB软件在车辆振动分析中的应用。
2 MATLAB在车辆振动处理方面的应用
2.1 车辆振动模型的建立与求解
汽车是一个非常复杂的振动系统，实际工作中要对车辆进行简化。若把车辆看成一个单质量系统，它由车身质量m和弹簧刚度为K、减震器阻尼系统为C组成。q是输入的路面不平度函数。车身垂直位移坐标y的原点取在静力平衡位置，根据牛顿第二定律，可以建立单自由度运动微分方程[3]：
其中，X代表时域信号;Y代表经过快速傅里叶变化后的频域信号;X可以是列向量，也可以多维数组。其中多维数据主要应用于多通道数据的运算。公式（3）在数据运算后，返回n个点的频域数据，当X的数据长度小于n时，算法会在X的序列后面自动补零。当X的数据长度大于n时，算法采用截断的方式处理。
使用多通道数据采集仪采集了一组路面高程数据。把时域数据导入到MATLAB软件中，编制频域分析程序，可以方便的得到路面的频谱分布。图2和图3分别为30km/h时座椅上方加速度时间历程、30km/h时座椅上方加速度频域曲线。通过分析可以看出此路面谱主要分布在10Hz以下。
2.3 车辆振动信号的相干分析
相干分析是在频域上描述系统输入和输出两个信号的相关程度，对于多输入单输出系统，当各输入完全不相关时，常相干函数能够有效的识别输入和输出在各频率处的因果关系。但是在工程实际中，多个输入信号之间具有一定的相关性，这时常相干函数不能有效进行因果关系的判断。而偏相关函数可以很好的解决各输入间的相关性对输出响应的影响，从而有效的分析各输入激励对输出响应的因果关系。偏相干函数是在频域上消除了各输入间相关作用的影响，然后对输入和输出相干程度的描述。
汽车乘坐舒适性研究中一般属于多个非独立激励源产生的振动或噪声响应输出问题，因此，可以通过偏相干函数分析法来评价在某频率处各激励源对输出响应的贡献大小，从而分析汽车车内某点振动或噪声的主要激励源问题。相干分析可以方便的进行主振源的识别[4]。图4是利用MATLAB对两路信号和目标信号做出的相干分析。可以看书X2通过在低频时候与目标通道相关性比较大。
3 结论
车辆振动分析是降低汽车振动，提高车辆乘坐舒适性的重要方法。MATLAB是车辆振动分析非常有用的软件。本文
重点研究了MATLAB在车辆振动仿真模型与求解、振动信号的频域分析、振动信号的相干分析的应用。这些方法对振动分析，振源识别非常有效。
参考文献
[1] 李佩林，李志春，李强.汽车舒适性评价方法的研究[J].农机化研究， 2004， （06）：103-104.
[2] 李俊，张维强，袁俊.基于MATLAB的二自由度车辆的动力学仿真[J].科学技术与工程，2010，10（2）：1073-1076.
[3] 吴旭东，左曙光，芦勇.偏相干分析在燃料电池轿车噪声源识别中的应用[J].噪声与振动控制，2008， 6（3）： 81-84.
[4] 陈宪忠.时域内轿车行驶平顺性建模及仿真研究.[硕士学位论文].长春，吉林大学，2003.3.
转载注明来源:https://www.xzbu.com/1/view-14687661.htm
