試析MATLAB在汽車振動分析及控制中的運用

摘要：隨著汽車振動會對汽車造成一定的危害，影響汽車的正常運行，因此要對汽車振動的原因進行分析，并提出合理的解決對策。而MATLAB在汽車有巨大的作用，既能夠應用與汽車的振動分析和控制中，還能夠預測到汽車的反映，在實際中有較高的使用價值。

關鍵詞：汽車振動；MATLAB；控制；應用

在實際中汽車振動具有巨大的危害，因此一方面為了減少振動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進行研究，盡量把汽車振動運用到汽車設計的服務中來，同時還要盡量利用振動的原理來制造推動機，減少汽車部件工作的強度，從而來提高工作效率。

1.汽車振動產生的原因分析

機械的振動實際上是一種形式特殊的運動，構成振動系統的主要因素有阻尼、彈性、質量以及激勵。汽車本身就是具有阻尼、彈簧以及質量的系統，在汽車內部各部分具有不同的頻率，因而汽車在平時的行駛中就往往會因為路面不平坦、運動方向以及車速的改變、發動機車輪與傳送系統不平衡、汽車齒輪之間的沖擊等各種內部與外部的激振作用造成汽車的局部或者是整體發生強烈的振動。這種振動現象就會使汽車在運動時由于動力性能沒有得到充分的發揮就容易出現一些問題。另外，振動還會對汽車操作的平順性與穩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產生不舒服的感覺，嚴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. 汽車振動的理論分析

2.1.汽車振動的模型

在實際中當一個振動系統比較復雜的時候，而建立的相應的模型也比較復雜，就越接近于真實的情況，相應的模擬情況就越真實，但是這卻增加了對系統分析的難度，所以在建立振動的力學模型時就需要在逼真模擬與系統分析之間找出一個平衡點。在進行汽車振動分析時需要把握的一個關鍵因素就是在實際中要根據研究的要求和研究內容，把研究的對象和外界的作用力進行簡化，同時還要保證簡化的模型能夠與原來的系統模型在動態分析方面進行等效對比。但是由于汽車系統是一個比較復雜的多個系統組成的振動系統，因此在汽車的實際工作中每一個系統都容易出現一些問題，這樣就容易出現振動現象，例如是汽車的發動系統與傳動系統、車架和車身系統、懸架系統、轉向系統以及制動系統等。因此在研究汽車振動時可以對振動系統進行簡化分析，具體的簡化方案有：首先是在遠離汽車車輪的部分，由于固有的頻率是10-16HZ，這樣在一個較低的激振頻率范圍里，輪胎就會發生很小的動變形，這樣就可以幾乎忽略掉輪胎的質量和彈性了。其次是在汽車的前軸和后軸懸架的質量分配達到一定的數值時，這時其次前后懸架系統發生的垂直運動就幾乎是相互獨立的，因此可以對汽車系統進行簡化。第三是當汽車在中軸線上對稱時，這是汽車的車身就只有俯仰振動與垂直振動會對其平順性產生最大的影響。此時由于輪胎的阻尼比較小，因此可以忽略不計。

2.2.建立振動運動的方程式與求解

首先要根據振動系統每個部分的隔離體的受力作用來分析，在根據達朗貝爾的原理或者是牛頓第二定律來建立起運動的微分方程式，如果對物體的受力分析比較困難時，還可以采用拉格朗日方程來建立起物體的運動方程式。其次，在根據方式來進行求解，以得到汽車系統的響應，從而來掌握振動的運行規律，即根據求解方程來得到物理量的速度、位移以及加速度等隨著時間發生的變化規律。同時，也可以根據運動方程來得到系統運動的頻率方程或者是運動特征的方程，這樣就可以求出系統運動的固有頻率以及振動的模態等。

3. MATLAB在汽車振動分析及控制中的運用

MATLAB在實際中是用于算法開發、數據分析、數據可視化以及數值計算的一種高級技術計算語言技術。在世界上MATLAB工程計算軟件也有著廣泛的應用，因而在分析汽車振動過程中就可以利用MATLAB的超強數學計算的功能，在循序漸進的研究中進行層層深入，在由易到難，對汽車系統的振動進行分析。例如在對汽車單自由度有阻尼的強迫振動系統進行分析時，就需要根據系統來建立一定的模型，在實際中雖然簡諧振動比較簡單， 但是卻很重要，具有很重要的研究價值，因而在對汽車單自由度有阻尼的強迫振動系統研究時可以把汽車看作是一個大的振動系統，這樣系統在外力作用下受到的受迫振動，就是系統在脈沖的過渡函數與外力作用下的卷積結果。因此在MATLAB計算中，可以利用建立的函數關系來求解脈沖過渡的函數值，之后可以利用卷積函數來求解二者的卷積值，這樣就可以根據脈沖函數與系統的輸入來得到系統響應。

運用MATLAB的計算結果不僅可以來對汽車振動的理論結果進行驗證分析，還可以通過把MATLAB計算、理論分析與實驗相結合來更好的研究汽車的振動問題，因而在實際實驗中還需要建立起由計算機試驗的數據處理系統、監控操作系統、激振臺等組成的懸架性能的試驗臺。這樣在電動機通電之后，就可以帶動其偏心凸輪的旋轉，從而引起激振臺發生運動，在實驗中在對左右輪的振動組合來調節在實際中的模擬值輸入，來驗證實驗數據，從而可以利用MATLAB的強大數據分析能力來對數據進行處理分析。

4.總結

綜上所述，在汽車振動研究中運用MATLAB具有很強的實用效果，在實際中可以通過對MATLAB的數值計算來驗證汽車振動的分析結果，同時還可以利用MATLAB的數值計算結果來預測汽車在實際中對某個激勵做出的響應，而在對汽車振動的分析中MATLAB的技術結果還具有可視化效果。但是，在實際中MATLAB的應用范圍還很廣，因此就需要在汽車振動中對MATLAB進一步研究，促進其更好地應用。

參考文獻：

[1]申屠斌，楊緒劍，周曉軍.汽車主減速器噪聲振動檢測系統研究[J].機電工程.2009，31（14）：25-26.

[2]黃道平編著人，汀LAB與控制系統的數學仿真機CAD[M1.北京：化學工業出版社.2010，23（17）：95-96.

[3]邵明龍，紀威，周輝.MATLAB在汽車振動分析與控制中的應用初探[J].機電工程.2009，34（25）：245-246.