周新鹏
（昆明理工大学交通工程学院，云南 昆明）汽车悬挂
摘要：针对不同悬架的性能特点，分别建立了被动悬架、主动悬架的车身与车轮二自由度振动模型，基于 Matlab 软件用白噪声法模拟了路面不平度随机输入，在此基础上，对被动悬架与主动悬架的性能进行了仿真对比。 仿真结果表明：主动悬架能更好地衰减振动， 因此具有更佳的平顺性。
关键词：汽车 主动悬架 被动悬架 Matlab
引言
悬架是车架（或承载式车身）与车桥（或车轮）之间一切传力连接装置的总称，用以把路面作用于车轮上的各种力和力矩传递到车架上[1]，同时还起到缓和冲击、吸收振动、提
高平顺性与乘坐舒适性的作用。传统悬架的刚度和阻尼是按经验或优化设计的方法确定的，
在汽车行驶过程中，其性能不变，也无法调节，从而使汽车平顺性与乘坐舒适性受到一定的影响，因此称这种悬架系统为被动悬架。主动悬架可根据汽车的行驶条件的变化对刚度和阻
尼进行动态地自适应调节，因此能使悬架系统始终处于最佳状态[2]。车身垂直位移决定了
汽车振动时振幅的大小，悬架行程直接影响撞击限位的概率，而车身加速度是评价汽车平顺性的主要指标[3]，因此，本研究主要从车身垂直位移、车身加速度、悬架行程等几个方面比较主动悬架与被动悬架的特性。
1.汽车悬架相关理论
汽车悬架系统由弹性元件、导向元件和减振器等部分组成。弹性元件用来传递并承受垂直载荷，它也具有一定的吸振能力；导向元件用来传递纵向力、侧向力和由此产生的力矩；减振器用来迅速减小车身和车架的振动。
汽车悬架一般应具备以下功能：
（1）承受汽车的重量；
（2）承受并缓和汽车行驶时由路面通过车轮传给车身的冲击与振动；
（3）在承受制动力、驱动力和转弯时产生的离心力时，要保证操纵的稳定性：
包括汽车行驶时不要产生过大的侧倾与仰倾，使制动时产生的“点头”现象尽可能小；
（4）使汽车具有不足转向特性，不产生过度转向；
（5）使汽车与路面有较好的附着特性，不会由于过大的振动而使车轮脱离路面；
（6）在凹凸不平的路面上行驶时，为了保证必要的离地间隙，能主动调节车身高度。
随着人们对汽车舒适性的要求越来越高，传统的被动悬架已不能满足人们的要求，于是适应力更强的主动悬架出现了，成为未来悬架的发展趋势。
2.车身与车轮两自由度振动模型的建立
2.1被动悬架系统模型
汽车是一个复杂的振动系统，应根据所分析的问题进行简化. 参照文献[3]，通常可以将汽车振动系统简化为单质量系统和双质量系统。在远离车轮部分固有频率的较低激振频率范围，轮胎变形很小，可忽略其弹性与车轮质量，从而得到最简单的单质量系统；当汽车悬挂质量分配系数的数值接近 1 时，可认为前后悬架系统的垂直振动几乎是独立的，此时可以简化为车身与车轮两个自由度的双质量系统。因双质量系统除了能反映车身部分的动态特性之外，还能反映车轮部分在产生高频共振时的动态特性，更接近汽车悬挂系统的实际情况，因此一般将汽车振动系统简化为双质量系统。图 1 是被动悬架车身与车轮两自由度振动系统模型简图。其中，m2 为悬挂质量（车身质量） m1 为非悬挂质量（车轮质量）；K 为悬挂刚度；C为阻尼器阻力系数；Kt 为轮胎刚度。
车轮与车身垂直位移坐标为 z 1 、z 2 ，q 为输入的路面不平度函数，坐标原点选在各自
的平衡位置，其微分方程为：
m2 Z 2+ (L1(Z2 − Z1 ) + L2
m1 Z 1+ (L1(Z2 − Z1 ) + L2
Z 1+ L3
Z 1 +L3
Z 2) =0
Z 2) =0 （1）
图 1 被动悬架两自由度振动系统 图 2 主动悬架两自由度振动系统
2.2主动悬架系统模型
图 2 是主动悬架系统车身与车轮两自由度振动系统模型简图。它将传感器测量系统运动状态信号输入电控单元，电控单元经过分析、判断后给力发生器发出指令，产生主动控制力， 从而满足不同工况对悬架系统特性参数变化的要求。其中 L1 、L2 、L3 为根据优化
得到的反馈系数；u 为主动控制力，在此选择 u =L1 (Z2 − Z1 ) + L2 Z 1+ L3 Z 2 ) ，其他参数与被动悬
架系统相同。
其运动方程为：
m2 Z 2+ (L1(Z2 − Z1 ) + L2
Z 1+ L3
Z 2) =0
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