3. 被动悬架仿真模型搭建
任务说明
本案例目标是在Simulink中搭建1/4车被动悬架仿真模型，验证车身与车轮在路面阶跃激励下的基本动态响应。模型采用集中质量法，包含车身质量、悬架刚度与阻尼、车轮质量与轮胎刚度，不包含主动控制力，属于纯被动悬架系统。
模型架构
1/4车被动悬架模型由两个质量块串联构成：车身质量ms通过弹簧ks和阻尼器cs连接至车轮质量mu，车轮质量再通过轮胎弹簧kt连接至路面。路面输入为阶跃位移信号，仿真观察车身位移、车轮位移及悬架动行程。
Simulink模型搭建步骤
在Simulink中新建空白模型，按以下步骤搭建：
- 添加两个Integrator模块串联构成车身位移通道，输入为车身加速度，输出依次为车身速度与车身位移；同样方式构建车轮位移通道。
- 使用Gain模块设置刚度与阻尼系数，用Sum模块计算悬架相对位移(zs-zu)与相对速度(zs'-zu')。
- 用Step模块作为路面输入，阶跃时间设为0.1s，初始值0，终值0.05m（模拟5cm凸起）。
- 将动力学方程右侧表达式通过Gain与Sum模块组合，反馈连接至两个积分通道输入端。
- 添加Scope模块观察车身位移、车轮位移与悬架动行程(zs-zu)。
模型参数与初始化
在模型工作区或MATLAB脚本中定义以下参数：
% 被动悬架参数
m_s = 300; % 车身质量 (kg)
m_u = 40; % 车轮质量 (kg)
k_s = 20000; % 悬架刚度 (N/m)
c_s = 1000; % 悬架阻尼 (N·s/m)
k_t = 200000; % 轮胎刚度 (N/m)
% 仿真设置
sim_time = 5; % 仿真时长 (s)验证方法
仿真完成后，观察Scope输出波形，验证以下响应特性：
- 车身位移：阶跃激励后车身经过衰减振荡最终趋于0.05m的稳态值（路面阶跃高度），稳态误差为0；
- 车轮位移：快速响应并趋于0.05m，超调量明显小于车身；
- 悬架动行程：初始时刻出现负向突变（悬架压缩），随后衰减振荡趋于0；
- 振荡频率：车身位移波形主频约为1.2~1.5Hz（车身固有频率），叠加的高频分量对应车轮固有频率约10~12Hz。
判定标准：若车身位移最终稳定在0.05±0.002m范围内，且波形呈现衰减振荡形态，则模型搭建正确，被动悬架基本响应验证通过。