基于ADAMS 和Simulink 聯(lián)合仿真的多軸重載車輛自動(dòng)限速探究-設(shè)計(jì)應(yīng)用

精品文檔-下載后可編輯基于ADAMS和Simulink聯(lián)合仿真的多軸重載車輛自動(dòng)限速探究-設(shè)計(jì)應(yīng)用摘要：機(jī)械制造過程中對(duì)機(jī)械零件的檢測(cè)是其中的重要環(huán)節(jié)。加強(qiáng)機(jī)械零件檢測(cè)是保證機(jī)械質(zhì)量的關(guān)鍵，是提升機(jī)械性能的重要措施。機(jī)械零件的檢測(cè)是一項(xiàng)系統(tǒng)性工程，國(guó)內(nèi)外關(guān)于機(jī)械零件的檢測(cè)技術(shù)也是在不斷發(fā)展著的，做好機(jī)械零件的檢測(cè)是機(jī)械制造企業(yè)必須要做到的。本文主要分析多軸重載車輛自動(dòng)限速的技術(shù)。

0引言

車速是影響車輛行駛安全的重要因素，利用車輛車載傳感器采集車輛狀態(tài)、駕駛員操作和道路情況信息，依據(jù)電控單元計(jì)算出安全車速并向執(zhí)行器發(fā)出控制命令，實(shí)施車速限制，是實(shí)現(xiàn)車輛自動(dòng)車速控制的另外一種技術(shù)途徑，可以有效地提高車輛行駛的安全性。

由于多軸特種車輛動(dòng)力學(xué)特性及車速控制較為復(fù)雜，需要對(duì)自動(dòng)限速控制系統(tǒng)的總體方案、控制算法以及標(biāo)定測(cè)試等方面進(jìn)行深入的分析研究。本文基于ADAMS和MATLAB/Simulink聯(lián)合仿真技術(shù)搭建了多軸車輛自動(dòng)限速控制仿真平臺(tái)，驗(yàn)證了自動(dòng)限速控制技術(shù)在多軸特種車輛上應(yīng)用的可行性。

1車輛建模

1.1基于ADAMS的整車多體動(dòng)力學(xué)模型

在ADAMS/VIEW環(huán)境下建立了六軸特種車輛動(dòng)力學(xué)模型。

與車架連接的其他總成通過質(zhì)量等效的方法簡(jiǎn)化合成到車架總成模型中，懸架系統(tǒng)模型包括油氣彈簧、上下橫臂及轉(zhuǎn)向節(jié)，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)模型包括轉(zhuǎn)向桿系，輪胎根據(jù)UA模型修改，道路模型自建。ADAMS環(huán)境下的整車模型見圖1.

整車模型共有31個(gè)自由度，其中整車質(zhì)心6個(gè)自由度，車輪旋轉(zhuǎn)12個(gè)自由度，車輪豎直跳動(dòng)12個(gè)自由度，轉(zhuǎn)向1個(gè)自由度。車輛1~5橋?yàn)轵?qū)動(dòng)橋，1、2、5、6橋?yàn)檗D(zhuǎn)向橋。

輸入為車輪驅(qū)動(dòng)力矩、風(fēng)阻和加速阻力，輸出為整車及車輪的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。

1.2聯(lián)合仿真驅(qū)動(dòng)控制模型

在MATLAB/Simulink中建立完整的動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)控制模型，模型包括發(fā)動(dòng)機(jī)、自動(dòng)變速箱、分動(dòng)器、驅(qū)動(dòng)橋和行駛阻力，真實(shí)地模擬車輛動(dòng)力的傳遞過程。通過ADAMS/Control模塊將ADAMS車輛動(dòng)力學(xué)模型和MATLAB/Simulink車輛傳動(dòng)系統(tǒng)模型聯(lián)接起來，通過ADAMS與Simulink的接口模塊進(jìn)行兩個(gè)軟件的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)交換。

2特種車輛自動(dòng)限速控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1自動(dòng)限速控制系統(tǒng)總體方案

車輛自動(dòng)限速系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)由傳感器、中央控制器和執(zhí)行器三部分組成。系統(tǒng)利用車載傳感器采集車輛運(yùn)行狀況、駕駛員操作意圖和道路交通環(huán)境信息，通過電子控制單元實(shí)時(shí)判斷安全車速，當(dāng)發(fā)現(xiàn)有超速趨勢(shì)時(shí)進(jìn)行報(bào)警，如駕駛員未采取減速措施，自動(dòng)關(guān)閉發(fā)動(dòng)機(jī)、并開啟輔助制動(dòng)，避免車輛超速。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)間的關(guān)系見圖2.

2.2自動(dòng)限速控制模型

在MATLAB/Simulink中設(shè)計(jì)自動(dòng)限速系統(tǒng)控制模塊，通過ADAMS/Control模塊實(shí)現(xiàn)車輛的閉環(huán)控制。

由于報(bào)警與輔助制動(dòng)均是根據(jù)車輛狀況實(shí)施主動(dòng)安全措施，其相互之間具有傳遞性和一致性，因此本文將報(bào)警控制模型以及自動(dòng)限速控制模型設(shè)計(jì)為一體，采用查表計(jì)算和邏輯控制方法建立自動(dòng)限速控制模型。

3仿真結(jié)果

3.1自動(dòng)限速控制仿真

3.1.1平直道路仿真

仿真方案為：在路面附著系數(shù)為0.8的平直道路上，車輛從起步開始加速行駛，當(dāng)車速達(dá)到45km/h時(shí)，報(bào)警裝置進(jìn)行報(bào)警；此時(shí)如果駕駛員主動(dòng)減小油門，車速降低至40km/h,報(bào)警取消；如果駕駛員未采取有效措施，車速繼續(xù)增加到48km/h時(shí)，實(shí)施自動(dòng)限速。

首先模擬報(bào)警后駕駛員主動(dòng)降速情況的仿真，當(dāng)車速達(dá)到45km/h時(shí)，系統(tǒng)報(bào)警，報(bào)警信號(hào)由0跳為1;此時(shí)手動(dòng)減小油門開度，車速降低，當(dāng)車速低于40km/h后，報(bào)警終止，信號(hào)由1跳為2,系統(tǒng)復(fù)位；繼續(xù)增大油門開度，車速回升，系統(tǒng)繼續(xù)監(jiān)測(cè)車輛行駛狀況。

如果報(bào)警后駕駛員未主動(dòng)減速，輔助制動(dòng)系統(tǒng)實(shí)施制動(dòng)，當(dāng)車速達(dá)到45km/h時(shí)，系統(tǒng)報(bào)警；此時(shí)不改變油門開度，車速繼續(xù)增加至48km/h,輔助制動(dòng)開啟，排氣制動(dòng)信號(hào)由1跳為0,此時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)關(guān)閉，排氣制動(dòng)開啟，車輛減速；直至車速降到40km/h以下，自動(dòng)限速系統(tǒng)關(guān)閉；之后如果增大動(dòng)力，車速升高，自動(dòng)限速系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，循環(huán)工作。

3.1.2穩(wěn)態(tài)回轉(zhuǎn)仿真

①門檻值確定

影響車輛的穩(wěn)態(tài)回轉(zhuǎn)因素除了車輛的結(jié)構(gòu)參數(shù)外，還包括車輛狀態(tài)變量（側(cè)傾角和側(cè)向加速度）閾值之間的關(guān)系。當(dāng)側(cè)向加速度達(dá)到4.2m/s2左右時(shí)，車輛出現(xiàn)不穩(wěn)定狀態(tài)，且方向盤轉(zhuǎn)角越大，出現(xiàn)不穩(wěn)定時(shí)的斜率越大，即方向盤轉(zhuǎn)角越大，車輛從穩(wěn)定狀態(tài)到不穩(wěn)定狀態(tài)的過渡時(shí)間越短。當(dāng)側(cè)傾角達(dá)到3度左右后，側(cè)傾角急劇增大，方向盤轉(zhuǎn)角在250度到640度之間時(shí)，側(cè)傾角為6度左右車輛側(cè)翻，方向盤轉(zhuǎn)角為770度時(shí)，側(cè)傾角在4度時(shí)直接側(cè)翻。

根據(jù)以上分析可知，由于不同方向盤轉(zhuǎn)角下的側(cè)向加速度或側(cè)傾角變化率差別均較大，因此安全閾值的范圍差別也較大。如果單獨(dú)用側(cè)向加速度或側(cè)傾角判定車輛穩(wěn)定性，則會(huì)出現(xiàn)小方向盤轉(zhuǎn)角安全余量過大，而大方向盤轉(zhuǎn)角安全余量小的情況。為此，將車輛的側(cè)向加速度和側(cè)傾角進(jìn)行二乘擬合，得出線性判別函數(shù)g（x），見下式。

g（x）將車輛“側(cè)傾角-側(cè)向加速度”相平面分成a和b兩部分，其中a區(qū)域?yàn)榉€(wěn)定狀態(tài)，b為不穩(wěn)定狀態(tài)。當(dāng)g（x）0時(shí)為安全狀態(tài)，當(dāng)g（x）0時(shí)為危險(xiǎn)狀態(tài)。

②仿真

進(jìn)行方向盤轉(zhuǎn)角為250°的穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)向特性試驗(yàn)，仿真方案為：車輛在附著系數(shù)為0.8的水平路面上，從起步開始加速行駛，方向盤轉(zhuǎn)角固定為250°，當(dāng)g（x）值下降到5以下時(shí)，報(bào)警裝置進(jìn)行報(bào)警；此時(shí)如果駕駛員主動(dòng)降低車速，使g（x）值迅速升至7以上，報(bào)警取消；如果駕駛員未采取有效措施，g（x）值降至0時(shí)，實(shí)施自動(dòng)限速；當(dāng)g（x）值升至7以上時(shí)，限速取消。

4結(jié)論

本文研究了特種車輛自動(dòng)限速控制方法，在建立特種車輛整車動(dòng)力學(xué)模型、驅(qū)動(dòng)控制模型和自動(dòng)限速控制模型的基礎(chǔ)上，通過聯(lián)合仿真，對(duì)自動(dòng)限速控制策略的可行性進(jìn)行了驗(yàn)證。結(jié)果表明，自動(dòng)限速控制系