空氣懸架simpack與malab聯(lián)合仿真研究

空氣懸架simpack與malab聯(lián)合仿真研究

1低自由度線性數(shù)學(xué)模型隨著車輛平整度的提高和懸吊技術(shù)的發(fā)展，空氣懸掛技術(shù)由于其自身的特點，在車輛中的使用越來越廣泛。因此，空氣懸掛已成為當(dāng)前汽車領(lǐng)域研究的熱點?？諝鈶壹苁羌瘷C械、液壓、電子一體的非線性復(fù)雜系統(tǒng),使用簡化和抽象化的低自由度線性數(shù)學(xué)模型只能反映真實系統(tǒng)部分特性。近年來,隨著多體系統(tǒng)動力學(xué)和虛擬樣機技術(shù)的發(fā)展,國內(nèi)外許多學(xué)者開始進行車輛的聯(lián)合仿真研究,多體動力學(xué)已被證明是用于車輛操縱穩(wěn)定性和行駛平順性仿真分析的有效方法2遞歸算法的核心解算器SIMPACK軟件具有先進的基于運動學(xué)/動力學(xué)遞歸算法的核心解算器,采用相對坐標(biāo)系統(tǒng)建模,形成的動力學(xué)方程組數(shù)少,求解速度快,對于汽車、機車等多零件、多自由度的大系統(tǒng),優(yōu)勢尤為明顯2.1前橋軸荷模型客車前懸架采用的是非獨立懸架,氣囊下端通過支架總成直接安裝在前橋的正上方,承受全部的前橋軸荷,上部通過上蓋板與車架相連接,其前懸架簡化模型,如圖1所示。在該簡化模型中,由于V型墊板、支架總成是用螺栓固定在一起,所以在SIMPACK模型中把他們簡化成一個零件,命名為前橋,V型推力桿、縱向推力桿、減振器通過橡膠襯套分別和車身與前橋連接。2.2空氣彈簧和車架后懸架也為非獨立懸架,結(jié)構(gòu)和前懸類似,主要區(qū)別是采用四個空氣彈簧全浮式支撐,且輪胎為雙輪結(jié)構(gòu)。氣囊分別布置在后軸的前后位置,空氣彈簧的上蓋板與車架相連,底座通過均衡梁和車橋連接,而均衡梁則通過騎馬螺栓和驅(qū)動橋殼固定在一起。驅(qū)動橋通過兩根縱向推力桿和兩根V型推力桿組成的導(dǎo)向機構(gòu)和車架相連,推力桿的兩端都通過橡膠襯套分別和車架和車橋相連接。減振器通過橡膠襯套分別與均衡梁和車架連接,如圖2所示。2.3空氣彈簧力的測定SIMPACK中提供了能夠代表空氣彈簧力的力元,采用82號Non-linerAirspring力元寫入空氣彈簧力。前后減振器力—速度特性曲線,如圖3所示。由實驗測得,并寫入SIMPACK減振器力元中。2.4隨機路面模型的建立車輛平順性試驗主要包括脈沖輸入行駛試驗和隨機輸入行駛試驗。SIMPACK中提供了幾種隨機路面的類型,但提供的路面類型沒有完全符合我國標(biāo)準(zhǔn)中的B級路面,在此采用由AR模型生成的B級路面數(shù)據(jù),根據(jù)SIMPACK中路面模型的格式定義路面文件,從而得到B級隨機路面模型。隨機路面和脈沖路面,如圖4所示。3閉環(huán)控制器模型具有自學(xué)習(xí)和自適應(yīng)能力的單神經(jīng)元,不但結(jié)構(gòu)簡單,還能適應(yīng)環(huán)境變化,有較強的魯棒性,其輸入輸出特性可以用下式表示式中:K—比例系數(shù);x該神經(jīng)元與環(huán)境的適應(yīng)與作用,如圖5所示為了保證學(xué)習(xí)算法的收斂性和控制的魯棒性,可采用規(guī)范化的學(xué)習(xí)算法,其控制算法為:式中:r(t)—給定信號;y(t)—控制對象的實際輸出。采用式(2)~式(4)構(gòu)成閉環(huán)控制器前,必須確定狀態(tài)變量x由此形成的控制系統(tǒng),如圖6所示。由圖6可得,神經(jīng)元產(chǎn)生的控制信號由三部分組成:前饋比例控制u在SIMPACK中建立整車多體動力學(xué)模型,MATLAB/Simulink中建立控制模型,SIMPACK中的整車多體動力學(xué)模型以一個S函數(shù)輸出到MATLAB/Simulink中,通過SIMAT接口實現(xiàn)兩軟件之間的數(shù)據(jù)傳遞,這樣集合兩個軟件各自的優(yōu)勢以解決整車模型和控制器過于復(fù)雜的問題。輸出信號為4個空氣彈簧安裝位置的車身垂直加速度,輸入信號為MATLAB控制器計算得到的懸架作動器控制力,如圖7所示。4路面輸入分析。在汽車工況使用上述聯(lián)合仿真模型及路面模型,可對多種工況下的車輛平順性進行仿真分析。根據(jù)汽車平順性試驗的相關(guān)規(guī)定,分別以車速為50km/h的隨機路面輸入和50km/h的脈沖路面輸入為例,進行計算和對比分析。仿真結(jié)果分別,如圖8、圖9所示。5空氣懸架控制器設(shè)計研究(1)基于SIMPACK和MATLAB進行聯(lián)合仿真研究,一方面通過運用多體系統(tǒng)動力學(xué)軟件SIMPACK建立整車的動力學(xué)模型,可以更好地反映出車輛的動力學(xué)性能;另一方面,在MATLAB中構(gòu)建控制系統(tǒng)能夠靈活有效地進行控制策略設(shè)計,構(gòu)成了一個能進行綜合仿真和優(yōu)化控制的系統(tǒng)。給實際車輛懸架設(shè)計