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(diǎn)，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(diǎn)。空氣懸架是集機(jī)械、液壓、電子一體的非線性復(fù)雜系統(tǒng),使用簡(jiǎn)化和抽象化的低自由度線性數(shù)學(xué)模型只能反映真實(shí)系統(tǒng)部分特性。近年來,隨著多體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)和虛擬樣機(jī)技術(shù)的發(fā)展,國(guó)內(nèi)外許多學(xué)者開始進(jìn)行車輛的聯(lián)合仿真研究,多體動(dòng)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(jìn)的基于運(yùn)動(dòng)學(xué)/動(dòng)力學(xué)遞歸算法的核心解算器,采用相對(duì)坐標(biāo)系統(tǒng)建模,形成的動(dòng)力學(xué)方程組數(shù)少,求解速度快,對(duì)于汽車、機(jī)車等多零件、多自由度的大系統(tǒng),優(yōu)勢(shì)尤為明顯2.1前橋軸荷模型客車前懸架采用的是非獨(dú)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(jiǎn)化模型,如圖1所示。在該簡(jiǎn)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(jiǎn)化成一個(gè)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(dú)立懸架,結(jié)構(gòu)和前懸類似,主要區(qū)別是采用四個(gè)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(dòng)橋殼固定在一起。驅(qū)動(dòng)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(jī)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(cè)定SIMPACK中提供了能夠代表空氣彈簧力的力元,采用82號(hào)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(shí)驗(yàn)測(cè)得,并寫入SIMPACK減振器力元中。2.4隨機(jī)路面模型的建立車輛平順性試驗(yàn)主要包括脈沖輸入行駛試驗(yàn)和隨機(jī)輸入行駛試驗(yàn)。SIMPACK中提供了幾種隨機(jī)路面的類型,但提供的路面類型沒有完全符合我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)中的B級(jí)路面,在此采用由AR模型生成的B級(jí)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(jí)隨機(jī)路面模型。隨機(jī)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(jiǎn)單,還能適應(yīng)環(huán)境變化,有較強(qiáng)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(hào);y(t)—控制對(duì)象的實(shí)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(hào)由三部分組成:前饋比例控制u在SIMPACK中建立整車多體動(dòng)力學(xué)模型,MATLAB/Simulink中建立控制模型,SIMPACK中的整車多體動(dòng)力學(xué)模型以一個(gè)S函數(shù)輸出到MATLAB/Simulink中,通過SIMAT接口實(shí)現(xiàn)兩軟件之間的數(shù)據(jù)傳遞,這樣集合兩個(gè)軟件各自的優(yōu)勢(shì)以解決整車模型和控制器過于復(fù)雜的問題。輸出信號(hào)為4個(gè)空氣彈簧安裝位置的車身垂直加速度,輸入信號(hào)為MATLAB控制器計(jì)算得到的懸架作動(dòng)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(duì)多種工況下的車輛平順性進(jìn)行仿真分析。根據(jù)汽車平順性試驗(yàn)的相關(guān)規(guī)定,分別以車速為50km/h的隨機(jī)路面輸入和50km/h的脈沖路面輸入為例,進(jìn)行計(jì)算和對(duì)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(jì)研究(1)基于SIMPACK和MATLAB進(jìn)行聯(lián)合仿真研究,一方面通過運(yùn)用多體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)軟件SIMPACK建立整車的動(dòng)力學(xué)模型,可以更好地反映出車輛的動(dòng)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(jìn)行控制策略設(shè)計(jì),構(gòu)成了一個(gè)能進(jìn)行綜合仿真和優(yōu)化控制的系統(tǒng)。給實(shí)際車輛懸架設(shè)計(jì)