動力性能和轉向性能仿真分析范文

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《車輛與動力技術雜志》2014年第二期

1基于ADAMS的車輛動力學建模

在ADAMS環境下，以模板方式建立了車身模型、四橋的懸架模型、雙橋轉向系統模型、車輪和地面模型．車身模型是根據樣車尺寸，在三維軟件中建成并導入到ADAMS中;本車采用滑柱擺臂式獨立懸架和單縱臂式獨立懸架兩種懸架模型;輪胎模型采用UA輪胎，通過修改輪胎特性屬性文件對輪胎參數進行定義;路面模型通過ADAMS/Car模塊下的路面建模器進行創建．整車模型如圖3所示。其中，雙橋轉向系統模型的建模依據原理如下:如圖4所示．以三、四軸線之間的中間平行線為基線，可求出第一橋和第二橋的轉向梯形理論特性關系．為了保證各轉向輪轉向時都盡量作純滾動，第一、二橋所有的轉向輪轉角應符合式(5)～式(7)的轉角關系式中:α1、α2分別為第一軸和第二軸的外輪轉角;β1、β2分別為第一軸和第二軸的內輪轉角;B為兩主銷中心線到地面交點之間的距離;L1、L2分別為第一軸和第二軸到轉向中心的距離．在ADAMS環境下，采用平面四連桿機構實現雙橋轉向的運動學關系［7］．將四連桿機構設計成斷開的不等臂的梯形結構，使兩轉向橋的轉角符合阿克曼理論轉角關系．在ADAMS中，通過對單橋轉向系統進行二次開發所建立的雙前橋轉向系統如圖5所示．

2聯合仿真模型

聯合仿真模型如圖6所示．各模塊組成及定義如下:1)定義油門開度．駕駛員輸入信號用擬合的σ∈［0，1］表示油門開度，對應驅動電機扭矩的初始給定值T=σ×1000，單位N•m．2)電機模塊．電機模塊包含8個完全相同的永磁同步電機模型，輸入端為車速(v)、車輪轉速(w1～w8)以及駕駛員所給定的電機扭矩初始值(Th1～Th8)．輸出為8個電機的扭矩(T1～T8)．3)車輛動力學模塊．輸入各車輪的扭矩，并將車輛的運行狀態信息反饋給電機模塊，形成閉環控制．

3聯合仿真實驗

3.1車輛加速度性能及最高車速仿真設置仿真路面為良好路面，其附著系數為0.8，仿真時間為45s．對于輪式裝甲車輛而言，通常車輛的加速性能是以車速由0加速到32km/h時所用的加速時間來表示．采用8輪同時驅動，給定每個驅動電機相同的扭矩1000N•m．通過仿真對車輛加速性能及最高行駛車速進行評價，仿真結果如圖7～圖9所示．由加速性能的仿真結果可知:在水平路面上加速時，所有驅動電機全功率運行時車輛由0加速到32km/h時的加速時間為5.8s，最高車速達到100km/h．滿足車輛行駛的加速性能和最高車速行駛指標:行駛速度由0加速到32km/h時最大加速時間不得超過8s，最高車速為100km/h．

3.2爬坡性能仿真分析爬坡性能，是混合電驅動裝甲車輛的一項重要性能指標．根據指標要求，最大爬坡度為30°．利用路面建模器建立30°坡度路面，坡面垂直高度為30m，坡長60m．仿真開始時，給每個驅動電機施加1000N•m的最大驅動扭矩，仿真結果如圖10～圖12所示，其中，圖12是最后軸的驅動電機扭矩輸出．由仿真結果可知:車輛在規定的驅動力范圍內，順利完成了30°坡的爬坡試驗．從第5s開始，車輛在坡道上以較平穩的速度進行爬坡，車速始終保持在10km/h以上，達到爬坡規定的車速．

3.3轉向性能仿真分析采用輪轂電機驅動的輪式裝甲車輛，轉向時，可以通過轉向機構實現自然轉向，與此同時，也可以改變兩側電機的扭矩，實現如履帶式車輛般的差速轉向或叫滑移轉向，以減小轉向半徑，增加轉向的靈活性．仿真時，采用雙重轉向方式和純轉向橋轉向兩種方案作為對比:純轉向橋轉向:兩側電機扭矩始終保持不變，只依靠轉向橋轉向．雙重轉向方式:轉向橋轉向的同時，根據車輛橫擺角速度的要求，給定內外側電機不同的的扭矩分配．仿真結果分別如圖13和圖14所示．圖13純轉向橋轉向仿真結果圖14雙重轉向方式仿真結果兩種方案給定的8個電機的總扭矩相同．由圖13可知，只依靠自然轉向，車輛在較高車速時沒能完成規定彎道的轉向行駛．由圖14可知，采用雙重轉向方式后，車輛成功實現規定的轉向．仿真結果充分體現采用輪轂電機驅動輪式車輛具有更好的轉向靈活性．

4結論

以某型8輪獨立驅動車輛為研究對象，分別基于動力學軟件ADAMS和控制軟件Matlab，建立了車輛動力學模型和電機控制系統模型，通過搭建機-電聯合仿真模型，實現了電機在動態加載情況下的聯合仿真實驗，聯合仿真結果表明，車輛的動力性能和轉向性能都滿足性能指標要求．下一步將通過樣車試驗，對多軟件聯合仿真的結果進行驗證。

作者：廖自力鮑明治陽貴兵劉春光單位：裝甲兵工程學院控制工程系