动力性能和转向性能仿真分析范文

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《车辆与动力技术杂志》2014年第二期

1基于ADAMS的车辆动力学建模

在ADAMS环境下，以模板方式建立了车身模型、四桥的悬架模型、双桥转向系统模型、车轮和地面模型．车身模型是根据样车尺寸，在三维软件中建成并导入到ADAMS中;本车采用滑柱摆臂式独立悬架和单纵臂式独立悬架两种悬架模型;轮胎模型采用UA轮胎，通过修改轮胎特性属性文件对轮胎参数进行定义;路面模型通过ADAMS/Car模块下的路面建模器进行创建．整车模型如图3所示。其中，双桥转向系统模型的建模依据原理如下:如图4所示．以三、四轴线之间的中间平行线为基线，可求出第一桥和第二桥的转向梯形理论特性关系．为了保证各转向轮转向时都尽量作纯滚动，第一、二桥所有的转向轮转角应符合式(5)～式(7)的转角关系式中:α1、α2分别为第一轴和第二轴的外轮转角;β1、β2分别为第一轴和第二轴的内轮转角;B为两主销中心线到地面交点之间的距离;L1、L2分别为第一轴和第二轴到转向中心的距离．在ADAMS环境下，采用平面四连杆机构实现双桥转向的运动学关系［7］．将四连杆机构设计成断开的不等臂的梯形结构，使两转向桥的转角符合阿克曼理论转角关系．在ADAMS中，通过对单桥转向系统进行二次开发所建立的双前桥转向系统如图5所示．

2联合仿真模型

联合仿真模型如图6所示．各模块组成及定义如下:1)定义油门开度．驾驶员输入信号用拟合的σ∈［0，1］表示油门开度，对应驱动电机扭矩的初始给定值T=σ×1000，单位N•m．2)电机模块．电机模块包含8个完全相同的永磁同步电机模型，输入端为车速(v)、车轮转速(w1～w8)以及驾驶员所给定的电机扭矩初始值(Th1～Th8)．输出为8个电机的扭矩(T1～T8)．3)车辆动力学模块．输入各车轮的扭矩，并将车辆的运行状态信息反馈给电机模块，形成闭环控制．

3联合仿真实验

3.1车辆加速度性能及最高车速仿真设置仿真路面为良好路面，其附着系数为0.8，仿真时间为45s．对于轮式装甲车辆而言，通常车辆的加速性能是以车速由0加速到32km/h时所用的加速时间来表示．采用8轮同时驱动，给定每个驱动电机相同的扭矩1000N•m．通过仿真对车辆加速性能及最高行驶车速进行评价，仿真结果如图7～图9所示．由加速性能的仿真结果可知:在水平路面上加速时，所有驱动电机全功率运行时车辆由0加速到32km/h时的加速时间为5.8s，最高车速达到100km/h．满足车辆行驶的加速性能和最高车速行驶指标:行驶速度由0加速到32km/h时最大加速时间不得超过8s，最高车速为100km/h．

3.2爬坡性能仿真分析爬坡性能，是混合电驱动装甲车辆的一项重要性能指标．根据指标要求，最大爬坡度为30°．利用路面建模器建立30°坡度路面，坡面垂直高度为30m，坡长60m．仿真开始时，给每个驱动电机施加1000N•m的最大驱动扭矩，仿真结果如图10～图12所示，其中，图12是最后轴的驱动电机扭矩输出．由仿真结果可知:车辆在规定的驱动力范围内，顺利完成了30°坡的爬坡试验．从第5s开始，车辆在坡道上以较平稳的速度进行爬坡，车速始终保持在10km/h以上，达到爬坡规定的车速．

3.3转向性能仿真分析采用轮毂电机驱动的轮式装甲车辆，转向时，可以通过转向机构实现自然转向，与此同时，也可以改变两侧电机的扭矩，实现如履带式车辆般的差速转向或叫滑移转向，以减小转向半径，增加转向的灵活性．仿真时，采用双重转向方式和纯转向桥转向两种方案作为对比:纯转向桥转向:两侧电机扭矩始终保持不变，只依靠转向桥转向．双重转向方式:转向桥转向的同时，根据车辆横摆角速度的要求，给定内外侧电机不同的的扭矩分配．仿真结果分别如图13和图14所示．图13纯转向桥转向仿真结果图14双重转向方式仿真结果两种方案给定的8个电机的总扭矩相同．由图13可知，只依靠自然转向，车辆在较高车速时没能完成规定弯道的转向行驶．由图14可知，采用双重转向方式后，车辆成功实现规定的转向．仿真结果充分体现采用轮毂电机驱动轮式车辆具有更好的转向灵活性．

4结论

以某型8轮独立驱动车辆为研究对象，分别基于动力学软件ADAMS和控制软件Matlab，建立了车辆动力学模型和电机控制系统模型，通过搭建机-电联合仿真模型，实现了电机在动态加载情况下的联合仿真实验，联合仿真结果表明，车辆的动力性能和转向性能都满足性能指标要求．下一步将通过样车试验，对多软件联合仿真的结果进行验证。

作者：廖自力鲍明治阳贵兵刘春光单位：装甲兵工程学院控制工程系