空气悬架simpack与malab联合仿真研究

空气悬架simpack与malab联合仿真研究

1低自由度线性数学模型随着车辆平整度的提高和悬吊技术的发展，空气悬挂技术由于其自身的特点，在车辆中的使用越来越广泛。因此，空气悬挂已成为当前汽车领域研究的热点。空气悬架是集机械、液压、电子一体的非线性复杂系统,使用简化和抽象化的低自由度线性数学模型只能反映真实系统部分特性。近年来,随着多体系统动力学和虚拟样机技术的发展,国内外许多学者开始进行车辆的联合仿真研究,多体动力学已被证明是用于车辆操纵稳定性和行驶平顺性仿真分析的有效方法2递归算法的核心解算器SIMPACK软件具有先进的基于运动学/动力学递归算法的核心解算器,采用相对坐标系统建模,形成的动力学方程组数少,求解速度快,对于汽车、机车等多零件、多自由度的大系统,优势尤为明显2.1前桥轴荷模型客车前悬架采用的是非独立悬架,气囊下端通过支架总成直接安装在前桥的正上方,承受全部的前桥轴荷,上部通过上盖板与车架相连接,其前悬架简化模型,如图1所示。在该简化模型中,由于V型垫板、支架总成是用螺栓固定在一起,所以在SIMPACK模型中把他们简化成一个零件,命名为前桥,V型推力杆、纵向推力杆、减振器通过橡胶衬套分别和车身与前桥连接。2.2空气弹簧和车架后悬架也为非独立悬架,结构和前悬类似,主要区别是采用四个空气弹簧全浮式支撑,且轮胎为双轮结构。气囊分别布置在后轴的前后位置,空气弹簧的上盖板与车架相连,底座通过均衡梁和车桥连接,而均衡梁则通过骑马螺栓和驱动桥壳固定在一起。驱动桥通过两根纵向推力杆和两根V型推力杆组成的导向机构和车架相连,推力杆的两端都通过橡胶衬套分别和车架和车桥相连接。减振器通过橡胶衬套分别与均衡梁和车架连接,如图2所示。2.3空气弹簧力的测定SIMPACK中提供了能够代表空气弹簧力的力元,采用82号Non-linerAirspring力元写入空气弹簧力。前后减振器力—速度特性曲线,如图3所示。由实验测得,并写入SIMPACK减振器力元中。2.4随机路面模型的建立车辆平顺性试验主要包括脉冲输入行驶试验和随机输入行驶试验。SIMPACK中提供了几种随机路面的类型,但提供的路面类型没有完全符合我国标准中的B级路面,在此采用由AR模型生成的B级路面数据,根据SIMPACK中路面模型的格式定义路面文件,从而得到B级随机路面模型。随机路面和脉冲路面,如图4所示。3闭环控制器模型具有自学习和自适应能力的单神经元,不但结构简单,还能适应环境变化,有较强的鲁棒性,其输入输出特性可以用下式表示式中:K—比例系数;x该神经元与环境的适应与作用,如图5所示为了保证学习算法的收敛性和控制的鲁棒性,可采用规范化的学习算法,其控制算法为:式中:r(t)—给定信号;y(t)—控制对象的实际输出。采用式(2)~式(4)构成闭环控制器前,必须确定状态变量x由此形成的控制系统,如图6所示。由图6可得,神经元产生的控制信号由三部分组成:前馈比例控制u在SIMPACK中建立整车多体动力学模型,MATLAB/Simulink中建立控制模型,SIMPACK中的整车多体动力学模型以一个S函数输出到MATLAB/Simulink中,通过SIMAT接口实现两软件之间的数据传递,这样集合两个软件各自的优势以解决整车模型和控制器过于复杂的问题。输出信号为4个空气弹簧安装位置的车身垂直加速度,输入信号为MATLAB控制器计算得到的悬架作动器控制力,如图7所示。4路面输入分析。在汽车工况使用上述联合仿真模型及路面模型,可对多种工况下的车辆平顺性进行仿真分析。根据汽车平顺性试验的相关规定,分别以车速为50km/h的随机路面输入和50km/h的脉冲路面输入为例,进行计算和对比分析。仿真结果分别,如图8、图9所示。5空气悬架控制器设计研究(1)基于SIMPACK和MATLAB进行联合仿真研究,一方面通过运用多体系统动力学软件SIMPACK建立整车的动力学模型,可以更好地反映出车辆的动力学性能;另一方面,在MATLAB中构建控制系统能够灵活有效地进行控制策略设计,构成了一个能进行综合仿真和优化控制的系统。给实际车辆悬架设计