基于ADAMS和MATLAB的汽车操纵稳定性联合仿真_图文

1、基于ADAMS和MATLAB的汽车操纵稳定性联合仿真王行,阳林,贺绍华,彭才望(510006广东省广州市广东工业大学机电工程学院摘要本文通过利用Adams/CAR建立了整车动力学仿真模型;基于DYC控制方法和线性二次型最优控ca"l理论,在Matlab中建立前馈一反馈复合控制系统和与ADAMS联合的控制模块,实现ADAMS与Matlab的车辆稳定性控制联合仿真:通过调节控制系统参数,对湿滑路面的阶跃工况进行仿真,分析联合仿真的结果,使控制器对车辆的稳定性控制效果达到最佳.结果表明,本控制系统能有效提高车辆的操作稳定性。关键词联合仿真;稳定性控制;最优控制中图分类号U461.6文献标志

2、码A文章编号16733142(2012080038-04Co-simulating the Vehicle Controlling Stability Based on ADAMS and MATLABWANG Hang,YANG Lin,HE Shao-hua,PENG Cai-wang(Faeuhy of Electromechanical Engineering,Guangdong University of Technology,Guangzhou City,Guangdong Province510006,China AbstractIn this paper,by using th

3、e advantages of Adams/CAR software,the simulation model of automobile dynamics is built:based on linear quadratic of optimal control theory and direct yaw moment control(DYCtheory,the feed forwardback composite control system software and the joint control module with ADAMS are built in Matlab.Cosim

4、ulation between ADAMS and MAT.AB is realized to control the stability of vehicle.By adjusting the control system parameters,the step condition simulation on slippeu road surface is done,the results of the co-simulation are analyzed,the best effect of the controller on the vehicle7S stability control

5、 is achieved.The results showed that the designed control system can improve vehicle stability effectively.Key wordsCOsimulation;stability control;optimal control0引言怎样提高汽车的操纵稳定性,一直是汽车设计师们和学术研究的主要研究方向之一。随着汽车电子技术的发展和普及,人们可以利用计算机建立精确的多自由度数学仿真模型,在设计阶段即可对设计车进行所需的动态性能仿真,分析参数变化对操纵稳定性的影响,预测车辆性能,实现最优的参数匹配。本文

6、研究正是为了进一步探讨利用计算机仿真技术研究汽车操纵稳定性中的车辆稳定性控制系统。通过使用ADAMS与MATI。AB两个软件进行联合仿真,利用线性二次型最优控制对汽车的横摆力矩进行控制,使汽车具有良好的操纵稳定性。1仿真系统模型1.1ADAMS/Car整车模型收稿日期:201205一15本文研究基于DYC(直接横摆力矩控制理论的模型.为了减少仿真难度。大部分总成直接调用ADAMS/Car的子系统,差异在于在车身上施加横摆力矩,力矩大小由控制系统的输入值来赋予。具体方法是:因控制系统中的输出和输入变量都是与车身有关,故先在模板建模器中对车身加以横摆力矩.再定义输出和输入变量,保存该模块为子系统。

7、表1整车参数表Tab.1Vehicle parameters table第50卷第8期王行等:基于ADAMS和MATLAB的汽车操纵稳定性联合仿真39图1整车装配模型图Fig.1Vehicle assembling diagram选取软件自带的各子系统和修改后的车身子系统组装为整车模型,参数界面和整车模型如表l和图l所示。1.2车辆控制模块设计为提高车辆的操纵稳定性.须使质心侧偏角和横摆角速度紧跟其理想值。作为控制输入的直接横摆力偶可实现这个目标。图2为控制系统框图。图2控制系统框图Fig.2Control system diagram车辆控制系统的设计是以线性二自由度单轨车辆模型为基础,根据

8、最优控制算法对车辆施加附加横摆力矩2,线性二自由度单轨车辆模型运动方程修正如下I mu,+y=0+1.。ly翎砰一6巴+丝式中,y订,y。轮胎侧向力沿y轴方向的分力;尬为附加力矩。前馈补偿(Feedforward Compensation控制器(图3是用来使质心侧偏角趋近于O。为了实现此目的。作为控制输入的横摆力矩和前轮转角之间的关系可以表示为姒s=钮“s。其中,c!广前馈控制器的比例增益系数;%一前馈控制器的横摆力矩。叫1图3前馈控制器Fig.3Feed-forward controller设计反馈控制补偿器(Feedforward Controller能使车辆模型很好地跟踪期望的理想模型,

9、并有效抵抗外界干扰。故采用前馈一反馈的复合控制方式。渺图4反馈控制器Fig.4Feedback controller在图4中,K为反馈控制比例增益系数,其通过线性二次型最优控制算法,求解Riccati方程可得到反馈控制比例增益系数K,坳为反馈力矩。实际模型的状态方程为XIAX+8M如+H屯。运用LQ最优控制算法,求解黎卡提(Riccati方程可得到控制器的反馈增益。调用MATLAB控制工具箱中提供的求解Riccati方程的函数.其调用方法为K,P,E=lqr(A,B,Q,R。其中,K状态反馈矩阵;卜Riccati方程的解:卜闭环系统极点。2Adams与Matlab/simulink联合仿真控制

10、系统从ADAMS模型中读出的横摆角速度和质心侧偏角,经过控制系统的计算之后,得出控制横摆力矩的大小.输入到ADAMS车辆模型中。对整车进行控制,输入输出简图如图5所示。输出横摆速度和质心删偏角和方向盘转角图5整车模型的输入输出简图Fig.5Input and output diagram of the vehicle model本节将通过前轮转角阶跃输入来分析控制器的控制效果,激励如图6所示。在仿真过程中,假设纵向车速u为定值,主要分析在湿滑路面(“= 0.4上以不同转角和车速进行仿真,由于侧向加速度、横摆角速度以及质心侧偏角是汽车稳态的重要参数,故重点分析这三个参数的响应曲线。l5叉1蓬o.

11、5莲o-0.57jO12345时问/s图6阶跃仿真输入Fig.6Step simulation input蓦农业装备与车辆工程2.1加权矩阵Q。R的调试选定在二次型最优控制中,Q为rtXn维半正定状口,01态加权矩阵,通常是对角矩阵l:“l,对角线lu q22J上的元素qq笼越大,其响应量13,Y等就越接近理想值。即误差越小。Q和尺的调试方法一般为:固定Q中的某一系数和R,让Q中另一系数变化;同样调试R时,固定Q。根据Q,R的变化,运用Matlab分析计算处最优化取qli=2e5,q22=700,R=ie一6。加权矩阵Q、R值对控制效果的影响很大,合适的系数会使得最终的控制效果更加理想。2.2

12、湿滑路面阶跃转向工况仿真车辆在湿滑路面(肛=0.4上以45km/h的速度,前轮转角输人分别为1。和70的仿真结果如图7和图8所示。o><蜊瑙嫒然颦时J司/s图75=1。V=45km/h时的响应曲线Fig.7Response curve when5=1。,V=45km/h由图7可知,在速度为45km/h,前轮转角为1。的情况下,无控制时车辆处于稳定状态。当施加控制后。车辆的横摆角速度及质心侧偏角和没有控制时相比变化不大,都在较小的范围内变化。并且侧向加速度也没有超过极限值。施加控制之后和没有施加控制的响应曲线都在理想值上下浮动。因此结合前述的评价原则可得,在湿滑路面的低速情况下,施加

13、控制后并没有影响汽车的正常行驶。时间/s图85=7。.V=45km/h时的响应曲线Fig.8Response curve when5=7。V=45km/h从图8可以看出,当车速不变,而转角增加到7。时.由于此时前轮转角输入相对较大。无控制车辆已经失稳。其质心侧偏角和横摆角速度响应曲线已经“飞出”,同时侧向加速度也超过了极限值4m/sz。当施加控制之后由图可知,横摆角速度和质心侧偏角都得到得了有效地控制.尤其是质心侧偏角和理想值很接近,控制效果显著,同时侧向加速度也控制没超过侧向极限值。3小结本文通过联合运用ADAMS/CAR与MAT. LAB,基于直接横摆力矩理论,运用最优控制理论的控制策略,

14、建立了整车模型和控制系统,通过对湿滑路面的阶跃工况进行仿真,分析车辆失稳和处于稳态的响应曲线,清楚地显示了在控制力矩的作用下失稳车辆回到了稳定状态,同时改善了车辆的行驶状态。增加了车辆行驶的稳定区域。仿真结果表明.基于车辆直接横摆力偶矩的线性二次最优控制系统具有一定的可靠性和适用性。能够把质心侧偏角和横摆角速度等参数控制在稳定范围内。参考文献1李增刚.ADAMS入门详解与实例M.北京:国防工业出版社.2008.LI Zenggang.ADAMS entry detailed instanceM.Beijing:一m。一趟喇嫒戢蜒0/嫒翠蕈匀蟋一越制罴遥蕈。媛遥暮每喀一o一毯幽器匠蕈第50卷第8

15、期工行等:基于ADAMS和MATLAB的汽车操纵稳定性联合仿真41Na!imlaIefen(一Induslrv flr,2008。!j初红霞,王希凤,于浩洋.MATLAB实用教程:控制系统仿真与应用M.北京:化学工业出版社,2009.CHU Hongxia,WANG Xifeng,YU Hao-yang.MATLAB practical tutorial:control system simulation and application M.Beijing:Chemkal industry Press,2009.3季天剑,高玉峰,陈荣生.辛齐车轮胎动力滑水分析J交通运输工程学报,2010,10

16、(5:5760Jl Tianjtan,GAO Yufeng,CHEN Rongsheng.Car tires dynamic waterskiing analysisJTraffic and Transportation Engineering,2010,10(5:57-60.4黄辉先现代控制理论基础M.长沙:湖南大学出版社,2006.HUAN(,Hutxian Mo&】lO(nntml theory fuundationM.Changsha:Hunan L、PI-sit,tless.2006.5余治生.汽车理论M.北京:机械s-&出版社,2006.、L Zhisheng.Ca

17、r theon"MBeijing:Mechanical Industry Press,20066高晓杰,蒋励,张立军.联合仿真技术在车辆稳定控制程序开发中的应用J.计算机仿真,2006(9:2327.GAO Xiao-jiP,JIN(j I.i,ZHANG Lj jun.Cosimulation techmh#,q'in tin、d、elopment of vehicle stability control programJ.Computer Sinmlation,2006(9:2327.7周红妮,陶健明.车辆稳定性控制策略研究J.湖北汽车工业学院学报,2007,21(1:2

18、I一25ZH(U Gongni,TAO Jianming.Vehicle stability control strategyJ.Hubei Automotive Industries Institute,2007,21(1:2l一258刘彩志,陈思思.直接横摆力矩控制汽车的操纵稳定性研究J.湖北汽车工业学院学报,2002(6:4-7.LIU Catzhi,CHEN Sisi,Direct yaw moment control thecar7s handling and stabilityJ.Hubei Automotive Industries Institute,2002(6:4-7.9盛

19、德浩,陈安宇,张家玺.基于ADMAS与MATLAB的EPS联合仿真应用与实验J.杌械研究与应用,2009(1:2529.CHENG De-hao,CHEN An-yu,ZHANG Jiaxi.Based onADMAS MATLAB EPS CO-simulation applications with the experimentalJ.Mechanical Research and Applications,2009(1:25-29.作者简介王行(1988一,女,硕士。研究方向:电动汽车关键技术。导师简介阳林(1966一,男,博士。科研方向:电动汽车关键技术、车身模具CAD/CAE/CAM

20、/VR。主持和参加复杂薄板件液压成形新工艺及新装备、汽车大型复杂精密注塑模具数字化制造、数字重载机械驱动技术装置的产业化、数控压力机开发及其关键技术的研究等科研项目:发表论文40多篇;副主编教材l部;获国家授权发明专利2项.实用专利4项。我国首个高标准基本农田建设规范出台按照全国土地整治规划,2015年我国将建成4亿亩高标准基本农田,2020年力争建成8亿亩高标准基本农田。日前.国土资源部印发高标准基本农田建设规范(试行,明确了高标准基本农田建设的目标、任务、原则、建设内容与技术要求、建设程序等,首次从国家层面规范高标准基本农田建设工作。规范明确指出,高标准基本农田即一定时期内,通过土地整治建

21、设形成的集中连片、设施配套、高产稳产、生态良好、抗灾能力强,与现代农业生产和经营方式相适应的基本农田。包括经过整治的原有基本农田和经整治后划人的基本农田。高标准基本农田建设的主要目标包括五方面:一是优化土地利用结构与布局.实现集中连片,发挥规模效益:二是增加有效耕地面积,提高高标准基本农田比重:三是提高基本农田质量,完善田间基础设施.稳步提高粮食综合生产能力;四是加强生态环境建设,发挥生产、生态、景观的综合功能:五是建立保护和补偿机制,促进高标准基本农田的持续利用。高标准基本农田建设的重点区域包括基本农田保护区和基本农田整备区、土地利用总体规划确定的土地整理复垦开发重点区域及重大工程、土地整治规划确定的土地整治重点区域及重大工程