开题汽车台架行驶阻力的仿真与分析

1、基于ADAMS的汽车台架行驶阻力的仿真与分析答 辩 人：刘 武学 号：2015442037指导教师：张立斌 教授专 业：载运工具运用工程目 录研究的目的和意义A研究现状分析B论文的主要研究内容C论文的进度和安排D研究的目的和意义Part One 汽车道路试验限制条件比较多，受操作人员、场地、环境的影响较大，且实车试验周期长。 一、研究的目的和意义 汽车在底盘测功机上进行动力性、经济性、尾气排放检测时，底盘测功机不能很好地模拟汽车在道路上的行驶阻力，导致检测结果存在误差。 研究的目的 为了使车辆在底盘测功机上进行检测时，涡流机能够对车辆的实时运行工况作出响应，根据编码器测得的瞬时车速，确定加载力

2、的值，使底盘测功机实时模拟车辆在道路上行驶时的道路行驶阻力。研究的意义 因此，研究的意义在于对现阶段的汽车动力性、经济性、排放检测的误差进行补偿，提高检测精度，并且用底盘测功机代替部分道路试验，节省人力、物力，节约资源。一、研究的目的和意义研究现状分析Part Two二、研究现状分析国内研究现状分析 目前实施的GB/T18566-2011道路运输车辆燃料消耗量检测评价方法中规定采用碳平衡法检测燃油消耗量，要求车辆在底盘测功机上检测时，测功机按照如下要求进行加载：台架加载阻力等于汽车道路行驶阻力减去汽车台架运转阻力。二、研究现状分析国内研究现状分析 根据即将实施的GB/T18565-2015道路

3、运输车辆综合性能要求和检验方法中规定的对底盘测功机涡流机加载力的计算方法如下：其中： 检测环境下功率吸收装置在滚筒表面上的加载力； 额定功率车速时，发动机的达标功率换算在驱动轮上的驱动力； 底盘测功机的内阻； 轮胎的滚动阻力； 额定功率车速时，发动机附件消耗功率换算在驱动轮上的阻力； 车辆传动系允许阻力。二、研究现状分析国内研究现状分析 我国一些高校和汽车技术研究中心在底盘测功机加载值的问题上做了深入的理论研究，提出了计算底盘测功机的加载力的方法为：汽车在平直道路上行驶时受到的行驶阻力为空气阻力、道路滚动阻力与传动系摩擦阻力之后，其与车速的关系为：式中 道路行驶阻力（N）； 常数项（N）； 一

4、次项系数（Nh/km）； 二次项系数（Nh/km）； 行驶车速（km/h）。二、研究现状分析国内研究现状分析 采用滑行法来确定车辆在底盘测功机上运行时的阻力，根据实验数据得到台架损失阻力与行驶速度之间的 曲线，应用线性回归法获得台架损失阻力与车速之间的方程为： 通过以上两式可以确定底盘测功机涡流机加载力为：二、研究现状分析国外研究现状分析 日本标准协会采用碳平衡法对汽车燃油消耗进行检测，制定了汽车在道路上行驶时检测其行驶阻力的试验方法和步骤，完善了在台架上模拟道路行驶阻力的涡流机加载力的相关标准； 美国在SAEJ1263-1991中详细制定了测量车辆道路阻力的实验方法，并明确制定了测试环境温度

5、、道理线性、风速、气压等条件。美国提出加载力根据目标系数（Target），测功机设置系数（Dyno set），车辆损失系数（Vehicle loss）这三个系数来确定的。这三个系数的关系为： 欧盟也作出规定将碳平衡法计算油耗作为汽车油耗试验方法，同时也对道路行驶阻力的实验方法和测功机加载力的计算方法作出了规定。二、研究现状分析涡流机控制方法研究现状 根据中华人民共和国交通行业标准JT/T445-2008中对底盘测功机的技术要求可知，对涡流机的控制方式主要采用恒速控制方式和恒力控制方式。1、恒速控制方式 令系统处于恒速状态，设定一个速度值，在测量过程中，比较速度的设定值与实测值，根据速度差值的反

6、馈来控制和调节电涡流机的励磁电流，使受检车辆的车轮保持恒定线速度的控制方式。2、恒力控制方式 令系统处于恒扭矩状态，设定一个驱动力值，测量过程中，比较驱动力的设定值与实测值，根据驱动力的差值的反馈来控制和调节电涡流机的励磁电流，使受检车辆驱动轮保持恒定输出切向力的控制方式。论文的主要研究内容Part ThreeA建立涡流机加载力的计算模型B建立底盘测功机实体模型C搭建ADAMS-Simulink联合仿真平台，对控制方法优化D设计试验，搭建试验平台，对仿真结果进行验证三、论文的主要研究内容3.1 建立涡流机加载力数学模型 汽车在道路试验中受到的道路阻力主要包括滚动阻力、风阻、加速阻力和坡道阻力四

7、个部分，用 表示。 汽车在底盘测功机上检测时受到的阻力主要由轮胎与滚筒之间的滚动阻力、台架内阻与涡流机加载力三个部分组成。3.1 建立涡流机加载力计算模型 3.1.1 道路行驶阻力汽车在道路行驶的阻力可以用汽车行驶阻力方程式表示：汽车道路行驶阻力可以表示为速度 的关系式。3.1 建立涡流机加载力计算模型 3.1.2 驱动轮与滚筒之间滚动阻力汽车在底盘测功机上检测时，对驱动轮和滚筒进行受力分析，如图：驱动轮与滚筒之间滚动阻力为：3.1 建立涡流机加载力计算模型 3.1.3 台架内阻 现阶段，汽车在底盘测功机上检测时的台架内阻设定为一个定值。查阅资料分析可知，台架内阻是随着被检车辆的速度实时变化的

8、，因此，底盘测功机内阻可以表示为：设计试验：采用两次加载滑行法，用驱动电机驱动底盘测功机滚筒， 将滚筒表面线速度提高到 。 第一次测功机加载阻力 ，最终速度减小到 ，滑行过 程设置 n 个速度采样点，将速度分为（n-1）个区间，并分别记录 每个区间的时间 。 第二次加载滑行，测功机的加载阻力为 ，试验步骤与第一次 滑行一致。3.1 建立涡流机加载力计算模型 选择 区间进行计算，第一次滑行时间为 ，第二次滑行时间为 。根据能量守恒定律可知：加载力为 时：加载力为 时：可以确定内阻为： 以相同的方法分别求出（n-1）个速度区间的内阻值，利用线性回归确定台架内阻与速度之间的关系式。 确定了驱动轮与滚

9、筒之间的滚动阻力 和底盘测功机的内阻 ，就可以确定涡流机的加载力，用 表示： 涡流机加载力 是一个与车速 有关的关系式。3.1 建立涡流机加载力计算模型 3.2 建立底盘测功机实体模型 参照成都成保DCG-10D型号的底盘测功机为基础，用SolidWorks建立底盘测功机的实体模型，导入到ADAMS/View模块。3.2 建立底盘测功机实体模型 将底盘测功机的模型导入到ADAMS/View中后，对框架部分进行布尔加运算，将框架与地面建立固定副； 各旋转部分（滚筒、电机轴、涡流机轴、飞轮轴与轴承之间）建立旋转副；3.2 建立底盘测功机实体模型 将驱动轮与主滚筒之间的滚动阻力 ，台架内阻 转化为力

10、矩施加在主滚筒上； 将涡流机的加载力 转化为力矩施加在涡流机的转子上。3.3 搭建ADAMS/Simulink联合仿真平台 3.3.1 定义状态变量 定义四个状态变量：涡流机的加载力 滚筒与驱动轮之间的滚动阻力 、台架内阻 和滚筒的角速度 。 其中，涡流机加载力的初始值为0（N），输出状态变量的函数为：3.3 搭建ADAMS/Simulink联合仿真平台 3.3.2 涡流机加载力参数化 为实现涡流机加载力在联合仿真过程中的动态变化，需要将其参数化，选择参数化函数VARVAL函数。 此时涡流机加载力的函数变为VARVAL（Fd）。其中，VARVAL函数的意义是读取状态变量的值。3.3 搭建ADA

11、MS/Simulink联合仿真平台 3.3.3 控制系统的设置 在输入和输出的对话框里分别选择涡流机的加载力 、驱动轮与滚筒的滚动阻力 、台架内阻 作为系统的输入，选择滚筒的角速度 作为系统的输出。 选择目标软件为MATLAB，选择分析类型为非线性分析。3.3 搭建ADAMS/Simulink联合仿真平台 3.3.4 Simulink控制系统搭建 在MATLAB的工作目录下运行保存的M文件，可以得到ADAMS的动力学计算模型以及设置的各种变量。3.3 搭建ADAMS/Simulink联合仿真平台 3.3.4 控制系统搭建 在Simulink中建立PID控制系统，并对仿真模式，信息交互模式等进行

12、设置。3.3 搭建ADAMS/Simulink联合仿真平台 3.3.4 控制系统搭建 根据涡流机的特性曲线可以看出，涡流机加载力是一个随着涡流机轴的转速和励磁电流变化的，且变化趋势是非线性的。 因此，简单PID控制可能无法较好的控制，需要对控制方法进行优化。3.4 设计试验，验证仿真结果 试验内容：测量初速度30km/h、50km/h和70km/h的滑行距离以及各速度点之间的 滑行时间。 试验方法：在试验车上安装好第五轮仪，试验车经过充分预热行驶后，以稍高于 30km/h的车速驶入测试路段，驾驶员将变速器放入空挡，松开离合器 踏板，汽车开始滑行，当车速达到30km/h时，开始记录数据，直到车 辆完全停止。车 速（km/h）滑行距离滑行时间50s1t140s2t230s3t320s4t410s5t503.4 设计试验，验证仿真结果 再将道路滑行试验的试验车经过充分预热后，在底盘测功机上行驶30km/h、50km/h和70km/h后，摘下档位，空挡滑行，分别记录滑行距离和各部分的滑行时间。 通过对比分析相同车辆在道路上的滑行和在底盘测功机上滑行的试验结果，从而验证控制系统的正确性。车 速（km/h）滑行距离滑行时间50s1t140s2t23