一种基于多轴重型车联合仿真模型的制动性能控制分析方法技术

本发明专利技术公开了一种基于多轴重型车联合仿真模型的制动性能控制分析方法，采用多体动力学分析法对强耦合机械系统进行了研究，并利用Adams/Car平台建立了包含制动系统、悬架系统、转向系统等组件的精细化整车动力学模型。通过路试实验，对比验证了80m恒转弯半径绕圆和60km/h初速度紧急制动工况下的模型准确性与可靠性。在Simulink中建立了包含路面识别模块、滑移率计算模块的逻辑门限值防抱死控制策略，基于Adams/Car

【技术实现步骤摘要】
一种基于多轴重型车联合仿真模型的制动性能控制分析方法


[0001]本专利技术涉及车辆动力学建模
，具体涉及一种基于多轴重型车联合仿真模型的制动性能控制分析方法。

技术介绍

[0002]多轴特种车辆具有高机动性和安全性，被广泛应用于国防军事工业，为大型装备提供了运输介质和承载平台。车辆动力学特性即平顺性、操稳性和制动性决定了整车的可操作性和人员、装备的安全性，其中制动性能是整车安全性的基本保障。
[0003]具体来说，为满足最高行驶速度不小于100km/h的需求以及适应环境的复杂性，能够建立精细化动力学整车仿真模型进行制动动力学特性分析是十分必要的。而多轴特种车单轴载重大、轴距长，转向机构复杂，机械系统耦合性强，使得上述特性分析挑战性较大。目前国内针对整车动力学建模主要是利用Matlab/Simulink建立数学模型、利用Trucksim建立参数模型、利用Adams/Car建立动力学三维机械模型，其中车架的柔性、悬架受力特性、重载轮胎的特性参数、制动系统阀类组件的设置以及ABS系统的匹配性均会影响到整车制动性能控制和优化提升。
[0004]对于多轴特种车的建模分析研究，张玉彪和黄彦军提出了一种等效建模方法，建立了三轴单轨数学模型，优化了重心处力/力矩的动态等效性，并推导出了扩展到任何多轴车辆模型的通用表达式。Amir Khajepour提出了任意车轴数量的统一模型，包括偏航和侧倾动力学，讨论了轮胎模型的魔术公式和垂直载荷传递，这可以应用于大型车辆基于模型的控制器设计。Ehsan Hashemi基于纯轮胎打滑和组合打滑的特点建立了车辆横向动力学模型，并分析了车辆的横向稳定性，这比传统方法更有效。Winkler通过确定距离和转向等效参数建立了等效轴三轴车辆模型，这些参数与动力学方程的操控特性一致。Vidal Franco使用三维建模方法建立了一种特殊的三轴车辆，该车辆是分析纵向、横向和垂直动力学特性的仿真平台。
[0005]对于整车的制动性能分析，应以车辆动力学模型为基础，Bera采用关键图方法将ABS控制系统与四轮车辆动力学模型相结合，评估不同工况下的ABS控制性能。万震建立了制动动力学的多轴车辆模型，考虑了悬架变形协调条件，解决了多轴车辆轴载计算问题，可作为制动性能分析的依据。考虑到空气制动系统的特殊性，Suh利用C++编写了带有ABS的气动制动系统的数学模型，匹配了半挂车的ABS控制系统，并模拟了ABS控制下的制动性能。ABS控制设计算法有很多种，如滑移率非线性控制、鲁棒控制、滑移率滑膜控制、模糊控制和可变目标滑移比ABS控制方法。这些ABS控制方法的应用也分为单轮系统和车辆系统。多轴车辆的控制系统相比两轴车辆更为复杂。此外，还可采用制动力分布策略研究方法以提高制动性能。
[0006]通过上述分析可以看出，目前现有技术中的关于动力学建模分析方法多是基于小型汽车、普通乘用车或者商用车，而对多轴重型车主要集中于操稳性和平顺性的研究分析，对多轴重型车的动力学建模和匹配ABS控制系统的技术研究较少，无法进行准确的制动性
能分析。而本专利技术针对作为承载平台的重型五轴车辆进行研究，其广泛应用于大型特种武器装备，对整车精细化建模并匹配ABS控制系统作为分析制动安全性的研究基础尤为重要，因此，提出了适于多轴重型车的动力学建模方法以及匹配6S/6MABS控制系统，进而实现制动性能的分析与优化。

技术实现思路

[0007]针对上述存在的问题，本专利技术旨在提供一种基于多轴重型车联合仿真模型的制动性能控制分析方法，进行五轴特种车辆的ABS控制性能分析。
[0008]为了实现上述目的，本专利技术所采用的技术方案如下：
[0009]一种基于多轴重型车联合仿真模型的制动性能控制分析方法，其特征在于，包括以下步骤：
[0010]步骤1：建立多轴特种车Adams/Car多体动力学模型；
[0011]步骤2：基于多轴特种车Adams/Car多体动力学模型，在simulink平台中设计6S/6MABS控制系统；
[0012]步骤3：利用simulink平台通过联合控制方法建立联合仿真系统模型；
[0013]步骤4：通过联合仿真系统模型对五轴车在特殊路面和极端工况下的制动性能进行分析；
[0014]步骤5：输出分析结果。
[0015]进一步地，多轴特种车Adams/Car多体动力学模型的构建步骤包括：
[0016]步骤11：建立制动系统模型，包括：
[0017]1)多轴车制动时的纵向动力学方程：
[0018][0019]其中，m为整车质量；为整车质心处纵向加速度；i代表第i根轴；为各轴车轮提供的纵向附着力总和；F
a
为空气阻力；
[0020]2)多轴车制动时的垂向受力方程：
[0021][0022]其中，i代表第i根轴，F
zi
为第i根轴的轴荷；
[0023]且考虑悬架刚度、阻尼的影响，将各轴轴荷表示为：
[0024][0025]其中，
△
z
i
和分别为对应轴悬架的垂向变形量和对应的变化率；k
i
和c
i
分别为对应轴悬架的等效刚度和阻尼；
[0026]3)变形协调方程：
[0027][0028][0029]其中，l
ir
是第i根车轴中心到俯仰中心的纵向距离；
[0030]步骤12：基于制动系统模型，建立作用在制动盘上产生的制动力矩数学模型：
[0031][0032]其中，T为制动器制动力矩；F0为单侧制动衬片对制动盘的正压力；μ为制动盘摩擦系数；R
e
制动盘有效作用半径；A为制动气室压力有效作用面积；P为制动气室压力；β为前后制动管路压力分配系数；η为制动踏板力转换为制动气室压强的换算系数；F为仿真设置的制动踏板力；ABS_input为同控制系统交换的制动压力控制信号；
[0033]步骤13：构建轮胎模型，具体包括以下步骤：
[0034]步骤131：建立纵向力、侧向力魔术轮胎模型：
[0035]Y(x)＝Dsin{Carctan[Bx
‑
E(Bx
‑
arctan(Bx))]}
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(9)；
[0036]步骤132：建立回正力矩魔术轮胎模型：
[0037]Y(x)＝Dcos{Carctan[Bx
‑
E(Bx
‑
arctan(Bx))]}
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(10)；
[0038]其中，当x输入为纵向滑移率时，Y(x)代表纵向力；当x输入为轮胎侧偏角时，Y(x)代表侧向力；B、C、D、E为轮胎参数，分别表示刚度因子、形状因子、峰因子与曲率因子；
[0039]步骤133：通过wheel_center通讯器、mount_part与相应的车轴匹配，从而实现轮胎与车身的连接本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于多轴重型车联合仿真模型的制动性能控制分析方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：建立多轴特种车Adams/Car多体动力学模型；步骤2：基于多轴特种车Adams/Car多体动力学模型，在simulink平台中设计6S/6MABS控制系统；步骤3：利用simulink平台通过联合控制方法建立联合仿真系统模型；步骤4：通过联合仿真系统模型对五轴车的制动性能进行分析；步骤5：输出分析结果。2.如权利要求1所述的基于多轴重型车联合仿真模型的制动性能控制分析方法，其特征在于，多轴特种车Adams/Car多体动力学模型的构建步骤包括：步骤11：建立制动系统模型，包括：1)多轴车制动时的纵向动力学方程：其中，m为整车质量；为整车质心处纵向加速度；i代表第i根轴；为各轴车轮提供的纵向附着力总和；F
a
为空气阻力；2)多轴车制动时的垂向受力方程：其中，i代表第i根轴，F
zi
为第i根轴的轴荷；且考虑悬架刚度、阻尼的影响，将各轴轴荷表示为：其中，
△
z
i
和分别为对应轴悬架的垂向变形量和对应的变化率；k
i
和c
i
分别为对应轴悬架的等效刚度和阻尼；3)变形协调方程：3)变形协调方程：其中，l
ir
是第i根车轴中心到俯仰中心的纵向距离；步骤12：基于制动系统模型，建立作用在制动盘上产生的制动力矩数学模型：其中，T为制动器制动力矩；F0为单侧制动衬片对制动盘的正压力；μ为制动盘摩擦系数；R
e
制动盘有效作用半径；A为制动气室压力有效作用面积；P为制动气室压力；β为前后制动
管路压力分配系数；η为制动踏板力转换为制动气室压强的换算系数；F为仿真设置的制动踏板力；ABS_input为同控制系统交换的制动压力控制信号；步骤13：构建轮胎模型，具体包括以下步骤：步骤131：建立纵向力、侧向力魔术轮胎模型：Y(x)＝Dsin{Carctan[Bx
‑
E(Bx
‑
arctan(Bx))]}
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(9)；步骤132：建立回正力矩魔术轮胎模型：...

【专利技术属性】
技术研发人员：高钦和，高蕾，刘志浩，程洪杰，刘秀钰，王冬，黄通，马栋，章一博，
申请(专利权)人：中国人民解放军火箭军工程大学，
类型：发明
国别省市：