整车多体动力学模型验证

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1、第棽椄卷第棻期暋计算力学学报暋斨旓旍棶棽椄棳斘旓棶棻棽棸棻棻年棽月斆旇旈旑斿旙斿斒旓旛旘旑斸旍旓旀斆旓旐旔旛旚斸旚旈旓旑斸旍斖斿斻旇斸旑旈斻旙斊斿斺旘旛斸旘旟棽棸棻棻文章编号椇棻棸棸椃灢棿椃棸椄棬棽棸棻棻棭棸棻灢棸棸椀椆灢棸棿整车多体动力学模型验证王阳阳灣棳暋余卓平棳暋靳晓雄棬同济大学汽车学院棳上海棽棸棻椄棸棿棭摘暋要椇迫切需要建立一个通用的汽车仿真开发平台为多种电子控制系统提供统一开发环境暎采用斠旓斺斿旘旙旓旑和斪旈旚旚斿旑斺斿旘旂棬斠灢斪棭多体动力学理论棳建立了自由度棬斈斚斊棭包含底盘单项和集成控制所需运动参数的整车

2、模型棳分别进行了动力学仿真和试验对比验证棳结果表明模型的纵向暍侧向和垂向动力学性能的正确性暎关键词椇仿真椈斠灢斪多体动力学理论椈动力学模型椈实车试验中图分类号椇斦棿椂暋暋暋文献标志码椇斄模型棳然后采用斖斄斣斕斄斅软件建立以整车多体动棻暋引言力学模型为核心的汽车底盘仿真开发平台棳最后通随着对汽车底盘子系统功能要求的日益提高棳过仿真和试验结果对比验证说明了该模型的正确汽车电子控制系统棬如主动悬架斄斢斢暍制动防抱性暎斄斅斢和电子稳定程序斉斢斝等棭的发展受到开发周棽暋平台的核心模型期长暍调试成本大和集成化等因素的制约暎因此棳迫切

3、需要建立一个通用汽车底盘仿真开发平台棳为棽棶棻暋斠灢斪多体动力学模型多种电子控制系统提供单项和集成的开发环境棳而斠灢斪理论的基本动力学方程椲椀椵椇其核心就是建立能反映整车性能的模型暎暏暏椊棬棻棭为了建立多自由度的整车模型棳传统的做法是式中是多体动力学系统中各个刚体的广义质将模型简化成质点棳基于经典牛顿棴欧拉定律棳建立量棳是系统的广义外力棳是各个刚体的广义坐椲棻椵多个的微积分方程暎但是其求解复杂棳尤其是在标暎进行复杂控制计算时棳精度和速度都可能达不到要根据求解出的广义坐标棳可以列出各刚体的求暎也可以通过多体动力学仿真软件棬

4、如斄斈斄斖斢运动参数椇椲棽椵等棭与控制仿真软件斖斄斣斕斄斅联合仿真建模暎暏暋暋椊棲棸棬棽棭但是该方法参数获取工作量大棳通用性不强椈且由于暏暏暏斣棬棲灣棭棲暏棬棾棭暋暋椊棴棸混合仿真软件接口和封装等问题棳进行较复杂的控斣棬棲棴棭棲棬棿棭暋暋椊棴棴棸椲棾棳棿椵制仿真较困难棳影响了开发周期暎而基于多体动暏斣棬暏棲暏棴棭棲暏棬椀棭暋暋椊棴棴棸力学理论棳通过斖斄斣斕斄斅软件建模棳可以发挥其在式棬棽棳棾棭是求解各刚体的角速度和角加速度棳棬棿棳控制仿真方面的强大优势棳又克服了经典力学理论椀棭是各刚体质心的位移和速度棳棸和棸是多刚体建模

5、的局限暎采用多体斠旓斺斿旘旙旓旑和斪旈旚旚斿旑斺斿旘旂棬简系统初始运动参数棳棲和棴是相邻两个刚体的体称斠灢斪理论棭应用图论棳选用铰链相对运动变量作铰矢量暎为广义坐标棳所得到的系统动力学方程是一组精确系统的广义外力由广义力暍广义力矩和的非线性运动微分方程棳能用统一的数学模型来描广义内力组成暎和通过轮胎将外力的作用反述各种不同结构的系统暎映在整车上棳选择以斅斿旘旂旐斸旑的三维弹簧模型为本文首先利用多体动力学斠灢斪理论建立整车基础的斍棶斍旈旐解析轮胎模型棳因为其物理意义明收稿日期椇棽棸棸椆灢棸椀灢棽棻椈修改稿收到日期椇棽棸棻棸

6、灢棸棻灢棻棽灡确棳所需参数少且在试验中易得到棳纵向力和侧向基金项目椇国际科技合作棬棽棸棸椆斈斊斅椄棸棻棸棸棭资助项目灡作者简介椇王阳阳灣棬棻椆椄棸灢棭棳女棳博士棳讲师力的计算结果与试验数据吻合椈又因为本研究主要棬斉灢旐斸旈旍椇旝旟斸旑旂旟斸旑旂椑旚旓旑旂旉旈棶斿斾旛棶斻旑棭棶关心的是控制所具有的特性及车辆的响应特性棳并椂棸计算力学学报暋第棽椄卷暋不要求试验和预测精确吻合暎该处理方法是将轮胎视为有一系列三维可变的弹性单元组成的棳每单元简化为相互垂直的三维弹簧以传递径向力暍纵向力和侧向力椈通过对轮胎和地面相互作用的微元求解动

7、力学方程棳推导出纯工况下的轮胎各种力学特性暎求解广义内力的关键是求出平动和转动力元件产生的弹性力暎平动力元件在悬架与车身的连接处起作用棳转动力元件在汽车转向杆与其连接件之间起作用暎棽棶棽暋自由度分析为了实现单项控制和集成控制系统的开发棳作为汽车底盘控制系统仿真开发平台的核心模型棳需图棽暋有向结构图要包含如图棻所示的自由度暎斊旈旂棶棽暋斈旈旘斿斻旚斿斾旂旘斸旔旇旓旀旚旇斿旐旛旍旚旈灢斺旓斾旟旙旟旙旚斿旐考虑汽车底盘集成控制时转向暍悬架和制动棷暋暋据此得到描述该系统内各刚体和铰链的连接驱动系统的影响棳将整车划分为椆个刚体的无

8、根树状态的树形多刚体系统有向图的关联矩阵和描多刚体系统描述棳包括车身总成暍左后暍右后悬挂总述系统内各刚体与零刚体之间的通路状态的通路成棳右前及左前悬挂总成棳左后暍右后轮总成棳右前暍矩阵椇左前轮总成的椆个刚体暎选定一个在惯性空间中的撿棴棻棻棸棻棸棻棸棻棸棸棸棸棸擆梹梹运动时间为已知函数的参考基棸棬路面棭棳并引入一梹棸棴