基于粘结算法的电动汽车建模与仿真.pdf

华南理工大学学报(自然科学版) JournalofSouthChina of V01．40No．12 第40卷第12期 UniversityTechnology Science December2012 2012年12月 (NaturalEdition) 基于粘结算法的电动汽车建模与仿真术 李伟东12胡永明1 胡平1’2+韩小强1 张军2 (1．大连理工大学工业装备结构分析国家重点实验室∥运载工程与力学学部∥汽车工程学院，辽宁大连116024； 2．汽车噪声振动和安全技术国家重点实验室，重庆401120) 摘 要：为实现车辆动力学的高效精确求解，将多体动力学粘结算法引入动力学仿真求 解过程中．通过对多刚体三摆机构及含有柔体部件的四杆机构进行拓扑解析、子系统分解 与粘结．对粘结算法的理论与具体求解过程进行了系统说明；然后以某电动汽车为对象， 运用粘结算法建立了包含前后悬架、车身及车轮在内的多体仿真模型，将整车系统分解为 4个独立子系统；最后运用Matlab实现了整车的建模与仿真，结果验证了文中方法的可 行性． 关键词：车辆动力学；电动汽车；多体系统；粘结算法；建模；仿真 中图分类号：U270 20世纪70年代，算机技术不断发展，以多体系得注意的是，它们的建模对象仅局限于单机环境下 统动力学为基础的机械系统动力学仿真分析技术开 完整的独立系统模型，且采用各自的方法进行求解． 始出现，在20世纪80年代后形成了一门新的学 随着计算机计算的发展，单机环境下多体动力 科——计算多体系统动力学，广泛应用于航空航天、 学系统的模型建模与求解已不再满足工程上的需 汽车、铁路机车、机器人、机构、人机生物等领 求，出现了多体系统的子系统整合求解算法及基于 o． 域¨。2J．计算多体系统动力学是机械系统动力学分 计算机网络的分布式仿真等建模和求解方法一‘8 析的重要途径和手段．它包括多刚体系统动力学及 Tseng和Wang等∽。1。提出了GluingAlgorithm(文中 柔性多体系统动力学，代表性的方法有牛顿一欧拉 称其为粘结算法)，分别采用不同单机对各个子系 法、Kane法、变分法、图论及递推法等旧1． 统求解，实现了多体系统中的各个子系统在不同平 以矢量力学为基础的牛顿一欧拉法推导简单， 台上的分布式仿真，从而实现了整个系统的仿真分 描述直观，但由于引入了未知约束反力，使得求解动 析．文献[12]从子系统的积分算法角度出发，进一 力学方程的数目增加，影响了计算效率；拉格朗日法 步对文献[9．10]中的方法进行了分析，指出了显式 是分析力学的代表，方程推导中不出现约束反力，但 积分和隐式积分对粘结算法的影响，且在时间效率 推导过程繁琐；以铰的相对坐标作为广义坐标的递 上进行了比较．文献[13]引入重心浮动坐标，将柔体 推算法被认为有较高的建模效率，且有学者将该方 动力学方程分别处理成刚体运动和柔体变形部分，然 o，但处理含闭环 后应用粘结算法仿真求解了含有柔体的刚柔耦合系 法运用于实时仿真模型的建立。4。5 的系统时其效率会下降．各类方法各有优缺点，且已 统，适合于非线性或大变形的柔体动力学分析．而文 有以各类方法为代表的多体动力学商用软件∞1；值 献[14]通过虚拟试验台，应用粘结算法对建立的六足 收稿日期：2011—12—08 工信部04重大