汽车系统动力学上机指导书解说.doc

汽车系统动力学 上机指导书 一、上机目的 通过实验使学生了解汽车系统动力学的基本原理和研究方法，掌握系统仿真语言MATLAB的基本编程技术及其Simulink工具箱的应用。 二、上机要求 1. 熟悉MATLAB软件以及Simulink软件包的基本功能； 2. 建立汽车子系统的动力学模型，上机仿真计算，并对结果进行分析； 3. 对上述系统，应用汽车系统动力学理论进行仿真分析，比较仿真结果并得出结论； 三、上机环境 PC机、MATLAB软件 四、实验内容 （一）制动系统建模、仿真及ABS控制器设计 通过两自由度单轮模型为例，介绍在MATLAB环境下的控制系统力学建模、ABS控制器设计及仿真分析过程。 1. 动力学建模 某车辆简化后的制动力学模型如图所示。其中单轮模型质量m，车轮滚动半径rd，车轮转动惯量为Iw，车辆旋转角速度为ω，车轮轮心前进速度为uw，地面制动力为Fxb。作用于车轮的制动力矩为Tb。若忽略空气阻力与车轮滚动阻力，则系统的运动方程如下： （1） （2） 式中，地面制动力Fxb等于地面作用于车轮的法向反力Fx与路面附着系数μ的乘积，其中μ为制动滑移率Sb的函数。 分段线性的轮胎模型 根据第三章中介绍的有关轮胎纵向特性的内容，路面附着系数与车轮滑移率之间存在一定的非线性关系。如果用两段直线近似表示路面附着-滑移曲线，可得到分段线性化的附着系数μ与车辆滑移率sb的关系（即所谓的“Dugoff”模型），如图所示。其表达式如下： （3） 式中，μb为峰值附着系数；μg为车轮完全抱死时（即Sb=1）时的路面附着系数；So为峰值附着系数所对应的滑移率。 图2 线性化的路面附着系数与车轮滑移率关系曲线 控制算法 这里以门限值控制算法为例，说明ABS控制器设计及制动系统力学的仿真过程。采用门限制控制算法的基本思想是保证车轮滑移率在最理想的范围之内。制动开始后，随着制动压力的升高车轮转速ω相应减小，车轮出现滑移；当车轮滑移率达到理想范围上限值Smax时，减小制动压力；随着制动压力的减小，直至减小到滑移率下限值Smin时再增大制动压力。循环往复这一过程直至车辆停止。因此，在ABS控制器起作用的过程中，滑移率总是保持在理想的范围内，从而保证车辆的最佳制动性能及行驶方向控制的稳定性。 仿真流程及参数输入 由上可知，ABS控制器所用到的一些控制参数： 由路面附着系数μ与滑移率Sb的关系曲线所表示的轮胎模型； 滑移率控制上限Smax、下限Smin； 车辆模型参数及初始车速； 制动器油压增长率ki和减小率kd等。 根据分析可知，控制逻辑实现的关键是计算当前车轮滑移率Sb(t)并与预先确定的上限值（Smax，Smin）进行比较，来判断对制动液压控制系统的增压或减压操作，控制流程如图3所示。 图3 流程 单轮制动动力模型参数由表1给出。设式定义的路面附着系数分别为μh=0.8，μg=0.6.以门限值控制算法设计ABS控制器，使车轮滑移率Sb保持在最优值（Sopt附近），这里令Smin=0.18，Smax=0.22。 根据表1给出的模型参数及附着系数，按照图3所示的控制流程采用m语言编制仿真程序。需要指出的是，表1给出的制动系统控制参数仅作为参考，系统设计过程中可根据需要适当调整，已获得满意的结果。表1 单轮ABS制动力学模型参数参数 符号 单位 数值 车轮质量 300 车轮动力半径 0.25 车轮转动惯量 12 初始车速 30 初始角速度 120 初始制动力矩 600 制动油压增长率 4500 制动油压减小率 5000 采样时间 0.05 i=1; %设置数组变量 w(1)=wo; %设置角速度变量 v(1)=vwo; %设置车速变量 Tb(1)=Tbo; %设置制动压力变量 while v(i)0 %如果车速大于零，则ABS工作 sb(i)=abs((v(i)-rd*w(i))/v(i)); %计算当前滑移率 if sb(i)=0.2 %根据路面附着系数与滑移率的关系曲线计算附着系数 u=0.8*sb(i)/0.2; else u=(0.8-0.6*0.2)/(1-0.2)-(0.8-0.6)*sb(i)/(1-0.2); end Fxb=u*m*9.8; %根据附着系数计算地面制动力 if sb(i)0.22 %