基于ADAMS／MATLAB联合仿真的LuGre动态 - 动力学与控制学报.PDF

第１４卷第３期２０１６年６月 动力 学 与控 制 学报 Ｖｏｌ．１４Ｎｏ．３ １６７２６５５３／２０１６／１４ ／２４７６ Ｊｕｎ．２０１６ ⑶ ＪＯＵＲＮＡＬＯＦＤＹＮＡＭＩＣＳＡＮＤＣＯＮＴＲＯＬ 基于ＡＤＡＭＳ／ＭＡＴＬＡＢ联合仿真的 ＬｕＧｒｅ动态轮胎模型研究 １ １，２ １，２ １，２ 郑文刚 　路永婕 　陈恩利 　李韶华 （１．石家庄铁道大学机械工程学院，石家庄　０５００４３）（２．河北省交通安全与控制重点实验室，石家庄　０５００４３） 摘要　轮胎作为车辆与路面接触的唯一载体，其力学特性是车辆动力学响应分析和控制的重要基础．目前 仿真研究中所使用的轮胎模型多为稳态模型，不能精确地描述轮胎的动态特性．因此，将动态轮胎模型应用 于车辆动力学仿真软件中，对于整车动力学仿真和研究具有重要的作用．多体动力学软件Ａｄａｍｓ中自带的 轮胎摩擦模型为静态模型，它将摩擦系数视为一个静态值，而实际轮胎与路面之间的摩擦是动态变化的，应 为相对速度和位移的动态函数，所以本文以基于ＬｕＧｒｅ动态轮胎模型，应用Ｍａｔｌａｂ／Ｓｉｍｕｌｉｎｋ软件构建动态 轮胎模块，通过接口与Ａｄａｍｓ／Ｃａｒ连接，进行整车模型与Ｓｉｍｕｌｉｎｋ轮胎模型的同步联合仿真，实现轮胎与路 面动态接触的历程的模拟，提高车辆系统仿真的精度． 关键词　车辆动力学，　动态轮胎模型，　联合仿真 ＤＯＩ：　１０．６０５２／１６７２６５５３２０１５０５２ 引言 １　ＬｕＧｒｅ轮胎模型的建立． 轮胎作为汽车与道路直接接触的部件，具有支 ＬｕＧｒｅ动态摩擦模型根据鬃毛模型思想进行 承汽车重量、车辆行驶过不同地面时进行缓冲、为 建模，其基本建模思想为：在微观环境下，两摩擦接 驱动和制动提供足够附着力、提供足够的转向操纵 触物体表面是由无数具有随机行为的弹性鬃毛组 与方向稳定性的作用［１］．鉴于轮胎力学特性在车辆 成，摩擦力产生于这些鬃毛的弹性变形．当两接触 动力学研究中的重要作用，选择能够精确描述轮胎 表面产生相对位移时，在起始阶段首先因鬃毛弹性 运动力学特性且符合工程需要的轮胎模型，并实现 变形而产生静摩擦力，随着鬃毛弹性变形的不断增 其与车辆动力学仿真软件的连接，是目前车辆系统 加，最终在某一时刻相对接触表面发生滑移现象而 动力学仿真研究中亟待解决的问题，对车辆动力学 产生摩擦力．可以更加精确地描述轮胎－地面摩擦 性能模拟和相关产品的开发有着重要的意义． 接触过程中的稳态特性和动态特性．ＬｕＧｒｅ模型用 目前所研究的轮胎模型很多，比较著名的模型 一阶微分方程描述包含库仑摩擦、黏性摩擦、预滑 ［２］ ［３］ 有Ｄｕｇｏｆｆ模型 、Ｇｉｍ模型 、Ｗｉｌｌｕｍｅｉｔ的鬓毛模 动、Ｓｔｒｉｂｅｃｋ效应（见图１）、变静摩擦力、摩擦滞后 ［４］ 型等纯理论模型 、Ｐａｃｅｊｋａ的纯经验 Ｍａｇｉｃ模 和稳态震荡环等现象，不仅表达式紧凑简洁，且较 ［５］ 型 和吉林大学的郭孔辉院士的Ｅ指数半经验模 之前的摩擦模型更能体现出真实的摩擦现象（见 ［１］ 型 ．本文研究的ＬｕＧｒｅ轮胎模型能更加逼真地描 图２）． 述轮胎的动态摩擦力特性，迟滞环特性，同时动态 ＬｕＧｒｅ轮胎动态摩擦模型中摩擦力表示为鬓 轮胎模型能够反映在速度变化过程中轮胎和地面