Simulink仿真在车辆上的应用

Simulink仿真在车辆上的应用

作者：李江江

来源：《价值工程》2013年第02期

摘要： 在转向和制动系统各自数学模型基础上，进行两系统的联合控制。在Matlab/Simulink下仿真表明，将两系统进行联合控制后各自性能均达到较好效果。 Abstract： Based on their mathematical model of the steering and braking system， the paper combines the two systems. The Matlab/Simulink simulation shows that the combination of two systems can improve their performance. 关键词： 转向系统；制动系统；仿真

Key words： steering system；braking system；simulation

中图分类号：U46 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2013）02-0049-02 0 引言

本文运用simulation设计了相应的控制器，汽车转弯制动或制动转弯是一种常见工况。通过仿真结果来看，能较好实现转向时的制动性能。如果操纵或控制器设计不合理，很容易出现危险情况。 1 系统模型建立

我们将整车模型进行简化，为了便于掌握汽车操纵稳定性的基本特性，这种简化基于如下假设：

（1）忽略风阻、滚动阻力的作用。

（2）忽略转向系统自身影响，直接以前轮转角作为输入。

（3）汽车沿z轴的位移，绕y轴的俯仰角与绕x轴的侧倾角均为零，忽略悬架的作用，认为汽车只作平行于地面的平面运动。

1.1 汽车动力学模型建立 整车纵向运动、横向运动、横摆运动、车轮旋转运动（4个），在简化的基础上，本文仅考虑7个自由度。各运动方程如下： （1）纵向运动 m（■x-？酌vy）=-■Fxi

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其中：

■Fxi=（Fx1+Fx2）cos？啄+Fx3+Fx4+（Fy1+Fy2）sin？啄 （2）横向运动： m（■y+？酌vx）=-■Fyi 其中：

■Fyi=（Fy1+Fy2）cos？啄+Fy3+Fy4-（Fx1Fx2）sin？啄 （3）横摆运动Iz■=■M 其中：

■M=（Bf（（Fx1-Fx2）cos？啄+（Fy1-Fy2）sin？啄）+Br（Fx4-Fx3））/2-a（（Fx1+Fx2）sin？啄+a（Fy1+Fy2）cos？啄）-b（Fy3+Fy4） （4）车轮旋转运动Ii■i=FxiRi-Tbi （I=1，2，3，4） 上述公式中各物理量意义如下： Bf、Br——前、后轮距； a、b——前、后轮到质心距离；

？酌、■——横摆角速度、横摆角加速度； ？茁、■——质心侧偏角、质心侧偏角速度； vy——横向车速； vx——纵向车速； ？啄——前轮转角； m——整车质量；

Fxi——各轮纵向力；（i=1，2，3，4）Fyi——各轮侧向力；（i=1，2，3，4） I1、I2、I3、I4——非悬挂质量转动惯量；

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？棕i、■i——各轮角速度、角加速度；（i=1，2，3，4） Ri——各轮滚动半径；（i=1，2，3，4） Tbi——各轮制动器制动力矩；（i=1，2，3，4） 系统模型如图1所示。

1.2 简化轮胎模型建立 纵向力本文采用Pacejka轮胎模型，具体表示如下： ？渍x=Dsin（Carctan（BS-E（BS-arctan（BS））））其中： D=0.95-0.003v-0.000011m E=0.5 C=1.65 B=7.527+0.07v

物理意义：E——曲线曲率因子；C——曲线形状因子；S—滑移率；B——刚度因子；D——峰值因子。

侧向力采用线性模型，数学表达式如下： Fyi=Ki？琢i （i=1，2，3，4）

车辆运动过程中，各轮侧偏角计算如下： ？琢1=？啄-arctan（■） ？琢2=？啄-arctan（■） ？琢3=-arctan（■） ？琢4=-arctan（■）

其中：？琢i——各轮侧偏角；Ki——各轮侧偏角刚度。 1.3 制动系统数学模型建立 采用如下制动力矩数学模型： Tbi=（4Fbib？浊pB/（？仔Dm2）-p0）Awc？浊BFiR 各物理量意义如下：

R——车轮制动鼓半径； Bfi——制动器效能因素；

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？浊——分泵效率； Awc——车轮分泵面积； p0——推出压耗； Dm——制动主缸直径； B——助力器助力比； ？浊P——操纵机构效率； ib——制动杠杆比； Fb——踏板力；

Fzis=bmg/（2L） （i=1，2） Fzis=amg （i=3，4）

Fz1dx=（-msaxhro-mu1hf（ax-？酌vy-？酌2a）-mu3hr（ax-？酌vy+？酌2b））/（2L） 2 控制器设计策略及仿真结果分析

本文根据数学模型设计分别了制动系统和转向系统两个控制器，其中制动系统采用逻辑门限值控制方法；转向系统采用PID控制方法，对横摆角速度进行控制。两个控制系统之间通过轮胎的垂直载荷有机联系起来。

采用某型车参数，给定车辆初始速度为10m/s，对上述系统在Matlab/simulink中进行仿真。经反复调试，其部分仿真结果图如图2-5。 从上述仿真结果可以看出：

（1）车辆在制动过程中，制动加速度稳定在8m/s2附近，车轮滑移率始终维持在目标滑移率0.2附近。

（2）车辆在转向过程中，横摆角速度从0.11rad/s逐渐趋近于0。 3 结束语

本文将simulink仿真软件运用到汽车转向系和制动系并进行了联合仿真控制，较好地实现了对整车转向制动性能的评估。 参考文献：

[1]余志生.汽车理论[M].北京：机械工业出版社，2006.

[2][英] Dave Crolla，喻凡著.车辆动力学及其控制[M].北京：人民交通出版社，2003. [3]Ma Sao Nagui， Motoki Shino， Fng Gao.study on integrated of active front steer angle and direct yaw moment. JSAE 23（2002）309-315.

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