[发明专利]基于虚拟样机的四轴重型货车悬架系统控制模拟方法

说明书

一、技术领域

本发明涉及悬架设计、自动控制、路面损伤等研究领域，尤其涉及以改善车辆各种动力学性能为目标的虚拟样机、MATLAB控制系统联合仿真。

二、背景技术

随着公路交通的迅猛发展，重型货车动载荷造成的高等级公路的养护、维修费用逐年增加，引起了车辆设计、运用和道路运输管理部门的高度关注。重型货车的平顺性则直接影响汽车行驶平顺、乘坐舒适、货物完好、零部件疲劳寿命以及运输效率、能耗(油耗)等各个方面。悬架系统的设计直接影响着车辆的行驶性能。近年来，基于道路友好性和平顺性的重型货车悬架系统设计成为国内外学者研究的重要课题之一。

传统的车辆悬架系统优化研究常采用低自由度模型仿真法、基于实物试验的直接测试方法以及将试验与仿真相结合的间接方法。低自由度模型仿真法的精度较低，后两种方法由于需要花费大量费用，具有实施困难、不便采用的缺点；目前，在被动悬架系统的参数优化、道路动载响应分析中，广泛采用了功能化虚拟样机技术，即在全数字化的虚拟环境下建立高精度的车辆仿真模型，通过运行虚拟试验场(Virtual Proving Ground，VPG)式的仿真试验来精确快捷地预测、改善车辆性能。

基于虚拟样机技术的被动悬架系统优化比较容易实现，但被动悬架仅能在特定频段为车辆提供较好的性能；主动悬架可在更广泛的频率范围内改善车辆的平顺性、道路友好性，但造价高、安装困难，不利于实际应用；半主动悬架则结合了被动悬架和主动悬架的优点，不仅优化效果显著，而且集节能、经济、安全于一体。

综上，应用虚拟样机技术，以车辆道路友好性、平顺性为目标的悬架系统优化研究取得了长足的进展，但仍存在以下三方面问题：

一、多轴重型货车的动载荷是路面破坏的主要因素，但目前多数研究只针对轿车或两轴轻型货车进行。相对于其他车型，多轴重型货车悬架系统结构较为复杂，往往同时采用普通钢板悬架、平衡轴平衡悬架、空气悬架等多种型式，且各车轴上簧载质量的振动会相互影响，因此，多轴重型货车悬架系统动力学特性亟待深入、系统的探索；

二、基于虚拟样机技术的被动悬架优化取得了丰富的研究成果，而将MATLAB控制技术融入虚拟样机，对重型货车悬架系统进行半主动、主动控制的模拟技术仍未见报道；

三、快速模型预测控制、H-infinite控制、LQR控制等策略算法复杂，且仅适用于悬架参数相对恒定的车辆(如未安装减震器的钢板悬架车辆)，对于复杂悬架系统的优化无能为力。

因此，以常见的多轴重型货车--四轴重型货车的整车悬架系统为对象，设计一种简单、状态反馈变量较少的控制算法以同时改善车辆的道路友好性、平顺性，并通过虚拟样机、MATLAB控制耦合模拟技术加以实现，对于货车悬架系统的设计、制造具有重要意义。

三、发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一套耦合虚拟样机、MATLAB的四轴重型货车悬架系统改进天棚控制模拟技术，从而改善车辆的道路友好性、平顺性，减小道路损伤和维修费用。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

1.一种基于虚拟样机的四轴重型货车悬架系统控制模拟方法，

第一步、基于ADAMS构建四轴重型货车虚拟样机模型

所述四轴重型货车虚拟样机模型包括车架模型、转向系统模型、车桥模型、轮胎模型、车身模型、普通钢板悬架和平衡轴平衡悬架模型，利用ADAMS软件在ADAMS/VIEW模块中构建车架模型、转向系统模型、车桥模型、轮胎模型及车身模型，再构建基于柔性体的ADAMS/VIEW模块下的普通钢板悬架和平衡轴平衡悬架模型，同时，构建基于ADAMS的双轮辙多点随机激励路面模型，

所述的基于柔性体的ADAMS/VIEW模块下的普通钢板悬架模型的构建方法为：

从设计图纸上获取钢板弹簧的夹紧弧高及弧长，计算出钢板弹簧的几何坐标；然后，将总体设计参数、几何参数、车轴参数、卡箍参数和力学参数分别输入ADAMS/Chassis模块，生成ADAMS/Chassis模块下的悬架模型；再将ADAMS/Chassis模块下的悬架模型导入ADAMS/VIEW模块中，得到ADAMS/VIEW模块下的初始悬架模型，

由于将多片簧简化为单片簧，简化后每个Timoshenko梁的转动惯量是不正确的，弹簧的刚度也不正确，因此完成初始悬架模型的构建后，需要对刚度进行修正，具体方法如下：首先将钢板弹簧底部固定，在两端分别施加方向向下的力，大小分别为根据设计图纸查得的验证负荷的一半；然后修改每一个Timoshenko梁的beam力信息。