基于和的汽车悬架系统仿真分析

ＡＤＡＭｓ／ｃｏｎｔｒｏｌｓ程序和控制程序之间，通过相互传递状态 变化进行信息交流。因此，必须将样机模型的输入和输出变 量，及其输入和输出变量引用的输入和输出函数，同一组状态 变量紧密联系起来。这个状态变量函数及所定义的元素会在 仿真计算过程中随时保持着计算更新，以保证满足仿真计算的 功能需求。这里输出指的是进入控制程序的变量，表示从ＡＤ— ＡＭｓ／ＣｏｎｔＩＤｌ输出到控制程序的变量。而输入指的是从控制程 序返回到ＡＤＡＭｓ的变量，表示控制程序的输出。通过定义输 入和输出，实现ＡＤＡＭＳ和其他程序之间的信息闭环循环。
ｐ——悬架减振器的阻尼；ｔ．——轮胎的刚度； ｍＩ——非簧载质量；，，１２——簧载质量；＆——悬架弹簧刚度； 钿，而，恕——分别为路面的激励、非簧载质量及簧载质量的绝对位移
圈ｌ悬架动力学模型田 ２．２ ＡＤＡＭＳ和ＭＡ－１１．ＡＢ联合仿真
如上所述，已在ＡＤＡＭＳ中建立了悬架的虚拟样机模 型＂Ｊ，下面通过ＡＤＡＭｓ／ＣＯＮＴＲＯＬ模块与ＭＡⅡＡＢ程序接口， 建立联合仿真的控制系统。 ２．２．１ 确定ＡＤＡＭｓ的输入和输出
图１所示。
根据牛顿第二定律，系统的运动方程为：
ｆ ７“１２ｌ＋‘ｌ（。ｌ一‰）一。（ｉ２一ｉ－）一后（恕一篁１）２ ｏ
‘
Ｌ，，１２如＋ｃ（乏一ｉＩ）＋ｔ（≈２一￡１）＝Ｏ
（１） ●■Ｊ
式中：ｘ，，ｊ｛２——分别为车身非簧载部分与簧载部分的垂直加速度；
仿真。仿真结果可用于预测机械系统的性能、运动范围、碰撞检 测、峰值载荷，以及计算有限元的输入载荷等¨。Ｊ。
万方数据
圈３ ｎ蛐ｔ Ｅｘｐｏｎ对话框 通过Ｐｌ柚ｔ Ｅｘｐｏｒｔ命令，将生成ｘｕ蛐ｊｉａ文件，ＡＤＡＭｓ／ｃｏｎ－ ｈｏｋ将输入和输出信息保存在ｍ（ＭＡｒｌｌＡＢ程序）文件中，同时 产生一个ＡＤＡＭＳ／Ｖｉｅｗ命令文件（．ｃｍｄ）和一个ＡＤＡＭｓ／ｓｏｌｖｅｒ 命令文件（．ａｄｍ）供协同仿真分析时使用。 ２．２．２输入ＡＤＡＭｓ模块 启动ＭＡ’ＩＬＡＢ程序，在ＭＡｌｌ．ＡＢ中输入ＡＤＡＭＳ模块的方 法如下： 在ＭＡ’ＩＬＡＢ命令窗口中输人命令：肌肌ｊｉａ，显示如下：
１ ＡＤＡＭｓ与ＭＡⅡＡＢ软件简介
。
ＩＪａ‰ｒｙ）的简称，除具备 ＭＡ７ｒＬＡＢ是矩阵实验室（Ｍａｔｒｉｘ
卓越的数值计算能力外，还具有功能强大的工程应用工具箱， 广泛应用于我国的各项领域㈧５１。文中在调用其中的控制应用
模块程序的基础上，开展汽车悬架系统仿真研究。
２ ＡＤＡＭｓ和Ｍ胁Ｂ联合仿真
ＡＤＡＭｓ是目前世界上最著名的虚拟样机分析软件，广泛应
倒ｅｍ ｉｎ ｂｏｔｈ Ｉ咖妇ｍｒｉｌｌｇ锄ｄ ｕ肥，ｉ珊ｐｉｒｉｎｇ ｔｈｅ ｉｎｔｅ瑚ｔ“８ｔｕｄ·
ｙ，衄ｈ锄ｃｉｎｇ￡ｌｌｅ ａｂｉｌｉｔｙ ｆ打ｓｌａＩｔｉｎｇ ｗ诎，ｅｘｐＪｌ西“ｎｇ ｔｈｅ ｔ１１伽ｇ｝ｌｔ肋ｄ
ｒａｉｓｉｎｇ ｔＩ地ｃｏ叩ｅｒａｔｉｖｅ ｐＩＤｐｅｎｙ ｅｔｃ．．Ｔｈｉｓ ｐ日ｌｐｅｒ ａＩｌａｌｙｚｅｄ ｔｈｅ ｋｅｙ
数，动画显示决定了在ＡＤＡＭＳ／ｖｉｅｗ中动态跟踪仿真结果的方
式。
２．２．３建立控制系统模型
启动ｓＩＭｕｕＮＫ，显示一个新的ｓＩＭＵｕＮＫ模块窗口，将
８ｄａｍｓ ｓｕｂ模块连同输出显示器拖到ｓＩＭｕｕＮＫ建模窗口中。 选择其他模块建立，控制系统框图如图６所示。
励通过阻尼系统吸收后，其余的激励传到车身的幅度大小。通
［７］ 冯桂珍，池建斌．基于ｗｅｂ的虚拟现实模型创建工具［Ｊ］．工程 图学学报，２００４，２５（３）：６０一６４．
［８］ 陈江平．虚拟现实技术及其在现代化教学中的研究［Ｊ］．计算机 应用，２０∞。２０（２）：２６．
Ｒ戗出蜀１６伪够伽伍ｅ“岫矾ｎＩｃｔｉ蚰ｏｆ订—ｎｍ ａ中ａ由岫ａ蚶
毋售衄ｆｏｒ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ佃岫ｏｖａＨｏｎ ｄｅ醴弘ｂａｓｅｄ佃】｜【３Ｄ Ｃ腿Ｎ ＭｉＩｌ，Ｗ１Ｊ Ｓｈｅ哩－啪，ＬＩＵ】！【ｉａｏ－ｑｉｕ
第２５卷第７期 ２ Ｏ ０ ８年７月
机械设计
ＪＯＵＲＮＡＬ ０Ｆ ＭＡＣＨＩＮＥ ＤＥＳＩＧＮ
Ｖ０１．２５ Ｎｏ．７
Ｊｔｌｌ．２∞８
基于ＡＤＡＭＳ和ＭＡＴＬＡＢ的汽车悬架系统仿真分析
韩朝晖
（湖南文理学院继续教育学院，湖南常德４１５∞Ｏ）
摘要：文中对汽车半主动悬架系统的仿真分析采用了ＡＤＡＭＳ和ＭＡｌｒＩ＾Ｂ联合仿真方法。在ＡＤＡＭＳ中建立了ｌ／４ 汽车悬架的动力学模型，然后用ＭＡ’ｎＡＢ软件建立汽车半主动悬架的阻尼控制模型，通过改变阻尼系数减小汽车的垂 直振动。在ＭＡ７ＩＬＡＢ／ｓＩＭｕｕＮＫ中建立采用模糊逻辑控制的控制系统模型，分析汽车车身垂直方向的加速度，来达到汽 车行驶的平顺性。ＡＤＡＭＳ和ＭＡＴＬＡＢ联合仿真方法为汽车动力学仿真提供了一种新途径。
８ｉ印ｉｓ ａ ｋｉｎｄ ０ｆ叩明ｌａｂ叽Ｂｔｏｑ舳ｄ ｉｔ ｄｅｐｅｎｄｓ ｕｐ∞ｔｌｌｅ ｅｘｐｅｌｉｍｅｎ－
ｔａｌ部而瑚ｍｅｎｔ硼ｄｅｒ ｔｌｌｅ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ ｏｆ ｃｏｍｐｕｔｅｒ ｎｅｔｗｏｒｋ．１ｔ ｐ∞解ｓｓ∞
ｃｈ啪ｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ９００ｄ ｉｎ咖ｔｉ、ｒｉｔｙ，ｓ咖叽ｇ靶ｎ∞０ｆ ｉｍｍｅ陪ｉｏｎ，ｃｏｎ－
（Ｅｌｅｃｔｍ·Ｍｅｃｈａｎｊｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅ谢Ｉｌｇ Ｄｅｐａｎｍｅｎｔ ｏｆ Ｎａ眦ｈａ唱
Ｃ锄ｌｐｌ璩，Ｊｉ锄ｇｘｉ Ｕｎｉｖｅ墙畸ｏｆ ｓｃｉ唧ｅ蛐ｄ ＥＩｌｇ．ｍｔ燃ｉｎｇ，Ｎ蛐ｃｈ蛐ｇ
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ３３００１３，Ｃｈｉ眦）
ｉＩｌｔ潲ｔ Ａ蛔ｔｍｄ：ＩＩｌｔｅｍｃｔｉｖｉｔｙ ｉｓ缸哪ｕｍｂｌｅ ｔｏ ｉ瑚ｐ施ｔｌｌｅ
一ＶＡＲＶＡＬ（．删唧ｈ∞蛐．ｏ叫咖Ｉ）·Ⅶ（姒腿ＥＲ－ｌ∞。ＭＡＩｔｌ【ＥＲ一
１０７）
（３）确定输出变量。 确定输出变量的方法同输入变量相同。悬架模型向控制 系统输出两个信号，车身的速度”和车身与车轴之间的相对速 度面，它们的函数表达式分别为ＶＹ（ｂｏｄｙ．锄）和ＶＹ（ｂｏｄｙ． 咖，ｗｈ∞１．ｃｍ）ｏ
万方数据
２０嘴年７月
韩朝晖：基于ＡＤＡＭｓ和ＭＡ－１１．ＡＢ的汽车悬架系统仿真分析
１７
Ｊ
星Ｊ
（４）输出ＡＤＡＭＳ模型。 通过上面的工作，已经在ＡＤＡＭｓ／Ｖｉ州的机械系统模型 中，确定了相关的输入和输出变量和函数。接下来需要在 ＡＤＡＭｓ／Ｃ曲咖ｌｓ模块中定义输入和输出变量，以便可以通过 ＡＤＡＭｓ／ｃｏｎｔＩｄｓ模块同其他控制程序相连接。
关键词：虚拟样机技术；半主动悬架；模糊控制；联合仿真 中圈分类号：ＴＨｌ２２ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００１—２３５４（２００８）０７—００１６一０４
车辆振动是影响车辆行驶性能的重要因素，这种振动不仅 大大降低了车辆行驶平顺性，也影响其操纵稳定性。车辆振动 严重时，还影响其行驶速度，同时车辆振动也是车内噪声的主 要来源。为了提高汽车平顺性，减少振动，对汽车的悬架控制 系统进行研究显得尤为重要。
悬架机械系统和控制系统之间的输入输出关系如图２所 示。从图中可以看到，控制系统向悬架的机械系统输入一个控 制阻尼系数ｃ，悬架的机械系统则向控制系统输出车身的垂直 速度”和车身与车轴的相对速度差凼。
图２悬架系统输入和输出关系示意圈 （１）确定输入变量。
从图２可以看出，ＡＤＡＭＳ的输入为阻尼系数，通过ｓ眦
％％％ＩＮｆ．０：ＡＤＡＭＳ ｐｌａｍ们ｔＩｌａ啪瑚艄：
ｌ％ｃ伽％ｈ％ｏｌ ＩＮＦＯ：ＡＤＡ＾憾ｐｌ眦鲫Ｉ哪删：
ｌ ｂｏｄｙ蛳
２ ｂｏｄｙ ｄｉｓ ３ ｂｏｄｙ＿ｖｄ ４ ｄＭＩ
其中：ｏｏｎ酬——控制阻尼系数； ｂｏｄｙ－ｖｅｌ——车身的垂直速度； ｄｖｅｌ——车身与车轴的相对速度差。 输入ｗｈｏ命令，显示文件中定义的变量列表。选择任何一
Ｋ哆ｗ州ｂ：）（３Ｄ（嘲朗ｄｉｂｌｅ ３Ｄ）；谢ｕａｌ ｌａｂ嘲ｌ吖；ｍｅ－
ｃｌｌａｒＩｉｃａＩ ｉｎｎｏ呲ｉｏｎ ｄ鹤ｉ印
Ｆｉｇ ６耻Ｏ附８
“脚ｅ驯ｉ”７５％
·收稿日期：２０ｃｒ７一１２一０３：修订日期：２∞８一Ｏｌ一２２ 基金项目：湖南省自然科学基金资助项目（０７ＪＪ３∞５） 作者简介：韩朝晖（１９６２一）．男，湖南常德人．副教授。硕士，主要研究方向：机械设计与制造、计算机仿真技术、高教管理等，发表论文二十余 篇。
Ｖ蕊ａｂｌｅ命令创建一个状态变量ｃ∞ｔｍｌ，用于接受控制系统传 递过来的ＡＤＡＭｓ的输入信号，即控制系统的输出信号。
（２）确定输入函数。 确定输入变量后，需要将输入变量引入输入函数中。在文 中是控制悬架阻尼器的阻尼系数，所以在这里要通过运行函数 ＶＡＲＶＡＬ（ｃｏｎ仰１）将阻尼系数的值传给阻尼器。由于ＡＤＡＭＳ 中的弹簧阻尼器不支持运行函数ＶＡＲＶＡＬ（），故用ＦＯＲｃＥ代 替阻尼力，弹簧阻尼器的阻尼系数的值设为０，只起弹簧的作 用。力的函数为：
析结果。
１８
机械设计
第２５卷第７期
（２）在仿真分析模式（ｓｉｍｕｌａｔｉ伽ｍｏｄｅ）栏中选择ｄｉｓｃｒｅｔｅ 参数，仿真分析模式定义了ＡＤＡＭＳ程序求解机械系统方程的 方式，以及控制程序求解控制系统方程的方式。
Ｍｕｏ
刚罾 Ｄｅｍｕｌ
ｏ趣匦亚固
（：ＩｏＰｋ
’ｌ”ｒ¨骚’ｏｒｋＨｐ８ｃｏ
圈５ ａｄ舢惦＿ｊｍｂ模块的子系统 （３）在动画显示（Ａｎｉｍａｔｉｏｎ ｍｏｄｅ）栏中选择ｉｎｔｅｒａｃｔｉｖｅ参
个变量名进行检验。
在ＭＡＴＬＡＢ命令窗口中输入命令：ａｄ蛐一８ｙ８，如图４所
示。
目国 多
田４蚰ａｍｓ ｓｙｓ模块窗口 双击ａｄａｍｓ ｓＩＩｂ模块，显示ａｄ帅ｓ－ｓｕｂ模块的子系统，如图 ５所示。 双击ＡＤＡＭｓ ｐｌａｒＩｔ模块，设置仿真参数：
（１）在叽ｔｐｕｔ Ｆｉｌｅ８ ｐ瑚ｘ文本输入框设置输出文件为 ‘ｍｙ嘲ｔ’，则ＡＤＡＭｓ／ＣｏｒＩ伽ｌｓ将以文件名ｍｙ ｔｅｓｔ保存仿真分
ｃｏｒ咖ｃｔｉｎｇ ｔ∞ｌｌｒＩｏｌｏ舒，ｍｏｄｅｌｉＩ唱阴ｄ ａｐｐｌｉｃａｔｉ∞０ｆ
ｔｌｌｅ、ｒｉｎＩＩａｌ盼
ｐｅｆｉＩ眦ｎｔ ｏｆ帆ｌｉｒｌｅｄ ＩＩ地ｃ｝ＩａＪｌｉｃａｌ ｉｎｎｏｖａｔｉｏｎ ｄｅｓｉｇｎ觚ｄ ｒｅａｌｉｚｅｄ ｔｌｌｅ
ａｃｔｅｄ诵ｔｌＩ岫ｕｓ哪伽㈣ｂｙ ｎ酆ＩＩａＩｌｉｃａｌ ｉｎｎｏｖ“ｖｅ ＶｉｒｔＩｌａｌ ｅｘｐｅｒｉⅡ呦ｔａｌ ｓｙｓｔ咖山ａｔ ｃ觚ｂｅ ｉ曲Ｂｒ．
Ｐ阻尼系数，为控制量。 毛。如——分别为车身非簧载部分与簧载部分的垂直速度；
ｑ矿’驴、驴、驴、驴谚驴一疥疥驴《矿、驴《驴驴驴驴，驴ｑ矿ｑ争—‘矿－－疥疥疥西ｈ西ｈ疥疥疥驴驴电矿《争《争电矿叫争、驴、驴、驴、驴、驴、驴、驴、移～彩ｈ西＾司争电矿ｑ争
［６】 李海庆，殷国富。彭瑞飞．基于）【３Ｄ虚拟场景交互架构的实现方 法研究［Ｊ］．系统仿真学报．２００６（８）：３８３—３８５．
０ｆ
ｓｔｕｄｙ ａｎｄ ｃ０ ｄｅｙｅｌ叩ｔｌｌｅ ｌｌｌａｉｎ－ｂｏｄｙ ａｃＩｉ锄０ｆｋ∞ｗｌｅｄｇｅ．Ｔｈｅ伽酬· ｉｄａｌｉｏｎ锄ｄ ｄ时ｅｌｏｐＩｎ朗ｔ ｏｆ ｌ【｜删ｌｅｄＩ辨ｗｏｕｌｄ喇８ｔ ｏｒＩｌｙ ｗｈ衄ｔｈｅ ｉｎ．
ｎｏ嘶∞赫ｂ．Ｔｈｅ ｖｉｎＩｌａｌ ｌ王ＩｂｏｎＩｌｏｒｙ ｏｆ ｎ－ｅｃｈ蚰ｉｃａｌ ｉｎｎａ叫∞妇
常用３个参数考察悬架性能的优劣：（１）车身的垂直加速度¨２， 即舒适性和平顺性；（２）车轮相对动载（龙。一‰），即安全性；（３）
悬架弹簧的行程（算：一茹。），即悬架的动挠度（汽车中心高度和 弹簧的寿命）。但其中最主要的参数是车身垂直加速度，所以
ｄｉ明ｕ鹃ｉｏｎ啪ｓ训ｅｄ叫ｔ∞Ｉ跏ｔｏ删ｌｌ【ｅ ａＩｌａｌｙｔｉｃａｌ
ｎｌｅ ｕ∞０ｆ）（３Ｄ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ．ＡＩＩ
ｔｌＩｅ、ｒｉｍｌ８ｌ∞
ｐ耐ｍ即ｔ ０ｆ ｍｅｃＩｌａＪｌｉｃａｌ ｄｅｓｉｇｎ ａＩｌｄ ｔｌｌｅ ｄｅｓｉ鲥ｎｇ ｉⅡｌｐｌｅＩｎｅｎｔａｔｉ∞
ｐｒ∞ｅ鲳０ｆ ｔｌｌｅ ｖｉｍｌａｌ ｌａｂ哪ａｔｏｒｙ ｏｆⅡ站ｃＩＩａ＿Ｉｌｉｃａｌ ｄｅｓｉｇｎ ｗ鹊ｅ印伽ｎｄｅｄ．
２．１半主动悬架的动力学模型 下面以某型号汽车为研究对象，建立其动力学模型［６’７１，如
用于汽车制造业、工程机械、航空航天、国防等领域。ＡＤＡＭＳ软 件使用交互式图形环境和零件库、约束库、力库，创建完全参数化 的机械系统动力学模型，利用拉格朗日第一类方程建立系统最大 量坐标动力学微分一代数方程，求解器算法稳定，对刚性问题十 分有效，可以对虚拟机械系统进行静力学、运动学和动力学分析， 后处理程序可输出位移、速度、加速度和反作用力曲线以及动画