1、基于ADAMS的汽車臺架行駛阻力的仿真與分析答 辯 人：劉 武學(xué) 號：2015442037指導(dǎo)教師：張立斌 教授專 業(yè)：載運(yùn)工具運(yùn)用工程目 錄研究的目的和意義A研究現(xiàn)狀分析B論文的主要研究內(nèi)容C論文的進(jìn)度和安排D研究的目的和意義Part One 汽車道路試驗(yàn)限制條件比較多，受操作人員、場地、環(huán)境的影響較大，且實(shí)車試驗(yàn)周期長。 一、研究的目的和意義 汽車在底盤測功機(jī)上進(jìn)行動力性、經(jīng)濟(jì)性、尾氣排放檢測時，底盤測功機(jī)不能很好地模擬汽車在道路上的行駛阻力，導(dǎo)致檢測結(jié)果存在誤差。 研究的目的 為了使車輛在底盤測功機(jī)上進(jìn)行檢測時，渦流機(jī)能夠?qū)囕v的實(shí)時運(yùn)行工況作出響應(yīng)，根據(jù)編碼器測得的瞬時車速，確定加載力

2、的值，使底盤測功機(jī)實(shí)時模擬車輛在道路上行駛時的道路行駛阻力。研究的意義 因此，研究的意義在于對現(xiàn)階段的汽車動力性、經(jīng)濟(jì)性、排放檢測的誤差進(jìn)行補(bǔ)償，提高檢測精度，并且用底盤測功機(jī)代替部分道路試驗(yàn)，節(jié)省人力、物力，節(jié)約資源。一、研究的目的和意義研究現(xiàn)狀分析Part Two二、研究現(xiàn)狀分析國內(nèi)研究現(xiàn)狀分析 目前實(shí)施的GB/T18566-2011道路運(yùn)輸車輛燃料消耗量檢測評價方法中規(guī)定采用碳平衡法檢測燃油消耗量，要求車輛在底盤測功機(jī)上檢測時，測功機(jī)按照如下要求進(jìn)行加載：臺架加載阻力等于汽車道路行駛阻力減去汽車臺架運(yùn)轉(zhuǎn)阻力。二、研究現(xiàn)狀分析國內(nèi)研究現(xiàn)狀分析 根據(jù)即將實(shí)施的GB/T18565-2015道路

3、運(yùn)輸車輛綜合性能要求和檢驗(yàn)方法中規(guī)定的對底盤測功機(jī)渦流機(jī)加載力的計(jì)算方法如下：其中： 檢測環(huán)境下功率吸收裝置在滾筒表面上的加載力； 額定功率車速時，發(fā)動機(jī)的達(dá)標(biāo)功率換算在驅(qū)動輪上的驅(qū)動力； 底盤測功機(jī)的內(nèi)阻； 輪胎的滾動阻力； 額定功率車速時，發(fā)動機(jī)附件消耗功率換算在驅(qū)動輪上的阻力； 車輛傳動系允許阻力。二、研究現(xiàn)狀分析國內(nèi)研究現(xiàn)狀分析 我國一些高校和汽車技術(shù)研究中心在底盤測功機(jī)加載值的問題上做了深入的理論研究，提出了計(jì)算底盤測功機(jī)的加載力的方法為：汽車在平直道路上行駛時受到的行駛阻力為空氣阻力、道路滾動阻力與傳動系摩擦阻力之后，其與車速的關(guān)系為：式中 道路行駛阻力（N）； 常數(shù)項(xiàng)（N）； 一

4、次項(xiàng)系數(shù)（Nh/km）； 二次項(xiàng)系數(shù)（Nh/km）； 行駛車速（km/h）。二、研究現(xiàn)狀分析國內(nèi)研究現(xiàn)狀分析 采用滑行法來確定車輛在底盤測功機(jī)上運(yùn)行時的阻力，根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)得到臺架損失阻力與行駛速度之間的 曲線，應(yīng)用線性回歸法獲得臺架損失阻力與車速之間的方程為： 通過以上兩式可以確定底盤測功機(jī)渦流機(jī)加載力為：二、研究現(xiàn)狀分析國外研究現(xiàn)狀分析 日本標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會采用碳平衡法對汽車燃油消耗進(jìn)行檢測，制定了汽車在道路上行駛時檢測其行駛阻力的試驗(yàn)方法和步驟，完善了在臺架上模擬道路行駛阻力的渦流機(jī)加載力的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)； 美國在SAEJ1263-1991中詳細(xì)制定了測量車輛道路阻力的實(shí)驗(yàn)方法，并明確制定了測試環(huán)境溫度

5、、道理線性、風(fēng)速、氣壓等條件。美國提出加載力根據(jù)目標(biāo)系數(shù)（Target），測功機(jī)設(shè)置系數(shù)（Dyno set），車輛損失系數(shù)（Vehicle loss）這三個系數(shù)來確定的。這三個系數(shù)的關(guān)系為： 歐盟也作出規(guī)定將碳平衡法計(jì)算油耗作為汽車油耗試驗(yàn)方法，同時也對道路行駛阻力的實(shí)驗(yàn)方法和測功機(jī)加載力的計(jì)算方法作出了規(guī)定。二、研究現(xiàn)狀分析渦流機(jī)控制方法研究現(xiàn)狀 根據(jù)中華人民共和國交通行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JT/T445-2008中對底盤測功機(jī)的技術(shù)要求可知，對渦流機(jī)的控制方式主要采用恒速控制方式和恒力控制方式。1、恒速控制方式 令系統(tǒng)處于恒速狀態(tài)，設(shè)定一個速度值，在測量過程中，比較速度的設(shè)定值與實(shí)測值，根據(jù)速度差值的反

6、饋來控制和調(diào)節(jié)電渦流機(jī)的勵磁電流，使受檢車輛的車輪保持恒定線速度的控制方式。2、恒力控制方式 令系統(tǒng)處于恒扭矩狀態(tài)，設(shè)定一個驅(qū)動力值，測量過程中，比較驅(qū)動力的設(shè)定值與實(shí)測值，根據(jù)驅(qū)動力的差值的反饋來控制和調(diào)節(jié)電渦流機(jī)的勵磁電流，使受檢車輛驅(qū)動輪保持恒定輸出切向力的控制方式。論文的主要研究內(nèi)容Part ThreeA建立渦流機(jī)加載力的計(jì)算模型B建立底盤測功機(jī)實(shí)體模型C搭建ADAMS-Simulink聯(lián)合仿真平臺，對控制方法優(yōu)化D設(shè)計(jì)試驗(yàn)，搭建試驗(yàn)平臺，對仿真結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證三、論文的主要研究內(nèi)容3.1 建立渦流機(jī)加載力數(shù)學(xué)模型 汽車在道路試驗(yàn)中受到的道路阻力主要包括滾動阻力、風(fēng)阻、加速阻力和坡道阻力四

7、個部分，用 表示。 汽車在底盤測功機(jī)上檢測時受到的阻力主要由輪胎與滾筒之間的滾動阻力、臺架內(nèi)阻與渦流機(jī)加載力三個部分組成。3.1 建立渦流機(jī)加載力計(jì)算模型 3.1.1 道路行駛阻力汽車在道路行駛的阻力可以用汽車行駛阻力方程式表示：汽車道路行駛阻力可以表示為速度 的關(guān)系式。3.1 建立渦流機(jī)加載力計(jì)算模型 3.1.2 驅(qū)動輪與滾筒之間滾動阻力汽車在底盤測功機(jī)上檢測時，對驅(qū)動輪和滾筒進(jìn)行受力分析，如圖：驅(qū)動輪與滾筒之間滾動阻力為：3.1 建立渦流機(jī)加載力計(jì)算模型 3.1.3 臺架內(nèi)阻 現(xiàn)階段，汽車在底盤測功機(jī)上檢測時的臺架內(nèi)阻設(shè)定為一個定值。查閱資料分析可知，臺架內(nèi)阻是隨著被檢車輛的速度實(shí)時變化的

8、，因此，底盤測功機(jī)內(nèi)阻可以表示為：設(shè)計(jì)試驗(yàn)：采用兩次加載滑行法，用驅(qū)動電機(jī)驅(qū)動底盤測功機(jī)滾筒， 將滾筒表面線速度提高到 。 第一次測功機(jī)加載阻力 ，最終速度減小到 ，滑行過 程設(shè)置 n 個速度采樣點(diǎn)，將速度分為（n-1）個區(qū)間，并分別記錄 每個區(qū)間的時間 。 第二次加載滑行，測功機(jī)的加載阻力為 ，試驗(yàn)步驟與第一次 滑行一致。3.1 建立渦流機(jī)加載力計(jì)算模型 選擇 區(qū)間進(jìn)行計(jì)算，第一次滑行時間為 ，第二次滑行時間為 。根據(jù)能量守恒定律可知：加載力為 時：加載力為 時：可以確定內(nèi)阻為： 以相同的方法分別求出（n-1）個速度區(qū)間的內(nèi)阻值，利用線性回歸確定臺架內(nèi)阻與速度之間的關(guān)系式。 確定了驅(qū)動輪與滾

9、筒之間的滾動阻力 和底盤測功機(jī)的內(nèi)阻 ，就可以確定渦流機(jī)的加載力，用 表示： 渦流機(jī)加載力 是一個與車速 有關(guān)的關(guān)系式。3.1 建立渦流機(jī)加載力計(jì)算模型 3.2 建立底盤測功機(jī)實(shí)體模型 參照成都成保DCG-10D型號的底盤測功機(jī)為基礎(chǔ)，用SolidWorks建立底盤測功機(jī)的實(shí)體模型，導(dǎo)入到ADAMS/View模塊。3.2 建立底盤測功機(jī)實(shí)體模型 將底盤測功機(jī)的模型導(dǎo)入到ADAMS/View中后，對框架部分進(jìn)行布爾加運(yùn)算，將框架與地面建立固定副； 各旋轉(zhuǎn)部分（滾筒、電機(jī)軸、渦流機(jī)軸、飛輪軸與軸承之間）建立旋轉(zhuǎn)副；3.2 建立底盤測功機(jī)實(shí)體模型 將驅(qū)動輪與主滾筒之間的滾動阻力 ，臺架內(nèi)阻 轉(zhuǎn)化為力

10、矩施加在主滾筒上； 將渦流機(jī)的加載力 轉(zhuǎn)化為力矩施加在渦流機(jī)的轉(zhuǎn)子上。3.3 搭建ADAMS/Simulink聯(lián)合仿真平臺 3.3.1 定義狀態(tài)變量 定義四個狀態(tài)變量：渦流機(jī)的加載力 滾筒與驅(qū)動輪之間的滾動阻力 、臺架內(nèi)阻 和滾筒的角速度 。 其中，渦流機(jī)加載力的初始值為0（N），輸出狀態(tài)變量的函數(shù)為：3.3 搭建ADAMS/Simulink聯(lián)合仿真平臺 3.3.2 渦流機(jī)加載力參數(shù)化 為實(shí)現(xiàn)渦流機(jī)加載力在聯(lián)合仿真過程中的動態(tài)變化，需要將其參數(shù)化，選擇參數(shù)化函數(shù)VARVAL函數(shù)。 此時渦流機(jī)加載力的函數(shù)變?yōu)閂ARVAL（Fd）。其中，VARVAL函數(shù)的意義是讀取狀態(tài)變量的值。3.3 搭建ADA

11、MS/Simulink聯(lián)合仿真平臺 3.3.3 控制系統(tǒng)的設(shè)置 在輸入和輸出的對話框里分別選擇渦流機(jī)的加載力 、驅(qū)動輪與滾筒的滾動阻力 、臺架內(nèi)阻 作為系統(tǒng)的輸入，選擇滾筒的角速度 作為系統(tǒng)的輸出。 選擇目標(biāo)軟件為MATLAB，選擇分析類型為非線性分析。3.3 搭建ADAMS/Simulink聯(lián)合仿真平臺 3.3.4 Simulink控制系統(tǒng)搭建 在MATLAB的工作目錄下運(yùn)行保存的M文件，可以得到ADAMS的動力學(xué)計(jì)算模型以及設(shè)置的各種變量。3.3 搭建ADAMS/Simulink聯(lián)合仿真平臺 3.3.4 控制系統(tǒng)搭建 在Simulink中建立PID控制系統(tǒng)，并對仿真模式，信息交互模式等進(jìn)行

12、設(shè)置。3.3 搭建ADAMS/Simulink聯(lián)合仿真平臺 3.3.4 控制系統(tǒng)搭建 根據(jù)渦流機(jī)的特性曲線可以看出，渦流機(jī)加載力是一個隨著渦流機(jī)軸的轉(zhuǎn)速和勵磁電流變化的，且變化趨勢是非線性的。 因此，簡單PID控制可能無法較好的控制，需要對控制方法進(jìn)行優(yōu)化。3.4 設(shè)計(jì)試驗(yàn)，驗(yàn)證仿真結(jié)果 試驗(yàn)內(nèi)容：測量初速度30km/h、50km/h和70km/h的滑行距離以及各速度點(diǎn)之間的 滑行時間。 試驗(yàn)方法：在試驗(yàn)車上安裝好第五輪儀，試驗(yàn)車經(jīng)過充分預(yù)熱行駛后，以稍高于 30km/h的車速駛?cè)霚y試路段，駕駛員將變速器放入空擋，松開離合器 踏板，汽車開始滑行，當(dāng)車速達(dá)到30km/h時，開始記錄數(shù)據(jù)，直到車 輛完全停止。車 速（km/h）滑行距離滑行時間50s1t140s2t230s3t320s4t410s5t503.4 設(shè)計(jì)試驗(yàn)，驗(yàn)證仿真結(jié)果 再將道路滑行試驗(yàn)的試驗(yàn)車經(jīng)過充分預(yù)熱后，在底盤測功機(jī)上行駛30km/h、50km/h和70km/h后，摘下檔位，空擋滑行，分別記錄滑行距離和各部分的滑行時間。 通過對比分析相同車輛在道路上的滑行和在底盤測功機(jī)上滑行的試驗(yàn)結(jié)果，從而驗(yàn)證控制系統(tǒng)的正確性。車 速（km/h）滑行距離滑行時間50s1t140s2t23