基于AMESim的车身高度控制系统仿真研究

基于AMESim的车身高度控制系统仿真研究

丁继斌

(南京工业职业技术学院,江苏南京210046)

摘󰀁要:车身高度控制系统模型可根据车辆的运行状态,按照设定PID参数,向执行机构适时发出控制指令,可控制车身振动速度和加速度,调节车身高度,提高车身系统的可靠性与灵活性。应用AMESim

软件,对1/4车辆模型的车身高度响应进行仿真分析,结果表明,基于AMESim的车身高度控制模型能较

精确地反映系统特性,合理的车身高度控制系统模型的PID参数可以控制车身高度、车身振动速度和加

速度,有效地降低车身振动,在实现车身高度控制的同时改善车辆的乘坐舒适性。关键词:车身;高度控制;AMESim;仿真

中图分类号:U463.82󰀁󰀁文献标志码:A

SimulationStudyonHeightControlSystemforBodyofVehiclebasedonAMESimDINGJibin(NanjingInstituteofIndustryTechnology,Nanjing210046,China)Abstract:Amodelofheightcontrolsystemforbodyofvehiclewasestablishedinthispaper.Themodelcanimprovethereliabilityandtheflexibilityofthevehiclebycontrolthevelocity,theaccelerationandtheheightofthebodyvibrationcanbecontrolledaccordingtotheinitializationPIDparametersandthevehiclestatus,theheightresponseof1/4bodymodelwassimulatedandanalyzedwithAMEsimsoftware,theresultshowsthatthemodelbasedonAMEsimcanaccuratelyreflectthecharacteristicofthesystem,thereasonablePIDparametersoftheheightcontrolsystemforbodyofvehiclecancontrolthevelocity,theaccelerationandtheheighteffectivelyreducethevibrationofthebody,achievetheheightcontrolforbodyofve󰀁hicleandatthesametime,improvethecomfortableness.Keywords:Bodyofvehicle,Heightcontrol,AMESim,Simulation

󰀁󰀁传统的机械式悬架高度控制系统易产生冲击,

空气悬架主动控制系统研究将现有的高度阀机械控制系统转变为电子控制系统,提高了控制可靠性与

灵活性。

电子控制车身高度具有改变车辆底盘离地间隙、控制车身俯仰角、侧倾角等功能,使车身随不同

道路和负荷状况平衡地面反作用力,使其对车身的

影响减少到最低限度,提高了车辆在起伏路面的行

驶速度和通过能力,提高了车辆行驶的稳定性。本文探讨的PID车身高度控制系统是复杂的非线性

机、电、液一体化控制系统,调整灵活,可通过设置车

身高度控制系统的相关参数,自动控制、调节车身高度。

1󰀁PID车身高度控制系统结构模型

1.1󰀁车身高度控制系统模型车身高度控制系统(如图1所示)可自动检测路

面参数变化,时刻保持系统的性能指标为最优。基

本出发点是根据当前路面输入信号R(t)的相关信

息,将经由车身高度控制系统、悬架控制系统的信号󰀁z反馈至输入端,实现反馈控制。显然,系统性能

的优劣主要由系统相关参数决定。图1󰀁车身高度控制系统模型1.2󰀁PID车身高度控制系统结构与建模

根据图1所示的车身高度控制系统模型,PID

车身高度控制系统结构如图2所示。车身质量由弹簧和蓄能器控制的液压油缸支撑,根据车身和悬架

的位移传感器测得的信号,电磁阀通过蓄能器来调

节液压油缸油液流量,从而对车身高度进行控制[1󰀁2]。控制过程为:由传感器和控制器等组成闭环

PID车身高度控制系统,根据车辆的运行状态,按照设定PID参数向执行机构(液压油缸)适时发出控

制命令,通过蓄能器调整阻尼系数、油液流动和车身

高度[3]。根据牛顿定律,其相应的运动微分方程为:m1󰀂z1=k1(z2-z1)+Fxm2󰀂z2=k2(z0-z2)+k1(z1-z2)+c(󰀁z0-󰀁z2)-Fx(1)

式中,z1为车身垂直位移;z2为车轮垂直位移;z0为路面垂直位移;Fx为液压缸负载力;m1为车身质

量;m2为轮胎等效质量;k1为悬架等效刚度;k2为 18 !新技术新工艺∀ 数字技术与机械加工工艺装备󰀁2010年󰀁第7期轮胎等效刚度;c为轮胎等效阻尼。

图2󰀁PID车身高度控制系统结构若忽略液压缸活塞质量和库仑摩擦等非线性负

载,液压缸负载力为:Fx=Apx-m1󰀂z-Bz(2)

式中,B为活塞与负载的粘性阻尼系数;z为车身相

对位移,z=z2-z1;px为负载压力;A为液压缸活

塞有效面积。将式(2)代入式(1)得:

m1󰀂z1=k1(z2-z1)+Apx-m1󰀂z-Bz(3)

m2󰀂z2=k2(z0-z2)+k1(z1-z2)+c(󰀁z0-󰀁z2)-Apx-m1󰀂z-Bz(4)

由式(3)、式(4)知,车身高度、活塞与负载的粘

性阻尼系数B、液压缸活塞有效面积A、负载压力

px有关。显然,只要合理选择相关参数,就可以控制车身高度、车身振动速度和加速度。上述参数可

通过PID参数来调节。

2󰀁车身高度控制系统的AMESim建模及仿

真结果分析

󰀁󰀁AMESim是面向工程系统的高级建模仿真软

件,它使您能对任何元件和系统的动态性能进行仿真计算。友好的用户界面和不断改进的基于工程实

践的众多应用库使得软件的使用简单可靠,从而为

工程设计提供了快速、准确的解决方案。它是一个图形化的开发环境,适合于工程系统的建模,仿真和

动态性能分析[4]。

2.1󰀁车身高度控制系统AMESim建模

1/4车身高度控制系统AMESim模型如图3所示。设置相关参数为:供油压力70bar;液压缸活

塞直径20mm;液压缸活塞杆直径5mm;比例系数为100;微分系数为5;积分系数为5。

图3󰀁车身高度控制系统AMESim模型2.2󰀁仿真结果分析

仿真时间为10s,步长0.01s,在随机输入下的车

身位移、速度和加速度曲线如图4、图5和图6所示。 19 !新技术新工艺∀ 数字技术与机械加工工艺装备󰀁2010年󰀁第7期基于逆向工程与快速成型技术的发动机气道设计

邹金兰1,刘红武2

(1.广东工贸职业技术学院,广东广州510510;2.昆明云内动力股份有限公司,云南昆明650000)

摘󰀁要:在发动机气道设计中,运用逆向工程和快速成型集成技术,基于实物原型,获取其点云数据,

构建曲面;三维曲面数据导入UGII软件进行分析、优化,并进行模具设计;将三维数模进行分层处理,并把分层文件传送到MAXUMFDM快速成型机内进行成型。此技术途径大大降低了气道设计周期与成

本,为新老产品的开发、改进与创新提供了一定的参考价值。

关键词:逆向工程;点云数据处理;曲面构建

中图分类号:TP391󰀁󰀁文献标志码:AAirIntakeofEngineDesignbasedonReverseEngineeringandRapidPrototypingTechniqueZOUJinlan1,LIUHongwu2(1.GuangdongCollegeofIndustryandCommerce,Guangzhou510510,China;2.KunmingYunneiPowerCo.,Ltd,Kunming650000,China)Abstract:Inthedesignofairintakeofengine,reverseengineeringandrapidprototypingtechniqueareusedinthispa󰀁per.Basedontheprototypeofthematerialobject,wecapturethepointclouddataandconstructitscurvedsurface.ThreedimensionalsurfacedataisinputintoUGIIsoftwarefortheanalysis,optimization,andmoulddesign.Thethree-dimension󰀁almodelislaminatedandthelaminatedfilesaretransmittedtoMAXUMFDMrapidprototypingmachineforprototyping.Byimplementingthistechniqueinthedesignofairintake,itisexpectedtodramaticallyreducethedesigningperiodandcost,andprovidevaluablereferencesfordevelopment,improvement,andinnovationofthenewproducts.Keywords:Reverseengineering,Pointclouddataprocessing,Curvedsurfaceconstruction

󰀁󰀁逆向工程(reverseengineering,简称re)也称反

求工程,是指利用先进的测量手段,从实物上采集大

量的三维坐标点,通过对测量数据的处理和模型重构技术,建立该物体的三维数字化模型,从而实现产品设计与制造的过程。作为一种新产品开发以及消

化、吸收先进技术的重要手段,逆向工程和快速成型技术可以胜任消化外来技术成果的要求。对于已存在的实体模型,可以先通过逆向工程,获取模型的三维实体,经过对三维模型处理后,使用快速成型技术,实现产品的快速复制,缩短了产品开发周期,大

大提高了产品的开发效率[1󰀁2]。本文以发动机气道设计为例,阐述了基于逆向工程与快速成型技术的气道设计流程:点云#曲线#曲面#三维数据(优化、模具设计)#快速成型。

详细介绍点云处理及曲面的逆向构建技术,为产品的开发、改进及创新提供了一定的参考作用。

󰀁󰀁由图4、图5和图6可知:

1)在蓄能器悬架车辆车身高度控制中,由于弹

簧和减振器阻尼的相互作用,极易产生振荡;2)车身与车桥之间的距离变化越快,阻尼力就越大,阻挠车身高度变化;

3)当车身高度提升时,悬架弹簧力最初使车身加速,当到达目标高度后,需要克服蓄能器的部分压力将造成不平衡,引起车身围绕目标高度的振荡。

3󰀁结语

仿真结果表明,本文所构建的基于AMESim的车身高度控制模型能较精确地反映系统特性,采用PID控制策略能够有效地进行车身高度控制,消除

系统振荡。本文仅对车身高度控制1/4车辆的模型进行了初步分析,在此基础上,可建立整车模型并对其进行建模与分析。