基于汽车蛇行试验仿真

第３６卷第２期２０１１年４月

昆明理工大学学报（自然科学版）

ＪｏｕｒｎａｌｏｆＫｕｎｍｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ（ＮａｔｕｒａｌＳｃｉｅｎｃｅＥｄｉｔｉｏｎ）

Ｖ０１．３６Ｎｏ．２

Ａｐｒ．２０１ｌ

ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００７—８５５ｘ．２０１１．０２．００８

基于ＡＤＡＭＳ／Ｃａｒ汽车蛇行试验仿真

刘

慧

（威海职业学院，山东威海２６４２１０）

摘要：蛇行路线试验是评价汽车闭环操纵稳定性的重要试验，通过分析ＡＤＡＭＳ／Ｃａｒ中闭环控制原理，对某一具体车型进行虚拟蛇行试验，并利用ＡＤＡＭＳ／Ｃａｒ所提供的后处理功能对汽车操纵稳定性进行仿真．结果证明能对对汽车动力学性能进行精确仿真，进一步可以建立汽车模型，进行动力学仿真分析，对其设计参数不断修改来改善其整车性能，达到优化产品设计方案，降低成本和缩短设计周期的目的．

关键词：汽车；ＡＤＡＭＳ／Ｃａｒ；操纵稳定性中图分类号：Ｕ４６１

文献标识码：Ａ

文章编号：１００７—８５５Ｘ（２０１１）０２—００３８—０３

ｏｎ

ＳｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｆＶｅｈｉｃｌｅＺｉｇｚａｇｇｉｎｇＣｏｕｒｓｅＥｘｐｅｒｉｍｅｎｔＢａｓｅｄ

Ｌ｜ＵＨｕｉ

（ＷｅｉｈａｉＶｏｃａｔｉｏｎａｌＣｏｌｌｅｇｅ，Ｗｅｉｈａｉ，Ｓｈａｎｄｏｎｇ２６４２１０，Ｃｈｉｎａ）

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｚｉｇｚａｇｇｉｎｇ

ｃｏｕｒｓｅ

ＡＤＡＭＳ／Ｃａｒ

ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ，ａｎｉｍｐｏｒｔａｎｔｅｖａｌｕａｔｉｏｎｏｆｖｅｈｉｃｌｅｃｌｏｓｅｄ—ｌｏｏｐｍａｎｉｐｕｌａｔｅｓｔａｂｉｌｉｔｙｉｓ

ｒｅｓｅａｒｃｈｅｄｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒ．Ｔｈｅｃｌｏｓｅｄ—ｌｏｏｐｃｏｎｔｒｏｌｔｈｅｏｒｙｏｆＡＤＡＭＳ／Ｃａｒｉｓｔｈｅｎｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄａｎｄａｎａｌｙｚｅｄ．Ｚｉｇ－ｚａｇｇｉｎｇ

ｃｏｕｒｓｅ

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ｏｎａ

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ｕｌａｔｅｔｈｅｄｙｎａｍｉｃｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｔｈｅｖｅｈｉｃｌｅ．Ｔｈｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｉｓｐｒｏｖｅｄｔｏｂｅｅｆｆｅｃｔｉｖｅａｎｄｆｅａｓｉｂｌｅｉｎｃｏｓｔａｎｄｔｉｍｅｃｏｎｔｒｏｌｏｆｖｅｈｉｃｌｅｄｅｓｉｇｎｉｎｇ．

Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｖｅｈｉｃｌｅ；ＡＤＡＭＳ／Ｃａｒ；ｓｔａｂｉｌｉｔｙ

Ｏ引言

近年来，随着汽车的高速化和高速公路的快速发展，人们对汽车安全性和舒适性提出了更高的要求，因此汽车操纵稳定性研究就显得尤为重要．评价汽车操纵稳定性的重要实验之一是蛇行路线实验，它通过

考核汽车在接近侧翻或侧滑工况下的操纵性能，综合评价汽车的行驶稳定性，还可以作为若干汽车操纵稳

定性对比试验时主观评价的一种感性试验．本文主要介绍了ＡＤＡＭＳ／Ｃａｒ模块，分析该模块的闭环控制机

理，并以蛇行路线实验为例，在ＡＤＡＭＳ／Ｃａｒ环境下仿真，并对仿真结果进行分析说明．

１

ＡＤＡＭＳ／Ｃａｒ整车模型建立

ＡＤＡＭＳ／Ｃａｒ是ＭＤＩ公司与ＢＭＷ、Ａｕｄｉ和Ｖｏｌｖｏ等公司合作开发的整车设计仿真软件，集成了各公司

在汽车设计与开发方面的经验．ＡＤＡＭＳ／ＣＡＲ基于模板建模和仿真，提供有良好的建模环境：标准模式和模板模式。可大大简化和加速建模步骤．标准模式下，用户只需在模板中输入并修改必要的数据，就可以利用已有的子系统模板来快速建造包括悬架、车身、转向系统、发动机、传动系统、制动系统等在内的高精度整车虚拟样机．如果没有找到合适的模板，可以利用模板建模器来调用零件库中的标准零件或自定义零件构建属于用户自己的模板［１。】．本试验使用的整车模型是在标准模板里修改主要参数数据利用其已有的子系统模板建立而成．

收稿日期：２０１０—１２—１５．

作者简介：刘慧（１９６８一），女，硕士，副教授．主要研究方向：机械设计与制造、车辆Ｔ程．Ｅ—ｍａｌｌ：ｌｉｕｈｕｉ０２３４＠１２６．ｃｏｒｎ

第２期刘慧：基于ＡＤＡＭＳ／Ｃａｒ汽车蛇行试验仿真

３９

２

ＡＤＡＭＳ／Ｃａｒ闭环控制机理

ＡＤＡＭＳ包含许多模块，其中的驾驶员模块可以将驾驶员的操作控制加入到整车模型中，常见操作包

括转向、制动、节气门位置、离合器和换档操作等，仿真的目的就是贴近真实的驾驶员控制．

ＡＤＡＭＳ／Ｃａｒ提供了开环和闭环分析，其中闭环分析又根据控制方式的不同分为机器控制（Ｍａｃｈｉｎｅ—Ｃｏｎｔｒ０１）和驾驶员控制（Ｈｕｍａｎ—Ｃｏｎｔｒ０１），机器控制采用的是ＡＤＡＭＳ／Ｄｒｉｖｅｒ—Ｌｉｔｅ（缺省驾驶员模型）算法，

而驾驶员控制采用的是ＡＤＡＭＳ／Ｄｒｉｖｅｒ（驾驶员模型）算法．本文主要研究以ＡＤＡＭＳ／Ｄｒｉｖｅｒ—Ｌｉｔｅ（缺省驾

驶员模型）为算法机器控制（Ｍａｃｈｉｎｅ—Ｃｏｎｔｒ０１）．２．１闭环控制文件

１）驾驶员控制文件（Ｄｒｉｖｅｒ

Ｃｏｎｔｒｏｌ

ｆｉｌｅ，枣．ｄｃｆ）．该文件描述了汽车行驶的速度、方向及试验结束的条

ｆｉｌｅ，木．ｄｃｄ）．该文件包含了驾驶员控制文件需要的数据，

件（如行驶距离、侧向加速度等），并对转向、节气门位置等输入信号的控制方法做了规定．

２）驾驶员控制数据文件（Ｄｒｉｖｅｒ２．２闭环控制数据流程

当采用闭环控制时，ＡＤＡＭＳ／Ｃａｒ将会获得ＡＤＡＭＳ数据模型文件（木．ａｄｍ）、ＡＤＡＭＳ命令文件（木．ａｓｆ）和驾驶员控制文件（幸．ｄｃｆ）．涉及到控制文件和命令文件的ＡＤＡＭＳ数据模型文件将会激发包含在ＡＤＡＭＳ／Ｃａｒ求解器中的子程序来读取和执行控制文件中描述的仿真，ＡＤ・ＡＭＳ／Ｃａｒ求解器将会输出标准的输出文件．图１为闭环数据流程图．２．３闭环控制原理

ＣｏｎｔｒｏｌＤａｔａ

如汽车行驶的路径、车速和转向等输入参数．该文件必须跟驾驶员控制文件配合使用．

汽车的输入信号有横摆角速度（函）、横摆角加速度

（西）、汽车行驶速度（口）、汽车坐标值（菇，ｙ）和由侧向运动得来的侧向速度（，）和侧向加速度（梦）．图２所示的为汽车侧向动力学转向控制模型．

模型上半部分是汽车运动的预瞄模块，由预瞄公式

Ｆｉｇ．１

图１闭环数据流程

Ｃｌｏｓｅｄ－ｌｏｏｐｄａｔａｆｌｏｗ

ｙ，＝ｙ＋饵＋０．５梦￡；可以得到预瞄点的侧向位移ｙ，，并与

静态侧向位移Ｙ。做差，从而确定预瞄侧向位移偏差△儿；同理实际侧向位移偏差ｄｙ是由实际侧向位移与静态侧向位移儿相减而得．预瞄侧向位移偏差和实际侧向位移偏差共同确定了转向控制放大因数Ａｉ．Ａ；具体确定算法为：当预瞄点在容许偏差路线的包围范围以内，汽车将被认为在正确的方向上行驶，不需要转向纠正并将转向控制放大因数设置为０；当预瞄点在容许偏差路线的包围范围以外，汽车被认为将离开行驶路线，因此需要转向纠正并将转向控制放大因数设置为大于０的值．即当预瞄偏差小于容许路线偏差时；转向控制放大因数为０；当预瞄

图２汽车侧向动力学转向控制模型

Ｆｉｇ．２

Ｓｔｅｅｒｉｎｇｃｏｎｔｒｏｌｍｏｄｅｌｖｅｈｉｃｌｅ

ｌａｔｅｒａｌｄｙｎａｍｉｃｓ

偏差大于容许路线偏差时，转向控制放大因数与预瞄偏差成线性的关系．

模型的下半部分是汽车实际路线部分，汽车动态路线斜率ｋ是由汽车的实际位置和静态位置共同确

定，从而目标侧向加速度％可由公式％＝口２球Ｉ｜｝求得；实际侧向加速度％则由公式％＝”木毒＋面而得．

因此两者做差便可得侧向加速度偏差△口，．转向轮转角由转向控制放大因数Ａｉ和侧向加速度偏差△口，共同积分得到，从而实现了ＡＤＡＭＳ／Ｃａｒ对汽车转向的闭环控制．

昆明理工大学学报（自然科学版）

第３６卷

３蛇行路线实验的仿真

蛇行路线试验是评价汽车操纵稳定性的重要试验，可以综合评估汽车的行驶稳定性．下面就以蛇行路线实验为例来介绍如何对实验进行设计和仿真．３．１蛇行路线仿真实验设置

在试验场地的路面上布置１０根标桩，根据蛇行路线的试验基准，标桩的间距为３０ｍ，基准车速为６５ｋｍ／ｈ，试验车速为口，，口：，…，其中口。近似为０．５倍的基准车速，最高车速按照能保证试验安全进行为原则自行确定，但不能超过８０ｋｍ／ｈ．以上准备工作结束后便可以进行试验，试验时驾驶员驾驶汽车以预定的车速通过标桩，通过控制方向盘输入使汽车沿着设计的蛇行路线行驶．

本文采用缺省的驾驶员模型来控制，需要的控制文件有驾驶员控制文件（木．ｄｃｆ）和驾驶员控制的数

据文件（球。ｄｃｄ）。根据设计好的蛇行路线，控制文件如下．

１）驾驶员控制文件（宰．ｄｃｆ）：采

用机器控制（Ｍａｃｈｉｎｅ＿Ｃｏｎｔｒ０１），主要控Ｔａｂ．１制参数为：速度（ｋｉｎ／ｈ）：３６，７０；试验道数据文件（幸．ｄｃｄ）控制；换档、离合：开环控制；油门：机器控制．

膏

表１行驶轨迹坐标

Ｄｒｉｖｉｎｇ

６０

ｔｒａｊｅｃｔｏｒｙ

８０

ｃｏｏｒｄｉｎａｔｅｓ

９０

１１０

１１５

１２０

２０５０５５８５

路长（ｍ）：６００；转向：由驾驶员控制的：：丝：一竺１４０

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１４５

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三：：：兰：＝＝：：三兰＝：：三垒一＝三垒：！＝：！

１７０１７５１８０２００２０５２１０

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竺

２）驾驶员控制的数据文件（木．ｄｃｄ）：驾驶员控制的数据文件是为驾驶员控制文件服务的，通过该文件对汽车的转向进行控制，使汽车按照预定的轨迹行驶．行驶轨迹以ｘ，ｙ坐标的形式给出，如表ｌ所示．

３）仿真试验数据采集，侧向加速度为０．见表２所示．

表２数据采集

丁白６．２

书，Ｙ

２０，０１０

５０，２—３８—６１４５，一２

５５，２—５０—８１５０，一２

Ｄａｔａｃｏｌｌｅｃｔｉｏｎ６０，２—６０—９１７０，２

８０，一２６５７．５１７５，２

８５，一２

６５７．６１８０，２

９０，一２

５０７．５２００，－２

１１０，２—７９

１１５，２—７９．５

１２０，２—５２

档刳罢角ｊ就（（ｏ）・ｓ’１）１．８

ｘ，ｙ

１４０，一２

前轮转角／（。）

—１２一１１．５—９２０５，－２

２１０，一２

２３０，０

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７５．Ｏ２２５．０

径向位移，ｍ

图３汽车侧向位移变化

Ｖｅｈｉｃｌｅｌａｔｅｒａｌｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ

径向位移／ｍ

图４前轮转角、横摆角速度、侧向加速度变化

Ｆｉｇ．４

Ｆｒｏｎｔｗｈｅｅｌａｎｇｌｅ，ｙａｗｒａｔｅａｎｄｌａｔｅｒａｌａｃｃｅｌｅｒａｔｉｏｎｃｈａｎｇｅ

Ｆｉｇ．３

（下转第７４页）

７４

昆明理工大学学报（自然科学版）

第３６卷

问题２：研究函数ｓ研Ｚ（／＇ｔ）］及函数Ｚ［ｓ妖ｎ）］的性质．

参考文献：

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（上接第４０页）３．２仿真试验分析

汽车蛇行试验仿真结果如图３和图４所示．图３为汽车的侧向位移的变化曲线（黑点为标桩位置），实线是汽车车速为３６ｋｍ／ｈ的位移变化，虚线是汽车车速为７０ｋｍ／ｈ的位移变化．由图中位移变化可知，当车速为７０ｋｍ／ｈ时，汽车在绕过最后一个标桩时失稳，造成不能及时回正；当车速低于７０ｋｍ／ｈ时，汽车处于稳定状态，汽车的行驶轨迹与设计的试验轨迹基本吻合，具有良好的追随性能．

图４是仿真过程中汽车处于稳定状态时的前轮转角、横摆角速度、侧向加速度随径向位移的变化趋势．由图中变化趋势可知，横摆角速度的最大值为１２。／ｓ，前轮转角的最大值为７６０．

４结论

根据本文设计的蛇行路线和仿真数据曲线可知，ＡＤＡＭＳ／Ｃａｒ对汽车动力学性能能够精确仿真，因此可以在ＡＤＡＭＳ／Ｃａｒ中建立汽车模型，并通过ＡＤＡＭＳ／Ｃａｒ进行动力学仿真分析，对其设计参数不断修改来改善其整车性能，达到优化产品设计方案，降低成本和缩短设计周期的目的．

本文采用ＡＤＡＭＳ中的闭环控制，今后将会利用ＡＤＡＭＳ建立更复杂全面的模型进行研究，以拓广该项研究的价值．参考文献：

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