电动代步车动态特性联合仿真的分析与研究(可编辑)

电动代步车动态特性联合仿真的分析与研究(可编辑) 电动代步车动态特性联合仿真的分析与研究 重庆大学 硕士学位论文 电动代步车动态特性联合仿真分析与研究 姓名:张伟伟 申请学位级别:硕士 专业:车辆工程 指导教师:舒红宇 20090526 中文摘要 摘 要 全球人口的持续成长及医疗技术的进步，人口平均寿命延长，老年人口 比重 大大增加，极大地带动了电动代步车的需求。面对不断进步的技术和变化的市场， 较快地设计开发新型的拥有自主知识产权的电动代步车，已成为一个重要的 研究 课题。 为了缩短电动代步车的开发周期、降低成本、提高产品性能与竞争力，本文 采用现代计算机仿真技术，依靠各种仿真软件的协同工作平台，建立了电动代步 车机电及刚柔一体化模型，探讨了电动代步车动态特性联合仿真的方法并进行了 相关问题的研究，实现了电动代步车快速的虚拟试验与优化设计。本文的主要研 究内容包括: ?在论述电动代步车机电系统动力学的相关问题及其动态仿真的相关 理论 的基础上，在ADAMS计算环境中建立了电动代步车刚一柔耦合模型。其过程为: 3 运用有限元分析软件ANSYS对车架 采用HyperMesh建立车架有限元模型; 进行模态分析，生成模态中性文件，替换原刚性构件。 ,Simulink电动代步车机电耦合协同仿真平台，并对联合仿真中的调试问题进行探 讨。 ?计算分析了电动代步车振动特性以及车架的动应力状态，利用 ADAMS,Insight提供的优化设计平台，对电动代步车振动舒适性进行优化设计，并 对优化后的电动代步车振动舒适性进行评价。 ?对电动代步车驱动系统动力性能进行仿真分析，根据电动代步车动力 性表 现，建立电动代步车驱动系统控制，对电动代步车车速和差速转向控制进行 仿真，分析控制系统的效果，校验方案可行性。 ?针对仿真过程中遇到的问题，总结并提出了进一步开发电动代步车数字样 机的改进和展望。 本文的仿真分析与研究对快速的电动代步车产品开发具有重要的支持作用， 其分析计算结果对电动代步车软硬件的开发和调试具有一定的指导意义，所提出 的机电耦合仿真方法对类似的相关机电产品的仿真和设计亦具有参考价值。 关键词:电动代步车，动态特性，联合仿真，刚柔耦合，机电耦合 英文摘要 ABSTRACT andmedical Asaresultof growth technologicalprogress，the globalpopulation life ofthe increasedthe ofthe averageexpectancypopulationextend，greatly proportion Scooter(Inthefaceof boostedthedemandforElectric elderlypopulation，whichgreatly ofnovel and development rapid constantlyprogressingtechnologychangingmarkets， intellectual becomeall ElectricScooterwitll designed independentpropertyrights，has research importanttopic( Inordertoshorten也e ofElectric Scooter,reducecosts， developmentcycle ofmodem and USe improveproductperformancecompetitiveness，thecomputer ona ofsimulationso(care to simulation variety platforms technology，whichrelying work tobuildthe modelof integration together rigid-flexible，mechanical-electrical ElectricScooter(TheCO―simulationmethodofElectricScooter characteristics dynamic tO and andtherelatedissueswere orderachievethefast studied,in designoptimization test areasfollows: ofvirtualofElectricScooter。Themain contentsofthis study paper entire modelofElectricScooterinADAMS ?Firstofall，buildthe rigidbody basedonCAD thenuse toestablishthefmiteelementmodelof models，and HyperMesh out finite theframe(After oftheframewillbecarried then，modal analysis using well modedocumentswillbe element software asaneutral ANSYS，as analysis the astocreatea rigid―flexible generated(Replaceoriginalrigidcomponents，SO modelofElectricScooter( coupling inSimulinksimulation thedrive simulationmodel ? Establish system build environment(ThentheADAMSandMatlabdata technology，and study exchange of mechanical(electricalADMAS-Matlab,SimulinkCO-simulation platform coupling ElectricScooter( Scooteraswellasthe thevibrationcharacteristicsofElectric ? Analyze to the stressstateofthe use frame。thenADAMS|Insightprovideoptimal dynamic thenevaluate ride Call comfortofElectricScooter，and design optimize platform，which vibrationcomfortforthe electricscooter( optimized drive the theElectricScooter of systemby ?Analyzedynamicperformance Scooterdrive in simulation(Andthenestablishcontrol forElectric system program theeffectofcontrol accordancewithElectricScooter’S powerperformance(Analyze the controloftheElectricScooter in controlanddifferential by system speed steering III 重庆大学硕士学位论文 atlast( simulation(Check feasibility inthesimulation the faced for process，in problems ?SuggeStimprovements inthe of ordertoensure and next‘generation accuracyproductdevelopment continuity digitalprototype( inthis Scootercarriedout andresearchonElectric paper Thesimulmion analysis of onthe dealof samples，as havea follow-updevelopment guidingsignificance great mechanical_ and ac(In as addition，the well debug hardware，softwaredevelopment alsobereferenceto inthis electrical simulationmethod proposedpaper，can coupling simulation( relatedmechanicalandelectrical products Scooter，Dynamic Keywords:Electric Coupling Coupling，Mechanical―electrical IV 学位论文独创性声明 中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人己经发表 或撰写过的研究成果。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文 中作了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作 名 签字日期:彦矽(多(年 牛一 缪砂 : 导 签名 师 ， 篷,一I 名叮、一弓 ,白7元 签字日期:。汕呷(‘。V 学位论文使用授权书 本人完全了解重庆大学有关保留、使用学位论文的规定。本人完全同意《中 国博士学位论文全文数据库、中国优秀硕士学位论文全文数据库出版章程》 以 ，，户T尊称“耄程" ，愿意将本人的址士学位论文《堕磊旌建红拿元雌苏名 。隰幺叠红刍邋盈z》提交中国学术期刊 光盘版 电子杂志社 cNKI ’在《中国博 士学位论文全文数据库》、《中国优秀硕士学位论文全文数据库》以及《重庆大学 博硕学位论文全文数据库》中全文发表。《中国博士学位论文全文数据 库》、《中 国优秀硕士学位论文全文数据库》可以以电子、网络及其他数字媒体形式公开出 版，并同意编入CNl【I《中国知识资源总库》，在《中国博硕士学位论文评价数据 库》中使用和在互联网上传播，同意按“章程"规定享受相关权益和承担相应义 务。本人授权重庆大学可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文，可以公开 论文的全部或部分内容。 匆― 作者签名: 导师签名: ?碑年‘月产日 备注:审核通过的涉密论文不得签署。授权书一，须填写以下内容: 该论文属于涉密论文，其密级是――，涉密期限至――年一月一日。 1绪论 1 绪论 1(1论文研究的背景与意义 人口老龄化是当今世界所面临的最严峻的问题之一，随着中国人口年龄结构 日趋老龄化，老年人在总人口中所占的比例不断上升。电动代步车作为一种专为 老年人士及其他行动不便者设计的轻便休闲代步工具。具有广阔的发展空间。 随着医疗技术的进步，人口平均寿命延长以及人口出生率的下降，导致全球 老年人口比重持续增长，而老年人在身体机能衰老以及慢性疾病影响下，对于行 动辅助工具的依赖程度日益提高，从而会极大地带动电动代步车的市场需求。此 外，某些老年化国家为了因应高龄化社会，纷纷将老人医疗照护纳入政策补助项 目，进一步提高了电动代步车的市场销售量，例如，美国市场因有较高的保健支 付而成为电动代步车销售量最高的国家。欧洲主要国家在保健及相关法令规 定下，行动辅助工具的销售也表现亮丽。由于电动代步车使用对象除老年人外， 还包含轻度残障人士、行动不便者及以舒适代步用车为主的消费群，如孕妇和小 孩等，使得它的市场的发展较之其它电动车产品更为快速。在此背景下，电动代 步车产品越来越受到世界各国的重视与青睐。 另外，随着工业的发展、交通的紧张以及安全保障措施不得力等因素，使得 意外事故频频发生，残疾人数不断增加，我国的残疾人口每年以七十至八十 万的 速度增长，其中下肢残疾的每年就多达五十多万。同时，中国已于1999年进入老 龄化社会，是较早进入老龄社会的发展中国家之一。据国家老龄委办公室发布的 对我国老龄化的预测研究，在上个世纪末，我国老龄人口已经突破10,，到 本世纪中叶，我国老龄化程度将达到30,以上，进入老龄化高峰时期。老年人和 残疾人是一个庞大特殊的群体，是社会的弱者，需要全社会的关爱，更需要获得 与正常人同样的机会，享受高质量的生活。因此，迫切需要为他们开发一种操作 简便、可靠性高的代步工具。从另一方面说，对老年人和伤残人士的关心和关注 也体现了社会的和谐，是社会进步的标志。 从经济发展角度考虑，欧美等发达国家对电动代步车的需求增加，使得 我国 电动代步车出口值逐年提高，近五年复合平均成长率达65,以上，成为我国电动 车辆出口主力。不过，电动代步车之使用者多为行动不变者，对车子的稳定性及 安全性较为重视，不同于其它电动车辆产品。所以，提高国产电动代步车的品质 以及市场竞争力，也具有极高的经济价值。 电动代步车以蓄电池作为能源，以电动机作为动力，它虽然没有电动汽车那 么复杂，但也具有较高的科技含量，涉及机械、电机、电子控制等诸多现代科学 重庆大学硕士学位论文 技术。考虑到消费群体的特殊性，本课题中的电动代步车，不但需要实现 电控动 力输出以及差速转向，同时，该电动代步车也需要有较高操作稳定性和振动舒适 性。要更好地实现预想的功能，必须要完美地整合机械、电子控制、电力甚至化 学等多学科的知识。 科学技术的发展日新月异，新产品的研发更是“一日千里"。为了及时研发 出技术含量高，品质可靠，价格有吸引力的电动代步车，合理的产品研发以 及技术方案是关键。 近年来，随着产品复杂性的不断增长，以及企业间竞争的日趋激烈，传统的 产品设计方法 设计--N造物理样机一实验一再设计 已经很难满足企业当前生 存和发展的需要，为了能在竞争中处于有利位置，实现产品设计数字化势在 必行。 产品设计的数字化是产品新概念的重要内容。产品设计过程包含了两种重要的活 动:设计活动和仿真活动。因此产品设计也可以看作是一个设计活动和仿真活动 彼此交织相互作用的过程。设计活动推动产品向前演进，而仿真则是验证设计结 果的重要手段。随着现代技术的发展，仿真的重要性正在不断加强。 多学科建模与仿真技术是欧美汽车行业十分流行和广泛采用的现代CAE技 术，其应用范围包括动力传动系统、车辆动力学、制动系统、悬架系统、转向系 统、电机等，也包括整车系统级的仿真，尤其是在整车的设计和优化上。协同仿 真技术将面向不同学科的仿真工具结合起来构成统一的仿真系统，可以充分发挥 仿真工具各自的优势，同时还可以加强不同领域开发人员之间的协调与合作。充 技术;研究和探讨它们的接口技术和数据传输;探索各仿真软件在产品研发过程 中的优化设计方法是当今CAE工程技术界的热点。 1(2国内外研究现状分析 1(2(1电动代步车开发的国内外现状分析 电动代步车在国外已经有了好几十年的发展历史，在电动代步车主要部件的 基础研究、关键零部件动力学分析、不同结构类型的分析以及整车结构的优化设 计研究等方面的计算机仿真模拟已经相当深入和广泛，积累了大量的经验和数据 资料，并成功地将它们应用到了电动代步车产品开发中，使得他们所生产的电动 代步车在结构的可靠性和对乘员的保护方面与国内比都遥遥领先。国外比较 著名 的电动代步车生产厂商有美国的Pride公司和日本三菱公司。当我国发明家正在构 想如何为老年人士制造舒适方便的代步工具11]时，国外的电动代步车已经具有很高 球首创且荣获世界专利的四轮避震系统;完全依照人机工程学原理来开发、制造 2 绪论 的车身;车辆可360度自转，左右边操控组可相互对调等人性化设计;由于采用 内建式充电器，因此，行车速度也非常顺畅、平稳。 在欧洲，法国研究电动代步车起步最早，综合考虑操纵速度、加速度、 制动、 动力学稳定性及碰撞损伤，法国人把电动代步车分为A、B、C三类，A类为室内 使用，B类为室内外两用，C类为室外使用。现在法国的电动代步车采用最新的电 动机直接驱动(使得操纵更加灵活，并且在很大程度上减轻了整车质量。在整车 设计上，安装了支撑可调装置，代步车可以在高度、宽度、长度上都可以进行调 节，并且可以折叠，使得代步车的存放、携带变得简单。 目前(比较流行的电动代步车主要有三种，即:电动轮椅车 Electric Wheelchair 、休闲电动代步车 Electric Scooter 和赛格威 Segway 。 图11三种典型的电动代步车 Scooters TheetypicalElectric Figll 在研究方法上，在汽车行业以及航空航天产业广泛运用的多体动力学和CAE 方法，毫无疑问地成为了电动代步车产品开发的有力工具。1994年亚利桑那大学 Y 的T Tsang和A(Arabyan发表了便于求解大变形体动力学问题的新方法吲。宾 T 夕法尼亚大学的KarlUlrich系统地分析了各种电动代步车的技术发展前景，建 立了要达到某种性能表现所需的消耗和系统质量的模型。对个人电动代步车的开 Gonzalez等设计了用于电动轮椅车 发与改进具有极高的指导意义口]。西班牙的A 翻越楼梯和障碍的前轮机电系统(试验表明:该系统具有很高的稳定性和实用性H。 在我国，台湾地区的电动代步车已有数十年的发展历史，不但拥有相当多的 技术人才，且加工制造技术纯熟，对于发展电动车来说，已经具有良好的先决条 件。此外，台湾所生产的小型马达已具有国际先进水平(加上电子和电机产业等 电动车配套技术支援实力较强，在发展小型电动车辆方面潜力十足。Jyh(RongChou 建立了用于各种电动代步车开发的人机工程学数据库，显示了很高的人文关怀和 重庆大学硕士学位论文 技术水准【5】。然而，不利的因素是关键零部件技术仍受制于国外大厂，如控制器依 发起步较晚，所采用的研发手段也主要是模仿与改进。对电动代步车进行深入研 究的工作和文献相对较少。要赶上国外研究的步伐，采用CAE方法是最行之有效 的方法之一。昆明理工大学的李勇等对老年人用电动代步车外形进行了详细设计， 提出了多种方案并分析了它们的优劣【7】。北京科技大学的柯尊风等用虚拟样机方法 分析改进了某电动代步车的动力学特性【8】。然而，目前国内在电动代步车的计算机 仿真方面的研究还远远不够，虽然在电动代步车的外形、结构设计、关键零部件 的动力学研究和计算机仿真模拟方面已经开展了一些工作，取得了一些成绩，但 与国外相比还有很大差距。在国内，电动代步车产品的开发中进行刚体――柔体， 机――电一体的计算机联合仿真还非常少见，也很少有成功工程应用的报 道。 1(2(2计算机仿真技术及其在车辆开发领域应用的研究现状分析 最初崛起于航空航天事业中的CAE技术如今己成为许多行业进行科学研究、 技术创新和产品设计的重要手段。随着电子计算机在计算速度、内存容量和图形 功能等方面的飞速发展，以及有限元、多体系统动力学建模和电子仿真等方法的 发展，欧美国家借助全球领先的航空航天计算分析技术和先进的企业管理模式， 成功地将计算机分析和仿真技术整合为具有友好造作界面的商业软件包，极大地 推动了其运用范围和问题解决能力pj。 与实验技术相比，计算机仿真不必等到物理样机制造出来，在其初期的设计 阶段就可对产品的性能做出初步的评价， 可尽早地发现问题和解决问题， 从而极 同时，由于每辆电动代步车和每个零件 大地降低开发的费用，缩短开发的周期; 都不完全相同，因此一些关键性的差别，如零件铸造时的缺陷都会影响到试验的 结果，而在计算机上建模分析就不存在这些问题;还有，即使采用三维高速摄像 手段，也很难得到电动代步车内部的某些关键部件的变形情况，而采用计算机模 拟的方法不仅重复性好、存储的信息量大，在再次提出改进方案后，能够快捷地 修改模型【10】。目前，国内外许多应用实例表明:计算机仿真预测值与实验值相关 性很好，并大大减少了必须的实车实验次数，这种仿真方法也可作为电动代步车 设计方法。 几大领先的主流分析软件源于美国，但是其核心技术的开发凝聚了全球计算 机、力学、数学等学科科学家的智慧和心血。各种先进的线性和非线性的算法， 是提高CAE软件求解能力的基础;信息的全球化，研发与开发人员的全球化，使 得CAE技术兼收了各个领域尖端科研成果。我们国家在享受发达国家带来CAE 技术便利的同时，也在分享着我国科学家为该领域做出的杰出贡献。从这方面上 讲，我们国家与发达国家在CAE技术上的差异并非技术研究与开发，而是在于应 4 1绪论 用的迫切性。 CAE技术高速发展的同时，它们也被广泛地运用于汽车的开发和设计当中。 如今的车辆控制系统，如ABS 防抱制动系统 ，TCS 牵引力控制系统 ，ESP 电子稳定性程序 等，越来越普及。对装有控制系统的车辆进行整车动力学分 析变得越来越重要。通常情况下，为了获得满意的控制效果，需要进行大量的实 车试验，由于气候和实验场地等限制，效率比较低下，对一辆车进行ABS匹配通 常需要一年半的时间。随着仿真技术的发展，联合仿真技术已经越来越多的用于 车辆控制系统。在汽车设计技术高度发达的德国，计算机仿真技术已经被广泛的 运用于汽车的机械系统设计和汽车电子控制系统设计当中【11】。在以模仿著称的南 Lee认为: 朝鲜汽车工业界，CAE技术也广受重视，Hanyang大学的Dong(Chan 仿真技术与物理实验技术相结合可以加快产品的开发速度，而成功的将计算机辅 助工程中的各种仿真技术相结合，是迅速成功地推出新汽车工业生产各环节中最 重要的因素【12】。在中国，随着各种CAE软件的成功商业化以及在各高校和科研院 所的广泛推广，计算机仿真分析已经成为工程师们和广大科研工作者们最喜爱的 设计手段之一。各软件公司也积极和高校建立合作关系，例如重庆大学的胡玉梅 教授主持的ANSYS开放实验室，在广大研究生和企业之中都已具有较大影响力。 在CAE软件的使用上，侧重于汽车的结构优化设计与开发【13】，【141。这也是由中国汽 车产业发展状况决定的，相信随着中国汽车电子以及其他配套产品研究水平 的提 高，计算机仿真也必将被应用到汽车开发的更多环节。 传统的机电控制系统设计中，机械模型和控制模型虽然共同服务于一个系统， 一个目标，但是它们是各自独立的模型，分别采用功能不同的分析软件进行设计、 调试和试验，最后建造一个物理样机，进行机械系统和控制系统的联合调试。如 果发现问题，又要分别回到单独的模型中修改，然后再进行物理样机的建造和调 试，这需要较长的开发周期。多体动力学软件ADAMS提供了Controls模块，可 以将机械系统仿真分析工具与控制设计仿真软件有机结合起来，将复杂的控制添 加到机械系统样机模型中，然后对系统进行联合分析。对于机械系统，就直接利 用了ADAMS程序建立的机械系统仿真模型，而不需要使用数学公式建模。由于 机械系统和控制系统共同享有同一样机模型，可以利用虚拟样机对机械系统和控 制系统进行反复的调试，直到获得满意的设计效果，然后进行物理样机的建造和 调试。 电动代步车是一种小型汽车，车速不超过10km,h，考虑到其特殊的消费群体， 其对操作稳定性和平顺性方面的要求却并不比普通汽车低。电动代步车作为一种 新兴的交通代步工具，对其性能的评价不可能完全引用汽车的一整套理论。而国 内外对电动代步车性能的评估并没有一个完全的规范，虽然在某些场合可以 使用 5 重庆大学硕士学位论文 汽车的理论体系，但是，电动代步车的种类繁多，有些并不与传统意义上的汽车 相似。比如，转向系统采用双后轮驱动电机差速转向的电动代步车在评价其对操 作稳定性的影响时就与普通汽车有很大的不同;又如，电动代步车采用大量的电 子控制系统，这些又会对车辆的操作稳定性产生怎样的影响?另外，老年人和残 疾人对振动的反应相比普通人来得更加剧烈。因而，提高电动代步车的平顺性也 是我们应该着重考虑的因素。这就需要对电动代步车的动态特性进行深入的研究， 同时，动力系统与车体动态特性的之间的相互耦合也使得对电动代步车驱 动系统 的动态特性了解的重要性。 综上所述，目前在对电动代步车进行计算机仿真研究时，存在的主要问 题有: ?如今的燃料汽车、电动车以及混合动力汽车开发都得到空前的发展和足 够重视，研究方法也日趋成熟，但对老年人用电动代步车的性能和动态特性的深 入研究较少，没有统一的、系统的性能评价标准。 ?在研究方法上，主要采用单一的机械系统设计或电控系统设计，对电机 以及驱动系统在行驶中的动态特性研究较少，由于电动代步车的机械――电子系 统的性能本来相互耦合，从统,的角度进行统筹设计则更具有科学性。 ?虽然现今的CAE方法发展已经比较成熟，但是在电动代步车系统数字模 型的开发中，还有很多关键的细节，比如电机驱动控制系统，柔性部件等，没有 得到精确的建模。同时，用数字模型进行开发的延续性不够，不能充分体现数字 样机开发的优越性。 ?在对电动代步车的振动研究中，仿真分析较多，而对电动代步车振动特 性的优化研究较少。 1(3论文研究的主要内容和方法 本文的研究目的是对电动代步车动态特性进行优化。在建立较精确的电动代 步车动力学仿真模型，对电动代步车车身以及动力系统的动态特性进行仿真研究 和优化设计。 本文研究的主要内容包括: ?建立刚――柔、机――电耦合的ADMAS(Matlab电动代步车联合仿真模 型。 ?分析电动代步车车架，后悬架减震系统的振动特性;对随机路面等工况下 的电动代步车振动特性进行仿真分析，了解电动代步车的性能;探讨车架以及后 悬架特性对电动代步车振动特性的影响，关键位置的瞬态响应。为改进设计提供 基础。 ?采用ADAMS,Insight提供的优化设计功能，对电动代步车动态特性进行优 6 1绪论 化设计;为下,代样机及产品的改进打下基础。 ?对电动代步车驱动系统性能进行仿真分析;并重点对电动代步车PID控制 差速转向进行仿真分析;验证控制方案的可行性;为控制器的研究和开发提供数 据支持。 论文研究的技术路线和方法如下文所述: 静力学分析能保证一个机构可以承受一定的稳定载荷，但当机构受到动载荷 时，就需要对其进行动力学分析。在机械系统的运动学和动力学仿真分析方面， 常见的分析软件有:以刚性体为主要分析对象的运动学仿真分析软件 如ADAMS I 以柔性体为主要分析对象的有限元分析软件 如ANSYS、Marc等 。 前者分析对象以刚性体模型为主、后者以柔性体模型为主。用于一般场合的 工程机构，在进行动力学建模时，时常把构件作为刚体，做运动分析时不考虑其 弹性变形。实际上，机构在较大的载荷作用下，加减速运动时，就会产生较 大的 弹性变形。因此要更真实地模拟机构的动态性能，必须将构件作为弹性体进行分 析。在对机械系统进行运动学分析时，如果不考虑柔性体的影响，可能会造成很 大的误差。整个系统的运动情况反过来决定了每个构件的受力状况和运动状态， 从而决定了构件内部的应力应变分布。虽然ADAMS在机械系统的动力学以及运 动学分析上的功能非常强大，但是在几何建模、有限元分析、控制系统设计上明 此，要精确模拟整个系统的运动，取得动力学仿真结果，可以将ANSYS与ADMAS 两个软件结合使用，有利于取长补短。 同时，Matlab在控制仿真上功能强大，但在机械系统仿真上却很困难。ADAMS 提供的双向数据接口，可以建立完整的多体系统机械与控制的仿真系统。结合不 同软件的优点，可以在电动代步车设计阶段对控制算法进行快速验证。 要顺利地进行联合仿真，必须研究不同软件的接口技术。 件调入，以生成模型中的柔性体，利用模态叠加法计算其在动力学仿真过程中的 变形以及连接节点上的受力情况。这样在机械系统的动力学模型中就可以考虑零 部件的弹性特征，提高系统仿真的精度。 与ADAMS模型连接在,起进行联合仿真，此时受控的物理模型是完全非线性的。 状态方程。这样仿真就完全在ADAMS中进行了。这种方法最大的好处就是机械 系统和控制系统的积分都由ADAMS积分器来完成，大大提高了效率，同时也避 7 重庆大学硕士学位论文 免了由于积分步长不一致带来的错误。 优化设计方面:参数化分析有利于了解各设计变量对样机性能的影响。在参 数化分析过程中，根据参数化建模时建立的设计变量，采用不同的参数值，进行 一系列的仿真。然后根据返回的分析结果进行参数化分析，得出一个或多个参数 变化对样机性能的影响。再进一步对各种参数进行优化分析，得出最优化的样机。 study 、 ADAMS,View提供的3种类型的参数化分析方法包括:设计研究 Design 试验设计 Design 控制系统仿真方面:本文在多体动力学软件ADAMS中建立电动代步车多 体 成起来进行联合仿真，在各种工况下对控制算法进行验证，给实车匹配提供参考， 提高开发效率。 2动态特性仿真分析的力学基础与设计目标 2动态特性仿真分析的理论基础与设计目标 2(1振动舒适性概述 生物力学研究表明:长时间承受高强度的振动对人体健康的损害是相当严重 的，主要是腰脊和相关神经系统会受到影响，新陈代谢以及源于机体内部的一些 其他元素会恶化这个影响。’ 现今，车辆的舒适性和安全性越来越受人们关注。且随着高速公路网的发展， 汽车车速有了很大程度的提高，现代汽车对悬架的要求除了能保证其基本性 能外， 还致力于提高汽车的行驶安全性和乘坐舒适性，向高附加值、高性能和高质量的 方向发展。汽车行驶时，路面不平度以及发动机、传动系和车轮等旋转部件引起汽 车的振动。人体承受全身振动而引起的舒适性问题，称为振动舒适性。由振动加 速度有效值以及振动频率、感受振动持续时间等物理量综合描述。根据行车舒适 性研究的结果，引起驾乘人员不舒适的主要原因是一定频率下的垂直以及纵向振 动加速度，加速度越大，舒适性越差。因此，振动加速度是影响乘客乘坐舒适性 的重要因素之一。 车辆的平顺性主要就是指汽车辆行驶过程中产生的振动和冲击对于乘员舒适 性的影响，针对车辆舒适性的研究，就车辆整体而言，包括产生周期性激励的发动机 和产生随机激励的道路。ISO法是当今世界上最为流行的评价方法，很多国家的振 动舒适度标准与ISO评价方法基本上是一致的。 2631(1982提出以振动加速 ISO的数据主要是1小时振动舒适度降低限。ISO 度有效值、振动方向、振动频率和受振持续时间这四个最基本的振动参数之间的 1,1(1982评价方法IS02631推荐 关系来评价全身振动对人体产生的影响。IS0263 的两种评价方法是1,3倍频带分析对比法和总加速度加权均方根值评价法。ISO 2631(1-1997《机械振动与冲击一人体承受全身振动的评价――第一部分: 通 用要求》提出了改进的评价方法:采用“加权加速度均方根值"作为基本评价方法; 当采用基本评价方法出现低估的结果时，可采用持续加权加速度均方根与四次方 振动剂量两种附加评价方法。IS02631保持工作界限图线如图2(1所示。 新标准规定，椅面垂向频率的加权函数的最敏感频率范围是4(12(5Hz，其中 4-8Hz的范围内，人体内脏器官最易产生共振;而8(12(5Hz范围对人体脊椎系统 的影响最大。座椅在水平轴向的频率加权函数最敏感范围是1-2Hz，约3I-Iz以下时 水平振动比垂向振动更敏感【19】【2们。 对人体舒适性评价的计算方法还取决于峰值系数，其定义为频率加权加速度 的峰值与方根值之比。 9 lg ， ， , 乃 , ， ，r ， , 衫 , ， ， ， 、 , ， 衫 ，r 、 ， ， , 衫 , J ， , r ，r 、 ， 吣 j ， SL 、 , 衫 ， 一( L^‘‘J ， r r 、 厂 吣 ，‘ ， 、L J‖ ， ― r 、 r ―r 、L 【h:: , 吣 ，‘ ?L 夕 , J一 ， 1 L一 ， , ，。 ,。 ， ?L ’in , , ， 、 ， , , ， ， 、L ， 、 ， ? ， ， ,’ , Ih 、 ，r 、 ， ， 、 , (，’ 一 L 、I , 、 、 ， ， ， 、 ， , 、 , ’了 ?-L ， ， ’ 、L , J ^、暑一遥餐忙越艘景蒋鞲厦榔 、 ， th ， 、L , 一 、 、 ， 、 ， 、L ， J 一 、 一r ;h ， --L 、 |一 ， 、 , ， 、L ? 、 ， 【bt --l , ， 、?I 19 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