基于RecurDyn和Simulink的电传动车辆转矩控制策略

直驶加速度 ,转矩之差克服转向阻力矩后直接决定 整车的横摆角加速度[2 ] 。
在转矩控制策略中 ,把驾驶员的控制信号 Input (加速踏板信号 、制动踏板信号 、方向盘信号) 和反馈 信号 Feedback 解释成满足车辆行驶的目标转矩信 号 T1 m 、T2 m , 电 动 机 及 其 控 制 器 实 现 力 矩 输 出 T1s 、T2s 。调节转矩的动力学控制策略任务就是依 托综 合 控 制 单 元 软 件 、硬 件 环 境 , 建 立 映 射 关 系 f ( Input ,Feedback) →( T1 m , T2 m ) ,使车辆在路面上 依据驾驶员控制信号行驶 ,控制方案如图 5 所示 。
2 履带车辆样机模型构建
性提供给车辆行驶不同的法向力 、牵引力和滚动阻 力 。到目前为止 , 尽管车辆地面力学已经取得了很 大的进展 ,但描述地面与车辆相互关系的参量一般 还是采用公认的地面滚动阻力系数 f 、地面附着系 数 φ及地面转向阻力系数μ。本虚拟样机路面模型 充分利用一般的试验统计数据 , 针对仿真需要 , 在 RecurDyn/ HM 模块中定义了水平硬质地面 ,地面附 着系数 φ为 017 , 转向阻力系数 μ 为 0149 , 滚动阻 力系数 f 为 0105[4 ] 。整车动力学模型及路面模型 如图 2 所示 。
α0 、β0 ———加速 、制动踏板自由行程 αmax 、βmax ———加速 、制动踏板最大角位移
图 6 为方向盘信号定义示意图 。具体表示为
1
(0 ≤< < <0)
< - <0 ξ= <1 - <0
( <0 ≤< < <1)
(4)
< - <0 <2 - <0
( <1 ≤< < <2)
图 6 方向盘信号定义示意图 Fig. 6 Steering wheel definition
T2 =ξλT max ( n2)
(2)
当控制量λ、ξ在区间[ - 1 , 1 ]取值时可以使用
左右侧电动机的转矩达到可获得的最大范围 。本文
基于以上思想建立映射关系 f ( Input , Feedback) → g (λ、ξ, Feedback) →( T1 m , T2 m ) , 定义加速踏板量 程对应 λ∈[0 ,1 ] ,制动踏板量程对应 λ∈[ - 1 , 0 ] , 方向盘信号对应ξ∈[ - 1 ,1 ] 。
Key words Tracked vehicle , Elect ric drive , Cont rol st rategies , RecurDyn , Matlab/ Simulink
引言
电传动履带车辆是比较复杂的机电混合系统 。 一般在设计带有控制系统的机械系统过程中 ,在控 制系统设计早期阶段面临着开发强健控制算法的困 难 ,主要原因是仅仅用控制系统设计工具建立非线 性动力学模型非常困难 。
对驾驶员输入信号的定义包括了加速踏板 、制动
踏板和方向盘位置信号定义 ,其主要目的是建立加速 踏板信号 、制动踏板信号与控制量 λ、ξ的关系 。
加速踏板信号和制动踏板信号定义为
α- α0
λ=
αmax - α0
-
ββmax
β0 - β0
(0 ≤λ≤1) ( - 1 ≤λ< 0)
(3)
式中 α、β———加速 、制动踏板角位移
213 电动机及其控制系统模型 本文研究重点不是电动机驱动系统 , 从工程应
用的角度考虑 ,利用电动机驱动系统试验数据在控 制软件 Simulink 中建立 Look2Up Table 模块 , 利用 查表功能实现驱动系统的响应过程 , 因电动机转动 惯量与整车惯量相比较小 , 对整车动态性能的影响 可以忽略[5 ] 。仿真模型如图 3 所示 。
2009年7月
农业机械学报
第 40 卷 第 7 期
基于 RecurDyn 和 Simulink 的电传动车辆转矩控制策略3
李 波 张承宁 李军求
(北京理工大学机械与车辆工程学院 , 北京 100081)
【摘要】 结合由多体动力学软件 RecurDyn 建立的履带车辆动力学模型及地面模型以及由 Matlab/ Simulink 建
211 车辆多体动力学模型 履带车辆多体动力学模型是基于 RecurDyn 软
件建立的某电传动履带车辆 ,车身由三维软件 Pro/ E 开发 ,通过. step 格式文件导入 RecurDyn 软件环境 中 ,两侧履带采用 RecurDyn/ HM 模块建模生成 。 通过设定各个部件运动副的约束形式后 ,建立整车 的动力学模型 。该车由车身子系统 、左右履带子系 统及地面子系统等组成 。左右履带子系统包括驱动 轮 、诱导轮 、托带轮 、负重轮和悬挂装置等 。整车有 207 个动力部件 (不含路面) ,建立模型时以车身重 心为 固 定 坐 标 系 。多 刚 体 系 统 自 由 度 计 算 公 式 为[3 ]
面之间的接触特性 。同时 ,利用基于多体动力学分 析软件和控制系统分析软件的接口技术对整车控制 策略进行联合仿真分析 ,验证所分析转矩控制策略 的可行性[1 ] 。
1 车辆结构与策略需求
电传动履带车辆结构如图 1 所示 ,主要由发动 机 、发电机 、整流器 、蓄电池组 、电动机控制器 、电动 机等组成 。电传动履带车辆的虚拟样机包括多体动 力学模型 、路面模型和控制系统及控制策略模型 3 部分 。发动机带动发电机发电 ,与动力电池组并 联后 ,向两侧电动机供电 ,产生所需牵引 (制动) 力 , 车辆的直线和转向行驶均通过改变两侧电动机转矩
因此 ,此种映射关系直接把驾驶员意图解释为
左右电动机的驱动转矩驱动车辆行驶 。其具体分析
归纳为
T1 T2
=λTmax ( n1) =ξλTmax ( n2)
(λ∈[0 ,1] ,ξ∈[0 ,1])
T1 T2
=λTmax ( n1) =ξλTmax ( n2)
(λ∈[0 ,1] ,ξ∈[
-
1 ,0])
转向过程
T1 T2
=ξλTmax ( n1) =λTmax ( n2)
(λ∈[
-
1 ,0] ,ξ∈[
-
1 ,1])
T1 T2
=ξλTmax ( n1) =λTmax ( n2)
收稿日期 : 2008 - 07 - 01 修回日期 : 2008 - 10 - 06 3 国家部委预研项目 (40402070104) 作者简介 : 李波 ,博士生 ,主要从事电动车辆技术研究 , E2mail : mzsp66 @163. com
2
பைடு நூலகம்
农 业 机 械 学 报 2 0 0 9 年
中图分类号 : TJ 81
文献标识码 : A
Torque Control Strategies Based on RecurDyn and Simulink f or Electric Drive Tracked Vehicle
Li Bo Zhang Chengning Li J unqiu
( School of Mechanical and V ehicular Engi neeri ng , Beiji ng Instit ute of Technology , Beiji ng 100081 , Chi na)
或者转速实现[2 ] 。由于车辆的直线行驶稳定性和 转向行驶性能完全依赖于控制策略的优劣 ,因此 ,准 确与实时的控制策略是车辆良好行驶的前提 。
图 1 电传动履带车辆结构框图 Fig. 1 Configuration of t he electric drive tracked vehicle
Abstract
The dynamic model and t he ground model were built by multi2body dynamics software RecurDyn , and t he drive motor cont rol system model was set up by Matlab/ Simulink. The dynamic model and cont rol system model were integrated to st ruct ure an entire vehicle virt ual protot ype model. Analyzing and building t he st rategies of torque adjust ment , analyzing t he driver’s intent , t he cont rol logic was built by Stateflow. Based on t he virt ual protot ype , t he co2simulation approach and t he testing of t he protot ype were applied to verify t he torque cont rol st rategies.
本文应用新一代多体动力学软件 RecurDyn 的 高机动履带车辆专业化工具包 Track/ HM 对整车 运动部件进行动力学建模 ,RecurDyn 采用相对运动 方程理论和完全递归算法 ,非常适合求解大规模及 复杂接触的多体动力学问题 , Track/ HM 为高机动 性履带包 ,可迅速建立履带车辆 ,分析履带链接和地
图 5 调节转矩控制策略方案
Fig. 5 Schematic of motor drive control
为实现对输入信号的解析 ,引入控制量λ、ξ, 规 定 - 1 ≤λ≤1 , - 1 ≤ξ≤1 , 假定两侧电动机具有相
同的最大转矩输出特性 Tmax ( n) 。对电动机的转矩 输出为