6自由度液壓和電動(dòng)有什么區(qū)別

【專家解說】：電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（ElectronicPowerSteeringSystem,EPS）是汽車電子化發(fā)展的成果之一,在各國(guó)汽車制造業(yè)中得到了普遍重視。EPS屬于一種動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng),比傳統(tǒng)動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)具有更高的可控性,能較好地解決汽車轉(zhuǎn)向“輕”和“靈”的矛盾,因此有廣泛的應(yīng)用前景[1]。對(duì)其進(jìn)行性能仿真研究、建模及施加控制是兩大關(guān)鍵問題[2]?；贏DAMS軟件的虛擬樣機(jī)技術(shù),可把汽車視為一個(gè)由多個(gè)相互連接的、彼此能夠相對(duì)運(yùn)動(dòng)的多體系統(tǒng),其運(yùn)動(dòng)學(xué)及動(dòng)力學(xué)仿真與以往通常用幾個(gè)自由度的質(zhì)量—阻尼剛體（振動(dòng)）數(shù)學(xué)模型相比,計(jì)算描述能夠更加真實(shí)地反映整車結(jié)構(gòu)和整車性能,也比其他方法更為直接方便[3]。 由于EPS控制運(yùn)算法則的復(fù)雜性和整車模型的自由度過多這兩個(gè)原因,造成僅僅使用一種軟件進(jìn)行基于整車的EPS系統(tǒng)性能分析是比較困難的。本文以某多功能商務(wù)車為對(duì)象,采用ADAMS/Car建立整車系統(tǒng)多體動(dòng)力學(xué)模型,在Matlab中建立EPS控制系統(tǒng),應(yīng)用MATLAB與ADAMS軟件相聯(lián)合,將電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)與整車模型相結(jié)合,采ADAMS/Controls提供的接口使機(jī)械子系統(tǒng)和控制子系統(tǒng)之間形成一個(gè)閉合控制回路,進(jìn)行機(jī)電一體化的復(fù)雜實(shí)時(shí)仿真。利用兩種軟件各自的優(yōu)點(diǎn),解決了整車模型自由度過多和EPS控制系統(tǒng)運(yùn)算法則過于復(fù)雜,兩者共處的問題,應(yīng)用于實(shí)際,可以大大減少車輛控制系統(tǒng)的開發(fā)周期和成本。 一、整車多體模型 合適的車輛動(dòng)力學(xué)模型是進(jìn)行聯(lián)合仿真的前提,建立的多體模型應(yīng)能反映實(shí)車結(jié)構(gòu),為此在ADAMS/Car中建立車輛整體動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)模型,需遵循以下原則: （1）在建立動(dòng)力學(xué)模型時(shí)盡量減少對(duì)重要部分的簡(jiǎn)化,在不影響系統(tǒng)精確程度的前提下對(duì)次要部分進(jìn)行簡(jiǎn)化,盡量減少自由度數(shù),提高求解效率。 （2）除了輪胎、阻尼元件、彈性元件、橡膠元件以外,其余零件認(rèn)為是剛體,在仿真分析過程中不考慮它們的變形;簧載質(zhì)量看作一個(gè)具有六個(gè)自由度的剛體。 （3）對(duì)于剛體之間的連接柔性作適當(dāng)?shù)暮?jiǎn)化,用線性彈性橡膠襯套（bushing）來模擬實(shí)際工況下的動(dòng)力學(xué)特性;各運(yùn)動(dòng)副內(nèi)的摩擦力忽略不計(jì)。 （4）由于發(fā)動(dòng)機(jī)模塊及制動(dòng)系模塊僅用于控制車速,本文采用了ADAMS/Car數(shù)據(jù)庫中內(nèi)置的發(fā)動(dòng)機(jī)及制動(dòng)系模塊;同時(shí)動(dòng)力傳遞系統(tǒng)進(jìn)行相應(yīng)簡(jiǎn)化,只考慮半軸以后的動(dòng)力傳遞,即驅(qū)動(dòng)力矩直接加在驅(qū)動(dòng)半軸上。 使用ADAMS/Car創(chuàng)建的某商務(wù)車整車多體動(dòng)力學(xué)模型如圖1所示,由懸架、車身、轉(zhuǎn)向、穩(wěn)定桿、制動(dòng)、傳動(dòng)、輪胎、動(dòng)力總成等8個(gè)子系統(tǒng)組成。 （1）轉(zhuǎn)向系主要包括方向盤、轉(zhuǎn)向軸、轉(zhuǎn)向管柱、轉(zhuǎn)向傳動(dòng)軸、橫拉桿、齒輪齒條轉(zhuǎn)向器等。在ADAMS中按照相應(yīng)的連接關(guān)系,加上相應(yīng)的約束副即可構(gòu)建完成。建立轉(zhuǎn)向系模型時(shí),應(yīng)將轉(zhuǎn)向柱斷開為兩部分,加一旋轉(zhuǎn)副,保證它們之間可繞其軸向相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng),并在斷開處再加一扭簧（torsion）,輸入扭簧的剛度即可達(dá)到扭桿彈簧的效果,以便準(zhǔn)確地測(cè)量出仿真過程中轉(zhuǎn)向盤施加的轉(zhuǎn)矩;在轉(zhuǎn)向齒條上加一力元素,表示助力的大小,助力函數(shù)初始值設(shè)置為0,利用VARVAL函數(shù)實(shí)時(shí)讀入MATLAB環(huán)境中EPS控制系統(tǒng)的計(jì)算值。 （2）車身系統(tǒng):為簡(jiǎn)化建模,將車輛乘員同車身集成為一個(gè)模型,采用離散的質(zhì)點(diǎn)代替連續(xù)體。車身模型由五部分組成:空載車輛質(zhì)點(diǎn)、駕駛員質(zhì)點(diǎn)、副駕駛員質(zhì)點(diǎn)、乘員質(zhì)點(diǎn)（4人）。通過定義副駕駛員質(zhì)點(diǎn)和乘員質(zhì)點(diǎn)的質(zhì)量可以分別模擬1～6個(gè)乘員時(shí)的承載工況,通過定義各質(zhì)點(diǎn)質(zhì)心的位置可以模擬不同的質(zhì)量分布。 （3）前橋及前懸架總成:前懸架為麥弗遜獨(dú)立懸架,前橋?yàn)檗D(zhuǎn)向橋,前橋及前懸架總成主要由副車架、控制臂、車輪軸承、減振器、螺旋彈簧、傳動(dòng)軸、限位塊和等轉(zhuǎn)速萬向節(jié)組成。 （4）后橋及后懸架總成:后橋?yàn)榕ちα菏街С謽?采用非獨(dú)立懸架,后橋及后懸架總成主要由后橋V形橫梁、后滑柱總成、螺旋彈簧、雙向作用筒式減振器、后軸縱臂、輪轂軸座和限位塊組成。 （5）輪胎:研究分析的車輛輪胎型號(hào)為215/175R15,輪胎繞中心軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量由三線擺實(shí)驗(yàn)測(cè)得為0.87kg·m2,輪胎模型采用UA模型,該模型所需參數(shù)較少,主要有:側(cè)偏剛度、外傾剛度、垂直剛度、縱向剛度、滾動(dòng)阻力系數(shù)和垂向阻尼系數(shù)等,這種輪胎模型比較適合進(jìn)行理論分析。 二、EPS控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的基本組成包括轉(zhuǎn)矩傳感器、車速傳感器、電子控制單元（ECU）、電動(dòng)機(jī)和減速機(jī)構(gòu)等。它是一種直接依靠電動(dòng)機(jī)提供輔助轉(zhuǎn)矩的助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng),轉(zhuǎn)矩傳感器與轉(zhuǎn)向軸（小齒輪軸）連接在一起。當(dāng)駕駛員轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)向盤時(shí),轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)過一個(gè)角度,與此同時(shí),位于轉(zhuǎn)向盤和電動(dòng)機(jī)之間的轉(zhuǎn)矩傳感器檢測(cè)到轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)矩。轉(zhuǎn)矩傳感器的電信號(hào)與車速傳感器的電信號(hào)共同傳給控制單元ECU,ECU根據(jù)助力特性確定出助力電流的大小和電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向,而后由電動(dòng)機(jī)提供相應(yīng)的轉(zhuǎn)矩,即助力矩。助力矩的方向同輪胎、轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的摩擦產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩方向相反,減輕了駕駛員施加在轉(zhuǎn)向盤上的力矩