基于ADAMS和Matlab的四轮转向汽车控制系统联合仿真研究.pdf

随着计算机技术在汽车工程领域的快速发展，计算机辅助工程(CAE)已成为汽车设计和性能分析中不可或缺的一部分。其中，ADAMS（Automatic Dynamic Analysis of Mechanical Systems）是一款广泛应用于机械系统动力学仿真分析的软件，而MATLAB则因其强大的数值计算和控制系统设计能力被工程技术人员广泛使用。本文主要围绕如何使用ADAMS和MATLAB进行四轮转向汽车控制系统的联合仿真研究进行讨论。 四轮转向（4WS）技术是指后轮与前轮一样也参与转向，能够根据不同的行驶工况独立控制其转向角度，这样可以在高速行驶时提高车辆的操纵稳定性，在低速行驶时提高操纵轻便性。四轮转向技术的关键在于如何设计一个能够根据当前驾驶条件动态调整前后轮转向角度的控制系统。 在此研究中，首先在ADAMS/CAR中建立了四轮转向汽车整车模型。ADAMS/CAR是一款针对车辆动力学分析的模块，它能够提供精确的多体系统动力学仿真功能。研究者利用ADAMS/CAR中提供的模板，通过增加转向齿条和齿条壳体两个部件，并定义相应的约束副，构建了后悬架模型。然后，调用系统模板库中的前悬架、转向系、轮胎、传动系、制动系、底盘和车身模板，生成了完整的整车模型，并添加了方向盘转角输出变量、横摆角速度和车速变量等，最终得到了一个包含所有车辆动力学特征的4WS整车模型。 接着，研究者在MATLAB/Simulink中设计了基于比例控制和模糊控制策略的四轮转向汽车控制系统。比例控制策略是通过比例系数调节前后轮转角的关系，使得汽车在低速时具有更好的操纵灵活性，在高速时具有更好的操纵稳定性。模糊控制则是一种基于模糊逻辑的控制方法，通过模糊控制器处理系统中无法精确描述的不确定性信息，以适应复杂的车辆动力学行为。 此外，为了将MATLAB/Simulink设计的控制系统与ADAMS整车动力学模型联合，研究者使用了ADAMS与MATLAB之间的数据接口，实现了控制系统的实时数据交换和仿真运行。通过联合仿真，研究者能够在MATLAB/Simulink中实时监控和调整控制策略，同时在ADAMS中观察整车的动态响应。 研究者通过完成汽车双移线和角阶跃输入测试，得到了四轮转向汽车的仿真结果。将仿真结果与普通前轮转向汽车和理想值进行对比分析后，发现四轮转向汽车在典型工况下能够明显减小转向时的横摆角速度与质心侧偏角，从而提高了汽车的操纵稳定性与安全性。 这项研究说明了通过ADAMS和MATLAB联合仿真可以有效地评估和优化四轮转向汽车控制系统的性能。通过精确的多体动力学模型和先进的控制策略设计，可以为现代汽车提供更安全、更稳定的行驶性能。此外，这项研究也表明了进行汽车控制系统联合仿真研究的重要性，它不仅能够提升汽车的性能，还能在实际投入生产之前发现潜在的设计问题，从而降低研发成本和时间。