基于ADAMS与EASY5的某履带车辆制动系统的联合仿真

针对某履带车辆的制动系统,介绍了连用多体动力学仿真软件ADAMS和多学科动态系统仿真软件EASY5实现联合仿真的一般方法.先在三维建模软件Pro/E中建立履带车辆制动器的三难模型,然后导入到ADAMS中建立履带车辆制动器的虚拟样机模型,同时在EASY5中建立履带车辆制动系统的液压模型,并设计软件接口实现两种模型之间的动态数据交换.仿真结果表明,虚拟样机模型与液压系统模型之间实现了无缝链接,验证了该建模方法的有效性和实用性,并为实现机电液联合仿真提供了基础.     

履带车辆液压混合动力传动系统驱动工况仿真分析

为了对履带车辆制动能量进行回收利用,该文介绍了针对某型履带车辆建立的液压混合动力传动系统及其工作原理;分别在AMESim和Matlab/Simulink下建立了液压混合动力传动系统和控制系统模型;利用基于踏板行程逻辑门限值的模糊控制策略,对履带车辆的不同驱动工况进行了联合仿真分析;结果表明,液压混合动力传动系统实现了履带车辆驱动过程的稳定性和对回收能量的有效利用.     

国家自然科学基金委员会机械工程学科2012/2013年度结题项目简介 基于随机动态规划的混合动力履带车辆双侧驱动与能量管理协调控制及优化

正项目负责人:邹渊(E-mail:zouyuan@bit.edu.cn)依托单位:北京理工大学项目批准号:509050151.项目简介以双电机独立驱动的混合动力履带车辆为研究对象和应用背景,从优化控制理论角度对履带车辆混合动力动态特点及系统控制设计开展研究。重点研究履带车辆混合动力驱动系统电耦合瞬态模型、最优化控制设计方法以及混合驱动系统参数与控制协同优化设计。研究表明,最优控制理论能够有效指导混合动力驱动系统控制优化设计。其中确定性动态规划获得理论     

履带车辆液压储能式制动能量再生系统效率计算与分析

为了对履带车辆制动能量进行回收利用,根据某型履带车辆传动系统特点,建立了履带车辆液压储能式制动能量再生系统,分析了系统的工作原理,介绍了系统的工作模式。基于踏板行程逻辑门限值的模糊控制策略,分别建立了履带车辆制动工况和驱动工况控制策略,构建了两种工况下的控制系统Simulink模块。对履带车辆辅助制动和辅助驱动工况进行了仿真分析,得出车速、系统压力和燃油消耗率等参数的变化规律。设计并建立了系统模型实验台,对制动能量回收和再利用过程进行了原理性实验,计算了液压储能式制动能量再生系统总效率。通过比较仿真和实验结果,分析了影响系统总效率的因素,得出系统的实际可行性等结论。     

液压储能式制动能量再生系统的效率计算

为了对履带车辆制动能量进行回收和再利用,根据某型履带车辆传动系统特点,建立了履带车辆液压储能式制动能量再生系统,分析了系统的工作原理,介绍了系统的工作模式。基于踏板行程逻辑门限值的模糊控制策略,分别建立了履带车辆制动工况和驱动工况控制策略,构建了两种工况下的控制系统Simulink模块。对履带车辆辅助制动和辅助驱动工况进行了仿真分析,得出车速、系统压力和燃油消耗率等参数的变化规律。设计并建立了系统模型实验台,对制动能量回收和再利用过程进行了原理性实验,计算了液压储能式制动能量再生系统总效率。通过比较仿真和实验结果,分析了影响系统总效率的因素,得出系统的实际可行性等结论。     

履带车辆感应电动机驱动系统匹配理论

为了把以某15 t级装甲履带车辆的机械传动系统改装成双电动机独立驱动电传动系统,体现电传动履带车辆的优点,依据该型车辆的整车设计参数和动力性能指标参数,对驱动系统中感应电动机、侧传动性能参数进行合理匹配计算。运用现代设计理论与方法——协同仿真与虚拟样机技术,借助控制系统分析软件Matlab/Simulink和多体动力学分析软件RecurDyn/ Track-HM,对整车行走系统及电动机驱动系统进行了建模与协同仿真,并提出转矩控制策略。对加速性能、最高车速、最大爬坡度和原地转向等四种不同极限工况下驱动性能的仿真结果均得到国内首台电传动履带车辆原理样车实车路况试验结果验证,从而说明匹配是合理可行的,协同仿真模型及控制策略是正确的。对提高国内电传动履带车辆的研究水平具有重要的现实意义。     

基于Simulink的履带车辆动力传动系统仿真

机动性是履带车辆的主要的战术技术性能之一,履带车辆动力传动系统的性能对车辆的机动性起着决定性的作用。文中利用MATLAB/Simulink的面向对象的模块化建模特性,建立了履带车辆的典型动力传动系统可视化模块库,库中包括了动力传动系统各装置及整车的模块化模型。利用该模型库,可以快速搭建履带车辆的整车动力学模型,并实现履带车辆机动性的仿真分析。     

高机动履带车辆悬挂系统RecurDyn建模与实验验证

以某型高机动履带车辆为研究对象,用Recur Dyn软件Track-HM模块对车体和悬挂系统进行多体动力学建模,建立了高机动履带车辆的虚拟样机模型和相应的路面模型,并对该模型悬挂系统进行实验验证。将仿真与实验对比,结果基本一致,验证了模型可靠性,为后续高机动履带车辆仿真及参数设计提供一定参考。     

一种新型软地面步行概念车的气垫靴建模与仿真

软地面恶劣复杂环境下车辆的通过性一直是非路面车辆动力学及其控制领域的研究热点及难点。课题组在前期对半履带气垫车研究的基础上,提出一种以六个气垫靴作为行走机构的新型软地面概念车。该车通过驱动机构实现其纵向运动,而足的垂向运动则通过充放气实现,因此该车运动学建模的首要任务是单靴模型的建立。本文首先简单介绍了这种新型车辆的结构和工作原理,然后建立了考虑橡胶弹性形变的理论模型,并与有限元仿真结果相比较对该模型进行了验证和修正,最后为了验证其有效性,以某种典型的充气工况为例,利用该模型进行了瞬态动力学仿真。该研究结果可为将来的整车建模和控制算法设计提供有益的参考。     

混合驱动五杆机构动态静力分析的向量键合图法

为提高混合驱动连杆机构动态静力分析的效率及可靠性,提出了相应的向量键合图法。基于平面移动铰的运动约束条件,建立了更加简明的平面移动铰向量键合图模型。根据混合驱动五杆机构构件间的邻接关系,将平面运动刚体、旋转角及移动铰的向量键合图模型组合起来,建立了混合驱动五杆机构向量键合图模型。针对微分因果关系及非线性结型结构给该类机构自动建模与动力学分析所带来的代数困难,提出了有效的增广方法。在此基础上,推导出更加简明实用的系统驱动力矩及运动副约束反力的统一方程,实现了混合驱动五杆机构系统计算机辅助动态静力分析。通过实际算例说明了所述方法的可靠性及有效性。     

基于图论的无人机传动系统构型设计

传动系统作为无人机的核心系统,一定程度上决定了无人机的性能。针对传统传动系统设计效率低下的问题,本文提出基于图论的传动系统构型设计方法。首先,介绍传动系统图论表示、网络流、最小费用网络流等图论相关理论;其次,提出一种针对无人机传动系统的功率流建模方法,建立数字化模型,通过计算机自动化传动比分配,进行功率流分析,得到最优的传动系统构型方案;最后,以单发动机双旋翼传动系统为例,利用本文提出的最小费用网络流分析方法对传动系统进行构型分析,从而检验所提出方法的合理性和采用约束条件的正确性,为后续无人机传动系统的计算机自动化设计建立基础。     

履带行动系统动力学建模方法及性能仿真

提出了履带行动系统的动力学建模方法,分析了履带板与机构内各部件之间的接触碰撞力模型;对于履带板与软质地面之间的作用力模型,开发了履带板地面作用力子程序,分析得到以三维矢量力表达的履带地面作用力,实现了在软质地面下的履带行动系统的性能仿真.该工作提高了履带行动系统样机设计及性能分析的准确性和效率.     

电传动履带车辆转向补偿控制策略研究

为解决双侧电传动履带车辆转向灵敏度不高、可控性不好的问题,对履带车辆转向控制策略及其验证方法进行了研究。建立了面向实时控制的履带车辆动力学和电驱动系统Simulink模型。在原有转向控制方法的基础上,将踏板行程、方向盘行程和行程变化率作为输入变量,提出了一种基于模糊的转向补偿控制策略。利用d SPACE硬件搭建了驾驶员-测试控制器在环的履带车辆转向系统实验平台,对所提出策略进行了硬件在环测试。研究结果表明,与直接转矩控制相比,基于模糊的转向补偿控制策略能够显著提高系统的响应能力,将系统的转向及回正响应时间分别缩短了0.873 s和0.550 s,且控制策略结构简单、实时高效,为电传动履带车辆的转向系统灵敏性与可控性研究提供了参考。     

履带车辆主动悬挂多点布置优化

为实现履带车辆主动悬挂减振性能和能耗达到综合最优,基于正交试验方法开展履带车辆主动悬挂多点布置优化设计。首先,建立了履带车辆悬挂系统动力学模型,并通过道路模拟试验验证了该模型的合理性;其次,开展了履带车辆悬挂系统正交试验,分析了4种典型路面下各子悬挂对悬挂系统减振性能影响的敏感性;最后,设计了主动悬挂作动器的6个布置方案,通过建立基于线性二次最优（linear quadratic regulator,简称LQR）控制的履带车辆主动悬挂动力学模型,分析了典型路面下各布置方案对悬挂系统减振性能的影响规律及能耗变化规律。结果表明,通过对履带车辆主动悬挂作动器的布置优化,可以实现悬挂减振性能和能耗之间的平衡。     

可控5R平面并联机构构型重构设计与实验研究

以可控平面5R并联机构为研究对象,结合其工程应用背景,建立了运动学模型,提出了构型变换与运动特性分析一体化全信息参数建模方法。基于自下而上的构型设计方法,建立杆副、运动支链、主构型模型及配置模型。通过变驱动布局、变参数配置方式变换出新构型,达到构型快速重构设计、简化运动学求解的目的。对驱动布局构型变换前后的输出运动轨迹跟踪对比分析,表明扩大了工作空间。设计实验装置,验证了轨迹跟踪法求解工作空间的有效性。     

履带车辆转向性能参数分析与试验研究

履带车辆转向性能试验研究是分析履带车辆转向特性,验证履带车辆转向理论的重要技术手段。针对当前缺乏准确、高效的履带车辆转向性能试验方法与测试手段的研究现状,根据履带车辆转向运动学、动力学参数之间的相互关系,系统全面分析各转向性能参数的测试及获取方法。在此基础上,提出采用基于GPS原理的转向性能测试系统测量转向轨迹的方法获得履带车辆的实际转向半径,并结合NI测试系统、存储式转速、转矩仪等装置,实现了多个转向半径下,履带车辆转向运动学、动力学参数的不间断测试,显著提高了转向性能参数的测试效率及精度。对试验仪器设备使用、试验数据处理过程进行详细论述,重点解决了多套试验装置所采集数据的截断与同步的关键问题。进行试验结果的分析及与理论模型计算结果的对比研究。为开展履带车辆的转向性能试验测试及转向理论模型验证提供了重要的技术方法。     

模块化混合动力分时驱动战术车辆参数匹配与仿真

针对军用战术车辆后备功率较大,动力盈余的问题,提出模块化混合动力分时驱动系统。对混合动力主要总成部件发动机、电机和蓄电池参数进行了匹配分析,并通过算例进行了匹配计算。以ADVI-SOR2002为基础通过二次开发建立了模块化混合动力分时驱动战术车辆模型,对不同驱动系统进行了仿真研究。仿真结果表明模块化混合动力分时驱动战术车辆的整车性能优于原型车。     

履带车辆传动机构实现转向再生功率传递的构型特征研究

对于电驱动履带车辆传动机构,基于双独立式方案的中间功率耦合行星传动机构可以实现转向再生功率的高效传递。针对由两个行星排组成的功率耦合机构,研究了能实现转向再生功率传递的构型特征。为了进行一般性的研究,提出一种新的行星传动的图论模型,这种模型使得构件的属性能用其特征参数表达。对于具有两个运动自由度的功率耦合机构,其拓扑结构只有一种类型。根据输入和输出的构件的选择,可以分为两个子类。针对这两类构型进行理论分析,得出了实现转向再生功率传递的参数特征。根据参数特征,可以得到实际构型。仿真结果与理论分析吻合。分析方法可以进一步用来分析由多个行星排组成的功率耦合机构,为履带车辆传动机构的构型设计提供理论依据。     

基于虚拟前轮反馈控制算法的履带车轨迹跟踪方案研究

为了提高煤矿开采环境中履带车辆轨迹跟踪控制的精度,以及减小轨迹跟踪算法的运算负荷,文中以两侧电机驱动履带车为研究对象,提出了一种基于虚拟前轮反馈控制算法的履带车轨迹跟踪方案。采用虚拟前轮反馈控制器为履带车提供参考跟踪轨迹,将前轮转向车与履带车运动轨迹结合,引入执行机构限制条件,建立了虚拟前轮车与履带车拟合的数学模型。针对虚拟前轮反馈控制所得离散参考跟踪轨迹序列点的特点,提出了一种圆弧曲线拟合方法,通过拟合离散参考跟踪轨迹点对履带车的运动控制量求解,将多变量控制问题转化为单变量控制,减小了履带车辆轨迹跟踪算法的运算负荷,实现了前轮反馈控制在履带车辆上的应用。在MATLAB软件中进行仿真试验和实车试验,并与纯跟踪算法比较,试验证明,该方案可以有效地实现履带车的高精度轨迹跟踪。     

车辆传动系统虚拟样机集成设计平台研究

针对车辆传动系统的特点,提出并建立了以参数化模型库为支撑的车辆传动系统虚拟样机集成设计平台,实现了结构参数化设计,以及多刚体运动学和动力学分析.通过开发相应的模型库管理系统,解决了各类异构模型管理机制和管理功能实现机制的关键技术,保证了建模和仿真分析各环节的数据共享以及模型一致性和集成性.按各模块之间传递的能量类型.建立了输入输出接口模型,可快速建立系统级的虚拟样机模型,并对其进行各类工况下的稳态和动态性能预测.最后,通过对某履带车辆传动系统虚拟样机建模和仿真分析,验证了该平台的有效性和可靠性.