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PreScan快速入门到精通第二十三讲2D车辆动力学模型
下图为执行器对象配置对话框标签,支持动态分配:
对于PreScan中所有执行器来说,存在四种选择,它们是:
无-完全没有纳入动力学因素;
2D简单动力学模型-使用PreScan附带的简单动力学模型。PreScan为库中的每个汽车模型提供了简单的动力学模型。简单 "指的是能够仿真汽车的纵向、横向和横摆运动的模型。这些模型通常也被称为自行车模型。可以改变或设置的典型参数在 "简单动力学模型 "这一段有说明。摩托车动力学有一个特殊的模型。
三维简单模型-该模型能够仿真汽车的纵向、横向、纵向、俯仰和横摆运动。它包括悬挂模型。关于支持哪些车辆,请参见每个执行器的动态概述,后续章节中将讲述。
离散模式仅适用于2D和3D简单动力学。该模型包含Simulink离散时间块而非连续时间块。该模型可以用Simulink离散时间或连续时间求解器运行。
与连续时间模型相比,离散时间模型需要更高的仿真最低频率,分别为2D的100Hz和3D简单动力学的300Hz。由于计算方式的不同,离散时间模型和连续时间模型可能会表现出不同的行为,尤其是在稳定边缘进行仿真时。
用户指定的模型-用户指定的基于Simulink的车辆动力学模型。当用户有自己的Simulink模型时,可以使用 "用户指定模型 "选项。原则上,CarSim模型可以纳入PreScan。如果想加入CarSim模型,请持续关注《PreScan从入门到精通系列》。对于veDYNA模型,需要勾选veDYNA模型的方框。如果想纳入 veDYNA 模型,请持续关注《PreScan从入门到精通系列》。用户也可也使用SIMULINK自建模型,或者SIMULINK中动力学工具箱中的车辆模型。
与用户指定模型相关的初始化或参数文件不复制到实验目录中。文件可以手动添加到实验中,文件所在的目录可以添加到MATLAB路径中。
一些限制适用于简单的动力学模型:
1. 仿真时间步长必须根据系统中的动态情况进行调整。需要小的仿真时间步长的例子有:
A. 轮胎刚度大(仅适用于三维模型)
B. 方向盘角度变化快
2. 摩托车动力学模型是一个稳态模型。摩托车仅由转向角转向,而不是由任何重心位移转向。
23.1 二维简单动力学模型PreScan提供了一个简单的动力学模型,使用户可以轻松地仿真车辆动力学行为。由于PreScan与MATLAB/Simulink有很强的接口,用户也可也能够使用自己的模型。
简单动力学模型由以下组件组成,如下图所示:
引擎
变速箱最终传动比
底盘(车辆动力学)
换挡逻辑
自动和手动换挡之间的切换
请看以下章节:
车辆动力学模型;
可以在GUI中设置的参数;
模型在编译表中的表现;
发动机类型-在油门为零%,自动档为驾驶/倒车模式的情况下,汽车也会缓慢向前/向后移动。这是由于发动机以最低转速行驶(每辆车的转速不同),即怠速行驶;
模型迁移-请看汇编表迁移。
23.1.1 车辆动力学模型
车辆动力学部分是基于平面模型,也叫自行车模式,它的扩展是侧倾动力学。它带有一个线性轮胎模型。简单动力学模型对用户完全开放。简单动力学模型的参数可以在GUI中设置。自行车模式的示意图如下图所示:
侧倾模型
计算出的侧倾运动是车辆实际侧倾运动的近似值。侧倾运动是根据下图所示的高点质量确定的。为防止车辆侧翻,最大滚转角度限制为±25[deg]。
侧倾角可以用以下公式计算:
假设侧倾轴在地面,并假设角度较小(因此tan(ψ)=ψ   )
在C的公式中,系数3可以看作是扭杆刚度的附加系数。
23.1.2 参数
简单动力学模型是完全向用户开放的。在 "对象配置 "对话框中选择 "简单"(动态),将打开 "简单动态 "对话框
注1:这些参数只能在GUI中设置,不能在MATLAB / Simulink中设置。
注2:下图中灰色的数值无法适应,因为它们已经被车辆视觉模型定义。
动态
在第一个标签 "动力学"中,可以修改车辆参数。
组                参数                  描述                                                                                 单位
杂项 P brake max最大制动压力[bar]
Cw空气阻力系数[-]
Inertias M车辆总质量[kg]
Jzz / Jyy / Jxx车身围绕z/y/x轴的惯性力矩。[kg m2]
轮胎刚度K tyres,  front/ rear前/后轮胎的转弯刚度(左、右合并)。[N/rad]
停职C susp.  front / rear前/后悬架的系统刚度,两边合体[N/m]
D susp.  front / rear前/后悬架的系统阻尼率,两侧合流。[Ns/m]
BB尺寸Track Width车辆的轨道宽度(用于简单的动力学)[m]
Ground clearance道路到车辆的自由空间距离[m]
BB Width车辆的边界宽度(用于空气传感器)。[m]
BB Length车辆的边界框长度(用于空气传感器)[m]
BB Heigth车辆的边界框长度(用于空气传感器)[m]
Offset车辆后部偏移[m]
CoG位置h CoG重心高度[m]
b重心到后轴的距离。[m]
a重心到前轴的距离[m]
保险杠Bumper f/r前/后保险杠相对于地面的位置(用于默认的传感器定位)。[m]
车轮参数Rw轮胎半径[m]
l车辆的轮基[m]
传动系统
在第二个选项卡 "Driveline "中,可以编辑换挡策略。当更改升档和降档的换档点时,相应的图形将被更新。对于变速器,可以修改档位数和相应的齿轮比。
参数                                         描述                                                                           单位
R final drive最终传动比[-]
Upshift time [# delays]与上移延迟相对应的模拟时间步长的整数倍。[-]
Downshift time [# delays]与降档延迟相对应的模拟时间步长的整数倍。[-]
Transmission ratio所有(可能的7个)齿轮的传动比表[-]
Upshift升档到下一个档位的转速,与节气门百分比有关。[rpm]
Downshift降档到前一个档位的转速,与节气门百分比有关。[rpm]
发动机
在 "发动机 "选项卡中,可以修改发动机扭矩图。至少要设置0%和100%的油门线。
参数                          描述                                                                                   单位
发动机扭矩Map发动机扭矩是发动机转速和油门百分比的函数。[Nm]
转向
在最后一个选项卡 "转向"中,可以修改一些转向特性。
参数                          描述                                                                                     单位
转向比例方向盘转数(度)与车轮转数(度)之比。[-]
最大转向角最大方向盘角度[deg]
Simulink参数
模型中的其他参数(自动设置,但用户可直接在Simulink模型中更改)
模型参数                                  描述                                                             单位
p.relax_on打开/关闭轮胎的松弛效应(滑移角和外倾角)。0 = off1 = on  (default)
p.sigma_front / p.sigma_rear前/后轮胎的松弛长度[m]
p.fr0, p.fr1, p.fr4, p.v0两个轮胎的路面阻力计算:Fresistance  = Fz*(fr0 + fr1*v/v0 + fr4*(v/v0)4),Fz为车重,单位为[N]。[N],[N],[N],[m/s]
p.Rair空气阻力系数。p.Rair = 0.5 *  p.rho_air * p.A*p.Cw。[Ns2/m2]
p.rho_air空气密度[kg/m3]
p.A空气阻力的参考面积[m2]
p.Kfactor, p.speedratio叶轮扭矩查询表[-], [-]
p.Torkratio变矩器扭矩比[-]
p.Iei发动机和叶轮的惯性[kg m2]
p.rot_ini, p.rot_upp, p.rot_low发动机转速积分器设置(初始值、上限、下限)[rpm]
23.1.3 Simulink表示法
在编译表中,简单动力学模型如下。
输入参数
参数                                    描述                                                                            单位
驾驭方向盘角度(车辆转向比为20时)[deg]
节气门开度最大节气门的百分比[%]
制动器压力制动压力[bar]
v0初速[m/s]
自动/手动在自动和手动换档之间切换。[0] = 自动换档(默认)。[1] = 手动换档[-]
自动挡自动换档的档位。[-1] = 倒车[0]=空挡[1]=驱动[-]
手动挡手动换档的档位。[-1]=倒车[0]=中性[1...最大档位]=档位数[-]
输出参数
参数                                         描述                                                                            单位
状态车辆状态[-]
vx当前速度[m/s]
23.1.4 发动机类型
对于不同的车辆,以下列发动机类型作为参考。
车辆类型                                            发动机类型
Audi A83.0
BMW X53.0i
BMW Z32.8i
Citroen C31.1i
Fiat Bravo1.4
Ford Fiesta1.25
Honda Pan European1.3
Mazda RX81.3
Nissan Cabstar2.5  (diesel)
Toyota Previa2.4  VVT-i
Toyota Yaris1.0 16v  VVT-i
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