AVL cruise理论基础

AVLcruise理论基础本文档由整理发布。1Vehicle整车参数1.1汽车瞬时质量的确定汽车的质量是与汽车装载状态有关的。不同装载情况下，汽车的质量是不同的，可表示为：)(,,loadVVactvZmm(1-1)其中，空载时min,,)0(0VVloadVmmZ半载时2)1(1,min,,zulVVVloadVmmmZ满载时zulVVloadVmmZ,,)2(2如果不是上面这三种状态，则可以按式（1-2）计算汽车的瞬时质量：zulVVactvmmm,,)0((1-2)式中，mV,act：整车的瞬时实际质量，kg；ZV,load：汽车的载荷状态；mV,min：是汽车的整备质量，kg；mV,zul：是汽车的满载质量，kg。1.2车轮的数量的确定汽车各个位置的车轮的数量（NW,f,r，NW,f,l,NW,r,r,和NW,r,l）是在考虑了车轮的定位（Lw,i）情况后由车轮的总数量来确定的。1.3汽车质心位置的确定由于在进行车轮动载荷分配的计算时需要用到汽车质心位置，所以需要先确定是在下面哪种情况下进行实验的。（1）在路上行驶在这种情况下，质心高度和与前轴的距离是与三种负载状态有关的，其计算方法如下：)(,,,,loadVcogVactcogVZhh(1-3))(,,,,loadVcogVactcogVZll(1-4)式中，hV,cog,act：汽车质心的实际高度，mm；lV,cog,act：汽车质心距前轴的距离，mm；hV,cog(ZV,load)：依据载荷状态的质心高度，mm；lV,cog(ZV,load)：依据载荷状态的质心距离前轴的距离，mm。（2）在底盘测功机上当在底盘测功机上进行实验时，质心的垂直距离和支撑点的高度是两项很重要的参数。cdVactcogVhh,,,(1-5)式中，hV,cd：在底盘测功机上支撑点的高度，mm。1.4汽车挂钩上所受的力的确定汽车挂钩上所受的力是由拖车的质量和拖车所受的阻力引起的。)cos()]sin([,,UvirtAUVvirtAAFgamF(1-6)式中，FA：汽车挂钩上所受的力，N；mA,virt：拖车的质量，kg；av：加速度，m/s2；FA,virtαU实际坡度，rad。1.5车轮动载荷的确定A）前轴动载荷由平衡条件可知对后轮和路面的接触点处取矩的和为0，即：0,axrM(1-7)依据式（1-8）可计算出前轴的载荷，为：)sin(cos1,,,,,,,,,,uVfrVactcogVUfrVactcogVactVaxfxWgalhgllmF(1-8)式中，Fw,x,f,ax：前轴的负载，N；lV,fr：轴距，mm。前轴的载荷是均匀分布在前轴所有车轮上的，所以右前轮的载荷为：rfWaxfxWrfxWNFF,,,,,,,,2(1-9)左前轮的载荷为：lfWaxfxWlfxWNFF,,,,,,,,2(1-10)B）后轴动载荷同前轴一样，对前轮和路面的接触点处取矩的和也应为0，即：0,axfM(1-11)所以后轴的动载荷应为：)sin(cos,,,,,,,,,,UVfrVactcogVfrVUactcogVactVaxrxwgalhlglmF(1-12)右后轮的载荷为：rrWaxrxWrrxWNFF,,,,,,,,(1-13)左后轮的载荷为：lrWaxrxWlrxWNFF,,,,,,,,(1-14)式中，Fw,x,r,ax：后轴的负载，N。1.6阻力的确定A）从物理模块得汽车所受阻力是由空气阻力，滚动阻力，加速阻力和坡度阻力几部分组成的。其中，滚动阻力是对所有车轮逐个进行计算得到的。空气阻力airUVrelVUvvv,,,(1-15)2,,,,5.0relVUairUvwairVvAcF(1-16)式中，vv：车速，m/s；vU,air：空气的流动速度，m/s；vU，V，rel：汽车与空气的相对速度，m/s；cw：空气阻力系数；ρU，air：空气的密度，一般取1.2258N·s2·m-4；Av：车的迎风面积，m2；FV,air：空气阻力，N。坡道阻力dnUupUU,,(1-17)UactvinclVgmFsin,,(1-18)式中，αU,up：αU,dn：αU：实际坡度，rad；FV,incl：坡道阻力，N。通过相对推力kV,add,trac和kV,add,push来确定额外的牵引力或者推力。它们与汽车的质量有关，其大小可以通过适用于特殊计算任务（如，最大牵引力）的方程解算器来确定。总的行驶阻力为：gmkkFFFactVpushaddvtracaddvinclVairVresV,,,,,,,,)((1-19)式中，Fv,res：总的行驶阻力，N。B）从参考汽车的阻力函数得首先需输入cA，cB和cC三个参数。通过这些参数和式（1-20）可以得出行驶阻力函数，为：2,,VCrefrefWWVBrefactArefactresVvcAcAcvcmmcmmF(1-20)式中，mref：参考汽车的质量，kg。C）从参考汽车的阻力表得行驶阻力曲线是由力与车速关系得到的。从这个表中可以得出阻力函数中的常数部分和比例部分。由参考汽车的质量得：)()(VVvFvBAvF(1-21))0(0VVvFAv(1-22))0(VvFB(1-23)式中，A：阻力函数系数（常数部分），N；B：阻力函数系数（线性变化部分），Nh/km。这些部分都与车的实际质量有关，可以分别进行处理。用式（1-24）计算出阻力函数的高阶的部分，为：VVVvBAvFvF)()((1-24)现在，可以计算出每个时间步长内的实际阻力（FV,res,ges）。)()(,VVrefactresVvFvBAmmF(1-25)gmkkFFFactVpushaddvtracaddvinclVresVgesresV,,,,,,,,,)((1-26)D）从无参考汽车的阻力函数得输入的cA，cB和cC三个参数。通过这些参数和式（1-27）可以得出行驶阻力函数，为：2,VCVBAresVvcvccF(1-27)E）从无参考汽车的阻力表得行驶阻力的曲线是由力与车速关系得到的。从这个表中可以得出阻力函数的常数部分和比例部分。)()(VVvFvBAvF(1-28))0(0VVvFAv(1-29))0(VvFB(1-30)这些部分都与车的实际质量有关，可以分别进行处理。用式（1-31）计算出阻力函数的高阶部分，为：VVVvBAvFvF)()((1-31)现在，可以计算出每个时间步长的实际阻力。)()(,VVresVvFvBAF(1-32)gmkkFFFactVpushaddvtracaddvinclVresVgesresV,,,,,,,,,)((1-33)1.7将滑行特性函数转换成阻力函数或阻力表在引出滑行特征函数且替换了t变量后，滑行特征函数v=f(t)就被转换成了α=f(v)。再用汽车质量乘以这个特征函数，它就服从阻力特性函数F=f(v)。这个特征函数是非常接近用最小二乘法得到的抛物线2vCvBAF的（式中C为阻力函数系数中的三次方部分，Nh2/km2）。1.8侧向力的计算为了对车辆转弯工况进行计算需要设定以下这些限制条件：（1）稳定的转弯状态；（2）对小角度进行线性化；（3）用线性逼近的方法处理侧向力；（4）质心不变；（5）假设轴上车轮装配在轴的中间；（6）侧向力和径向力互不影响。下面是转弯状态下各项参数进行计算。1）侧向力的总和,,,swindsSlateralFFFF(1-34)式中，FS,ρ：由侧向加速度引起的侧向力，N；Fs,wind：由侧向风引起的侧向力，N；Fs,β：由侧滑引起的侧向力，N；Flateral：总的侧向力，N。由下面的式子可以计算出式（1-34）中的各项。由侧向加速度产生的前(后）轴向力VehiclerearfrontVehiclelateralrearfrontNNvmFVehicle)(2,),((1-35)式中，Nfront（rear）：前轴（后轴）的车轮数量；Nvehicle：总的车轮数量；Mvehicle：整车的质量，kg；Vvehicle：车速，m/s。如果有需要，可由式（1-36）来计算侧向风引起的侧向力：)sin(22,slipcompasssWindswindsAvcF(1-36)式中，cs：侧向风力系数；As：汽车侧面面积，m2；vwind：风速，m/s；αcompass：车的初始角度（是可变的），其初始值可以在风速下选择，rad；βslip：汽车侧滑的角度，rad。侧滑引起的侧向力)sin(22,slipSvehiclessAvcF(1-37)对于侧向风力所作用的轴上力的分解，侧向风的作用点是一项非常重要的参数。可以从汽车的前面来测量它。sMZlateralccld(1-38)式中，cMZ：偏转力矩系数；dlateral：是指从汽车前面到侧向风作用点的距离，m。侧向风在前轴产生侧向力)(,,,,sWindswheelbasefrontaxlefrontlateralfrontSFFbldF(1-39)式中，lfront，frontaxle车前端到前轴的距离，m；bwheelbase轴距，m。侧向风在后轴上产生侧向力)(,,,,sWindswheelbasefrontaxlefrontlateralwheelbasefrontSFFbldbF(1-40)2）在曲率的影响下，各个向下的力的变化情况由平衡条件知，对右轮（左轮）和地面的接触的点取矩，所有力矩的和为零，即：0),(,axrfM(1-41)右前轮（左前轮）向下的力为：frontSfGClrfDlrfDFthFF,)(,,)(,,)((1-42)式中，hGCtf右后轮（左后轮）向下的力为：rearSrGClrrDlrrDFthFF,)(,,)(,,)((1-43)式中，tr3）在径向力的作用下前轮（后轮）侧滑的角度cFcFrfradialrfSrf)(,)(,)(1(1-44)4）艾克曼角wheelbasemannacbker(1-45)5）转向角rffradialmannaccF,ker1(1-46)6）偏离角rGCwheelbaselb(1-47)2clutch离合器参数2.1摩擦系数的确定首先，需要确定静摩擦系数和动摩擦系数，其值跟离合器的锁止状态也有关。静摩擦系数4.0,stC滑动摩擦系数8.0,,stCslC(2-1)2.2离合器的平均有效半径的确定平均有效半径是一个假想的半径，它是指摩擦力所起作用的半径。CstCCCmCFNMr,max,,(2-2)式中，MC,max：传递的最大扭矩，Nm；NC：摩擦表面的对数；FC：离合器的压紧力，N；rC，m：离合器的平均有效半径，m。2.3实际摩擦系数的确定输入和输出的相对速度：outCinCrelC,,,(2-3)式中，inC,：驱动力一侧的角速度，rad/s；outC,：功率输出一侧的角速度，rad/s；relC,：输入和输出的相对速度，rad/s。在代码中，典型条件下的摩擦力的斜率是固定的。0.01CC式中，CC：摩擦力的斜率。实际摩擦系数可以由式（2-4）得到：slCstCCrelcCslCstCslCactCe,,,)(,,,,(2-4)式中，μC,act：实际摩擦系数。2.4实际夹紧力（FC,act）的值的确定实际夹紧力F