CarSim介绍

AuTekAutomobileTechnology(Jilin)CO.,LTD.CarSim介绍CarSim介绍AuTekAutomobileTechnology(Jilin)CO.,LTD.OUTLINECarSim总体介绍CarSim软件结构图形用户界面车辆数学模型仿真器OUTLINEAuTekAutomobileTechnology(Jilin)CO.,LTD.CarSim的高级仿真功能CarSim模型的扩展CarSim实时仿真系统CarSim驾驶模拟器为什么选择CarSimOUTLINEOUTLINEAuTekAutomobileTechnology(Jilin)CO.,LTD.MechanicalSimulation建于1996年是从UMTRI（密西根大学交通运输研究所)脱离出来的专门研究汽车动力学软件的专业公司CarSim背景AuTekAutomobileTechnology(Jilin)CO.,LTD.CarSimCarSim介绍专门针对车辆动力学的仿真软件车辆对驾驶员输入、路面输入及空气动力学输入的响应车辆动力学：操纵稳定性、动力性、经济性、制动性、平顺性在Windows环境下运行实时的硬件在环测试AuTekAutomobileTechnology(Jilin)CO.,LTD.CarSim软件的特点使用方便运算迅速仿真精确有良好的扩展性价格较低行业标准软件CarSim软件的特点AuTekAutomobileTechnology(Jilin)CO.,LTD.车辆数学模型求解器图形用户界面仿真器计算结果的绘图软件CarSim的主要结构图形用户界面用于定义车辆的特性参数及仿真工况数学模型用来仿真求解用仿真器进行三维动画回放专门的仿真曲线绘图软件CarSim的结构AuTekAutomobileTechnology(Jilin)CO.,LTD.仿真图形用户界面由150多个图形界面组成每个图形界面都对应着相应的数据文件可以像浏览网页一样查看各界面用下拉菜单选择相应的数据库在屏幕上指定各模型参数所有界面都有在线帮助可以利用已有的数据，并在其基础上做相应的改变仿真图形用户界面AuTekAutomobileTechnology(Jilin)CO.,LTD.CarSim的数学模型CarSim的数学模型惯量测试悬架测试轮胎测试建模、算法及仿真测试与分析参数测量建立在UMTRI三十多年的研究基础之上AuTekAutomobileTechnology(Jilin)CO.,LTD.LateralG01020-0.500.5面向系统的建模CarSimRoadTest01020-20-1001020Yawrate—deg/sCarSim的车辆模型模型的复杂程度适合于底盘控制系统的开发及整车的虚拟仿真模型运算稳定在PC机上能达到实时的运算速度所有的模型参数都可以通过测试的手段获取AuTekAutomobileTechnology(Jilin)CO.,LTD.后车轮旋转侧偏角簧上质量的六个自由度非簧载质量自由度前非簧载质量自由度车辆模型的简化刚体簧载质量1非簧载质量4车轮4发动机1总数10自由度簧载质量的移动自由度(X,Y,Z)3簧载质量的转动自由度(X,Y,Z)3非簧载质量自由度4车轮旋转自由度4传动系旋转自由度1轮胎瞬态特性自由度8制动压力自由度4总数27CarSim的车辆模型（续）AuTekAutomobileTechnology(Jilin)CO.,LTD.悬架的建模不同的悬架采用不同的数学模型独立悬架非独立悬架非线性、非对称的三维悬架运动由轮胎力和力矩引起的悬架变形由变形系数来表征弹簧的迟滞现象由额外的状态变量来处理选择悬架的类型悬架的建模AuTekAutomobileTechnology(Jilin)CO.,LTD.轮胎内部的轮胎模型采用试验数据插值的办法确定轮胎的纵向力及侧向力内部的轮胎模型采用近似的办法处理不同的路面摩擦系数内部的轮胎模型采用Pacejka“复合滑移”理论可以使用MagicFormula模型可以使用外部的轮胎模型（郭孔辉教授的统一轮胎模型已成功与CarSim连接）轮胎建模AuTekAutomobileTechnology(Jilin)CO.,LTD.转向系统的建模InOutInOut转向器传动比转向盘输入+变形+变形车轮转角转向系统的建模AuTekAutomobileTechnology(Jilin)CO.,LTD.转向力矩Parkingtorque(steeringtorquesensitivetothevehiclespeed)转向力矩AuTekAutomobileTechnology(Jilin)CO.,LTD.比例阀ABS控制制动轮缸压力车轮载荷轮胎滑移率制动踏板输入制动力矩车速PT制动系统的建模制动系统的建模AuTekAutomobileTechnology(Jilin)CO.,LTD.TeTtcinαeIeTtcinωeωeωtcoTtcoutNtransTtcout×NtransItransωgTg油门输入发动机液力变矩器变速器动力传动系的建模发动机变速器动力传动系的建模AuTekAutomobileTechnology(Jilin)CO.,LTD.变速器差速器TgRMyRRMyLRFxRR×(hwc+@zRR)+MybkRFxLR×(hwc+@zLR)+MybkRωwhRRωwhLRωgR差速器TgFMyRFMyLFFxRF×(hwc+@zRF)+MybkFFxRF×(hwc+@zRF)+MybkFωwhRFωwhLFωgF分动器Tg前后传动轴变速器车轮动力传动系的建模AuTekAutomobileTechnology(Jilin)CO.,LTD.MacAdam’s驾驶员模型CarSim驾驶员模型DrivermodelXaxisDrivermodelYaxisPredictedpath(constantsteer)TargetpathMasscenterOrigin(frontaxle)abInertialYInertialXXv,Yv(inertialcoordinates)AuTekAutomobileTechnology(Jilin)CO.,LTD.驾驶员控制选项预瞄时间(常量或与速度有关)后轮转向最大转向盘转角及角速度BrakecontrolparametersDriversensorsCarSim驾驶员模型预瞄时间最大转向盘转角及角速度设置考虑后轮转向的驾驶员模型驾驶员模型传感器郭孔辉教授的POSANN驾驶员模型正在与CarSim进行连接AuTekAutomobileTechnology(Jilin)CO.,LTD.简单的特性参数具有实际的物理意义在屏幕上显示具体的参数位置尺寸，质量，比率等可以测量即使不是专家也很容易理解这些参数的具体意义模型参数模型参数AuTekAutomobileTechnology(Jilin)CO.,LTD.CarSim提供很多样车（Sedan，SUV，RaceCar）模型参数可以由试验测得或者由设计软件（如SuspensionSim）仿真得到由简单易测的参数在CarSim中组装样车•尺寸参数（轮距，轴距等）•质量•弹簧的刚度特性•传动系参数（发动机功率，变速器速比等）确定复杂的模型参数•转动惯量信息•悬架的特性参数模型参数的获取模型参数（续）AuTekAutomobileTechnology(Jilin)CO.,LTD.CarSim的求解方法x(time)t1t1+ttimeslope=x(t1)Truefunctionx(t)x(t1)x(t1+t)x(t1)+t•x(t1).••复杂的方程很难求出解析解，数值算法能得到近似解多体软件如ADAMS的模型方程为微分－代数方程，通常采用变步长的积分算法CarSim中的方程为微分方程采用二阶龙格－库塔求解方法CarSim中的定步长算法，速度较快，适合于实时仿真求解方法AuTekAutomobileTechnology(Jilin)CO.,LTD.三维路面模型用简单的数表来描述水平，垂直或高度差表格是独立的数据可以从CAD，制表软件等得到.样条插值与线性插值相结合仿真器自动创建仿真图像路面可以是非环形路面或环形路面三维路面模型AuTekAutomobileTechnology(Jilin)CO.,LTD.CarSim的仿真器CarSim的仿真器AuTekAutomobileTechnology(Jilin)CO.,LTD.仿真过程中自动建立仿真动画直观的用户界面OpenGL良好的扩展性可以表现物体的详细特征，如亮度，阴影，雾…自动的表面平滑处理标准的图形文件STLOBJCarSim的仿真器AuTekAutomobileTechnology(Jilin)CO.,LTD.物体的运动XZY“观察点”“摄像机”的位置方位角俯仰角从仿真的BIN文件中获取运动变量参考系是动坐标系CarSim自动控制车辆及路面的动画信息用户可以自己定义参考系，也可以定义自己感兴趣的实体（如仪表板）物体的运动AuTekAutomobileTechnology(Jilin)CO.,LTD.仿真文件仿真文件AuTekAutomobileTechnology(Jilin)CO.,LTD.CarSim的高级仿真功能CarSim的高级仿真功能AuTekAutomobileTechnology(Jilin)CO.,LTD.EventProgrammingEvent1:Straightrununtil80km/hvehiclespeedEvent2:Releasethrottlepedal.Steadycurveuntil60km/hEvent3:Applybrake事件编程Event4:BlowntireAuTekAutomobileTechnology(Jilin)CO.,LTD.BatchrunAutomaticallycombinedifferentinputs3differentroadfrictionBasesetting:forexampleDLCExample:3differentroadfriction,differentsimulationsarerunwithoneclick.批运行AuTekAutomobileTechnology(Jilin)CO.,LTD.CarSim模型的扩展CarSim模型的扩展AuTekAutomobileTechnology(Jilin)CO.,LTD.通过Simulink进行模型的扩展Simulink(MATLAB工具箱)是应用较为广泛的仿真工具CarSim模型的扩展AuTekAutomobileTechnology(Jilin)CO.,LTD.Simulink接口在CarSim环境下使用Simulink在Simulink环境下使用CarSimSimulink接口AuTekAutomobileTechnology(Jilin)CO.,LTD.变量从Simulink导入到CarSim中160多个可导入变量控制输入轮胎/路面输入轮胎的力和力矩弹簧及阻尼力转向系统的角度传动系的力矩制动力矩及制动压力风的输入任意的力和力矩可以在Simulink中定义变量变量可以在其它软件中定义并导入到Simulink中导入的变量叠加到CarSim内部相应的变量中导入变量AuTekAutomobileTechnology(Jilin)CO.,LTD.输出变量可以应用于用户自定义的Simulink模型560多个输出变量位置和姿态运动变量速度和加速度力元状态（弹簧、阻尼等）刚体的力和力矩控制变量路面及空气动力学的参数变量从CarSim导出到Simulink中导出变量AuTekAutomobil