CarSim介绍

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
பைடு நூலகம்
总数
27
CarSim的车辆模型（续）
AuTek Automobile Technology (Jilin) CO., LTD.
仿真文件
仿真文件
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CarSim的 高级仿真功能
CarSim的高级仿真功能
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Event Programming
Event 1: Straight run until 80km/h vehicle speed
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
CarSim
介绍
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CarSim软件的特点
使用方便 运算迅速 仿真精确
最大转向盘转角及 角速度
Driver sensors
Brake control parameters
CarSim 驾驶员模型
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模型参数
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
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
CarSim的车辆模型
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非簧载质量自由度 后
簧上质量的六 个自由度
非簧载质量自由度
车轮旋转
侧偏角 前
车辆模型的简化
刚体
CarSim 驾驶员模型
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后轮转向
预瞄时间 (常量或与速度有关)
驾驶员控制选项
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
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
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CarSim的仿真器
CarSim的仿真器
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carsim是为工程师设计的软件使用方便所有的选项设置都在友好的图形界面上完成所有的模型参数都可以由试验测得不需要特别高深的车辆动力学理论数据文件可以导入导出方便了工程师之间的技术交流运算速度快适合于实时仿真carsim能精确地仿真车辆的动力性燃油经济型制动性平顺性操纵稳定性工程师的软件autekautomobiletechnologyjilinco
Z
“观察点”
“摄像机”的位置
俯仰角
方位角 Y X
物体的运动
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
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测试与分析
参数测量
惯量测试
悬架测试
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Lateral G
0.5
Yaw rate—deg/s
20
10
0
0
-10
-0.5 0
10
20 -20 0
面向系统的建模
10
Road Test 20
CarSim
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
可以利用已有的数据，并 在其基础上做相应的改变
用下拉菜单选择相应的数 据库
仿真图形用户界面
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CarSim的 数学模型
CarSim的数学模型
建立在UMTRI三十多年的研究基础之上
建模、算法 及仿真
轮胎测试
变速器
发动机 变速器
动力传动系的建模
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FxRF×(hwc+@zRF)+MybkF
变速器
FxRR×(hwc+@zRR)+MybkR
ω whRF
MyRF
前
差速器
Tg
ω whRR
TgF
TgR
MyRR
分动器
差速器 后
MyLF ω whLF
Event 2: Release throttle pedal. Steady curve until 60km/h
Event 3: Apply brake
Event 4: Blown tire
事件编程
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Batch run
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Magic Formula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
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CarSim 介绍
CarSim 介绍
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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
Automatically combine different inputs
Example: 3 different road friction , different simulations are run with one click.
3 different road friction
Base setting: for example DLC
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
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模型参数的获取
CarSim提供很多样车（Sedan，SUV，Race Car） 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
Parking torque (steering torque sensitive to the vehicle speed)
转向力矩
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制动系统的建模
车轮载荷
轮胎滑移率
制动踏板输入 比例阀
ABS 控制
制动轮缸 压力
批运行
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CarSim模型 的扩展
CarSim模型的扩展
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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
制动力矩
T P
车速
制动系统的建模
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动力传动系的建模
油门输入 Ie
Ttcin
Te α e Ttcin ω e ωe
Ttcout ω tco
Ttcout×Ntrans Itrans
Ntrans
ω g Tg
发动机
液力变矩器
有良好的扩展性 价格较低 行业标准软件
CarSim软件的特点
图形用户界面
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车辆数学模型求解器
仿真器
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
选择悬架的类型
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
悬架的建模
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ω gF
FxRF×(hwc+@zRF)+MybkF
传动轴
变速器
ω gR
MyLR ω whLR
FxLR×(hwc+@zLR)+MybkR
车轮
动力传动系的建模
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Driver model Y axis
Inertial Y
CarSim模型的扩展
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 OBJ
CarSim的仿真器
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专门的仿真曲线绘图软件
计算结果的绘图软件
CarSim的结构
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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
在屏幕上指定各模型参数 所有界面都有在线帮助
x(t1) + t•x• (.t1)
x(t1+ t) x(t1)
slope = •x(1t )
True function
x(t)
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
M ass center
b
a
Inertial X
Origin (front axle)
Target p ath
Predicted p ath (constant steer)
Xv, Yv (inertial coordinates)
Driver model X axis
MacAdam’s 驾驶员模型
• 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（续）
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CarSim的求解方法
x(time)
Mechanical Simulation
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
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CarSim
专门针对车辆动力学的仿真软 件
t1 time
t1+ t
CarSim中的定步长算法，速 度较快，适合于实时仿真
求解方法
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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
OUTLINE
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OUTLINE
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CarSim
OUTLINE
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连接）
轮胎建模
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转向系统的建模
车轮转角
Out In
Out In
+变形
转向器传动比
转向盘输入
转向系统的建模
+变形
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转向力矩