汽车模拟驾驶模型与仿真的研究
汽车驾驶模拟器及其关键技术研究现状
区域治理
汽车驾驶模拟器及其关键技术研究现状
胡海涛
商丘市引黄灌区管理处，河南 商丘４７６０００
摘要：随着汽车驾驶培训市场的开放，新大纲的实施，原有的汽车驾驶员培训模式和手段已经不适应新的汽车驾驶培训教学要求。将 驾驶模拟器应用于驾驶操作技能培训。鉴于此，文章重点就汽车驾驶模拟器应用情况及关键技术进行研究分析，以供参考和借鉴。
可用在高端的ＳＧＩ工作站上，也能用在普 通的ＰＣ机上，移植性较好；Ｖｅｇａ将易用 的工具和高级仿真功能结合起来，可简单 迅速地创建、编辑、运行复杂的仿真应用。 开发效率较高；Ｃｒｅａｔｏｒ具有完整的交互式 实时三维建模系统，可用来对城市仿真和 计算可视化等复杂场景的视景数据库进行 产生、编辑和查看。通过ＡＰＩ接口，不同 建模工具的３Ｄ模型可以相互编译连接。
层次划分、内存管理技术等来达到实时性 要求。随着计算机硬件的发展，显卡技术 和计算能力得到很大提高，立体视觉在驾 驶模拟器上的应用会逐渐增多。
２汽车动力学模型 ２．１发动机模型 发动机的外特性曲线是研究发动机动 力性的主要依据，为了描述发动机的输出 特性，最常用的方法是根据发动机的实验 数据，采用多项式拟合发动机的稳态转矩 与转速之间的关系曲线。 ２－２传动系和离合器模型 汽车的传动系负责将发动机的扭矩传 递到驱动轮胎，中间要经过离合器、变速 器、传动轴及主减速器。在模型中。一般 将传动轴、驱动轴简化为刚性物体，只是 刚性传递扭矩。离合器是传动系统的一个 关键环节，主要起结合和切断动力的作用。 离合器的扭矩传递特性是指离合器通过摩 擦扭矩与离合器踏板行程之间的关系及对 发动机转速的影响。离合器工作过程分为 完全结合、完全分离和滑摩三种状态。根 据离合器动态结合的特点。可得出离合器 不同阶段的传递函数。 ２．３制动系模型 制动系模型用于确立从踏下制动踏板 到所能产生的制动器制动力之问的数学关 系。汽车动力学仿真中的制动系模型，一 般通过试验数据，拟合出制动器制动力与 制动器踏板位移之间的关系。 三、结束语 综上所述。汽车驾驶模拟器作为交通 安全系统的重要组成部分。能够提高驾驶 员的安全意识，降低事故发生率。正日益 受到国内外交通安全领域的广泛关注。 参考文献： １１ｌ崔文锋智能汽车综合纵向控制的 统一驾驶员模型研究【Ｄ】．吉林大学，２０１７．
基于Unity3D的驾驶仿真系统研究与实现
基于Unity3D的驾驶仿真系统研究与实现基于Unity3D的驾驶仿真系统研究与实现摘要：随着计算机技术的飞速发展，虚拟仿真技术正渗透到多个领域中。
在汽车驾驶培训中，虚拟驾驶仿真系统成为一种有效的教学工具。
本文基于Unity3D游戏引擎，研究并实现了一套优秀的驾驶仿真系统。
关键词：驾驶仿真；Unity3D；虚拟现实；游戏引擎1. 引言驾驶是一项危险而复杂的技能，且需要长时间的训练和多次的实践才能掌握。
然而，传统的学车方式仅通过在实际交通中操作汽车的方式进行，存在训练成本高、安全风险大的问题。
为了提高驾驶学习的效率和安全性，驾驶仿真技术应运而生。
2. 驾驶仿真系统的设计与实现2.1 虚拟现实技术和游戏引擎虚拟现实技术具有良好的沉浸感和交互性，能够为用户提供逼真的驾驶感受。
Unity3D是目前应用最广泛的游戏引擎之一，支持多平台开发和强大的图形渲染能力，是理想的开发工具。
2.2 系统结构设计本系统采用客户端-服务器架构。
客户端通过监视器、方向盘等设备模拟真实驾驶环境，向服务器发送用户操作数据。
服务器接收并处理用户操作数据，并将场景数据以图像和声音的形式传回给客户端，实现交互效果。
2.3 车辆模型与控制通过Unity3D的物理引擎，实现了逼真的车辆模型与控制。
首先根据真实车辆的参数建立虚拟车辆模型，包括质量、惯性矩阵、车轮数据等。
然后通过数学建模和物理计算，实现车辆的运动物理学和操控响应。
2.4 道路与场景建模本系统实现了多种类型的道路与场景建模。
通过Unity3D的场景编辑器，可以快速创建出不同风格和难度的道路和环境。
同时，为了增加真实感，系统还考虑了天气变化、光照效果和音效等。
2.5 用户界面与交互设计用户界面设计符合人机工程学的原则，简洁直观。
通过方向盘、油门、刹车等实体硬件设备，使用户可以身临其境地感受驾驶操作。
同时，系统还提供了交通标志、指示牌等辅助功能，帮助用户熟悉交通规则。
3. 系统实验与结果分析通过对真实驾驶场景的仿真，本系统的性能和可行性得到了验证。
《2024年电动汽车建模与仿真的研究》范文
《电动汽车建模与仿真的研究》篇一一、引言随着全球对环境保护和能源可持续性的日益关注，电动汽车（EV）已成为现代交通领域的重要发展方向。
电动汽车建模与仿真研究对于推动电动汽车技术的进步、优化设计、提高性能以及降低生产成本具有重要意义。
本文旨在探讨电动汽车建模与仿真的相关研究，分析其技术方法、应用领域及未来发展趋势。
二、电动汽车建模1. 模型概述电动汽车建模主要涉及对电动汽车的各个组成部分进行数学描述，包括电池管理系统、电机驱动系统、充电系统等。
这些模型需要能够反映电动汽车在实际运行中的动态特性和性能。
2. 建模方法（1）理论建模：根据电动汽车的物理原理和电气特性，建立数学模型。
该方法能够准确描述电动汽车的动态特性，但需要较高的专业知识和计算能力。
（2）数据驱动建模：利用实际运行数据，通过机器学习、神经网络等方法建立模型。
该方法能够快速适应电动汽车的复杂运行环境，但需要大量的数据支持。
3. 模型应用电动汽车模型可应用于性能分析、优化设计、故障诊断等方面。
通过对模型的仿真分析，可以了解电动汽车的能耗、排放等性能指标，为优化设计提供依据。
此外，模型还可以用于故障诊断，通过对实际运行数据的分析，发现潜在的故障隐患。
三、电动汽车仿真1. 仿真技术概述电动汽车仿真技术是一种基于计算机技术的模拟技术，通过建立虚拟的电动汽车运行环境，对电动汽车的各项性能进行测试和分析。
仿真技术能够快速、准确地评估电动汽车的性能，为优化设计和生产提供有力支持。
2. 仿真方法（1）物理仿真：通过建立物理模型，模拟电动汽车在实际运行中的动态特性。
该方法能够准确反映电动汽车的物理特性，但需要较高的建模成本和计算资源。
（2）软件仿真：利用计算机软件对电动汽车进行仿真分析。
该方法具有成本低、效率高、可重复性好等优点，已成为电动汽车仿真研究的主要方法。
3. 仿真应用电动汽车仿真可应用于性能评估、优化设计、驾驶辅助等方面。
通过对仿真结果的分析，可以了解电动汽车的能耗、排放等性能指标，为优化设计提供依据。
模拟驾驶系统中动力学模型的研究与仿真
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维普资讯
第 ２ ２卷 第 ２ 期 ２０ ０８年 ３月
山 东 理 工 大 学 学 报 （ 然 科 学 版） 自
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车训练 的部 分科 目， 利于驾 驶培训 正规 化 、 学 有 科
化 和 规范 化 ， 少 交通 事 故 的发 生率 ， 有 节 能 、 减 具
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汽车模 拟驾驶 系统 可取 代驾驶 培训 中学 员实
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汽车车辆动力学的建模与仿真
汽车车辆动力学的建模与仿真汽车车辆动力学是指研究汽车在行驶过程中受到的各种力的作用及其对车辆运动的影响的学科。
在现代汽车工业中，为了更好地设计汽车、提高汽车性能和安全性，建模与仿真技术成为了不可或缺的工具。
本文将重点讨论汽车车辆动力学的建模与仿真，以及其在汽车工程领域的应用。
汽车车辆动力学建模是指通过数学、物理等方法描述汽车在运动中受到的各种力和力矩的作用，将汽车系统简化为一系列数学模型。
这些模型可以用来研究汽车在不同路况、驾驶方式下的运动特性，如加速度、速度、转向和悬挂系统的响应等。
建模通常包括车辆动力学、车辆悬挂、车辆转向、车辆稳定性等方面的内容。
通过建模，工程师可以更好地了解汽车在不同情况下的运动规律，为汽车设计和优化提供依据。
在建模的基础上，仿真技术则是将建立的数学模型转化为计算机模型，并进行仿真计算。
通过仿真，工程师可以模拟汽车在不同条件下的运动状态，如加速、制动、转向等，评估汽车性能、安全性和稳定性。
仿真技术还可以用来研究汽车系统的优化设计，提高汽车的性能和安全性。
通过不断调整模型参数和条件，工程师可以找到最佳的解决方案，为汽车设计和制造提供参考。
汽车车辆动力学的建模与仿真在汽车工程领域有着广泛的应用。
首先，它可以帮助工程师更好地了解汽车在不同工况下的运动特性，评估汽车的性能和安全性。
其次，建模与仿真可以帮助设计师优化汽车结构和系统，提高汽车的动力性、操控性和燃油效率。
最后，建模与仿真还可以用来研究汽车的碰撞安全、行驶稳定性、轮胎抓地力等关键问题，为汽车的主动安全和 passagive安全提供支持。
总的来说，汽车车辆动力学的建模与仿真是汽车工程领域的重要技术手段，可以帮助工程师更好地理解汽车的运动规律，优化汽车的设计和性能。
随着计算机技术的不断发展，建模与仿真技术将在未来得到更广泛的应用，为汽车工程师提供更强大的工具来设计、研发和测试新型汽车。
整车NVH仿真模拟技术研究
整车NVH仿真模拟技术研究一、概述整车NVH仿真模拟技术是现代汽车工业中的重要技术之一，主要应用于汽车产品及零部件的设计和开发过程中对NVH噪声、振动与传动性能进行预测与评估，以达到提高汽车产品品质、降低开发成本和提升市场竞争力的目的。
本文将从整车NVH仿真模拟技术原理、应用、发展现状及趋势等方面进行介绍和分析。
二、整车NVH仿真模拟技术原理整车NVH仿真模拟技术主要是运用有限元、边界元、传递矩阵等多种方法，对汽车车身、发动机、底盘及其它空气和机械噪声源进行建模和仿真计算，并结合试验验证和优化，对整车NVH性能进行分析和评估。
1.有限元方法（FEA）有限元方法是将一个复杂的大系统分解成若干个较小的、简单的子系统，并且进行离散化，计算每个子系统的特性参数。
然后，通过组合论把每个子系统重新组成一个大系统，并分析其总体特性，从而解决全局问题的一种数值计算方法。
在整车NVH仿真模拟中，有限元方法主要用于车身和底盘的NVH分析和评估。
2.边界元方法（BEA）边界元方法通常将待求解的问题的边界与周围环境联系起来，将问题转化为一些与边界相关的算法。
实际上深入发掘了边界的信息，用边界而非内部的信息表示问题，从而使计算得到简化。
在整车NVH仿真模拟中，主要应用于板件和空气噪声的分析和评估。
3.传递矩阵方法（TMM）传递矩阵方法是以系统的输入、输出特性和传递函数为基础，分析系统内外噪声发生、传输和反射的技术方法。
它能有针对性地对汽车的空气、机械、液体等噪声进行分析和评估，可以了解噪声对车辆各个部位的影响和损伤，为NVH优化提供科学依据。
三、整车NVH仿真模拟技术应用整车NVH仿真模拟技术在汽车行业中应用广泛，主要集中在以下方面：1.车身和底盘NVH分析评估车身和底盘是汽车的基本构成部分，而其NVH性能是影响乘坐舒适性的最重要因素之一。
通过整车NVH仿真模拟技术，汽车设计师可以更加直观地了解不同材质、结构、加工工艺等因素对NVH性能的影响，从而对设计方案进行优化，提高整车NVH性能。
汽车驾驶模拟器的研究方法及步骤
汽车驾驶模拟器的研究方法及步骤一、虚拟现实建模方法1、几何建模2、运动建模（1）物体位置物体位置包括物体的移动、旋转和缩放。
在视景仿真中，不仅需要一个全局性的绝对坐标，每个三维对象都需要建立一个相对坐标。
对每个对象都给予一个坐标系统，称之为对象坐标系统，这个坐标系统原点的位置随物体的移动而改变。
在虚拟驾驶系统中就是通过控制一个汽车局部坐标系的运动和变化来模拟汽车的运动过程。
（2）碰撞检测在视景仿真系统中，经常需要检查对象A是否与对象B碰撞。
碰撞检测需要计算两个物体的相对位置。
许多视景仿真系统在实时计算中都是采用OBB包围盒检测法，运用这种方法可以节省时间，但降低了精确性。
3、物理建模虚拟对象物理建模包括定义对象的质量、重量、惯性、表面纹理、光滑或粗糙、硬度、形状改变模式（橡皮带或塑料）等，这些特性与几何建模和行为规则结合起来，形成了更真实的虚拟物理模型。
4、行为建模在虚拟驾驶系统中，行为建模主要包括两个方面，一方面是对驾驶员所操纵的汽车的行为进行约束，建立汽车操纵模型，使其符合汽车自身的运动和驾驶人员的操作步骤；另一方面是对场景中非受控物体的行为进行建模，使其的运动符合自然规律，比如场景中自动运行的汽车、路旁的行人等。
5、模型分割二、虚拟驾驶系统各模块功能分析和开发方案确定1、汽车虚拟驾驶系统的构成汽车虚拟驾驶系统主要由虚拟驾驶操作输入系统、汽车动力学模型、运动仿真模型、实时操纵模型、场景管理管理平台、视景和声音渲染输出以及汽车数据模型库、场景模型库和声音模型库等组成。
其中汽车动力学模型、运动仿真模型、实时操纵模型和虚拟驾驶场景管理平台是汽车虚拟驾驶系统的核心子系统。
系统的工作过程如下：在系统初始化时，根据用户的需求从汽车数据模型库中将用于仿真的车辆数据模型调入到动力学模型中，同时选择运行的三维场景，通过模型解析模块把它从场景数据库中调入场景管理平台；在仿真过程中，驾驶人员通过虚拟驾驶操作输入系统进行模拟驾驶操作，人机交互接口将油门、制动、换档和转向等动力学操作信息以及发动机启动、喇叭鸣笛等按钮操作状态送入汽车动力学模型和实时操纵模型中；经过仿真计算后，汽车运动仿真数据被送入运动摄像机模块中控制场景内摄像机的运动，同时汽车的行驶姿态还受到地面因素的影响；然后，场景管理控制模块根据此时摄像机的运动状态，通过视景渲染模块将三维场景在投影屏幕上实时反映出来，模拟视景变化，形成行车体感，并且通过虚拟仪表输出此时的汽车运行参数。
汽车车辆动力学建模与仿真研究
汽车车辆动力学建模与仿真研究汽车车辆动力学是汽车工程的重要学科之一，其研究内容包括车辆运动、悬挂、转向、制动、驱动等方面。
为了更好地理解汽车动力学，进行科学的研究与优化，需要对汽车车辆动力学进行建模与仿真。
一、汽车车辆动力学建模汽车车辆动力学建模是指将汽车运动过程中的各个因素用数学模型表示出来，以便在计算机上进行仿真和分析。
1. 车辆模型车辆模型是汽车车辆动力学建模的基础，主要分为自由度模型和多体模型两种。
自由度模型通常包括垂直运动、横向运动和纵向运动三个自由度，其建模基于牛顿第二定律，包括了车辆的悬挂系统、车轮力、刹车等因素。
多体模型是指以整个车辆为一个多体系统进行建模，除了考虑车辆受力、受扭等因素外，还需要考虑车辆的刚度、弹性等因素。
2. 动力系统模型动力系统模型指的是发动机、变速器、传动系等部分的建模，主要用于模拟车辆行驶过程中的速度、加速度和所需的扭矩等参数。
这些参数可以帮助分析车辆的加速和制动性能，以及制定优化策略。
3. 环境模型环境模型包括路面状态、气象条件等因素，通过对这些因素的建模，可以更好地帮助预测车辆的行驶状态和性能。
例如，模拟不同路面条件下车辆的制动距离、转向响应和行驶稳定性等。
二、汽车车辆动力学仿真汽车车辆动力学仿真是通过计算机程序对汽车运动过程进行模拟，以评估汽车的性能、预测其行为并进行优化设计。
1. 动力学仿真动力学仿真主要用于分析车辆加速、制动和转向等性能。
通过仿真可以模拟不同车速下车辆的加速和制动距离、不同路面条件下车辆的制动力和转向响应等因素，从而得出优化设计的方案。
2. 悬挂系统仿真悬挂系统的仿真主要用于分析车辆在不同路面条件下的行驶稳定性和舒适性。
通过对悬挂系统进行仿真，可以预测不同路面下车辆的摇摆情况、平顺性能以及行驶性能等参数，为改进车辆悬挂系统提供设计方案。
3. 转向仿真转向仿真主要用于分析车辆在快速转向和超车等情况下的转向响应和稳定性。
通过对车辆转向系统的建模和仿真，可以分析车辆的稳定性、刹车距离和抓地力等因素，为设计更有效的转向系统提供方案。
汽车仿真技术研究
汽车仿真技术研究一、引言汽车仿真技术是当今汽车技术领域的重要组成部分。
借助计算机技术，建立汽车的数字模型，对汽车的性能和行驶过程进行模拟与分析，既可以减少汽车设计和试验成本，也可以提高汽车设计质量和安全性。
本文将就汽车仿真技术的研究现状和应用进行介绍。
二、汽车仿真技术概述汽车仿真技术是一种以计算机模拟、分析汽车性能和行驶过程为主要手段的技术。
汽车仿真技术的主要作用是模拟汽车运行状态、各部件的工作状态及相互作用，为汽车设计者提供指导性的数据和情境，以及更全面、精确的性能预测。
其具有以下主要特点：（1）汽车仿真技术可以减少汽车设计和试验成本，缩短汽车开发周期；（2）汽车仿真技术可以实现对各种情况和复杂场景的仿真，了解汽车在极端条件下的性能表现；（3）汽车仿真技术可以设计出更安全、更实用的汽车，提高汽车的性能和品质。
三、汽车仿真技术的研究现状汽车仿真技术的研究范围广泛。
工程师们可以通过汽车仿真技术对汽车的各种性能指标进行预测，进而优化设计，提高汽车的安全性、节能性和环保性。
目前，汽车仿真技术的研究现状主要集中在以下几个方面：（1）汽车动力系统仿真研究。
汽车动力系统对汽车性能至关重要。
通过仿真计算发动机、变速器、传动系统、轮胎等构成的汽车动力系统的性能，可以优化设计和计算整车的系统性能；（2）汽车结构优化仿真研究。
通过仿真分析汽车的结构，对车身材料、车身设计和作动机构进行优化，可以提高车身刚度和抗振能力，减少车身的重量，从而达到节能、安全、环保的目的；（3）汽车底盘仿真研究。
汽车底盘是汽车的支撑系统，仿真计算其稳定性、悬挂系统、刹车系统等性能可以优化整个底盘设计，提高汽车的操控性和行驶稳定性；（4）汽车碰撞仿真研究。
汽车碰撞是安全性的重要指标，通过仿真计算不同车辆在不同速度下的碰撞过程，可以准确地模拟车辆变形情况，并推断乘员受伤程度，进而为汽车设计提供更直观、更真实、更安全的数据支持。
四、汽车仿真技术的应用前景汽车仿真技术在未来的应用前景非常广阔。
基于Cruise的纯电动汽车建模及仿真研究
基于Cruise的纯电动汽车建模及仿真研究Modeling and simulation of pure electric vehicles based on Cruise朱红军1 李智豪21.江苏金彭集团有限公司，江苏 徐州 2110112.安徽工程大学智能汽车线控底盘系统安徽省重点实验室，安徽 芜湖 241000摘要：为了缩短纯电动汽车设计开发周期，采用基于Cruise与MATLAB/SIMULINK联合仿真的方法，依据仿真试验结果对所选电机及所设计控制策略运行状态进行分析。
首先，运用Cruise软件搭建纯电动汽车仿真模型；其次，在MATLAB/SIMULINK中建立纯电动汽车控制策略；最后，通过两者的联合仿真，在多个工况下分析车速跟随情况、电机转速及扭矩、电池荷电状态（state of charge，SOC）值变化情况，进而分析控制策略与所选电机运行状况是否匹配，缩短整车电机选型、控制策略设计及开发的周期。
关键词：纯电动汽车；Cruise；联合仿真；控制策略中图分类号：U469.72 文献标识码：A0 引言随着国内外新能源汽车产业的蓬勃发展，市场对新能源汽车的产品设计提出新要求，因此汽车更新迭代速度极快[1]。
在新能源汽车开发过程中，缩短设计、试制和试验周期，提高产品设计准确性与快速审计对抢占汽车市场先机具有重要意义[2]。
本文基于某款纯电动汽车车型，搭建仿真模型，通过分析计算结果来评估整车所选电机及控制策略是否满足设计需求。
首先，利用Cruise软件完成纯电动汽车建模设计。
其次，利用MATLAB/ SIMULINK软件进行控制策略设计。
基于两个软件的联合仿真功能，建立多工况下的模拟仿真任务。
通过分析仿真试验结果，判断所选电机及控制策略是否合理。
最后，依托试验结果来验证电机选型和控制策略是否需要调整，避免在开发过程中盲目进行电机选型和控制策略设计，从而缩短开发周期[3]。
1 纯电动汽车结构及参数该纯电动汽车动力系统主要由电机、动力电池、单挡变速箱、电耗元件、驱动桥和车轮组成（图1）。
汽车仿真模型分析报告
汽车仿真模型分析报告在进行汽车仿真模型分析报告之前，我们首先需要明确分析的目标和方法，以便能够准确地评估汽车模型的性能和行为。
本报告旨在对汽车仿真模型进行全面的分析和评估。
1. 模型描述和假设在本节中，我们将描述汽车仿真模型的结构和基本假设。
模型的结构描述包括汽车的物理特性、动力系统、操控系统、驱动模型等。
假设部分包括对道路和环境条件的假设，以及对驾驶员行为和决策的假设。
2. 参数估计在本节中，我们将讨论如何估计和确定汽车仿真模型中的参数。
参数估计包括对汽车的质量、惯性矩阵、轮胎和悬挂系统的特性等进行测量和计算。
此外，我们还将讨论参数敏感性分析和不确定性处理技术，以评估参数估计的可靠性。
3. 驾驶行为建模本节将描述对驾驶员行为和决策进行建模的方法。
这包括对驾驶员的感知、预测、路径规划和车辆控制行为进行建模。
我们将介绍常用的驾驶行为模型，如纵向和横向运动模型，并讨论模型的准确性和适用性。
4. 模型验证与验证在本节中，我们将讨论如何验证汽车仿真模型的准确性和可靠性。
验证方法包括与实际测量数据进行比较、与其他模型进行对比和敏感性分析等。
我们还将讨论如何使用验证结果来确定模型的适用范围和局限性。
5. 性能评估与改进本节将评估汽车仿真模型的性能和表现。
性能评估涉及模型的准确性、稳定性、即时性和可扩展性等方面。
我们将讨论如何根据评估结果对模型进行改进和优化，以提高模型的性能和可用性。
6. 结论和展望在本节中，我们将对整个汽车仿真模型分析报告进行总结，并提出未来的研究方向和改进建议。
我们还将讨论目前所遇到的挑战和限制，并展望汽车仿真模型研究的发展方向。
在以上的内容中，我们将对汽车仿真模型进行全面的分析和评估，并提出相应的建议和改进措施。
通过该报告，我们将能够更好地理解和应用汽车仿真模型，提高汽车系统设计和性能评估的效率和准确性。
《2024年电动汽车建模与仿真的研究》范文
《电动汽车建模与仿真的研究》篇一一、引言随着全球对环境保护和能源可持续利用的重视，电动汽车(Electric Vehicle, EV)技术正快速发展并逐渐普及。
为推动电动汽车的研究与应用，其建模与仿真成为了研究的重点领域。
本文将就电动汽车的建模与仿真展开讨论，探究其重要性和研究进展。
二、电动汽车建模的重要性电动汽车建模是指通过数学和物理原理，构建出电动汽车的数学模型。
这个模型可以用于研究电动汽车的各项性能，如动力性、经济性、安全性等。
此外，建模还可以帮助我们更好地理解电动汽车的工作原理，为其设计和优化提供有力支持。
因此，电动汽车建模对于推动电动汽车技术的进步具有至关重要的意义。
三、电动汽车建模的方法目前，电动汽车建模的方法主要有理论分析和仿真分析两种。
理论分析是通过研究电动汽车的工作原理和性能要求，利用物理、化学、电气等理论知识，建立数学模型。
仿真分析则是利用计算机软件，如MATLAB/Simulink等，对电动汽车进行仿真建模。
这两种方法各有优缺点，但都为电动汽车的研究提供了有力的工具。
四、电动汽车仿真技术的应用电动汽车仿真技术不仅可以用于研究电动汽车的性能，还可以用于测试和验证新的技术和设计。
例如，通过仿真技术，我们可以测试新的电池管理系统、电机控制系统等是否能够满足设计要求。
此外，仿真技术还可以用于预测电动汽车在实际使用中的性能表现，为电动汽车的优化提供依据。
五、电动汽车建模与仿真的研究进展近年来，随着计算机技术的快速发展，电动汽车建模与仿真的研究取得了显著的进展。
一方面，仿真软件的性能不断提高，使得我们可以更准确地模拟电动汽车的各项性能。
另一方面，新的建模方法和算法不断涌现，为电动汽车的建模提供了更多的选择。
此外，随着人工智能技术的发展，基于人工智能的电动汽车建模与仿真也成为了新的研究方向。
六、结论综上所述，电动汽车建模与仿真对于推动电动汽车技术的发展具有重要意义。
通过建模与仿真，我们可以更好地理解电动汽车的工作原理和性能特点，为其设计和优化提供有力支持。
车辆carsim仿真及应用实例
车辆carsim仿真及应用实例1. 简介随着汽车工业的发展，车辆仿真成为了评估和设计新车辆的重要工具。
车辆仿真可以模拟不同汽车的运行行为，并通过各种算法和模型来评估汽车的性能和安全性。
Carsim是一种广泛应用的车辆动力学仿真软件，它可以帮助工程师们更好地理解和改进汽车的性能。
2. Carsim软件的应用领域Carsim软件被广泛用于各种汽车相关领域，包括汽车制造商、汽车研发机构、大学科研部门等。
以下是一些Carsim软件的应用领域：2.1 汽车性能评估Carsim可以准确地模拟汽车在不同条件下的行驶性能，包括加速度、制动性能、悬挂系统等。
工程师们可以通过Carsim对不同车型的性能进行比较和评估，从而选择最佳的设计方案。
2.2 车辆稳定性研究车辆稳定性是汽车安全性的重要指标之一。
Carsim可以根据车辆动力学模型，模拟车辆在不同路面和驾驶条件下的稳定性表现。
工程师们可以通过Carsim研究车辆的操控性能，识别潜在的危险情况并改进车辆的稳定性。
2.3 车辆控制系统开发现代汽车配备了许多复杂的车辆控制系统，例如ABS、ESP等。
Carsim可以模拟这些控制系统的工作原理，并提供数据支持给控制系统的开发人员。
工程师们可以通过Carsim验证和改进车辆控制系统的性能，提高车辆的安全性和操控性。
2.4 高级驾驶辅助系统（ADAS）开发ADAS是现代汽车的重要特性之一，它可以帮助驾驶员避免事故，提升行驶舒适性和安全性。
Carsim可以模拟各种ADAS系统的工作原理，并提供实验数据支持给ADAS系统的开发人员。
工程师们可以通过Carsim研究和改进ADAS系统的性能，提高车辆的智能化水平。
3. Carsim仿真流程Carsim仿真流程包括以下几个主要步骤：3.1 建立车辆模型在Carsim中，首先需要建立一个准确的车辆模型。
该模型需要包括车辆的物理属性、动力学参数和悬挂系统等。
通常可以通过测量和实验来获得这些参数，并将其输入到Carsim中。
车辆动力学的建模与仿真研究
车辆动力学的建模与仿真研究一、前言车辆动力学是研究汽车运动时各种力的作用及其相互关系的一门学科，对于汽车的安全性、舒适性和可靠性都有着至关重要的作用。
现代汽车已经发展到了需要通过复杂的数学模型来研究其运动的阶段，建立车辆动力学的模型并进行仿真研究已成为汽车技术领域中的重要研究方向，本文将对车辆动力学的建模技术和仿真方法进行详细分析。
二、分析车辆运动的各种力车辆在运动时，受到许多力的作用，如空气阻力、滚动阻力、引擎动力、刹车力等，这些力的大小和方向对车辆的运行状态和性能都有着直接的影响。
（一）引擎和电动机动力模型车辆引擎和电动机都是车辆动力的重要来源，对其进行建模将有助于我们更准确地预测车辆的性能和燃油消耗量。
引擎动力模型是通过考虑发动机输出转矩、旋转惯量以及转速等参数来进行建模，有多种方法可供选择，如最基础的等效燃料消耗率方法、卡曼滤波法和现代控制理论中的状态空间法。
电动机动力模型的建立则更加复杂，需要考虑到电动机的电气属性，如电容、电阻、电感等，同时还需要考虑传动系统的摩擦、转子和定子的转动惯量等因素。
（二）转弯力的建模在车辆转向时，受到的转向力矩和向心力的作用使得车辆产生侧倾和向心加速度，需要建立一种模型来准确地描述这些效应。
侧倾角和向心加速度的建模可以通过考虑车辆的悬挂系统、轮胎的特性以及转向率等参数来实现。
（三）车辆管道系统的模型在汽车制动和油门的控制过程中，流体管道系统的动态响应对车辆的反应速度和响应能力都有着重要的影响。
对于管道系统的建模，可以使用一些常见的模型，如一阶模型或二阶模型，并通过实验数据进行参数拟合。
三、车辆动力学仿真的方法（一）基于 MATLAB/Simulink 的仿真MATLAB和Simulink是建立和测试车辆动力学模型的常用工具，其中MATLAB可以用于处理数学等离散模型，Simulink则可以用于建立和运行连续模型。
这种方法优点在于易于实现、可视化程度高、建模速度快、可靠性高。
汽车碰撞仿真的数值模型与算法研究
汽车碰撞仿真的数值模型与算法研究在汽车工程领域，通过数值模拟和仿真技术可以对汽车碰撞进行精确模拟，以评估车辆在不同碰撞情况下的安全性能。
本文将探讨汽车碰撞仿真的数值模型和算法的研究。
一、引言汽车碰撞是指车辆在道路行驶中与其他车辆、行人或障碍物发生接触的过程。
在现实道路交通中，由于各种因素的存在，碰撞事故时有发生。
因此，研究汽车碰撞对于提高汽车安全性具有重要意义。
而传统的试验法存在成本高、时间长等问题，因此数值模拟和仿真成为了一种重要的研究手段。
二、数值模型汽车碰撞仿真的数值模型是构建仿真系统的基础，它能准确地描述汽车在碰撞过程中的物理行为。
常见的数值模型包括汽车的几何模型、材料模型和碰撞过程建模。
1. 汽车的几何模型汽车的几何模型是描述汽车外形和结构的数学模型。
它通常通过计算机辅助设计软件进行建模，将汽车的外形、零部件和装配关系进行准确的数字化表示。
准确的几何模型能够确保仿真结果的准确性。
2. 材料模型材料模型是描述汽车碰撞过程中材料力学性能的数学模型。
不同材料具有不同的力学性质，例如金属、塑料等材料在碰撞中的行为各不相同。
因此，对于不同材料需要选择适当的材料模型，以准确地模拟材料的力学行为。
3. 碰撞过程建模碰撞过程建模是将汽车与其他对象的碰撞过程进行数学建模。
它通常涉及到动力学、动力学和材料力学等多个领域的知识。
通过对碰撞过程建模，可以模拟汽车在不同碰撞情况下的变形、应力和位移等物理量。
三、算法研究算法是汽车碰撞仿真中的关键技术之一，它决定了汽车碰撞仿真的准确度和效率。
常见的算法包括有限元法、多体动力学法和网格法等。
1. 有限元法有限元法是一种广泛应用于工程领域的数值分析方法，它将复杂的结构分割成简单的几何体单元，并根据物理性质和几何关系建立有限元模型。
有限元法在汽车碰撞仿真中可以较为准确地模拟汽车变形和应力等物理量，具有较高的准确度。
2. 多体动力学法多体动力学法是一种基于刚体和多体动力学原理进行碰撞仿真的方法。
汽车仿真分析基础
ansa
功能特点
ansa是一款专门针对汽车行业开发的流 体动力学仿真软件，具有强大的几何处理
和网格生成能力。
应用领域
主要用于汽车空气动力学、流体热力学等 方面的仿真和优化。
优势
高效的几何处理和网格生成算法；精确的 流体动力学模型；与主流CAD软件和后
处理工具有良好的集成性。
04 汽车仿真分析的应用领域
CHAPTER
车辆动力学
车辆动力学是研究车辆在行驶过程中受到的力和力矩， 以及车辆运动状态变化的学科。
车辆动力学主要考虑轮胎与地面之间的相互作用力、 空气阻力、车辆内部机械力等，这些力共同决定了车
辆的加速、减速、转弯等运动状态。
车辆动力学分析有助于理解车辆动态行为，为优化车 辆性能提供理论支持。
车辆运动学
03
通过仿真分析可以预测和优化这些性能指标，从而 提高车辆的整体性能。
03 汽车仿真分析的常用软件
CHAPTER
ADAMS
功能特点
ADAMS是一款专业的多体动力学 仿真软件，用于模拟和分析复杂 机械系统的运动学和动力学行为。
应用领域
广泛应用于汽车、航空航天、机 械制造、船舶等领域，尤其在汽 车行业，用于底盘、动力总成及 整车的动力学仿真。
CHAPTER
车辆设计
车辆结构优化
通过仿真分析，对车辆结构进行优化设计，提 高车辆的强度、刚度和轻量化。
空气动力学设计
利用仿真分析，对车辆的空气动力学性能进行 优化，降低风阻和提升车辆稳定性。
热管理设计
通过仿真分析，对车辆的热管理系统进行优化，提高散热性能和减少热失效风 险。
车辆性能优化
动力性能优化
优势
模块化设计，易于扩展和定制； 强大的后处理功能，能生成丰富 的可视化结果。
新能源汽车动力系统建模与仿真研究
新能源汽车动力系统建模与仿真研究近年来，随着全球环保意识的提高，新能源汽车在市场中的销售量也逐渐增加。
其中，新能源汽车的动力系统被认为是其核心技术之一。
为了提高新能源汽车的驾驶性能和降低能耗，研究人员们对新能源汽车的动力系统建模与仿真进行了大量的研究。
一、新能源汽车动力系统的基本模型新能源汽车的动力系统模型可以分为三部分，即汽车本体模型、电池组模型和控制器模型。
其中，汽车本体模型包括车辆质量、空气阻力、轮胎滚动阻力等，而电池组模型包括电池的能量密度、内阻、放电特性等。
控制器模型则包括电机控制策略、能量管理等。
将三部分模型进行整合，就可以得到一个全面的新能源汽车动力系统模型。
二、新能源汽车动力系统的仿真研究新能源汽车动力系统的仿真可以由MATLAB、SIMULINK等软件完成。
实际仿真时，需要考虑多种因素，如车速、行驶距离、环境温度等。
通过对各种因素进行仿真模拟，可以有效地验证新能源汽车动力系统的性能，预测其行驶性能和能量消耗。
同时还可以通过对比不同控制策略和参数对车辆性能的影响，优化新能源汽车动力系统的设计，提高其驾驶舒适性和使用寿命。
三、新能源汽车动力系统管理策略的研究目前，新能源汽车动力系统的管理策略主要包括功率控制策略、经济性控制策略、能量管理控制策略、寿命周期控制策略等。
功率控制策略主要是保证车辆的加速性和行驶性能；经济性控制策略则是在安全条件下实现最经济的行驶；能量管理控制策略则是从电池使用寿命和安全的角度出发，调节电池的使用；寿命周期控制则是保证电池组具有长寿命和高安全性。
通过研究新能源汽车动力系统管理策略，可以优化其性能和降低成本。
四、新能源汽车动力系统仿真在实际应用中的应用新能源汽车动力系统的仿真研究不仅可以洞察其性能特点，还可以为其进一步优化和升级提供参考。
目前，许多新能源汽车企业已将动力系统仿真这一研究方法引入到实际应用中。
例如，特斯拉公司的电动汽车动力系统模型采用了广泛的建模方法和仿真技术。
车辆动力学的建模与仿真研究
车辆动力学的建模与仿真研究作为一种机械装置，汽车的动态特性是其重要的性能之一。
而车辆动力学的研究就是评估车辆在不同路况、不同外界因素的影响下运动过程所表现出来的物理特征，并进一步探究车辆的操纵性、稳定性、安全性等方面的问题。
本文将介绍车辆动力学建模与仿真的基本概念及方法。
1. 车辆动力学模型车辆动力学模型是指描述汽车在运动过程中受到的外界力和热力学效应的一组数学方程，可以通过对不同因素如路况、车速、气温影响的分析，进行预测汽车在特定情况下的行驶特性。
一般情况下，车辆动力学模型包括整车模型、轮胎模型和路面模型三部分。
1.1 整车模型整车模型是车辆动力学模型的基础，主要包括车辆质量、发动机参数、车辆动力学变量等。
其中，车辆重量、车轮半径等物理量是最基本的整车模型参数。
此外，车辆的悬挂系统、转向系统和传动系统也可以在整车模型中考虑，以使模拟效果更为精确。
1.2 轮胎模型轮胎模型描述了轮胎在地面上所受的力和变形等特性。
轮胎的物理参数不同，对车速、车辆稳定性、制动距离等方面的影响也不同。
轮胎模型的建立主要考虑轮胎的纵向力、侧向力和滚转阻力等因素。
1.3 路面模型路面模型描述了车辆在路面上所受的阻力和摩擦等特性。
道路的不同纹理和材质对于车辆运动状态的影响是十分显著的。
路面模型的建立不仅需要考虑路面形状、材质等因素，还需要考虑气温、降雨等实际环境影响因素。
2. 车辆动力学仿真车辆动力学仿真是指利用计算机软件对车辆动力学模型进行算法模拟，以预测车辆在运行过程中的动态特性。
车辆动力学仿真是一种非常重要的手段，它可以用于评估车辆的操纵稳定性、驾驶员的驾驶技能水平、车辆零部件的设计优化等方面。
车辆动力学仿真的流程如下：第一步，选择车辆动力学模型、配备路面模型，设定仿真环境参数和运行路线，确定模拟致动方式。
第二步，设定车辆初始化信息，包括车速、转向角、初始位置等实际情况下的信息。
第三步，对车辆整车、轮胎和路面进行建模和仿真，并预测车辆在运动过程中的动态特性和行驶轨迹等。
车辆动力学模型的建立与仿真分析
车辆动力学模型的建立与仿真分析引言随着汽车工业的发展，车辆的动力学特性成为了工程师们关注的重点之一。
为了研究和改善车辆性能，建立车辆动力学模型并进行仿真分析成为了必不可少的工具。
本文将介绍车辆动力学模型的建立方法，并应用仿真分析技术对其进行探索。
一、车辆动力学模型的建立1.车辆运动学建模车辆动力学模型的第一步是建立车辆的运动学模型。
这包括车辆的位置、速度和加速度等关键参数的表达与计算。
通常，车辆运动学模型可以采用经典的运动学方程来描述，如牛顿第二定律和牛顿运动定律。
此外，还可以利用机械臂法和转角法等方法推导车辆的运动学模型。
2.车辆力学建模在车辆动力学模型的建立过程中，力学建模也是重要的一步。
力学建模旨在描述车辆受到的力和力矩等动力学特性。
常见的力学模型包括车辆的质量、重心高度、车轮滚动阻力、制动力和驱动力等。
通过建立准确的力学模型，可以更好地了解车辆的运动特性和动力特性。
3.车辆轮胎力学建模在车辆动力学中，轮胎力学模型是一个至关重要的组成部分。
轮胎对车辆运动和操纵性能的影响很大。
常用的轮胎力学模型有Magic Formula模型和Tire model等。
通过对轮胎的力学特性进行建模，可以在仿真分析中更准确地模拟车辆的行为。
二、车辆动力学模型的仿真分析1.悬挂系统仿真分析在车辆动力学模型的仿真分析中，悬挂系统是一个重要的部分。
悬挂系统可以影响到车辆的驾驶舒适性、操控性能和行驶稳定性等。
通过对悬挂系统进行仿真分析，可以评估并优化车辆的悬挂调校。
2.转向系统仿真分析车辆的转向系统是影响车辆操纵性能的另一个关键部分。
通过对转向系统进行仿真分析，可以评估车辆在转向时的稳定性和灵活性。
此外，还可以通过仿真分析来改进转向系统的设计和调校。
3.刹车系统仿真分析刹车系统是车辆安全性的关键因素之一。
通过仿真分析刹车系统可以评估车辆制动性能，包括制动距离、制动稳定性和制动力分布等。
这对于改进刹车系统的设计和优化具有重要意义。
基于汽车系统动力学的虚拟驾驶仿真模型研究
基于汽车系统动力学的虚拟驾驶仿真模型研究
柴山;荆旭;王龙江;王树凤;刚宪约;焦学键
【期刊名称】《系统仿真学报》
【年(卷),期】2009()8
【摘要】基于汽车系统动力学建立了一种包括发动机模型、传动系模型、离合器模型、制动系模型、汽车行驶速度模型、转向系模型的仿真模型。
基于以上模型开发的汽车虚拟驾驶仿真系统可以准确地模拟汽车在起步、加速、转向以及制动等各种行驶工况的状态以及汽车的各种动力学响应。
以上模型为汽车虚拟驾驶仿真系统提供了完整的汽车系统动力学模型,同时,该模型也可进一步应用于汽车的数字化设计,检验汽车的动力学性能。
【总页数】4页(P2281-2284)
【作者】柴山;荆旭;王龙江;王树凤;刚宪约;焦学键
【作者单位】山东理工大学交通与车辆工程学院;上海交通大学机械与动力工程学院
【正文语种】中文
【中图分类】U461.1
【相关文献】
1.农业机械虚拟驾驶仿真系统在《拖拉机汽车驾驶实习》实践课程中的应用
2.基于虚拟现实的汽车驾驶仿真系统
3.基于模拟驾驶系统的动力学仿真模型分析与构建
4.
汽车驾驶辅助实时仿真系统的整车动力学模型5.绿色低碳循环经济、双积分政策与新能源汽车产业的关系——基于系统动力学模型的仿真研究
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第36卷第3期2002年5月浙 江 大 学 学 报(工学版)Jo ur nal o f Zhejiang U niv ersity(Eng ineer ing Science)Vol.36No.3May 2002收稿日期:2001-05-13.作者简介:蔡忠法(1969-),男,浙江温岭人,讲师,主要从事电子技术和系统仿真的研究.E-m ail:z fcai@m 汽车模拟驾驶模型与仿真的研究蔡忠法,章安元(浙江大学电气工程学院,浙江杭州310027)摘 要:在主动型驾驶模拟训练系统中,模拟驾驶舱各个操纵机构存在着多输入、多耦合、非线性的控制作用,而驾驶模拟训练要求驾驶动力学模型适于快速实时仿真.本文使用拟合多项式描述汽车发动机负荷特性,提出结构简化的汽车速度和方向控制模型.对模拟驾驶的仿真结构和学员操作的逻辑判断进行了讨论,通过对操纵机构输入的线性化处理,得到汽车行驶的仿真模型并选择快速仿真算法实现了所建模型.实验结果表明,本文提出的理论模型和仿真算法是正确可行的.关键词:汽车驾驶;模拟器;模型;仿真中图分类号:T P312 文献标识码:A 文章编号:1008-973X(2002)03-0327-04Study of automobile emulated driving model and simulationCAI Zhong -fa ,ZHANG A n -yuan(College of Electr ical Eng ineer ing ,Zhej iang U niv er sity ,H angz hou 310027,China )Abstract :In active automo bile driving training simulato r,the steering framewo rk in the simulated cabin has multi-input,m ulti-co upling and non-linear contro l effect.A driving training sim ulator r equires dynam ic model suitable for fast real -tim e simulation .T his paper uses poly nom ials to express the load characteristics of the automo bile engine ,and presents simplified -str ucture velocity and direction co ntro l models .T he sim ulation structure o f simulated driving and log ic alestimation o f driver oper ation are discussed,and illegal operation of driver and car backing state are judged cor rectly.T hr oug h the linearization process of the steering fr am ew or k input function ,sim ulation models for m ultiple driving cases w ere derived and effectiv e algo rithm w as selected to realize the models.Ex periment results show ed that the presented m odel and simulation alg orithm are corr ect and feasible.Key words :automo bile driving ;simulator ;model ;simulation 汽车驾驶模拟训练系统是通过模拟驾驶舱和计算机实时生成汽车行驶过程中虚拟的视境、音响等驾驶环境,训练正确的驾驶操作.它可取代实车训练中的部分科目和内容,有利于驾驶培训正规化、科学化和规范化,并具有节能、安全、经济、高效等优点,因此,开发适合我国交通国情和道路状况的汽车驾驶模拟训练系统具有重大的社会效益和经济效益.而建立并实现汽车模拟驾驶的动力学模型是研制汽车驾驶模拟训练系统的前提.以往的汽车动力学模型主要是通过汽车部件建模,因而结构复杂,计算时间长[1].在基于微机平台的主动型汽车驾驶模拟训练系统中,需建立适合快速实时仿真、结构简化的汽车行驶速度和方向控制模型,以确定汽车行驶的世界坐标位置,控制图形生成系统动态生成虚拟视景.在主动型汽车驾驶模拟训练系统中,图形实时生成系统占据了大部分CPU 时间,因此需要在模型的逼真度与复杂性之间作一折中.为了满足模拟训练的要求,简化模型结构和选择合适的快速仿真算法是实现驾驶实时仿真所必须首先考虑的问题.1 动力学模型的建立1.1 发动机特性描述汽车发动机是整个汽车运动的动力来源,描述发动机特性的方法主要有查表插值法和数学模型法两种.查表插值法虽然精度较高,但占用内存较多,运算速度较慢,故在项目中使用数学模型法来描述发动机的负荷特性.发动机的全负荷特性是发动机转矩与发动机转速的一元函数,因此发动机转矩M e0可以用发动机转速n e 的k 阶多项式来拟合[2]:M e0=∑ki =0a i n i e.(1)式(1)中,多项式系数可通过最小二乘法来求出.若已知一组N 个发动机全负荷转矩转速试验数据{(M e0i ,n e i )},i =1,2,…,N .设k 阶多项式拟合系数构成的(k +1)维矢量为A =[a 0a 1…a k ]T ,发动机全负荷转矩实验数据构成的N 维矢量为M e0=[M e01M e02…M e0N ]T,P 为N 个发动机转速试验数据构成的N ×(k +1)矩阵: P =1n e1…n k e11n e2…n ke21n e N …n k e N.则式(1)可表示为,M e0=PA + ,其中 =[1 2… N ]T为误差构成的N 维矢量.设J =∑Ni =12i =‖M e0-PA ‖2,根据最小二乘法原理[3],应有Ja j=0,j =0,1,2,…,k .由此可得各阶拟合系数矢量为A =(P TP )-1P TM e0.(2)1.2 汽车行驶速度模型直线行驶是汽车行驶过程中最基本的运动方式,在直线行驶过程中,汽车速度的变化与汽车的驱动力F k 、滚动阻力F f 、坡度阻力F i 、风阻力F w 有关,根据汽车行驶过程中力的平衡关系,汽车直线行驶过程中速度的数学模型[1,2]为 d v d t =g・G (F k -F f -F i -F w )= g ・G M k r i 0i g T -G ・f -G ・i -C D A 21.25u 2a .(3)式中:v 为汽车速度(m /s );g 为重力加速度(9.8m 2/s); 为旋转质量转换系数;G 为整车总重量(N );M k 为驱动轮转矩(N ・m );r 为车轮滚动半径(m );i 0为主传动比;i g 为各档传动比; T 为汽车传动系效率;f 为滚动阻力系数;i 为爬坡度;C D 为风阻力系数;A 为汽车迎风面积(m 2);u a =3.6v 为汽车速度(km /h).汽车在转向行驶过程中,还应考虑转向力和离心力在汽车行驶方向上的分量F j 对汽车速度的影响;汽车在制动过程中,脚刹制动器或手刹所产生的制动力F b 是影响汽车速度的重要因素.综合上述情况,汽车行驶速度模型为 d v d t =g ・G(F k -F b -F f -F i -F w -F j )(4)1.3 汽车行驶方向控制模型在主动型汽车驾驶模拟训练系统中,要确定汽车的世界坐标位置,不仅需要求出汽车行驶的速度,还需要求出汽车行驶的当前方向.假设汽车在平行于路面的平面上运动,汽车行驶方向模型可看作汽车转角与方向盘转角之间的函数关系,并假设汽车转向时汽车行驶方向的改变无延迟地跟随方向盘转角的控制.当方向盘转动 w 角度时,经时间d t 后,汽车行驶方向在初始方向基础上转过d !角度,如图1所示,其中汽车转向半径R 由方向盘转角 w 决定,即R =I w / w ,其中I w 为汽车转向半径与方向盘转角的系数.由此可以推导出:d !=∀=d s2#R×2#=v 0d t R =v 0d t I w w .(5)所以,汽车行驶方向控制模型为d !d t =v 0I ww .(6)图1 汽车行驶方向控制Fig .1 A ut omo bile driving direction contr ol2 动力学模型的仿真实现2.1 模拟驾驶仿真结构式(4)和式(6)建立了汽车行驶过程中速度和方向的理论模型.在主动型汽车驾驶模拟训练系统中,学员根据视境、声音、仪表等虚拟驾驶环境决定驾驶328浙 江 大 学 学 报(工学版) 第36卷 动作,操作模拟驾驶舱中的操纵机构;数据采集系统实时采样所有操纵机构的状态,包括方向盘、油门踏板、脚刹踏板、离合器踏板、档位、手刹车、点火开关等状态,并传递给动力学模型仿真系统作为其输入;动力学模型仿真系统根据这些操纵机构的状态和图形生成系统反馈的道路状况等信息,通过计算机的仿真计算,确定汽车行驶的世界坐标位置,控制图形生成系统实时动态生成下一帧虚拟视景,同时驱动声音提示和仪表显示,改变汽车在虚拟环境中的状态.其过程的不断循环,实现学员与虚拟驾驶环境之间的交互作用,从而达到驾驶模拟训练的目的,其结构如图2所示.由于三维虚拟视景的刷新频率为每25帧/s,故取模拟驾驶系统的采样步长为40ms,并使动力学模型的仿真步长T s 也为40ms,从而实现实时仿真.图2 模拟驾驶系统结构Fig.2 Str uct ur e of sim ulated dr iv ing sy st em由于制动器、离合器等汽车部件结构各异,操纵机构对汽车的行驶存在着多输入、多耦合、非线性的控制作用,而主动型汽车驾驶模拟训练系统要求动力学模型仿真系统计算快速,因此对各个操纵机构的输入控制模型进行线性化处理是非常必要的.由于系统的仿真步长相对较小,并且学员在“人-模拟汽车-虚拟驾驶环境”这一闭环系统中起着反馈的作用,因此,在汽车驾驶模拟训练系统中选择线性插值法对输入控制进行简化处理,并选择经典欧拉法进行快速仿真是可行的.2.2 发动机仿真模型在发动机全负荷特性拟合多项式中,经试验取二阶拟合能满足汽车驾驶模拟训练的要求.在用式(2)求解发动机拟合系数时,为防止计算机在数值计算时发生误差累积,宜将发动机转速n e 的单位取为1000N/min.在计算出各阶拟合系数后,根据式(1)可求出发动机的全负荷特性,其中发动机转速在稳定行驶过程中由下式决定[4]:n e =式中:n e 为发动机转速(N /min );v 为汽车行驶速度(m /s ).发动机部分负荷特性是指在某个油门开度∃下的发动机输出转矩M e .显然,当汽车未点火或熄火时,发动机输出转矩M e =0.设油门踏板完全未踩下,即油门踏板行程百分比p c =0时,油门开度为∃0,由线性插值法可得在油门踏板行程百分比为p c 时的发动机输出转矩为M e =M e0[p c +(1-p c )∃0].(8)考虑离合器在汽车行驶过程中传递力矩的作用,则汽车驱动轮转矩为M k =M e ・%,其中%为离合器力矩传递系数.设s 1为离合器开始分离位置,s 2为离合器完全分离位置,在s 1～s 2之间取线性插值,如图3所示,则离合器力矩传递系数为%=10≤s ≤s 1,s 2-s s 2-s 1s 1<s <s 2,0s 2≤s ≤1.图3 离合器传递力矩作用Fig.3 M o ment tr ansfer function of clutch2.3 汽车行驶速度和方向的仿真模型由于汽车制动器结构各异,在项目中采用一阶函数来模拟脚刹车产生的制动力矩F b ,即F b =K b p b ,p b 为脚刹踏板行程.在速度模型式(4)中,假设汽车的加速度在一个仿真步长内保持不变,即采用经典欧拉法[3]来仿真计算,可求得d v (k )/d t ,即汽车行驶加速度a (k ).则汽车行驶速度的离散化模型为v (k +1)=v (k )+a (k )T s .(9)在方向控制模型式(6)中,v 0为初始速度,即前一仿真时刻的汽车速度v (k ),由此可得汽车行驶方向控制模型的离散化模型为!(k +1)=!(k )+v (k )I wT s w (k ).(10)式中: w 为第k 个采样时刻的方向盘转角.由汽车行驶速度和方向容易得出汽车在(k +1)T s 时刻的世界坐标位置为(如图4所示) x (k +1)=x (k )+[v (k )cos !(k )+v (k +1)cos !(k +1)]・T s /2,(11)329 第3期蔡忠法,等:汽车模拟驾驶模型与仿真的研究图4 速度和方向与坐标位置的关系F ig.4 R elat ion o f velocit y and dir ectio n w it h co or d-inate po sition y (k +1)=y (k )+[v (k )sin !(k )+v (k +1)sin !(k +1)]・T s /2.(12)2.4 逻辑判断学员在模拟驾驶过程中操作随意性很大,不正确的随意操作可能使基于汽车正常驾驶操作基础上的动力学模型出现无法预料的结果.因此需要在仿真程序中增加逻辑评判模块和限速环节,当学员出现错误操作时,以语音或文字方式提示操作错误原因.图5 倒车逻辑判断F ig .5 L og ical estimatio n of backing o per ation倒车行驶是在排档置于倒档时的行驶状态.由于模拟驾驶舱中的排档开关不像实车那样与传动系统存在结构上的耦合,当车速不为零时,学员在倒档和前进档之间换档为非法操作.因此,学员在倒档和前进档之间换档时,应先判断是否为合法操作,如为非法操作,则置汽车为熄火状态并提示错误,如图5所示.在倒车行驶标志下,考虑汽车倒车行驶的特点,汽车行驶速度和方向模型为v (k +1)=v (k )-a (k )T s ,(13)!(k +1)=!(k )-v (k )I w T s w (k).(14)3 实验结果在主动型汽车驾驶模拟训练系统中,以桑塔纳轿车为原型实现了上述模型,通过对仿真结果与实车驾驶试验数据的对比(表1),发现二者吻合较好,其中误差主要由车辆状况、道路状况、模型简化、离散化采样误差、计算误差等因素造成,但能满足汽车驾驶模拟训练的要求.通过驾驶学员和教练员的使用评定,表明汽车驾驶模拟训练系统与实车驾驶情况基本相符,并对初级学员的汽车驾驶培训有很大的帮助.表1 仿真结果和实车试验数据的对比T ab.1 Co ntra stofsimulationr esultsandpracticalaut omo bile t est data试验项目条 件仿真结果实车试验最高车速/(k m ・h -1)1档、油门踩下约50%2档、油门踩下约50%3档、油门踩下约50%4档、油门踩下约50%39.964.881.484.2356078—起步时间/s 连续换档加速至40km /h 、油门踩下约50%1210制动时间/s 初始车速为40km/h 、急刹4～53～4空档滑行时间/s初始车速为40km/h5350实验结果表明,本文所建立的简化结构理论模型及所采用的快速仿真算法是正确可行的,不仅能简化汽车驾驶复杂情况的仿真计算,而且适合主动型驾驶模拟训练系统的实际要求.参考文献(References ):[1]李华兵,钱月明,孙拯.汽车驾驶模拟模型的研究[J].工程兵工程学院学报,1996,11(4):41-48.L I Hua -bin,QI AN Yue-ming,SU N Zhen.St udy of the modeling for the auto mobile simulato r [J].Journal of Nanj ing Engineering Institute ,1996,11(4):41-48.[2]余志生.汽车理论[M ].北京:机械工业出版社,1989.2-25.Y UZhi-sheng.Automobile theory [M ].Beijing :M echanical I ndust ry Pr ess,1989.2-25.[3]陈明逵,凌永祥.计算方法教程[M ].西安:西安交通大学出版社,1992.107-109,199-203.CHENM ing -kui,L IN GY ong -x iang.Calculationmethod tutorial [M ].Xi'an :Xi'an Jiaot ong U niv ersit yPr ess ,1992.107-109,199-203.[4](德)Bo sch 公司.Bo sch 汽车工程手册[M ].顾柏良,等译.北京:北京理工大学出版社,1999.398.(G ermany )Bosch Co .Bosch automobile engineering handbook [M ].G U Bai -liang ,et al t ransl .Beijing :Beijing T echnolog y Instit ut e Pr ess,1999.330浙 江 大 学 学 报(工学版) 第36卷 。