Carsim整车建模的参数复习进程
基于CarSim的整车动力性建模
基于CarSim的整车动力性建模张绅山东省潍坊市潍坊学院 山东省潍坊市 261061摘 要： C arSim软件是一款越来越受到汽车研发人员喜爱的一款汽车仿真软件，利用软件对汽车进行整车建模以及仿真测试，可以通过三维动画或者数据图表分析仿真结果，从而便于汽车研发人员提升汽车的各项性能。
本文是针对汽车动力性进行建模仿真，文章首先对CarSim软件进行了简单介绍以及简单的使用教学，介绍了汽车动力性研究意义、影响因素及评价指标等相关内容，最后介绍了CarSim中车辆的各个部分参数设置问题。
关键词：CarSim；动力性；整车建模；仿真1 CarSim软件介绍1.1 CarSim软件的简介CarSim是一款专门针对中小型汽车的仿真软件，软件在本质上就是先建立一个车辆模型，再根据自己的仿真内容进行参数设置，处理器运算以后通过3D动画或表格数据展示仿真结果。
利用CarSim在计算机上进行模拟仿真速度比实际测试实验速度快许多倍，软件可以用来仿真车辆对驾驶员、地面情况等输入的响应，主要用来帮助提升汽车整车的操纵稳定性、制动性、平顺性、动力性和经济性。
现如今CarSim凭借自身的优势已经逐渐被更多研发人员所应用。
CarSim软件系统可以与许多软件共同进行模拟仿真，例如CarSim和Simulink的协同仿真，从Simulink的各种变量中选择需要的导入到CarSim中进行模拟仿真，变量包括车辆控制输入、轮胎力和力矩、弹簧和阻尼力、转向系统驱动角度、传动系扭矩、制动扭矩和制动压力、空气动力学相关变量等超过160个变量。
CarSim建模和仿真后的数据也可以导出到其他模拟软件作为数据源进行模拟仿真和数据分析。
1.2 CarSim软件的组成CarSim的主界面非常简单，整体可分为三个部分：预处理、处理和后处理。
左侧是设置模型参数和测试条件的预处理，包括车辆参数设置（车身，空气动力学，传动系统，制动系统，转向系统，前后悬架系统和车轮等），仿真环境，测试条件除此之外下拉菜单还有其他更具体的参数可以设置。
CarSim Training1——Getting started (1)
自由度
1 簧载质量的移动自由度 (X,Y,Z) 3
4 簧载质量的转动自由度(X,Y,Z) 3
4 非簧载质量自由度
4
1 车轮旋转自由度
4
10 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
27
和Simulink 无缝连接
160+个导入变量 560+个导出变量
快速入门
新建数据库 CarSim主界面及软件架构 仿真动画 曲线绘制，新建曲线 改变控制策略 新建车辆负载 修改侧倾刚度 多个结果重叠显示
CarSim 使用培训（1） CarSim Introduction
2011年6月于上汽通用五菱
概述
CarSim 总体介绍 CarSim 软件结构 CarSim 快速入门
MSC 公司简介
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
新建快捷方式 帮助文档 数据库工具
ห้องสมุดไป่ตู้
新建数据库
CarSim8x_Prog\Resources\Import_Examples\Quick_Start.cpar cpar 格式是压缩的二进制格式的par文件
CarSim 主界面及软件架构
装配概念
仿真动画
曲线绘制
新建曲线
改变车速
CarSim 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
CarSim 软件特点
Carsim整车建模的参数
一车体空载情况下的车体信息(1）簧上质量的质心距前轴的距离mm (2）簧上质量质心距地面的高度mm (3）轴距mm(4）质心的横向偏移量mm(5）簧载质量kg(6）对x轴的极惯性矩（lxx）kg-m2 (7）对y轴的极惯性矩（lyy）kg-m2 (8）对z轴的极惯性矩（lzz）kg-m2 (9）对x、y轴的惯性积（lxy）kg-m2 (10）对x、z轴的惯性积（lxz）kg-m2 (11）对y、z轴的惯性积（lyz）kg-m2二空气动力学(1）空气动力学参考点X mm(2）空气动力学参考点Y mm(3）空气动力学参考点Z mm(4）迎风面积 m2(5）空气动力学参考长度 mm(6）空气密度 kg/m3(7）C Fx（空气动力学系数）与slip angle (行车速度方向与空气流动方向的夹角)的关系(8）C Fy与slip angle的关系(9）C Fz与slip angle的关系(10）CMx与slip angle的关系(11）CMy与slip angle的关系(12）CMz与slip angle的关系三传动系1 最简单的一种(1）后轮驱动所占的比值，为1时，后轮驱动；为0时，前轮驱动(2）发动机的功率KW2 前轮驱动或后轮驱动1）发动机特性(1）各个节气门位置下，发动机扭矩（N-m）与发动机转速（rpm）的关系(2）打开节气门的时间迟滞sec(3）关闭节气门的时间迟滞sec(4）曲轴的旋转惯量kg-m2(5）怠速时发动机的转速rpm2）离合器特性a 液力变矩器(1）扭矩比（输出比输入）与速度比（输出比输入）的关系(2）液力变矩器的参数1/K与速度比（输出比输入）的关系(3）输入轴的转动惯量kg-m2(4）输出轴的转动惯量kg-m2b 机械式离合器(1）输出的最大扭矩（N-m）与离合器接合程度（0代表完全结合，1代表完全分离）的关系(2）接合时间迟滞sec(3）分离时间迟滞sec(4）输入轴的转动惯量kg-m2(5）输出轴的转动惯量kg-m23）变速器(1）正向挡位和倒挡的传动比，转动惯量（kg-m2），正向传动与反向传动效率(2）中间挡的转动惯量（kg-m2）(3）换挡时间sec(4）各个挡位中低速齿轮的输出转速（rpm）与节气门开口位置的关系4）差速器(1）左右车轮扭矩差（N-m）与车轮速度差（rpm）的关系(2）抗扭刚度N-m/deg(3）抗扭阻尼N-m-s/deg(4）传动比(5）正反向的传动效率(6）驱动轴的惯性量kg-m2(7）半轴到左侧车轮的惯性量kg-m2(8）半轴到右侧车轮的惯性量kg-m2还包括传动系（不包括发动机）的自然频率（Hz）与阻尼率3 四轮驱动与前轮驱动相比，增加分动箱，其中包括：(1）前后轴的扭矩差（N-m）与前后轮的转速差（rpm）的关系(2）分配到后轮上的扭矩(百分比形式)(3）传动比(4）扭杆刚度N-m/deg(5）扭杆阻尼N-m-s/deg还包括传动系的正效率与逆效率四制动系统1 简单制动系统(1）制动力矩（N-m）与车轮汽缸压力(MPa)的关系,分左前轮，右前轮，左后轮，右后轮,为一比例常数或一条变化曲线(2）比例阀之后的管路压力(MPa)与其输入压力(MPa)的关系,分左前轮，右前轮,左后轮，右后轮,通常为一比例常数(3）流体动力学时间常数,包括左前，右前，左后，右后，单位为sec (4）流体迟滞,包括左前，右前，左后，右后，单位为sec(5）前后车轮ABS工作的滑移率区间(6）ABS工作截止的最低速度km/h(7）经ABS控制后输出的压力MPa2 考虑助力与热衰退的制动系统(1）比例阀输出压力（Mpa）与比例阀输入压力（Mpa）的关系，包括左前，左后，右前，右后(2）制动盘质量kg(3）在0摄氏度时制动盘的比热kJ/kg/C(4）单位温度升高比热的变化量kJ/kg/C2(5）制动钳压力（MPa）与制动钳体积（mm3）的关系(6）制动钳气缸中单位流量所产生的压力MPa/(mm3/s)(7）冷却系数(1/s)与车辆速度（km/h）的关系(8）不同制动盘温度（C）下，制动力矩（N-m）与制动轮缸压力（Mpa）的关系(9）控制策略（A型为调节主缸后的压力值；B型为调节比例阀后的管路压力；也可不控制）(10）四个车轮的制动盘初始温度（C）(11）空气温度（C）(12）助力后输出的力（N）与助力前输入的力（N）的关系，助力后输出的力为主缸压力(13）踏板的杠杆比(14）主缸直径mm(15）启动助力的时间迟滞sec(16）关闭助力的时间迟滞sec五转向系统1) 转向柱管系统：(1）转向柱管的惯性kg-m2(2）转向系统的惯量kg-m2(3）转向柱管阻尼Nm-s/deg(4）转向柱管干摩擦N-m(5）转向盘自由角行程deg2) 主销的几何特性：(1）汽车前进方向投影，主销轴线与半轴轴线的交点距车轮中心的距离mm，包括四个车轮(2）主销内倾角deg(3）主销后倾角deg(4）水平路面行驶，汽车侧面投影中，车轮质心所驶过的直线与主销轴线的交点距车轮中心的距离mm3)前轮转向方式包括非助力齿条齿轮式和循环球式，助力齿条齿轮式和循环球式助力齿条齿轮式(1）齿条的行程(mm)与齿轮转角(deg)的关系(2）左右转向轮转角(deg)与齿条的行程(mm)的关系(3）因转向系统柔性所引起的转向角(deg)随主销力矩（N-m）的关系，主销力矩为左右主销力矩之和。
Carsim学习笔记
1、The LTARG Configurable FunctionBikeSim，CarSim和TruckSim包含一个可配置函数LTARG，该函数根据位置S 计算横向偏移量L.此函数最初用于定义闭环路径跟随器模型的目标路径，以便轻松定义车道变化以及其他基于参考路径的目标。
LTARG功能还用于控制移动物体的运动，而且相对于参考路径来表示交通车辆，车道标记以及其他特征。
该函数的形式为LTARG（0，S，ID），其中S是位置，ID是1到100之间的数据集编号。
当为函数指定信息（常量，S-L值表等）时，将系统索引参数ILTARG设置为相关的数据集编号（ID）。
参数N_LTARG是将在记录文件中显示的LTARG数据集的数量。
默认值是1; 它可以设置为任何正数，最多为100.（此参数在“驱动程序模型：转向控制器”部分的记录文件中列出，如后面的图3所示。
）2、Using VS Reference PathsVS参考路径对道路描述是必不可少的，如下一节所述。
它们也用于驱动程序模型，并用于控制可能添加到模型中的移动对象。
为了支持涉及多个路径的模拟场景，每个路径都包含一个带有用户定义的ID 号码的参数PATH_ID。
用于道路，驾驶员模型或使用此ID号码指定的移动物体的路径。
默认情况下，ID被设置为创建的路径的编号; 第一个路径有PATH_ID（1）= 1; 第二个有PATH_ID（2）= 2; 然而，构建具有多个路径和/或道路的模型的高级用户可以分配多个其他数字用于涉及不同路径集合的模拟。
例如，如果PATH_ID（3）= 123，则无论路径何时相对于其他路径被定义，ID号123都被用于仿真。
（这可能不是在不同模拟中的第三条路径。
）每个VS模拟将包括至少一个参考路径。
如果数学模型的输入不包含任何路径，那么在初始化过程中将自动添加默认路径，该路径是一个以零标题为导向的直线，以便S =全局X和L =全局Y.。
CarMaker入门第三课-参数化建模
CarMaker入门第三课-参数化建模本节课将介绍如何基于CarMaker的参数化建模，并有可能根据不同的领域选择一个例子。
CarMaker入门课程传送门【CarMaker入门第二课-创建第一个TestRun】CarSim入门课程传送门【CarSim仿真快速入门(十三)—驾驶员模型(2)】CarSim从入门到精通视频传送门【CarSim从入门到精通视频】4.参数化建模4.1 什么是数据集？CarMaker 往往不使用车辆模型这一术语，而是指数据集。
这是因为在技术上，CarMaker 只拥有一个车辆模型。
这是一个已经被定义的模型，有固定的质量、自由度、弹簧/减振器等元素。
那么在CarMaker中就是根据用户的需求，用各种数据集对模型进行参数化。
数据集包含了对模型进行参数化的必要值，例如车辆的质量、弹簧的刚度等。
在CarMaker中，车辆数据集可以通过CarMaker主图形用户界面直接点击主图形用户界面中标有 "汽车 "的字段、点击 "参数">"汽车 "或使用快捷键Ctrl + f来访问。
4.2 创建一个新的车辆数据集除了CarMaker中有大量的预定义的车辆模型供用户使用外，用户往往需要自己的个性化模型。
有几种方法可以从头开始生成一个车辆数据集，以满足用户的确切需求。
CarMaker 提供了一些支持用户建立车辆数据集的工具，这些工具也可以组合使用。
一般来说，有三种方法可以从头开始对车辆数据集进行参数化。
- 使用车辆数据集生成器生成一个基于车辆类别等一些基本规范的数据集。
- 使用车辆数据集生成器创建一个基本数据集，然后手动指定相关组件的进一步细节。
- 通过请求表格的帮助，手动配置整个数据集。
此外，CarMaker还提供了导入现有车辆数据的选项，用于导入单个车辆部件的数据。
4.2.1 使用车辆数据集生成器打开一个新的T estrun并打开车辆数据集。
CarSim 笔记
Carsim软件●图形化数据库该图形库包括图形用户界面(SGUI)和图形数据管理系统，是CarSim的主要界面，包括整车模型数据库、控制输入(速度、转向、制动、油门、驾驶员模型、路面信息)数据库、仿真设置(仿真起始时间、距离和仿真频率)数据库。
共有150多组数据库连在一起构成CarSim总的数据库，每一个数据库都是通过不同的界面显示，使得软件易于操作使用。
●车辆数学模型及求解器密歇根大学交通运输研究所(UMTRI)的MichaelSayers博士为汽车及其它多体系统开发了世界上最先进的自动代码生成器。
UMTRI用这种自动代码生成器一AutoSim一构建车辆动力学方程，能很快地创建新模型或扩展现有模型，满足实时及优化的需求：同时能通过更新AutoSim产生新的代码，以迅速满足新的接口及操作系统的需求。
由AutoSim生成的零误差代码支持高精度的数学模型并具有高效的并行运算效率，可大大减少出错的几率，加强软件运算的可靠性，并提高软件的计算速度。
VehicleSim求解器可以迅速求解AutoSim产生的车辆模型运动方程式、计算输出变量、进行频谱分析(spectrumanalyzer)，同时求解器内嵌Simulink接口，结合精确数学车辆模型可实现快速的联合仿真。
●仿真动画显示器(SurfaceAnimator)通过动画模拟可显示每一时刻车辆的运行状态、车轮受力和车辆在不同环境(输入)下的动态响应。
新的动画软件SurfaceAnimator运用OpenGL技术，可表现出阴影路面，提供更快、更逼真的动画模拟效果，且易于输出到其它演示文档。
●绘图器(WindowsEngineeringPlotter)可以选择输出某些特性参数随时间或另一特性参数变化的曲线，能产生超过500组变量的仿真曲线，也可生成来自不同车辆模型数据库的仿真对比曲线，或将数据结果输出至其它的软件，如MATLAB、Excel。
与许多面向结构建模的动力学软件如MSC．ADAMS、Altair．MotionView不同，CarSim具有面向参数建模的特点。
CarSim仿真快速入门（一）
CarSim仿真快速⼊门（⼀）未经作者授权，禁⽌任何形式的转载！⼀. 介绍1. 1 CarSim软件包含三个主要的部分：VehicleSim (VS): VS Solvers使⽤详细的物理模型来模拟⾼速公路车辆及其控制器的动态⾏为，对驾驶员的控制、3D地⾯⼏何形状及空⽓动⼒学做出相应的相应。
VS Visualizer使⽤虚拟摄像机和绘图显⽰模拟结果。
CarSim图形⽤户界⾯（GUI）可以访问车辆，道路，测试条件以及⽀持视频动画和绘图的信息的数据库。
1.2 将会学到什么？车辆动⼒学的⾼精度的仿真模拟需要⼤量数据。
CarSim包括⼀个包含许多⽰例车辆和测试流程的数据库。
如果⽤户还不熟悉CarSim，特别是⼀开始对GUI和数据库不熟悉。
本⽂旨在介绍GUI和数据库的主要元素，以便⽤户熟悉CarSim的组织加⼯和基本⼯具。
期望利⽤⼏个⼩时来完成所有步骤。
本⽂旨在介绍使⽤CarSim的使⽤经验。
因此，将向⽤户展⽰如何创建新数据库，以及如何在不与现有数据集冲突的情况下创建新数据集。
在本教程中，不必掌握CarSim中的所有选项和功能，CarSim包含软件中包含的⼤量⽂档，本⽂在以后的章节中会对这些⽂档进⾏讲解。
⼆. 查看仿真结果如何在CarSim中查看仿真结果，我们将从查看现有⽰例开始。
稍后，将运⾏⼀个新的仿真。
在准备过程中，将⾸先创建⼀个新数据库，以便在学习本教程时使⽤。
这样避免了对其他已安装⽰例进⾏意外修改的可能性。
2.1 启动CarSim并创建⼀个新数据库通过使⽤“开始”菜单或双击桌⾯上的CarSim图标来启动CarSim（具体取决于您的Windows 版本）。
CarSim启动时，它会弹出⼀个对话框来选择数据库（图1）。
在正常操作中，将选择⼀个数据库（例如①）并继续②。
但是，对于本⽂，我们将创建⼀个包含单个车辆和测试条件的新数据库。
图 1. 从CarSim安装中打开数据库.点击按钮 Create a new database from a Consolidated Parsfile③。
CarSim教程
整车模型进行仿真 ❖ 观看仿真动画，分析仿真数据曲线
孔19辉汽车科技
CarSim应用扩展
❖ 以汽车直线行驶侧向力分析为例说明通过调节前轮定 位参数调整直线行驶侧向力的大小
孔20辉汽车科技
Thanks for your attention!
孔9 辉汽车科技
Vehicle
整车尺寸和外形
整车
系统
孔10辉汽车科技
前、后悬架
车体 空气动力学
传动系 制动系 转向系
悬架 轮胎
发动机 液力变矩器
变速器 差速器
运动学 弹性运动学
工况及路面环境设置
孔11辉汽车科技
Run
❖ 数据输出配置文件设置
孔12辉汽车科技
后处理
❖ 1、动画 ❖ 2、图形及数据处理
车轮
4
发动机
1
总数
10
孔6 辉汽车科技
前
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
ห้องสมุดไป่ตู้
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
27
Lateral G
0.5
Yaw rate—deg/s
20
10
0
0
-10
-0.5 0
A
21
10
20 -20 0
10
20
面向系统的建模
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
CarSim教程
孔辉汽车科技
后处理
1、动画 2、图形及数据处理
孔辉汽车科技
车体
孔辉汽车科技
动力传动及制动（概）
孔辉汽车科技
转向系
原理图
孔辉汽车科技
悬架及轮胎（重点）
C特性
K特性
孔辉汽车科技
注：可外接轮胎模型（例：Unitire轮胎模型）
孔辉汽车科技
Example
由ADAMS悬架模型，提取K&C特性，建立 CarSim整车模型悬架部分（也可通过K&C试验台 测得数据） CarSim在整车操纵稳定性仿真中的应用 例：建立一个“蛇形”穿杆仿真工况，对建立起的 整车模型进行仿真 观看仿真动画，分析仿真数据曲线
孔辉汽车科技
自由度
簧载质量的移动自由度 (X,Y,Z) 簧载质量的转动自由度(X,Y,Z) 非簧载质量自由度 车轮旋转自由度 传动系旋转自由度 轮胎瞬态特性自由度 制动压力自由度 总数 3 3 4 4 1 8 4 27
1 4 4 1 10
Lateral G
0.5 20 10 0 0 -10 -0.5 0 10 20
CarSim®使用培训
CarSim Introduction
王晓燕
2008年2月
CarSim软件的特点
使用方便 运算迅速
有良好的扩展性 行业标准软件
仿真精确
孔辉汽车科技
后
非簧载质量自由度 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
簧载质量 非簧载质量 车轮 发动机 总数
孔辉汽车科技
CarSim应用扩展
以汽车直线行驶侧向力分析为例说明通过调节前轮定 位参数调整直线行驶侧向力的大小
CarSim介绍
制动力矩
T P
车速
制动系统的建模
AuTek Automobile Technology (Jilin) CO., LTD.
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
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
AuTek Automobile Technology (Jilin) CO., LTD.
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
变速器
发动机 变速器
动力传动系的建模
AuTek Automobile Technology (Jilin) CO., LTD.
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
连接）
轮胎建模
AuTek Automobile Technology (Jilin) CO., LTD.
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
CarSim软件入门与精通
6
2015/7/26
CarSim及应用
3
2016/7/26
File(文件) 下拉菜单 Import Parsfile (Any Export Type)：导入任何
料
库的快捷方式 Re-Index This Library：重新索引此库 Re-Index Entire Database：重新索引整个资
料库 Re-Write This Library：重写此库
11
2015/7/26
CarSim及应用
Tools(工具) 下拉菜单 Re-Write Entire Database：重写整个资料库 Lock Everything：锁定所有 Un-Lock Everything：解锁所有 Decrypt Existing Encrypted Parsfile：解密 存在的加密Par文件 License Settings：许可设置 Alternate Library Folder Locations：改变库文件 夹位置
2016/7/26
CarSim
CarSim 及应用
cxbg16819@ 汽车工程学院
1
2015/7/26
CarSim及应用
CarSim软件功能
适用于以下车型的建模仿真：轿车、轻型货车、轻型多用途运输车及SUV 可分析车辆的动力性、燃油经济性、操纵稳定性、制动性及平顺性 可以通过软件如MATLAB，Excel等进行绘图和分析 可以图形曲线及三维动画形式观察仿真的结果 包括图形化数据管理界面，车辆模型求解器，绘图工具，三维动画回放工
整车建模及仿真流程
整车建模及仿真流程是汽车设计和开发过程中非常重要的一步。
它涉及对汽车各个子系统进行建模和仿真，以评估其性能、安全性和舒适性。
以下是整车建模及仿真流程的主要步骤：
1. 功能需求分析：根据汽车的设计目标和使用场景，分析整车的功能需求，包括动力性、经济性、安全性、舒适性等方面。
2. 子系统建模：对汽车的各个子系统进行建模，如发动机、传动系统、悬架系统、制动系统、空调系统等。
这些模型需要尽可能准确地反映子系统的实际工作原理和性能。
3. 整车模型搭建：将各个子系统的模型集成到一个统一的整车模型中，以模拟汽车在各种工况下的运行情况。
这需要考虑子系统之间的相互作用和耦合效应。
4. 仿真与分析：利用专业的仿真软件（如MATLAB/Simulink、AMESim等）对整车模型进行仿真，分析其在各种工况下的性能表现。
这包括动力性分析、经济性分析、安全性分析、舒适性分析等。
5. 优化与改进：根据仿真分析结果，对整车模型进行优化和改进，以提高汽车的性能。
这可能涉及调整子系统的参数、改进控制系统策略等。
6. 试验验证：将优化后的整车模型与实际汽车进行对比试验，验证模型的准确性和仿真结果的可靠性。
这包括台架试验、道路试验等。
7. 仿真结果反馈：将仿真过程中发现的问题和改进措施反馈给汽车的设计和开发团队，为实际汽车的设计和开发提供参考。
总之，整车建模及仿真流程是汽车设计和开发过程中不可或缺的环节，它有助于提高汽车的性能、降低开发成本和缩短开发周期。
carsim参数建模步骤
carsim参数建模步骤
Carsim参数建模步骤如下：
1. 数据准备：收集与车辆动力学性能相关的数据，如车辆重心高度、车轮半径、转向挠度等。
2. 建立基本模型：使用Carsim提供的车辆建模工具创建基本
的车辆模型，包括车辆的物理结构、悬挂系统、动力系统等。
3. 参数设置：根据实际车辆参数，对模型进行参数设置，包括车辆质量、悬挂刚度、阻尼系数、轮胎摩擦系数等。
4. 精细调整：根据实际车辆的动力学性能和试验数据，对模型进行进一步的调整和优化，以使模型更加准确地反映实际情况。
5. 验证模型：通过与实际道路试验数据进行比对，验证模型的准确性和可靠性。
6. 仿真分析：使用Carsim进行各种驾驶仿真分析，如刹车性能、转向性能、悬挂系统的动态响应等，以评估车辆的动力学性能。
7. 结果分析：根据仿真结果进行数据分析和解释，为车辆设计和性能优化提供参考。
8. 参数调整：根据仿真分析结果，对模型的参数进行进一步调整，以实现更好的性能。
9. 迭代优化：根据需求，反复进行模型参数调整和仿真分析，逐步优化车辆的动力学性能，直到达到预期的效果。
10. 结果报告：整理和总结仿真分析结果，撰写报告并进行评估，提供给相关人员参考，并作为改进车辆设计的依据。
carsim建模仿真手册
carsim建模仿真手册一、引言Carsim（Car Simulation）是一个用于汽车动力学仿真的软件。
它提供了一个精确且强大的模型，可用于模拟汽车的动态行为。
本文档旨在提供使用Carsim进行建模仿真的基本指南。
二、Carsim介绍Carsim是由意大利的Simulink和MathWorks公司共同开发的。
它基于Simulink平台，允许用户使用图形界面进行建模和仿真。
Carsim提供了丰富的车辆模型库，包括车辆动力学、轮胎模型、驾驶员模型等，使得用户能够快速构建复杂的车辆系统模型。
三、建模步骤1.建立车辆模型：首先，需要在Carsim中定义车辆的几何形状、质量和惯性等参数。
这些参数对于车辆的动力学行为至关重要。
2.添加轮胎模型：轮胎是车辆与地面接触的关键部分，其行为对车辆的操控性和稳定性有重要影响。
Carsim提供了多种轮胎模型，用户可以根据需要选择和调整。
3.定义驾驶员模型：驾驶员模型用于模拟驾驶员的驾驶行为，如加速、制动和转向等。
Carsim提供了多种驾驶员模型，用户可以根据实际需求进行选择和调整。
4.连接模型：将上述各个部分连接起来，形成一个完整的车辆系统模型。
连接时需确保所有输入和输出信号的一致性。
四、仿真与结果分析1.运行仿真：设置仿真参数，如仿真时间、步长等，然后开始仿真。
2.查看仿真结果：仿真结束后，可以查看各种输出数据，如速度、加速度、横摆角速度等。
这些数据可以用于评估车辆的性能和操控性。
3.结果分析：根据仿真结果，可以对车辆的设计进行优化。
例如，调整轮胎参数或驾驶员模型参数，以改善车辆的操控性或燃油经济性。
五、结论Carsim为汽车动力学建模仿真提供了一个强大的工具。
通过遵循上述步骤，用户可以快速构建复杂的车辆系统模型，并进行仿真和分析。
这对于车辆设计、开发和测试具有重要意义。
CarSim介绍
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）
AuTek Automobile Technology (Jilin) CO., LTD.
CarSim的求解方法
x(time)
测试与分析
参数测量
惯量测试
悬架测试
AuTek Automobile Technology (Jilin) CO., LTD.
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
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
AuTek Automobile Technology (Jilin) CO., LTD.
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
AuTek Automobile Technology (Jilin) CO., LTD.
CarSim Training2——参数详解
Sound
声音（风噪、发动机等）
Brake lights
制动灯，制动时，此处设置 的模型将显示
Unscaled body
不可进行缩放的车身模型
Vehicles body:Shape Group
变量名称 Shape File
物理意义 白车身、内饰、驾驶员等
Set color of all shapes
物理意义
发动机模型,可以采用内部 的模型，也可以用外部的， 如Simulink中的模型
液力变矩器模型或者离合器 模型
变速箱模型
差速器模型
传动系统的固有频率，可以 通过扫频试验、有限元分析 得出
传动系统阻尼
是否考虑传动系统对侧倾的 影响，以及影响的方向
发动机
变量名称 Engine torque vs engine speed and throttle Include Throttle Time Delay Fuel rate
参考长度（通常取轴距） 空气密度
动画定义
Vehicles and Sensor Targets:整车和交通环境 Other:其它零部件、场景
Vehicles and Sensor Targets
变量名称
物理意义
Vehicle
车身三维模型
body:Shape Group
Shadow
影子模型
Rotation inertia of crankshaft Idle speed
物理意义 发动机扭矩和发动机转速、 节气门开度之间的关系， Map图 考虑节气门的延迟
燃油消耗率和发动机转速、 节气门开度之间的关系， Map图 曲轴转动惯量
怠速转速
变矩器
Carsim学习笔记
Carsim学习笔记1、The LTARG Configurable FunctionBikeSim，CarSim和TruckSim包含一个可配置函数LTARG，该函数根据位置S 计算横向偏移量L.此函数最初用于定义闭环路径跟随器模型的目标路径，以便轻松定义车道变化以及其他基于参考路径的目标。
LTARG功能还用于控制移动物体的运动，而且相对于参考路径来表示交通车辆，车道标记以及其他特征。
该函数的形式为LTARG（0，S，ID），其中S是位置，ID是1到100之间的数据集编号。
当为函数指定信息（常量，S-L值表等）时，将系统索引参数ILTARG设置为相关的数据集编号（ID）。
参数N_LTARG是将在记录文件中显示的LTARG数据集的数量。
默认值是1; 它可以设置为任何正数，最多为100.（此参数在“驱动程序模型：转向控制器”部分的记录文件中列出，如后面的图3所示。
）2、Using VS Reference PathsVS参考路径对道路描述是必不可少的，如下一节所述。
它们也用于驱动程序模型，并用于控制可能添加到模型中的移动对象。
为了支持涉及多个路径的模拟场景，每个路径都包含一个带有用户定义的ID 号码的参数PATH_ID。
用于道路，驾驶员模型或使用此ID 号码指定的移动物体的路径。
默认情况下，ID被设置为创建的路径的编号; 第一个路径有PATH_ID（1）= 1; 第二个有PATH_ID（2）= 2; 然而，构建具有多个路径和/或道路的模型的高级用户可以分配多个其他数字用于涉及不同路径集合的模拟。
例如，如果PATH_ID（3）= 123，则无论路径何时相对于其他路径被定义，ID号123都被用于仿真。
（这可能不是在不同模拟中的第三条路径。
）每个VS模拟将包括至少一个参考路径。
如果数学模型的输入不包含任何路径，那么在初始化过程中将自动添加默认路径，该路径是一个以零标题为导向的直线，以便S =全局X和L =全局Y.。
CarSim介绍
制动力矩
T P
车速
制动系统的建模
AuTek Automobile Technology (Jilin) CO., LTD.Βιβλιοθήκη 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
AuTek Automobile Technology (Jilin) CO., LTD.
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
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
AuTek Automobile Technology (Jilin) CO., LTD.
CarSim
专门针对车辆动力学的仿真软 件
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
CarSim模型的扩展
基于CarSim 的整车动力性建模
44 AUTO TIME
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FRONTIER DISCUSSION | 前沿探讨
时代汽车
图 1-2 模型参数、测试条件及其他参数 图 1-3 模型参数设置 图 1-4 测试条件设置 图 1-5 求解器求解过程 图 1-6 动画演示
图 1-7 曲线展示
求解。 右侧为后处理部分即求解器得到的仿真
结果，用户可以选择以动画的形式来展示结 果，也可以选择绘制相应曲线展示仿真结果， 进行定量分析。
1.3 CarSim 软件的功能 软件适用于对轿车、小型货车、轻型多 用途运输车及 SUV 等车型的建模仿真； 可以用以分析车辆的动力性、制动性、 燃油经济性、操纵稳定性、平顺性及通过性； 可以用以在 MATLAB、Excel 等软件中 对数据进行深入的分析和处理； 软件拥有友好的图形用户界面，可以快 速实现建模仿真； 软件拥有先进的事件处理系统，可以实 现复杂工况的模拟仿真； 软件自身携带多种车型的建模数据库， 可以帮助用户节省车辆建模时间； 软件可以与多种软件进行联合仿真，可 实现与 Simulink 的相互调用； 软件可进行多种仿真工况的批量运行 功能。 2 汽车动力性 2.1 汽车动力性研究意义 随着人们经济水平的提高，出行方式的 变化越来越大，从最初的只有步行到自行车 盛行，再到现在汽车的普及，汽车产业变的 越大，汽车的产出量以及 购买量都在逐年上升，高等级公路里程也迅
速增长。道路建设水平越来越高，道路的各 种性能越来越好，汽车动力性也比以前有了 巨大的进步，这就使得汽车的行驶车速越来 越高，而这也对汽车的各项性能有了更高的 要求。汽车动力学包括汽车的众多特性，而 汽车的动力性则是汽车众多使用性能中最基 础的性能。汽车动力性提高以后，货车可以 运载更多的货物，提高运输效率；轿车可以 减少行驶时长节约时间，保证道路畅通，保 障人车安全。因此有必要对汽车动力性进行 深入研究，提高汽车的动力性，保证汽车安 全高效行驶。
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C a r s i m整车建模的参数一车体空载情况下的车体信息(1）簧上质量的质心距前轴的距离mm (2）簧上质量质心距地面的高度mm (3）轴距mm(4）质心的横向偏移量mm(5）簧载质量kg(6）对x轴的极惯性矩（lxx）kg-m2 (7）对y轴的极惯性矩（lyy）kg-m2 (8）对z轴的极惯性矩（lzz）kg-m2 (9）对x、y轴的惯性积（lxy）kg-m2 (10）对x、z轴的惯性积（lxz）kg-m2 (11）对y、z轴的惯性积（lyz）kg-m2二空气动力学(1）空气动力学参考点X mm(2）空气动力学参考点Y mm(3）空气动力学参考点Z mm(4）迎风面积 m2(5）空气动力学参考长度 mm(6）空气密度 kg/m3(7）CFx（空气动力学系数）与slip angle (行车速度方向与空气流动方向的夹角)的关系(8）CFy与slip angle的关系(9）CFz与slip angle的关系(10）CMx与slip angle的关系(11）CMy与slip angle的关系(12）CMz与slip angle的关系三传动系1 最简单的一种(1）后轮驱动所占的比值，为1时，后轮驱动；为0时，前轮驱动(2）发动机的功率KW2 前轮驱动或后轮驱动1）发动机特性(1）各个节气门位置下，发动机扭矩（N-m）与发动机转速（rpm）的关系(2）打开节气门的时间迟滞sec(3）关闭节气门的时间迟滞sec(4）曲轴的旋转惯量kg-m2(5）怠速时发动机的转速rpm2）离合器特性a 液力变矩器(1）扭矩比（输出比输入）与速度比（输出比输入）的关系(2）液力变矩器的参数1/K与速度比（输出比输入）的关系(3）输入轴的转动惯量kg-m2(4）输出轴的转动惯量kg-m2b 机械式离合器(1）输出的最大扭矩（N-m）与离合器接合程度（0代表完全结合，1代表完全分离）的关系(2）接合时间迟滞sec(3）分离时间迟滞sec(4）输入轴的转动惯量kg-m2(5）输出轴的转动惯量kg-m23）变速器(1）正向挡位和倒挡的传动比，转动惯量（kg-m2），正向传动与反向传动效率(2）中间挡的转动惯量（kg-m2）(3）换挡时间sec(4）各个挡位中低速齿轮的输出转速（rpm）与节气门开口位置的关系4）差速器(1）左右车轮扭矩差（N-m）与车轮速度差（rpm）的关系(2）抗扭刚度N-m/deg(3）抗扭阻尼N-m-s/deg(4）传动比(5）正反向的传动效率(6）驱动轴的惯性量kg-m2(7）半轴到左侧车轮的惯性量kg-m2(8）半轴到右侧车轮的惯性量kg-m2还包括传动系（不包括发动机）的自然频率（Hz）与阻尼率3 四轮驱动与前轮驱动相比，增加分动箱，其中包括：(1）前后轴的扭矩差（N-m）与前后轮的转速差（rpm）的关系(2）分配到后轮上的扭矩(百分比形式)(3）传动比(4）扭杆刚度N-m/deg(5）扭杆阻尼N-m-s/deg还包括传动系的正效率与逆效率四制动系统1 简单制动系统(1）制动力矩（N-m）与车轮汽缸压力(MPa)的关系,分左前轮，右前轮，左后轮，右后轮,为一比例常数或一条变化曲线(2）比例阀之后的管路压力(MPa)与其输入压力(MPa)的关系,分左前轮，右前轮,左后轮，右后轮,通常为一比例常数(3）流体动力学时间常数,包括左前，右前，左后，右后，单位为sec(4）流体迟滞,包括左前，右前，左后，右后，单位为sec(5）前后车轮ABS工作的滑移率区间(6）ABS工作截止的最低速度km/h(7）经ABS控制后输出的压力MPa2 考虑助力与热衰退的制动系统(1）比例阀输出压力（Mpa）与比例阀输入压力（Mpa）的关系，包括左前，左后，右前，右后(2）制动盘质量kg(3）在0摄氏度时制动盘的比热kJ/kg/C(4）单位温度升高比热的变化量kJ/kg/C2(5）制动钳压力（MPa）与制动钳体积（mm3）的关系(6）制动钳气缸中单位流量所产生的压力MPa/(mm3/s)(7）冷却系数(1/s)与车辆速度（km/h）的关系(8）不同制动盘温度（C）下，制动力矩（N-m）与制动轮缸压力（Mpa）的关系(9）控制策略（A型为调节主缸后的压力值；B型为调节比例阀后的管路压力；也可不控制）(10）四个车轮的制动盘初始温度（C）(11）空气温度（C）(12）助力后输出的力（N）与助力前输入的力（N）的关系，助力后输出的力为主缸压力(13）踏板的杠杆比(14）主缸直径mm(15）启动助力的时间迟滞sec(16）关闭助力的时间迟滞sec五转向系统1) 转向柱管系统：(1）转向柱管的惯性kg-m2(2）转向系统的惯量kg-m2(3）转向柱管阻尼Nm-s/deg(4）转向柱管干摩擦N-m(5）转向盘自由角行程deg2) 主销的几何特性：(1）汽车前进方向投影，主销轴线与半轴轴线的交点距车轮中心的距离mm，包括四个车轮(2）主销内倾角deg(3）主销后倾角deg(4）水平路面行驶，汽车侧面投影中，车轮质心所驶过的直线与主销轴线的交点距车轮中心的距离mm3)前轮转向方式包括非助力齿条齿轮式和循环球式，助力齿条齿轮式和循环球式助力齿条齿轮式(1）齿条的行程(mm)与齿轮转角(deg)的关系(2）左右转向轮转角(deg)与齿条的行程(mm)的关系(3）因转向系统柔性所引起的转向角(deg)随主销力矩（N-m）的关系，主销力矩为左右主销力矩之和。
(4）前轮转向阻尼N-s/mm(5）不同载荷下，驻车时转向阻力矩（N-m）随速度(km/h)的关系(6）转向时，左右主销滞后方向盘的参考角deg(7）在某一车速下（kph），系统助力（N）与扭杆力矩（N-m）的关系(8）助力迟滞sec(9）扭杆刚度N-m/deg非助力齿条齿轮式没有以上7，8, 9选项助力循环球式(1）转向垂臂的转角（deg）与齿轮箱输入角度（deg）的关系(2）左右车轮转角（deg）与转向垂臂角度（deg）的关系(3）前轮转向阻尼N-s/mm(4）因转向系统柔性所引起的转向角（deg）随主销力矩（N-m）的变化关系，主销力矩为左右主销力矩之和。
(5）不同载荷下，驻车转向的阻力矩（N-m）随速度(km/h)的关系(6）转向时，左右主销滞后方向盘的参考角deg(7）辅助力矩（N-m）与扭杆力矩（N-m）的关系(8）助力迟滞sec(9）扭杆刚度Nm/deg非助力循环球式没有以上7，8, 9选项六 K特性1 独立悬架后轴与之对应(1）非簧载质量kg(2）左右车轮的转动惯量kg-m2(3）轮距mm(4）轮心距地面的高度（静载半径）mm(5）悬架中心相对于侧倾中心的横向位移mm(6）前左右车轮的外倾角与前束角deg(7）左右车轮后倾角(deg)随车轮轮心跳动量(mm)的变化关系,后倾角向前倾为正(8）左右车轮轮心在x方向上的位移(mm)与轮跳(mm)的关系(9）左右车轮外倾角(deg)与轮跳(mm)的变化关系,外倾为正(10）左右车轮侧向位移(mm)与轮跳(mm)的变化关系,侧向位移向内为正(11）左右车轮前束角(deg)与轮跳(mm)的变化关系,前束角向内为正2 非独立悬架后轴与之对应(1）轮距mm(2）静载半径mm(3）前轴质心的高度mm(4）悬架中心相对于侧倾中心的横向位移mm(5）侧倾转向系数deg/deg，即相对车轴的侧倾角与车轴转向角的关系(6）非簧载质量kg(7）前轴的侧倾转动惯量kg-m2(8）前左、右车轮的转动惯量kg-m2(9）后倾角(deg)随车轮轮心跳动量(mm)的关系(10）轮心在x方向上的位移(mm)与轮跳(mm)的关系(11）侧向位移(mm)与轮跳(mm)的关系(12）侧向位移(mm)与侧倾角(deg)的关系(13）前左右车轮的外倾角(deg)与前束角(deg)的关系3 扭转梁式(1）簧上质量与左右车轮质量之和kg(2）左右轮的转动惯量kg-m2(3）轮距mm(4）侧倾中心距地面距离mm(5）车轮中心高度mm(6）侧倾转向系数deg/deg(7）左右车轮的外倾角deg(8）左右车轮的前束角deg(9）左右车轮后倾角(deg)随车轮轮心跳动量(mm)的关系(10）左右车轮轮心在x方向上的位移(mm)与轮跳(mm)的关系七 C特性1 独立悬架后轴与之对应(1）左右弹簧刚度N/mm,分为加载和卸载两种工况(2）横向稳定杆的刚度N-m/deg，即辅助力矩（不加横向稳定杆的侧倾力矩(N-m)与加横向稳定杆的侧倾力矩(N-m)之差）随侧倾角(deg)的变化关系(3）除横拉杆外其它部件的辅助侧倾力矩N-m sec/deg(4）左右弹簧的初始压力N(5）左右车轮，单位轮跳引起的弹簧垂直高度的变化量(6）左右车轮，单位轮跳引起的减震器垂直高度的变化量(7）左右车轮，单位轮跳引起的上限位块垂直高度的变化量(8）左右车轮，单位轮跳引起的下限位块垂直高度的变化量(9）上限位块力（N）与其压缩位移（mm）的关系(10）下限位块力（N）与压缩位移（mm）的关系(11）左右减震器特性，即力(N)随压缩速度(mm/s)的变化关系(12）左右车轮单位纵向力所产生的前束角deg/N(13）左右车轮单位侧向力所产生的车轮转向角deg/N(14）左右车轮单位回正力矩所产生的车轮转向角deg/(N-m)(15）左右车轮单位纵向力所产生的外倾角变化,外倾为正deg/N(16）左右车轮单位侧向力所产生的外倾角变化,向右为正deg/N(17）左右车轮单位回正力矩所产生的外倾角变化,向右为正deg/(N-m)(18）左右车轮单位纵向力所产生的纵向位移mm/N(19）左右车轮单位侧向力所产生的侧向位移mm/N2 非独立悬架参数与独立悬架基本相同，后轴与之对应(1）左右弹簧刚度N/mm,分为加载和卸载两种工况(2）横向稳定杆的刚度N-m/deg，即辅助力矩（不加横向稳定杆的侧倾力矩(N-m)与加横向稳定杆的侧倾力矩(N-m)之差）随侧倾角(deg)的变化关系(3）除横拉杆外其它部件的辅助侧倾力矩N-m sec/deg(4）左右弹簧的初始压力N(5）左右车轮，单位轮跳引起的弹簧垂直高度的变化量(6）左右车轮，单位轮跳引起的减震器垂直高度的变化量(7）左右车轮，单位轮跳引起的上限位块垂直高度的变化量(8）左右车轮，单位轮跳引起的下限位块垂直高度的变化量(9）上限位块力（N）与其压缩位移（mm）的关系(10）下限位块力（N）与压缩位移（mm）的关系(11）左右减震器特性，即力(N)随压缩速度(mm/s)的变化关系(12）左右车轮单位纵向力所产生的前束角deg/N(13）左右车轮单位侧向力所产生的车轮转向角deg/N(14）左右车轮单位回正力矩所产生的车轮转向角deg/(N-m)(15）左右车轮单位纵向力所产生的外倾角变化,外倾为正deg/N (16）左右车轮单位侧向力所产生的外倾角变化,向右为正deg/N (17）左右车轮单位回正力矩所产生的外倾角变化,向右为正deg/(N-m) (18）左右车轮单位纵向力所产生的纵向位移mm/N(19）左右车轮单位侧向力所产生的侧向位移mm/N(20）左右车轮单位纵向力所产生的车轴纵向位移mm/N(21）左右车轮单位侧向力所产生的车轴侧向位移mm/N(22）左右弹簧之间的距离mm(23）减震器之间的距离mm(24）上限位块之间的距离mm(25）下限位块之间的距离mm3 扭转梁式参数与前轴独立悬架的C特性相同。