CarSim介绍

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
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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
Event 4: Blown tire
事件编程
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Batch run
Automatically combine different inputs
Example: 3 different road friction , different simulations are run with one click.
变速器
车轮
动力传动系的建模
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Inertial Y Driver model Y axis Target path Origin (front axle) a Predicted path (constant steer) Driver model X axis
轮胎建模
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转向系统的建模
车轮转角
Out Out
In
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

Parking torque (steering torque sensitive to the vehicle speed)
3 different road friction
Base setting: for example DLC
批运行
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CarSim模型
的扩展
CarSim模型的扩展
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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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仿真文件
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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Z
“观察点” “摄像机”的位置 俯仰角
有良好的扩展性
仿真精确
行业标准软件
CarSim软件的特点
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图形用户界面
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
计算结果的绘图软件
专门的仿真曲线绘图软件
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 用下拉菜单选择相应的数 据库


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
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CarSim的仿真器
CarSim的仿真器
AuTek Automobile Technology (Jilin) CO., LTD. 仿真过程中自动建立仿
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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
驾驶员控制选项

Driver sensors
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
Brake control parameters
郭孔辉教授的POSANN驾驶员模型 正在与CarSim进行连接 CarSim 驾驶员模型
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悬架的建模
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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 连接）
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 介绍
CarSim软件的特点
使用方便 运算迅速 价格较低
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Road Test CarSim
20
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
CarSim的车辆模型
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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
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

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）
转向力矩
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制动系统的建模
车轮载荷 制动踏板输入 比例阀 ABS 控制 轮胎滑移率
制动轮缸 压力
T
车速
制动力矩
制动系统的建模
P
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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 1 4 4 1 10
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
CarSim的车辆模型（续）
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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
CarSim的求解方法
x(time)
•
slope = x(t 1)
•
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
.1) x(t1 ) + t•x(t x(t1 + t) x(t1)
True function x(t)
Inertial X Mass center
b
Xv, Yv (inertial coordinates)
MacAdam’s 驾驶员模型
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)
最大转向盘转角及 角速度
动力传动系的建模
油门输入
Ie
Ttcin Ttcout Ttcout ×Ntrans Ntrans Itrans
Te
αe ωe
Ttcin ω e
ω tco
ωg
Tg
发动机
液力变矩器
变速器
发动机
变速器
动力传动系的建模
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OUTLINE
AuTek Automobile Technology (Jilin) CO., LTD.
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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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
t1
time
t1 + t
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.
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（续）
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FxRF ×(hwc+@zRF)+MybkF ω whRF
变速器
Tg
FxRR×(hwc+@zRR)+MybkR ω whRR
MyRF
TgF
TgR
MyRR
前
MyLF ω whLF
差速器
ω gF
分动器
ω gR
差速器
后Biblioteka Baidu
MyLR ω whLR
传动轴
FxRF ×(hwc+@zRF)+MybkF FxLR ×(hwc+@zLR)+MybkR
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 Event 2: Release throttle pedal. Steady curve until 60km/h Event 3: Apply brake
通过Simulink进行模型的扩展
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
轮胎测试 参数测量
测试与分析 惯量测试
悬架测试
AuTek Automobile Technology (Jilin) CO., LTD. Lateral G
0.5 20 10 0 0 -10 -0.5 0 10 20 -20 0 10
Yaw rate—deg/s
面向系统的建模
模型的复杂程度适合于底盘控制系统