基于模拟器的多求解器仿真平台关键技术研究

发布时间：2017-08-29 18:13

  本文关键词：基于模拟器的多求解器仿真平台关键技术研究

  更多相关文章： 车辆动力学模型 模型机理 参数转换 仿真分析 多求解器平台

【摘要】：基于总成特性的实时车辆动力学模型已广泛应用到汽车产品性能开发、电控系统开发与验证中,目前国际上存在多个实时车辆动力学模型,为了探索多个求解器在汽车驾驶模拟器上的应用,对多个求解器模型进行对比分析,本文选取吉林大学汽车仿真与控制国家重点实验室研发的车辆模型(简称ASCL模型)、Car Sim、ve DYNA车辆模型为研究对象,对比分析了建模机理的差异性,研究了不同模型建模参数的转换方法,实现了三个求解器基于同一套参数在模拟器上的运行。本论文的主要研究内容包括:建模机理差异性对比分析。根据实时车辆动力学模块化建模特征,按照整车系统、空气动力学系统、动力传动系统、制动系统、转向系统、悬架系统、车轮系统分模块的方法对建模机理进行了对比分析。整车系统建模机理一致,都建立了车体6自由度模型和非簧载质量的垂向自由度模型。空气动力学系统建模机理相同,建立了空气阻力六分力模型。动力传动系统中发动机都采用了基于MAP图的发动机模型;ASCL、Car Sim建立了基于摩擦特性的离合器特性模型,ve DYNA建立了具有动力学自由度的离合器盘模型;都建立了基于特性的变速箱模型;ve DYNA建立了左右半轴动力学自由度的动态差速器模型,ASCL和Car Sim建立了利用摩擦效应的差速器模型。制动系统模型中,ASCL和Car Sim模型建立了制动踏板、真空助力器、制动主缸、比例阀、制动轮缸、制动器等总成和部件的特性模型,对总成和部件特性进行了详细描述,而ve DYNA模型建立了相对简单的制动系统模型,仅描述了制动力的简单传递关系。转向系统模型中,ASCL转向系统建立了转向器平动和转向体绕主销的3个动力学自由度,ve DYNA模型建立了齿条动力学模型,表达了转向机构动力学,而Car Sim仅建立表征角传递和力传递的转向系统模型;ASCL采用静动摩擦效应的干摩擦模型,Car Sim采用库伦摩擦模型,ve DYNA建立了考虑静摩擦效应的干摩擦模型。悬架系统都是基于侧倾中心建模思想建立了悬架特性模型,ASCL、Car Sim模型中建立具有摩擦迟滞特性的承载模型,ve DYNA在描述悬架K特性时考虑了转向的影响。三个求解器分别采用了不同的轮胎模型,ASCL建立了刚性环车轮模型用于动态的计算胎体的运动状态,取代了松弛长度法表达轮胎力的迟滞效果,并在胎面与路面之间引入了动静摩擦切换模型,Car Sim则采用了试验数据模型或魔术公式模型,ve DYNA采用TM-easy轮胎模型。模型参数转换研究及验证。基于对三个求解器模型的机理分析,研究了不同模型参数转换方法,实现了基于同一套参数不同求解器的仿真计算,并通过典型工况仿真,验证了参数转换的正确性。嵌入式和模拟器多求解器仿真平台开发。主要完成了将三个求解器运行于嵌入式环境和模拟器环境的开发工作,完成了接口定义、运行控制等集成开发工作,实现了三个求解器可同时运行于嵌入式环境和ASCL模拟器环境,并通过检验嵌入式和模拟器环境的运行效果验证了方法的正确性。
【关键词】：车辆动力学模型 模型机理 参数转换 仿真分析 多求解器平台
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U467.13
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-13
• 第1章 绪论13-21
• 1.1 课题的提出13-15
• 1.2 国内外研究现状15-18
• 1.2.1 动力学模型国内外研究现状15-18
• 1.3 本文主要工作18-21
• 第2章 ASCL、Car Sim和ve DYNA动力学模型概述21-27
• 2.1 车辆动力学模型介绍21-22
• 2.2 车辆模型求解原理22-24
• 2.3 车辆模型建模方法24-26
• 2.4 本章总结26-27
• 第3章 车辆动力学模型对比分析27-71
• 3.1 整车系统27-28
• 3.1.1 ASCL、Car Sim与ve DYNA整车系统建模方法对比27-28
• 3.1.1.1 车体坐标系定义27-28
• 3.1.2 ASCL、Car Sim与ve DYNA整车系统差异性分析28
• 3.2 空气动力学系统28-31
• 3.2.1 ASCL、Car Sim与ve DYNA空气动力学系统建模方法对比28-31
• 3.2.1.1 风压中心29-30
• 3.2.1.2 计算空气作用力30-31
• 3.2.2 ASCL、Car Sim与ve DYNA空气动力学系统差异性分析31
• 3.3 动力传动系统31-42
• 3.3.1 ASCL、Car Sim与ve DYNA动力传动系统建模方法对比32-41
• 3.3.1.1 发动机部件32-33
• 3.3.1.2 液力变矩器部件33-36
• 3.3.1.3 自动变速器部件36-37
• 3.3.1.4 差速器部件37-39
• 3.3.1.5 车轮部件39-40
• 3.3.1.6 动力传动系统的弹性轴部件40-41
• 3.3.2 ASCL、Car Sim与ve DYNA动力传动系统差异性分析41-42
• 3.4 制动系统42-45
• 3.4.1 ASCL、Car Sim与ve DYNA制动系统建模方法对比42-44
• 3.4.1.1 制动踏板部件42
• 3.4.1.2 真空助力器部件42
• 3.4.1.3 制动主缸部件42-43
• 3.4.1.4 比例阀部件43
• 3.4.1.5 制动轮缸部件43
• 3.4.1.6 制动盘部件43-44
• 3.4.2 ASCL、Car Sim与ve DYNA制动系统差异性分析44-45
• 3.5 转向系统45-54
• 3.5.1 ASCL、Car Sim与ve DYNA转向系统建模方法对比45-53
• 3.5.1.1 方向盘部件47
• 3.5.1.2 转向柱部件47-48
• 3.5.1.3 转向器部件48-51
• 3.5.1.4 转向传动机构部件51-53
• 3.5.1.5 驻车力矩53
• 3.5.2 ASCL、Car Sim与ve DYNA转向系统差异性分析53-54
• 3.6 悬架系统54-59
• 3.6.1 ASCL、Car Sim与ve DYNA悬架系统建模方法对比54-59
• 3.6.1.1 悬架导向机构模型54-57
• 3.6.1.2 悬架承载特性模型57-59
• 3.6.2 ASCL、Car Sim与ve DYNA悬架系统差异性分析59
• 3.7 车轮系统59-68
• 3.7.1 ASCL、Car Sim与ve DYNA车轮系统建模方法对比59-68
• 3.7.1.1 轮胎坐标系定义59-60
• 3.7.1.2 轮胎垂直力的计算60-61
• 3.7.1.3 滑移率和侧偏角61-63
• 3.7.1.4 复合工况的滑移率63-66
• 3.7.1.5 计算轮胎力66-68
• 3.7.2 ASCL、Car Sim与ve DYNA的车轮系统差异性分析68
• 3.8 本章总结68-71
• 第4章 车辆模型参数转换研究71-83
• 4.1 整车系统参数转换71-72
• 4.1.1 计算质心坐标位置71
• 4.1.2 计算整车质量71-72
• 4.2 空气动力学系统参数转换72-73
• 4.2.1 确定风压中心72
• 4.2.2 确定空气阻力系数72-73
• 4.3 动力传动系统参数转换73-75
• 4.4 制动系统参数转换75-76
• 4.5 转向系统参数转换76
• 4.6 悬架系统参数转换76-78
• 4.6.1 弹簧、阻尼器随轮跳的变形量76-77
• 4.6.2 弹簧力与弹簧变形量77
• 4.6.3 计算阻尼器力、拉伸/压缩限位块力77
• 4.6.4 横向稳定杆的刚度77
• 4.6.5 计算K特性数据77-78
• 4.7 车轮系统参数转换78-82
• 4.7.1 计算ve DYNA中轮宽与轮胎自由半径的比值78-79
• 4.7.2 计算ve DYNA中断面高度与轮胎自由半径的比值79
• 4.7.3 计算轮胎纵向力特性参数79-80
• 4.7.4 计算轮胎侧向力特性参数80-81
• 4.7.5 计算回正力矩特性参数81-82
• 4.8 本章总结82-83
• 第5章 ASCL、Car Sim和ve DYNA车辆模型仿真验证83-95
• 5.1 ASCL、Car Sim和ve DYNA车辆模型离线仿真验证83-87
• 5.1.1 转向盘角脉冲信号输入83-84
• 5.1.2 转向盘角阶跃信号输入84-85
• 5.1.3 加速、制动仿真验证85-87
• 5.2 ASCL、Car Sim和ve DYNA车辆模型嵌入式仿真平台实现87-90
• 5.2.1 转向盘角脉冲信号输入89-90
• 5.2.2 转向盘角阶跃信号输入90
• 5.3 车辆模型嵌入驾驶模拟器的实现方法研究90-93
• 5.3.1 通信接口定义91
• 5.3.2 通信模式91-93
• 5.4 本章总结93-95
• 第6章 全文总结与展望95-97
• 6.1 全文总结95-96
• 6.2 研究展望96-97
• 参考文献97-101
• 致谢101

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本文编号：754709