【原】PreScan快速入门到精通第二十三讲2D车辆动力学模型

下图为执行器对象配置对话框标签，支持动态分配：                     

 

对于PreScan中所有执行器来说，存在四种选择，它们是： 

无-完全没有纳入动力学因素;

2D简单动力学模型-使用PreScan附带的简单动力学模型。PreScan为库中的每个汽车模型提供了简单的动力学模型。简单 "指的是能够仿真汽车的纵向、横向和横摆运动的模型。这些模型通常也被称为自行车模型。可以改变或设置的典型参数在 "简单动力学模型 "这一段有说明。摩托车动力学有一个特殊的模型。

三维简单模型-该模型能够仿真汽车的纵向、横向、纵向、俯仰和横摆运动。它包括悬挂模型。关于支持哪些车辆，请参见每个执行器的动态概述，后续章节中将讲述。 

离散模式仅适用于2D和3D简单动力学。该模型包含Simulink离散时间块而非连续时间块。该模型可以用Simulink离散时间或连续时间求解器运行。

与连续时间模型相比，离散时间模型需要更高的仿真最低频率，分别为2D的100Hz和3D简单动力学的300Hz。由于计算方式的不同，离散时间模型和连续时间模型可能会表现出不同的行为，尤其是在稳定边缘进行仿真时。

用户指定的模型-用户指定的基于Simulink的车辆动力学模型。当用户有自己的Simulink模型时，可以使用 "用户指定模型 "选项。原则上，CarSim模型可以纳入PreScan。如果想加入CarSim模型，请持续关注《PreScan从入门到精通系列》。对于veDYNA模型，需要勾选veDYNA模型的方框。如果想纳入 veDYNA 模型，请持续关注《PreScan从入门到精通系列》。用户也可也使用SIMULINK自建模型，或者SIMULINK中动力学工具箱中的车辆模型。 

与用户指定模型相关的初始化或参数文件不复制到实验目录中。文件可以手动添加到实验中，文件所在的目录可以添加到MATLAB路径中。

一些限制适用于简单的动力学模型： 

1. 仿真时间步长必须根据系统中的动态情况进行调整。需要小的仿真时间步长的例子有：

A. 轮胎刚度大(仅适用于三维模型)

B. 方向盘角度变化快

2. 摩托车动力学模型是一个稳态模型。摩托车仅由转向角转向，而不是由任何重心位移转向。

23.1 二维简单动力学模型

PreScan提供了一个简单的动力学模型，使用户可以轻松地仿真车辆动力学行为。由于PreScan与MATLAB/Simulink有很强的接口，用户也可也能够使用自己的模型。

简单动力学模型由以下组件组成，如下图所示：

引擎

变速箱最终传动比

底盘（车辆动力学）

换挡逻辑

自动和手动换挡之间的切换

请看以下章节：

车辆动力学模型；

可以在GUI中设置的参数；

模型在编译表中的表现；

发动机类型-在油门为零%，自动档为驾驶/倒车模式的情况下，汽车也会缓慢向前/向后移动。这是由于发动机以最低转速行驶（每辆车的转速不同），即怠速行驶； 

模型迁移-请看汇编表迁移。

23.1.1 车辆动力学模型

车辆动力学部分是基于平面模型，也叫自行车模式，它的扩展是侧倾动力学。它带有一个线性轮胎模型。简单动力学模型对用户完全开放。简单动力学模型的参数可以在GUI中设置。自行车模式的示意图如下图所示：

侧倾模型

计算出的侧倾运动是车辆实际侧倾运动的近似值。侧倾运动是根据下图所示的高点质量确定的。为防止车辆侧翻，最大滚转角度限制为±25[deg]。

侧倾角可以用以下公式计算：

假设侧倾轴在地面，并假设角度较小（因此tan(ψ)=ψ   )

在C的公式中，系数3可以看作是扭杆刚度的附加系数。

23.1.2 参数

简单动力学模型是完全向用户开放的。在 "对象配置 "对话框中选择 "简单"（动态），将打开 "简单动态 "对话框 

注1：这些参数只能在GUI中设置，不能在MATLAB / Simulink中设置。 

注2：下图中灰色的数值无法适应，因为它们已经被车辆视觉模型定义。

动态

在第一个标签 "动力学"中，可以修改车辆参数。

组                参数                  描述                                                                                 单位
杂项	P brake max	最大制动压力	[bar]
	Cw	空气阻力系数	[-]
Inertias	M	车辆总质量	[kg]
	Jzz / Jyy / Jxx	车身围绕z/y/x轴的惯性力矩。	[kg m2]
轮胎刚度	K tyres,  front/ rear	前/后轮胎的转弯刚度（左、右合并）。	[N/rad]
停职	C susp.  front / rear	前/后悬架的系统刚度，两边合体	[N/m]
	D susp.  front / rear	前/后悬架的系统阻尼率，两侧合流。	[Ns/m]
BB尺寸	Track Width	车辆的轨道宽度(用于简单的动力学)	[m]
	Ground clearance	道路到车辆的自由空间距离	[m]
	BB Width	车辆的边界宽度（用于空气传感器）。	[m]
	BB Length	车辆的边界框长度(用于空气传感器)	[m]
	BB Heigth	车辆的边界框长度(用于空气传感器)	[m]
	Offset	车辆后部偏移	[m]

CoG位置	h CoG	重心高度	[m]
	b	重心到后轴的距离。	[m]
	a	重心到前轴的距离	[m]
保险杠	Bumper f/r	前/后保险杠相对于地面的位置（用于默认的传感器定位）。	[m]
车轮参数	Rw	轮胎半径	[m]
	l	车辆的轮基	[m]

传动系统

在第二个选项卡 "Driveline "中，可以编辑换挡策略。当更改升档和降档的换档点时，相应的图形将被更新。对于变速器，可以修改档位数和相应的齿轮比。

参数                                         描述                                                                           单位
R final drive	最终传动比	[-]
Upshift time [# delays]	与上移延迟相对应的模拟时间步长的整数倍。	[-]
Downshift time [# delays]	与降档延迟相对应的模拟时间步长的整数倍。	[-]
Transmission ratio	所有（可能的7个）齿轮的传动比表	[-]
Upshift	升档到下一个档位的转速，与节气门百分比有关。	[rpm]
Downshift	降档到前一个档位的转速，与节气门百分比有关。	[rpm]

发动机

在 "发动机 "选项卡中，可以修改发动机扭矩图。至少要设置0%和100%的油门线。

参数                          描述                                                                                   单位
发动机扭矩Map	发动机扭矩是发动机转速和油门百分比的函数。	[Nm]

转向

在最后一个选项卡 "转向"中，可以修改一些转向特性。

参数                          描述                                                                                     单位
转向比例	方向盘转数(度)与车轮转数(度)之比。	[-]
最大转向角	最大方向盘角度	[deg]

Simulink参数

模型中的其他参数(自动设置，但用户可直接在Simulink模型中更改)

模型参数                                  描述                                                             单位
p.relax_on	打开/关闭轮胎的松弛效应（滑移角和外倾角）。	0 = off 1 = on  (default)
p.sigma_front / p.sigma_rear	前/后轮胎的松弛长度	[m]
p.fr0, p.fr1, p.fr4, p.v0	两个轮胎的路面阻力计算：Fresistance  = Fz*(fr0 + fr1*v/v0 + fr4*(v/v0)4)，Fz为车重，单位为[N]。	[N],[N],[N],[m/s]
p.Rair	空气阻力系数。p.Rair = 0.5 *  p.rho_air * p.A*p.Cw。	[Ns2/m2]
p.rho_air	空气密度	[kg/m3]
p.A	空气阻力的参考面积	[m2]
p.Kfactor, p.speedratio	叶轮扭矩查询表	[-], [-]
p.Torkratio	变矩器扭矩比	[-]
p.Iei	发动机和叶轮的惯性	[kg m2]
p.rot_ini, p.rot_upp, p.rot_low	发动机转速积分器设置(初始值、上限、下限)	[rpm]

23.1.3 Simulink表示法

在编译表中，简单动力学模型如下。

输入参数

参数                                    描述                                                                            单位
驾驭	方向盘角度(车辆转向比为20时)	[deg]
节气门开度	最大节气门的百分比	[%]
制动器压力	制动压力	[bar]
v0	初速	[m/s]
自动/手动	在自动和手动换档之间切换。 [0] = 自动换档（默认）。 [1] = 手动换档	[-]
自动挡	自动换档的档位。 [-1] = 倒车 [0]=空挡 [1]=驱动	[-]
手动挡	手动换档的档位。 [-1]=倒车 [0]=中性 [1...最大档位]=档位数	[-]

输出参数

参数                                         描述                                                                            单位
状态	车辆状态	[-]
vx	当前速度	[m/s]

23.1.4 发动机类型

对于不同的车辆，以下列发动机类型作为参考。

车辆类型                                            发动机类型
Audi A8	3.0
BMW X5	3.0i
BMW Z3	2.8i
Citroen C3	1.1i
Fiat Bravo	1.4
Ford Fiesta	1.25
Honda Pan European	1.3
Mazda RX8	1.3
Nissan Cabstar	2.5  (diesel)
Toyota Previa	2.4  VVT-i
Toyota Yaris	1.0 16v  VVT-i