CarSim介绍.ppt

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1、 AuTek Automobile Technology (Jilin) CO., LTD.OUTLINECarSim总体介绍CarSim软件结构l 图形用户界面l 车辆数学模型l 仿真器OUTLINE AuTek Automobile Technology (Jilin) CO., LTD.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CarSimOUTLINEOUTLINE AuTek Automobile Technology (Jilin) CO., LTD.Mechanical Simulationn建于1996年n是从UMT

2、RI（密西根大学交通运输研究所)脱离出来的n专门研究汽车动力学软件的专业公司CarSim 背景背景 AuTek Automobile Technology (Jilin) CO., LTD.CarSimCarSim 介绍介绍n专门针对车辆动力学的仿真软件n车辆对驾驶员输入、路面输入 及空气动力学输入的响应n车辆动力学：操纵稳定性、动力性、经济性、制动性、平顺性n在 Windows环境下运行n实时的硬件在环测试 AuTek Automobile Technology (Jilin) CO., LTD.CarSim软件的特点软件的特点n使用方便n运算迅速n仿真精确n有良好的扩展性n价格较低n行业标

3、准软件CarSim软件的特点软件的特点 AuTek Automobile Technology (Jilin) CO., LTD.车辆数学模型求解器图形用户界面仿真器计算结果的绘图软件CarSim的主要结构n图形用户界面用于定义车辆的特性参数及仿真工况n数学模型用来仿真求解n用仿真器进行三维动画回放n专门的仿真曲线绘图软件CarSim的结构的结构 AuTek Automobile Technology (Jilin) CO., LTD. 仿真图形用户界面n由150多个图形界面组成n每个图形界面都对应着相应的数据文件n可以像浏览网页一样查看各界面n用下拉菜单选择相应的数据库n在屏幕上指定各模型参

4、数n所有界面都有在线帮助n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 AuTek Automobile Technology (Jilin) CO., LTD.CarSim的数学模型CarSim的数学模型惯量测试惯量测试悬架测试悬架测试轮胎测试轮胎测试建模、算法及仿真测试与分析参数测量建立在UMTRI三十多年的研究基础之上 AuTek Automobile Technology (Jilin) CO., LTD.Lateral G01020-0.500.5面向系统的建模CarSimRoad Test01020-20-1001020Yaw ratedeg/sCarSim的车辆模

5、型n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n模型运算稳定n在PC机上能达到实时的运算速度n所有的模型参数都可以通过测试的手段获取 AuTek Automobile Technology (Jilin) CO., LTD.后车轮旋转 侧偏角簧上质量的六个自由度非簧载质量自由度前 非簧载质量自由度车辆模型的简化刚体簧载质量1非簧载质量4车轮4发动机1总数10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 CarSim的车辆模型（续） AuTek Aut

6、omobile Technology (Jilin) CO., LTD.悬架的建模n不同的悬架采用不同的数学模型n独立悬架n非独立悬架n非线性、非对称的三维悬架运动n由轮胎力和力矩引起的悬架变形由变形系数来表征n弹簧的迟滞现象由额外的状态变量来处理 选择悬架的类型悬架的建模悬架的建模 AuTek Automobile Technology (Jilin) CO., LTD.轮胎n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n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n内部的轮胎模型采用Pacejka “复合滑移” 理论n可以使用Magic Formula模型n可以使用外

7、部的轮胎模型（郭孔辉教授的统一轮胎模型统一轮胎模型已成功与CarSim连接）轮胎建模轮胎建模 AuTek Automobile Technology (Jilin) CO., LTD.转向系统的建模InOutInOut转向器传动比转向盘输入+变形+变形车轮转角转向系统的建模转向系统的建模 AuTek Automobile Technology (Jilin) CO., LTD.转向力矩nParking torque (steering torque sensitive to the vehicle speed)转向力矩转向力矩 AuTek Automobile Technology (Jili

8、n) CO., LTD.比例阀ABS 控制制动轮缸压力车轮载荷轮胎滑移率制动踏板输入制动力矩车速PT制动系统的建模制动系统的建模制动系统的建模 AuTek Automobile Technology (Jilin) CO., LTD.Te Ttcin e Ie Ttcin e e tco Ttcout Ntrans Ttcout Ntrans Itrans g Tg 油门输入 发动机 液力变矩器 变速器 动力传动系的建模发动机 变速器动力传动系的建模动力传动系的建模 AuTek Automobile Technology (Jilin) CO., LTD.变速器 差速器 TgR MyRR My

9、LR FxRR(hwc+zRR)+MybkR FxLR (hwc+zLR)+MybkR whRR whLR gR 差速器 TgF MyRF MyLF FxRF (hwc+zRF)+MybkF FxRF (hwc+zRF)+MybkF whRF whLF gF 分动器 Tg 前 后 传动轴 变速器 车轮动力传动系的建模动力传动系的建模 AuTek Automobile Technology (Jilin) CO., LTD.MacAdams 驾驶员模型驾驶员模型CarSim 驾驶员模型驾驶员模型Full vehicle dynamics simulationdriver modeltarget

10、pathFull responseucufoXv, Yv, Vx, Vy, , ufo, uro Driver model X axisDriver model Y axisPredicted path (constant steer)Target pathMass centerOrigin (front axle)abInertial YInertial XXv, Yv (inertial coordinates) AuTek Automobile Technology (Jilin) CO., LTD.驾驶员控制选项预瞄时间 (常量或与速度有关)后轮转向最大转向盘转角及角速度Brake c

11、ontrol parametersDriver sensorsCarSim 驾驶员模型驾驶员模型l预瞄时间l最大转向盘转角及角速度设置l考虑后轮转向的驾驶员模型l驾驶员模型传感器郭孔辉教授的郭孔辉教授的POSANN驾驶员模型驾驶员模型正在与正在与CarSim进行连接进行连接 AuTek Automobile Technology (Jilin) CO., LTD.n简单的特性参数l具有实际的物理意义l在屏幕上显示具体的参数位置l尺寸，质量，比率等n可以测量n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模型参数 AuTek Automobile Technology (Jilin) CO.

12、, LTD.CarSim提供很多样车（Sedan，SUV，Race Car）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的获取 模型参数（续） AuTek Automobile Technology (Jilin) CO., LTD.CarSim的求解方法x(time)t1t1 + ttimeslope = x(t1)True function x(t)x(t1)x(t1 + t

13、)x(t1) + tx(t1).n复杂的方程很难求出解析解，数值算法能得到近似解n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nCarSim中的方程为微分方程采用二阶龙格库塔求解方法nCarSim中的定步长算法，速度较快，适合于实时仿真 求解方法 AuTek Automobile Technology (Jilin) CO., LTD.三维路面模型n用简单的数表来描述n水平，垂直或高度差n表格是独立的n数据可以从CAD，制表软件等得到.n样条插值与线性插值相结合n仿真器自动创建仿真图像n路面可以是非环形路面或环形路面三维路面模型 AuTek Automobile Te

14、chnology (Jilin) CO., LTD.CarSim的仿真器CarSim的仿真器 AuTek Automobile Technology (Jilin) CO., LTD.n仿真过程中自动建立仿真动画n直观的用户界面nOpenGLl良好的扩展性l可以表现物体的详细特征，如亮度，阴影，雾 l自动的表面平滑处理n标准的图形文件lSTLlOBJCarSim的仿真器 AuTek Automobile Technology (Jilin) CO., LTD.物体的运动 XZY“观察点”“摄像机”的位置方位角 俯仰角n从仿真的BIN文件中获取运动变量n参考系是动坐标系nCarSim 自动控制车

15、辆及路面的动画信息n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）物体的运动物体的运动 AuTek Automobile Technology (Jilin) CO., LTD.仿真文件仿真文件仿真文件 AuTek Automobile Technology (Jilin) CO., LTD.CarSim的高级仿真功能CarSim的高级仿真功能高级仿真功能 AuTek Automobile Technology (Jilin) CO., LTD.Event ProgrammingEvent 1: Straight run until 80km/h vehicle speed E

16、vent 2: Release throttle pedal.Steady curve until 60km/hEvent 3: Apply brake事件编程事件编程Event 4: Blown tire AuTek Automobile Technology (Jilin) CO., LTD.Batch runAutomatically combine different inputs3 different road frictionBase setting: for example DLCExample:3 different road friction , different simu

17、lations are run with one click.批运行批运行 AuTek Automobile Technology (Jilin) CO., LTD.CarSim模型的扩展CarSim模型的扩展 AuTek Automobile Technology (Jilin) CO., LTD. 通过Simulink进行模型的扩展Simulink (MATLAB工具箱) 是应用较为广泛的仿真工具CarSim模型的扩展 AuTek Automobile Technology (Jilin) CO., LTD.Simulink接口n在CarSim环境下使用Simulinkn在Simulink

18、环境下使用CarSim Simulink接口 AuTek Automobile Technology (Jilin) CO., LTD.变量从变量从 Simulink 导入到导入到 CarSim中中n160多个可导入变量 n控制输入n轮胎/路面输入n轮胎的力和力矩n弹簧及阻尼力n转向系统的角度n传动系的力矩n制动力矩及制动压力n风的输入n任意的力和力矩n可以在 Simulink中定义变量n变量可以在其它软件中定义并导入到Simulink中n导入的变量叠加到 CarSim内部相应的变量中导入变量 AuTek Automobile Technology (Jilin) CO., LTD.n输出变量

19、可以应用于用户自定义的Simulink模型n560多个输出变量n位置和姿态n运动变量n速度和加速度n力元状态（弹簧、阻尼等）n刚体的力和力矩n控制变量n路面及空气动力学的参数变量从变量从CarSim导出到导出到Simulink中中导出变量 AuTek Automobile Technology (Jilin) CO., LTD.CarSim的 实时仿真系统CarSim的实时仿真系统 AuTek Automobile Technology (Jilin) CO., LTD.控制计算机Windows实时操作系统QNX, Linux, etc.电子适配器控制器e.g., ECUEthernetCar

20、Sim的实时仿真系统n主机&Windows系统n数据库n仿真器&绘图器n用户界面n目标机&实时操作系统nCarSim 数学模型n硬件在环接口n实时硬件系统CarSim的实时仿真系统 AuTek Automobile Technology (Jilin) CO., LTD.控制策略的开发 CarSim快速原型试验目标代码的生成实验室ECU试验路面ECU试验CarSimRTCarSimRTCarSim用于ECU的开发 CarSim用于ECU的开发 AuTek Automobile Technology (Jilin) CO., LTD.CarSim 驾驶模拟器CarSim驾驶模拟器驾驶模拟器 Au

21、Tek Automobile Technology (Jilin) CO., LTD.驾驶模拟器n科学研究n产品开发n驾驶员培训驾驶模拟器驾驶模拟器 AuTek Automobile Technology (Jilin) CO., LTD.nCarSim广泛地应用在各大公司的驾驶模拟器nFord, Chrysler have “pre-CarSim” UMTRI modelsnToyota, Suburu, Lockheed Martin, TACOM have MSC versionsn仿真和显示采用 不同的计算机n简单、通用的硬件接口驾驶模拟器驾驶模拟器 AuTek Automobile

22、Technology (Jilin) CO., LTD.为什么选择 CarSim？为什么选择为什么选择CarSim？ AuTek Automobile Technology (Jilin) CO., LTD.仿真技术通常用来解决以下问题：某一设计参数的改变对车辆性能产生怎样的影响？已有的车辆有时表现出很异常的操纵特性，如何改变使其正常？导致事故的原因是什么，能否使其再现？在实车试验之前，如何预测一种新的车辆能否达到预期标准？CarSim能快速准确地解决以上问题！为什么选择为什么选择CarSim？ AuTek Automobile Technology (Jilin) CO., LTD.普遍的多

23、体动力学仿真软件（ADAMS、SimPack）面向结构的建模方法，如车辆的悬架结构，衬套，转向系的结构等模型数据：每个组件的详细结构及几何信息各个构件的质量及转动惯量信息模型方程：微分代数方程，求解困难，通常采用变步长积分算法，速度较 慢使用：需要数日的训练通常只有动力学专家才能应用得心应手虽然有车辆的模板，但是缺少相关的数据价格较贵为什么选择为什么选择CarSim？ AuTek Automobile Technology (Jilin) CO., LTD.专业的车辆动力学软件CarSim面向系统的建模方法，不关心模型的具体结构，只关心其性能参数模型数据：每个组件的特性参数各个构件的质量及转动

24、惯量信息模型方程：微分方程，求解容易，通常采用定步长积分算法，速度较快，适 合于实时仿真使用：一个小时的时间就能学会软件的使用一天的时间就能掌握软件的大部分功能有很多车辆的模型价格较低可用于实时仿真系统，驾驶模拟器为什么选择为什么选择CarSim？ AuTek Automobile Technology (Jilin) CO., LTD.CarSim是为工程师设计的软件n使用方便，所有的选项设置都在友好的图形界面上完成n所有的模型参数都可以由试验测得n不需要特别高深的车辆动力学理论n数据文件可以导入导出，方便了工程师之间的技术交流n运算速度快，适合于实时仿真nCarSim能精确地仿真车辆的动力性、燃油经济型、制动性、平顺性、操纵稳定性工程师的软件工程师的软件 AuTek Automobile Technology (Jilin) CO., LTD.用户用户n制造商（轿车、卡车）n供应商n试验及研究组织n大学CarSim的用户的用户 AuTek Automobile Technology (Jilin) CO., LTDhttp:/51 结束语结束语