[发明专利]基于车辆动力学模型的车辆运动特性仿真方法及系统

说明书

本发明公开了一种基于车辆动力学模型的车辆运动特性仿真方法及系统。所述仿真方法包括：获取车辆坐标系、轮胎坐标系、地理坐标系以及轮胎模型；根据车辆坐标系建立力和力矩平衡运动方程；根据轮胎坐标系以及力和力矩平衡运动方程建立二自由度的横向动力学模型；获取车辆受到的外部阻力；根据外部阻力建立电传动系统驱动下的纵向动力学模型；获取车辆沿曲线行驶时的车辆悬架特性参数；根据车辆悬架特性参数、地理坐标系以及车辆坐标系建立侧倾动力学模型；根据轮胎模型、横向动力学模型、纵向动力学模型以及侧倾动力学模型对车辆运动特性进行仿真，确定车辆驾驶控制策略。采用本发明所提供的仿真方法及系统能够提高车辆运动特性的仿真精度。

技术领域

本发明涉及车辆运动特性仿真领域，特别是涉及一种基于车辆动力学模型的车辆运动特性仿真方法及系统。

背景技术

车辆运动控制部分作为智能车辆研究的基础，在建立能够反映车辆运动特性的动力学模型后，才能够设计合适的控制策略，进行仿真分析。车辆作为一个高度非线性的非完整运动约束系统，车辆动力学模型参数随着某一运动特性和所处环境的不同发生改变，由于车辆由众多部件组成，仅根据某一运动特性仿真车辆运动过程，降低了车辆运动特性的仿真精度，造成整个控制系统的设计更有难度，无法确定更合适的控制策略，影响车辆控制系统质量。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于车辆动力学模型的车辆运动特性仿真方法及系统，解决现有的车辆动力学模型无法确定更合适的控制策略，仿真精度低，影响车辆控制系统质量的问题。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种基于车辆动力学模型的车辆运动特性仿真方法，包括：

获取车辆坐标系、轮胎坐标系、地理坐标系以及轮胎模型；所述轮胎模型包括线性比例模型、非线性比例模型以及魔术公式Magic Formula模型；

当车辆以固定速度行驶时，利用牛顿定理，对所述车辆进行受力分析，根据所述车辆坐标系建立力和力矩平衡运动方程；所述力和力矩平衡运动方程包括侧向运动方程以及横摆运动方程；

根据所述轮胎坐标系以及所述力和力矩平衡运动方程建立二自由度的横向动力学模型；

获取所述车辆受到的外部阻力；所述外部阻力包括滚动阻力、空气阻力以及坡度阻力；

根据所述外部阻力建立电传动系统驱动下的纵向动力学模型；

获取所述车辆沿曲线行驶时的车辆悬架特性参数；所述车辆悬架特性参数包括簧载总质量、整车质心至前轴的距离、整车质心至后轴的距离、簧载质心到侧倾轴线的距离、侧倾刚度系数以及侧倾阻尼系数；

根据所述车辆悬架特性参数、所述地理坐标系以及所述车辆坐标系建立侧倾动力学模型；

根据所述轮胎模型、所述横向动力学模型、所述纵向动力学模型以及所述侧倾动力学模型对所述车辆的车辆运动特性进行仿真，确定车辆驾驶控制策略。

可选的，所述根据所述车辆坐标系建立力和力矩平衡运动方程，具体包括：

根据公式建立侧向运动方程；

根据公式建立横摆运动方程；其中，m为整车质量；v_x为车辆纵向速度；v_y为车辆横向速度；为车辆横向速度的加速度；ω_r为横摆角；为横摆角的角速度；F_y1为前轮受到的侧向力、F_y2为后轮受到的侧向力； I_z为整车绕所述地理坐标系中Z轴的转动惯量；l_f为质心到前轴的距离、l_r为质心到后轴的距离。

可选的，所述根据所述轮胎坐标系以及所述力和力矩平衡运动方程建立二自由度的横向动力学模型，具体包括：