智能网联汽车仿真与测试【课件】2-3 动态元素仿真之车辆动力学建模.pptx

动态元素仿真之车辆动力学建模SimulationandTestingofIntelligentNetworkedVehicle智能网联汽车仿真与测试

目录Contents车辆建模方法01车辆动力学模型02PanoSim中的车辆动力学模型03VehicleBuilder车辆编辑器04

车辆建模方法01

一、车辆建模方法车辆建模的最终目的是获得各系统的数学描述，该描述既需要考虑系统特性相关方面的研究，也要考虑系统组件之间的相互影响。01白箱建模02黑箱建模03灰箱建模根据对系统运行原理的显性表达程度可以将建模方法分为:

1.白箱建模白箱建模或理论建模指的是利用数学表达式进行机理建模。其特点是：通过分析系统的结构特点和运行规律，运用已知的物理定律、定理或原理，如力学原理、牛顿定理、能量平衡方程、传热传质原理等，使用数学方法进行推导，使用数学公式建立的系统数学模型。这种方法需要对被建模系统有充分的了解。然而，现实中被建模的系统常常是高维度、非线性的，难以使用简单的数学表达式进行全面表达。因此，白箱建模一般只能用于较简单系统的建模。对于比较复杂的实际系统，这种建模方法实施较为困难。一、车辆建模方法

2.黑箱建模黑箱建模指的是利用数据进行建模。其特点是：完全依赖被建模系统的输入和输出数据所提供的信息建立系统的数学模型，而不是其真实物理意义。这种方法的优点是不需要彻底了解系统的运行机理，且运行速度一般较快。但是，这种方法要求设计一个合理的试验以获取所需的大量信息。对于复杂系统，这种实验的设计是较为困难的。此外，对于黑箱模型，当输入数据不在此前建模的数据范围之内时，可能无法获得正确的输出。一、车辆建模方法

3.灰箱建模考虑到白箱建模和黑箱建模的优缺点，在实际研究中，往往将两种建模方法相结合，机理已知部分(名义模型)采用白箱建模，机理未知部分采用黑箱建模，这种建模方法就是灰箱建模。这种建模方法的实现比一味追求从结构特点和运行规律出发建立机理模型的白箱建模要容易，也比只依赖数据的黑箱建模在可靠性、精度以及实际的利用价值等方面都要高很多。车辆动力学建模的主要方法是使用数学方程表达车辆行驶原理，属于白箱模型。一、车辆建模方法

车辆动力学模型02

二、车辆动力学模型力学主要研究作用于物体的力与物体运动的关系。车辆动力学是车辆力学的一个重要分支，主要分析车辆在道路上行驶过程中的运动行为和受力情况。车辆动力学模型在上个世纪已经相对成熟，并运用在了车辆设计和测试中。人们运用复杂车辆数学模型来仿真、开发车辆系统，在车辆动态控制系统的研发过程中就用到了车辆数学模型。1.车辆动力学建模的必要性

建立的模型应尽可能真实地描述真实车辆的动态特性。车辆动力学模型是通过理论分析和抽象，建立整车、发动机、行驶系统、传动系统、悬架系统、路面与车轮相互作用等的模型方案。为了实现这一点，模型必须满足以下条件。01整车及其子系统的空间动力学和运动学。02车辆悬架的非线性运动学。03力元素的非线性及动态表达。04轮胎动态受力分析。二、车辆动力学模型

二、车辆动力学模型在车辆动力学中，为了更好地描述车辆的运动，需要建立一个基于车辆的局部坐标系。原点常常定义为车辆的质心，或者后轴中点，如图所示。Yaw为横摆角，Roll为翻滚角，Pitch为俯仰角。一般称X方向为纵向，Y方向为横向，Z为垂向。2.车辆坐标系

二、车辆动力学模型二自由度车辆动力学模型的两个自由度指的是横向上y轴的运动和绕z轴的转动，忽略了纵向x轴的运动。二自由度车辆动力学模型忽略车辆悬架，将整车简化为两个轮子，并假设轮胎的侧偏特性是线性的:车辆所受空气阻力只会对车身坐标系x轴方向上的运动有影响，y轴方向和沿着2轴的旋转不会受到空气力的影响;车辆在二维平面中运动，也就是在z轴方向上无速度。如图为二自由度车辆动力学模型简图。3.二自由度车辆动力学模型

(1)轮胎侧偏特性（2）动力学方程二、车辆动力学模型轮胎侧片特性简图根据公式可通过计算每个步长车辆的横纵向运动情况,更新其位置，速度，加速度等参数。从而实现逼真的车辆动力学仿真。

03PanoSim中的车辆动力学模型

三、PanoSim中的车辆动力学模型PanoSim车辆动力学为27自由度的高置信度车辆动力学仿真软件，充分考虑车身、动力传动、悬架、转向、制动、轮胎的整车基础架构的车辆动力学建模，包含车身6个自由度，车轮上跳4个自由度，车轮旋转4个自由度，轮胎纵滑4个自由度，轮胎侧偏4个自由度，轮缸压力4个自由度，动力传动1个自由度。PanoSim车辆动力学开放了丰富的输入、输出接口，为ADAS算法或电控算法开发提供载体，目前支