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七自由度車輛模型搭建

2020-10-26 10:48:23·  來源：新能源汽車控制  
　
車輛七自由度操穩(wěn)模型主要是在三自由度模型基礎(chǔ)上增加了車輪模型、輪胎模型以及相關(guān)的運(yùn)動(dòng)學(xué)計(jì)算，其模型架構(gòu)前文以及介紹，如下圖所示。本文將按照以上架構(gòu)，進(jìn)
車輛七自由度操穩(wěn)模型主要是在三自由度模型基礎(chǔ)上增加了車輪模型、輪胎模型以及相關(guān)的運(yùn)動(dòng)學(xué)計(jì)算，其模型架構(gòu)前文以及介紹，如下圖所示。
 
本文將按照以上架構(gòu)，進(jìn)行制動(dòng)與轉(zhuǎn)向聯(lián)合工況的Simulink模型搭建，并做初步地驗(yàn)證。
駕駛員模型：開環(huán)輸入，直接給定前輪轉(zhuǎn)角和制動(dòng)力。
整車模型：與三自由度的整車模型一樣，進(jìn)行縱向、橫向、橫擺三個(gè)維度的動(dòng)力學(xué)方程計(jì)算，如下圖。
 
 
 
車輪模型：就是車輪的轉(zhuǎn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)方程，在制動(dòng)工況下，車輪的轉(zhuǎn)動(dòng)主要受地面縱向力Fxb、制動(dòng)力矩Tμ的影響（暫時(shí)忽略滾動(dòng)阻力）， 如下圖。
 
運(yùn)動(dòng)學(xué)計(jì)算：運(yùn)動(dòng)學(xué)計(jì)算主要計(jì)算車輪垂直載荷、滑移率、側(cè)偏角，如下圖。
垂直載荷：
 
滑移率及側(cè)偏角：
 
輪胎模型：直接使用上文介紹的魔術(shù)公式輪胎模型，如下圖。
 
以上各子模型組合起來就形成一個(gè)完整的七自由度車輛模型，如下圖。
 
下面用兩個(gè)工況進(jìn)行模型的簡單驗(yàn)證。
工況1：給定一個(gè)初始車速，車輪制動(dòng)力逐漸增加（四個(gè)車輪制動(dòng)力一樣），車輪轉(zhuǎn)角為0，觀察車輛的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)如下圖。
 
從圖中可以大概看出，隨著制動(dòng)力的加大，前輪輪胎縱向力一直增大，后輪由于發(fā)生了抱死先增大后減小，整車縱向速度逐漸減小，且減速度速度越來越大，基本符合預(yù)期。
工況2：給定一個(gè)初始車速，車輪制動(dòng)力逐漸增加（四個(gè)車輪制動(dòng)力一樣），車輪轉(zhuǎn)角為0.2rad，觀察車輛的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)如下圖。
 
從圖中可以大概看出，隨著制動(dòng)力的加大，4個(gè)輪胎縱向力由于發(fā)生了抱死先增大后減小，整車縱向速度逐漸減小，側(cè)向速度及車輪側(cè)偏角先增大后達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，基本符合預(yù)期。
以上，搭建一個(gè)車輛七自由度模型，并進(jìn)行初步的驗(yàn)證。
由于時(shí)間關(guān)系，該模型還存在一些細(xì)節(jié)問題后續(xù)可以繼續(xù)優(yōu)化。比如：某些情況下車輪轉(zhuǎn)速的振蕩、臨界狀態(tài)下滑移率的計(jì)算、動(dòng)靜摩擦阻力的切換等等細(xì)節(jié)問題。
 
 
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