A Study on Terrain-Surface Modeling and Searching Algorithms for Real-time Simulation of Off-Road Vehicles

Summary Terrain surfaces have to be modeled in very detail and wheel-surface contacting geometry must be well defined in order to obtain proper ground-reaction and friction forces for realistic simulation of off-road vehicles. Delaunay triangulation is one of the most widely used methods in modeling 3-dimensional terrain surfaces, and the T-search is a relevant algorithm for searching resulting triangular polygons. The T-search method searches polygons in a successive order and may not allow real-time computation of off-road vehicle dynamics if the terrain is modeled with many polygons, depending on the computer performance used in the simulation. In order to accelerate the searching speed of the T-search, a terrain database of triangular polygons is modeled in multi-levels by adopting the LOD (Level of Detail) method used in real-time computer graphics. Simulation results show that the new LOD-search is effective in shortening the required computing time. The LOD-search can be even further accelerated by introducing the NN (Neural Network) algorithm, in the cases where a appropriate range of moving paths can be predicted by cultural or geographical or empirical information of the simulated terrain, such as lakes, houses, etc. Numerical tests show that LOD-NN search almost doubles the speed of the original T-search.     

用于汽车动力学实时仿真的悬架建模方法的研究

针对汽车动力学实时仿真的要求提出一种新的悬架建模方法—复合约束隔离解耦建模方法。将悬架系统视为连接车身和车轮之间的无质量复合约束,基于这个概念建立的悬架系统模型,由于实现有质量刚体的相互隔离及代数方程与微分方程的解耦,提高了模型求解效率。应用该方法建立的悬架模型,由于是面向结构的模型,因而可较为准确地描述悬架动态特性,同时由于求解效率的提高又能够满足仿真实时性的要求。     

混合动力汽车正向建模与仿真

根据正向建模的思想建立了基于Matlab／Simulink平台的并联双轴混合动力汽车正向仿真模型,该模型既可以用踏板信号作为输入也町以运行循环工况。仿真结果与试验结果的对比表明,所建模型可以用于分析评价不同的设计方案和控制策略的优化,还可以进行实际控制系统的开发。     

中型越野车转向问题浅析

在提高中型越野车机动性研究中,分析了在低等级路面高机动性行驶时出现的方向盘打手驾驶体验差问题的主要原因,提出了配装电动辅助转向系统(EAS)的解决方案。某中型越野车分别配装液压助力转向系统(HPS)和EAS进行了对比试验研究。试验项目包括试验场低等级路面(大小圆凸起路、卵石路、搓板路和石块路)高机动性行驶和转向回正,得到了配装2种转向系统的方向盘手力矩对比数据。结果表明,中型越野车配装EAS能够较好解决前述问题。     

Preview Control Algorithms for the Active Suspension of an Off-Road Vehicle

The potential performance improvement using preview control for active vehicle suspension was first recognized in the late nineteen sixties. All work done since that time has been based on optimal control theory using simple vehicle models.

In this article, the performance of quarter vehicle preview controllers when applied to a real off-road vehicle is simulated using both two degree of freedom quarter and ten degree of freedom full vehicle models. The results, which are compared with non-preview active and conventional passive suspensions, confirm that preview control reduces vertical acceleration of the body centre of gravity, which results in improved ride quality. Further, reductions in pitch and roll motion result from smaller vertical displacements of the vehicle quarters. Coupling between quarters, through the vehicle body, appears to have a smoothing effect on the control.

As an alternative to optimal control theory based controllers, a simple ad hoc preview controller based on isolating the vehicle body from dynamic loads transmitted through the suspension is proposed. Simulation results show that such a controller outperforms the optimal control theory based controllers over small discrete disturbances but responds poorly to disturbances encountered from other than steady state.     

越野车辆典型地形通过性建模与仿真

以某型8×8越野车辆为研究对象,对车辆的轮胎、悬架等关键模型进行了分析,得出了轮胎内压与轮胎刚度基本成线性关系的结论,建立了轮胎的粘弹性有限元模型;以多体动力学理论建立了车辆的8自由度动力学模型.对比分析了微分-代数方程组解法的优缺点,采用Gear算法实现了方程组的解算.实车试验与仿真结果对比表明,所建立的典型地形通过性仿真系统与实车测试有较好的吻合性.     

A Study on the Performance Simulation and Control Scheme for In-wheel Motor Driven Vehicles

为多域车辆的陆地行驶,设计了轮边电机驱动系统,构建了基于轮边驱动系统的车辆模型,并对驱动控制方法进行了研究.在转向动力学理论分析基础上,在ADAMS中建立了多体动力学模型;提出了车辆驱动与转向的控制策略,在Matlab/Simulink环境建立了控制模型,运用联合仿真方法对车辆在直线加速、转向和制动等典型工况下的行驶性能进行仿真验证.结果表明车辆的主要性能符合预期目标,驱动控制策略有效.     

基于Simulink/Stateflow的汽车ABS混合建模与仿真

汽车防抱死制动系统(ABS)是一种很关键的汽车主动安全技术。本文采用基于有限状态机的系统仿真方法,采用Simulink和Stateflow模块混合建模,对ABS模型中的连续系统和离散系统进行仿真。仿真结果表明,该混合仿真系统能比较真实地反映汽车ABS系统的实际工作过程,显著缩短制动距离,提高安全性。     

基于MPC的分布式驱动越野车辆原地转向控制研究

针对轮毂电机分布式驱动越野车辆在狭小空间快速机动的需求,设计了一种分层结构的原地转向控制策略。基于动力学原理分析了各轮载荷、附着条件对原地转向横摆速度的影响机理,并搭建原地转向运动学模型,上层采用模型预测控制算法设计原地转向理想轨迹以及期望的横摆角速度,开发基于PI滑模控制的横摆运动跟踪算法,通过补偿转向横摆力矩以提高方向角控制的鲁棒性和稳定性,下层以最优轮胎利用率为目标,设计二次规划算法优化分配各轮附加横摆力矩。dSPACE硬件在环测试结果表明,所提出的控制算法可在保证稳定性的前提下实现原地转向,大幅提高了车辆的转向机动性,在方向盘动态输入仿真中,车辆最大转弯半径为0.157 m,转向中心的最大偏移量为3.610 m;同时,驾驶员能对转向过程进行闭环控制,实现了原地转向过程中横摆速度的实时调节。     

基于侧向车辆影响的跟驰模型建模及仿真

应用实际交通数据对现有的2种跟驰模型进行模拟验证,结果显示,其与实测数据均存在一定误差.之后通过分析车辆在跟驰状态下行驶所受影响因素,结合驾驶员心理,在优化速度模型的基础上结合侧向车辆的影响因素建立新的交通流跟驰模型.通过线性稳定性分析,得到了模型的稳定性条件,分析结果表明,模型稳定性受侧向邻车行驶状态的影响,侧向影响越小,模型稳定性越好.通过西安市某路段的交通数据对新模型进行了验证,结果表明,相对于优化速度模型,新模型仿真结果更贴近实测交通数据,均方差降低62.89%,最大绝对误差降低66.39%,最小绝对误差降低33.4%.      

车路协同环境下多车协同车速引导建模与仿真

车路协同环境是利用无线通信技术、电子信息技术等高新技术建立的新颖交通环境,其以车车、车路通信为基础,有效实现了信息在系统内部的快速、准确、有效的传输,弥补了目前交通基础数据实时性、可靠性等方面存在不足.利用车路协同环境下,在单车车速引导的基础上,以交叉口整体效益最佳为目标,提出信号交叉口多车协同车速引导模型,以最大限度地降低交叉口车均延误,减少平均停车次数,提高绿灯时间利用率.同时,以上海市曹安路-绿苑路交叉口为例进行仿真验证,研究结果表明,相比于单车引导而言,多车协同引导可适用于高、中、低等不同饱和状态,且可有效降低交叉口车均延误及平均停车次数.     

越野车油气悬架的建模与试验研究

在考虑沿程压力损失、局部压力损失和活塞杆与密封装置间的动摩擦等情况下,建立了某越野车用油气悬架非线性模型。通过仿真,研究阻尼阀系的参数对油气悬架阻尼特性的影响。结果表明,在其他参数不变的情况下,可通过更换具有不同锥角的阀芯,方便地获得不同的阻尼特性。仿真结果与试验数据基本吻合,验证了所建油气悬架数学模型的正确性。     

汽车淋雨仿真研究

采用流体力学的两相流模型建立整车淋雨仿真分析模型,分析整车表面的雨水分布情况,寻找车身表面主要的积水区域,如车门密封、行李架密封、车窗密封、门把手密封、后视镜密封等,这些位置的密封性能需要在前期设计密封过程中着重考察。同时,考察整车表面的压力分布情况,针对积水严重位置的密封区域进行压力点实时监测,评估在整个淋雨过程中所受到的冲击压力及最大压力值,为设计密封条的结构和材质提供了数值理论依据。在前期车型开发设计过程中,通过整车淋雨仿真分析,对整车密封进行考察和预防,降低了后期大量的工程更改、延误整车开发周期的风险。     

无人驾驶汽车路径规划算法研究综述

无人驾驶汽车是目前汽车发展的一个大方向,无人驾驶的实现依靠于汽车的感知、决策和控制功能。路径规划属于决策中重要的一环。目前,无人驾驶汽车的路径规划算法存在受环境影响较大,无法适用于复杂的道路环境的问题,基于此文章对无人驾驶汽车轨迹规划算法进行归纳。其在广义上可分成全局路径规划和局部路径规划两种,文章对上述两种规划进行细分并介绍了各种路径规划方法的原理,分析了各个方法的优劣,为无人驾驶汽车路径规划算法的研究提供参考。     

防抱制动系统控制算法的仿真研究

本文用要平面法分析了目前汽车上广泛使用的Ｐ１Ｒ３逻辑控制算法在不同条件下的收敛性，因这种算法只能使车轮的滑移率在μ－Ｓ曲线的峰值点变化，故采用逻辑控制的ＡＢＳ系统不能充分发挥它的最佳效能，本文进一步通过仿真研究了基于滑移率Ｓ的控制算法，并根据逻辑控制和滑移率控制的缺陷，提出了基于路面附着系数μ的控制算法，在理想状态下的证实了所提算法的有效性。     

汽车制动性能分析和计算机模拟与试验验证

本文提出了一种汽车直接线制动性能的分析和计算方法，并对具体的车型进行了模拟计算和实车道路试验，分析结果表明，计算与试验具有较好的一致性，相比之下，在计算中引入滑移率，考虑车轮半径变化等因素，所得结果更为接近实车路试结果，用所述的分析和计算方法分析汽车制动性能，揭示出用传统方法分析时所掩盖了的一些重要现象，且为在汽车制动性能分析中综合考虑人机工程的因素提供了一种途径。     

适用于车辆的旋转式磁流变阻尼器研究

提出一种旋转式磁流变阻尼器,旋转式磁流变部件(磁流变离合器)产生阻尼矩,前端整合的一套转换往复直线运动为阻尼盘片旋转运动的滚动螺旋机构将阻尼转矩变成阻尼器的可调阻尼力。实验和计算表明这种阻尼器能适用于汽车阻尼减振场合。     

用微观交通仿真软件实现ITS模拟的比较研究

微观交通仿真是ITS研究和应用中的有力工具，章选择了Paramics，Vissim，Aimsun2和Corsim4种常用的微观交通仿真软件，考察它们对ITS模拟的支持情况，通过分析、比较这些软件实现ITS模拟的技术路线情况，发现Paramics和Aimsun2对ITS模拟支持较强，Corsim支持最弱。