大学生电动方程式赛车模型搭建

Carsim是车辆动力学仿真软件，广泛应用于车辆动力学研究领域中，其在计算机上运行的速度比实时快3～6倍，不仅可以仿真汽车对驾驶员、路面以及空气动力学输入的响应，而且可以用来仿真汽车整车的操纵稳定性、制动性、平顺性、动力性和经济性，也可应用于开发汽车控制系统。

Carsim中内置图形化的数据库建模系统，其包含整车模型、驾驶员模型和环境模型3部分。Carsim软件可以适当地简化车辆模型，将本书的赛车模型简化为由车体、悬架、转向、制动等部分组成的模型。

1.车体模型

车体模型部分主要包含了一些尺寸参数，如前轮轮距、后轮轮距、前轴至质心的距离、后轴至质心的距离等，以及质量参数、车辆的转动惯量。

2.传动系统模型

Carsim中传统车辆的传动系统主要包括变速器、差速器及半轴等，如图12－15所示。本书在进行传动系统建模时，取消了发动机与车轮间的任何传动部件，Simulink模型将计算后的扭矩直接施加至4个半轴上，以此拟合四电机独立驱动赛车的动力特性，如图12－16所示。

图12－15　传统汽车传动系统结构图以及动力传输

(www.xing528.com)

图12－16　四轮独立电驱动赛车传动系统和动力传输途径

3.悬架模型

Carsim中的悬架模型都包含运动学特性（K特性）和弹性运动学特性（C特性）两部分。为了更好地发挥出四轮独立电驱动赛车运动学特性，赛车的前后轴均采用独立悬架。

（1）悬架的运动学特性包括车轮束角、车轮的转动惯量、主销内倾角、车轮外倾角、轮跳与悬架参数的变化关系、非簧载质量等参数。

（2）悬架弹性运动学特性包括减震器阻尼、弹簧特性等参数。

4.制动系统模型

Carsim的制动系统模型主要输入的关键参数为油压与制动力矩的关系、前后轴的制动比等参数。

5.轮胎模型

轮胎参数在对车辆进行动力学控制的研究中是非常关键的参数。当轮胎的侧偏力处于非线性区域时，车辆的操纵特性与线性区域大不相同，这种不同的操纵特性会影响驾驶员的操纵，也会使车辆处于临界失稳状态。在Carsim中，软件可以设置3种形式的轮胎模型：一是内部轮胎模型；二是外部轮胎模型；三是魔术轮胎模型。为了保证Simulink整车模型和Carsim整车模型具有可比性，根据前面所选用的轮胎模型，在Carsim中也采用魔术轮胎模型。