Carsim整车建模的参数

基于CarSim的整车动力性建模张绅山东省潍坊市潍坊学院 山东省潍坊市 261061摘 要： C arSim软件是一款越来越受到汽车研发人员喜爱的一款汽车仿真软件，利用软件对汽车进行整车建模以及仿真测试，可以通过三维动画或者数据图表分析仿真结果，从而便于汽车研发人员提升汽车的各项性能。

本文是针对汽车动力性进行建模仿真，文章首先对CarSim软件进行了简单介绍以及简单的使用教学，介绍了汽车动力性研究意义、影响因素及评价指标等相关内容，最后介绍了CarSim中车辆的各个部分参数设置问题。

关键词：CarSim；动力性；整车建模；仿真1　CarSim软件介绍1.1　CarSim软件的简介CarSim是一款专门针对中小型汽车的仿真软件，软件在本质上就是先建立一个车辆模型，再根据自己的仿真内容进行参数设置，处理器运算以后通过3D动画或表格数据展示仿真结果。

利用CarSim在计算机上进行模拟仿真速度比实际测试实验速度快许多倍，软件可以用来仿真车辆对驾驶员、地面情况等输入的响应，主要用来帮助提升汽车整车的操纵稳定性、制动性、平顺性、动力性和经济性。

现如今CarSim凭借自身的优势已经逐渐被更多研发人员所应用。

CarSim软件系统可以与许多软件共同进行模拟仿真，例如CarSim和Simulink的协同仿真，从Simulink的各种变量中选择需要的导入到CarSim中进行模拟仿真，变量包括车辆控制输入、轮胎力和力矩、弹簧和阻尼力、转向系统驱动角度、传动系扭矩、制动扭矩和制动压力、空气动力学相关变量等超过160个变量。

CarSim建模和仿真后的数据也可以导出到其他模拟软件作为数据源进行模拟仿真和数据分析。

1.2　CarSim软件的组成CarSim的主界面非常简单，整体可分为三个部分：预处理、处理和后处理。

左侧是设置模型参数和测试条件的预处理，包括车辆参数设置（车身，空气动力学，传动系统，制动系统，转向系统，前后悬架系统和车轮等），仿真环境，测试条件除此之外下拉菜单还有其他更具体的参数可以设置。

Carsim整车建模参数一车体空载情况下的车体信息(1) 簧上质量的质心距前轴的距离mm (2) 簧上质量质心距地面的高度mm (3) 轴距mm(4) 质心的横向偏移量mm(5) 簧载质量kg(6) 对x轴的极惯性矩(lxx)kg-m2 (7) 对y轴的极惯性矩(lyy)kg-m2 (8) 对z轴的极惯性矩(lzz)kg-m2 (9) 对x、y轴的惯性积(lxy)kg-m2 (10) 对x、z轴的惯性积(lxz)kg-m2 (11) 对y、z轴的惯性积(lyz)kg-m2二空气动力学(1) 空气动力学参考点X mm(2) 空气动力学参考点Y mm(3) 空气动力学参考点Z mm(4) 迎风面积 m21(5) 空气动力学参考长度 mm(6) 空气密度 kg/m3(7) CFx(空气动力学系数)与slip angle (行车速度方向与空气流动方向的夹角)的关系(8) CFy与slip angle的关系(9) CFz与slip angle的关系(10) CMx与slip angle的关系(11) CMy与slip angle的关系(12) CMz与slip angle的关系三传动系1 最简单的一种(1) 后轮驱动所占的比值，为1时，后轮驱动;为0时，前轮驱动(2) 发动机的功率KW2 前轮驱动或后轮驱动1)发动机特性(1) 各个节气门位置下，发动机扭矩(N-m)与发动机转速(rpm) 的2关系(2) 打开节气门的时间迟滞sec(3) 关闭节气门的时间迟滞sec(4) 曲轴的旋转惯量kg-m2(5) 怠速时发动机的转速rpm2)离合器特性a 液力变矩器(1) 扭矩比(输出比输入)与速度比(输出比输入)的关系 (2) 液力变矩器的参数1/K与速度比(输出比输入)的关系 (3) 输入轴的转动惯量kg-m2(4) 输出轴的转动惯量kg-m2b 机械式离合器(1) 输出的最大扭矩(N-m)与离合器接合程度(0代表完全结合，1代表完全分离)的关系(2) 接合时间迟滞sec(3) 分离时间迟滞sec(4) 输入轴的转动惯量kg-m2(5) 输出轴的转动惯量kg-m23)变速器(1) 正向挡位和倒挡的传动比，转动惯量(kg-m2)，正向传动与反3向传动效率(2) 中间挡的转动惯量(kg-m2)(3) 换挡时间sec(4) 各个挡位中低速齿轮的输出转速(rpm)与节气门开口位置的关系4)差速器(1) 左右车轮扭矩差(N-m)与车轮速度差(rpm)的关系 (2) 抗扭刚度N-m/deg(3) 抗扭阻尼N-m-s/deg(4) 传动比(5) 正反向的传动效率(6) 驱动轴的惯性量kg-m2(7) 半轴到左侧车轮的惯性量kg-m2(8) 半轴到右侧车轮的惯性量kg-m2还包括传动系(不包括发动机)的自然频率(Hz)与阻尼率3 四轮驱动与前轮驱动相比，增加分动箱，其中包括:(1) 前后轴的扭矩差(N-m)与前后轮的转速差(rpm)的关系 (2) 分配到后轮上的扭矩(百分比形式)4(3) 传动比(4) 扭杆刚度N-m/deg(5) 扭杆阻尼N-m-s/deg还包括传动系的正效率与逆效率四制动系统1 简单制动系统(1) 制动力矩(N-m)与车轮汽缸压力(MPa)的关系,分左前轮，右前轮，左后轮，右后轮,为一比例常数或一条变化曲线 (2) 比例阀之后的管路压力(MPa)与其输入压力(MPa)的关系,分左前轮，右前轮,左后轮，右后轮,通常为一比例常数(3) 流体动力学时间常数,包括左前，右前，左后，右后，单位为sec (4) 流体迟滞,包括左前，右前，左后，右后，单位为sec (5) 前后车轮ABS工作的滑移率区间(6) ABS工作截止的最低速度km/h(7) 经ABS控制后输出的压力MPa2 考虑助力与热衰退的制动系统(1) 比例阀输出压力(Mpa)与比例阀输入压力(Mpa)的关系，包5括左前，左后，右前，右后(2) 制动盘质量kg(3) 在0摄氏度时制动盘的比热kJ/kg/C(4) 单位温度升高比热的变化量kJ/kg/C2(5) 制动钳压力(MPa)与制动钳体积(mm3)的关系 (6) 制动钳气缸中单位流量所产生的压力MPa/(mm3/s) (7) 冷却系数(1/s)与车辆速度(km/h)的关系(8) 不同制动盘温度(C)下，制动力矩(N-m)与制动轮缸压力(Mpa)的关系(9) 控制策略(A型为调节主缸后的压力值;B型为调节比例阀后的管路压力;也可不控制)(10) 四个车轮的制动盘初始温度(C)(11) 空气温度(C)(12) 助力后输出的力(N)与助力前输入的力(N)的关系，助力后输出的力为主缸压力(13) 踏板的杠杆比(14) 主缸直径mm(15) 启动助力的时间迟滞sec(16) 关闭助力的时间迟滞sec6五转向系统1) 转向柱管系统:(1) 转向柱管的惯性kg-m2(2) 转向系统的惯量kg-m2(3) 转向柱管阻尼Nm-s/deg(4) 转向柱管干摩擦N-m(5) 转向盘自由角行程deg2) 主销的几何特性:(1) 汽车前进方向投影，主销轴线与半轴轴线的交点距车轮中心的距离mm，包括四个车轮(2) 主销内倾角deg(3) 主销后倾角deg(4) 水平路面行驶，汽车侧面投影中，车轮质心所驶过的直线与主销轴线的交点距车轮中心的距离mm3) 前轮转向方式包括非助力齿条齿轮式和循环球式，助力齿条齿轮式和循环球式助力齿条齿轮式(1) 齿条的行程(mm)与齿轮转角(deg)的关系 (2) 左右转向轮转角(deg)与齿条的行程(mm)的关系7(3) 因转向系统柔性所引起的转向角(deg)随主销力矩(N-m)的关系，主销力矩为左右主销力矩之和。

CarMaker入门第三课-参数化建模本节课将介绍如何基于CarMaker的参数化建模，并有可能根据不同的领域选择一个例子。

CarMaker入门课程传送门【CarMaker入门第二课-创建第一个TestRun】CarSim入门课程传送门【CarSim仿真快速入门(十三)—驾驶员模型(2)】CarSim从入门到精通视频传送门【CarSim从入门到精通视频】4.参数化建模4.1 什么是数据集？CarMaker 往往不使用车辆模型这一术语，而是指数据集。

这是因为在技术上，CarMaker 只拥有一个车辆模型。

这是一个已经被定义的模型，有固定的质量、自由度、弹簧/减振器等元素。

那么在CarMaker中就是根据用户的需求，用各种数据集对模型进行参数化。

数据集包含了对模型进行参数化的必要值，例如车辆的质量、弹簧的刚度等。

在CarMaker中，车辆数据集可以通过CarMaker主图形用户界面直接点击主图形用户界面中标有 "汽车 "的字段、点击 "参数">"汽车 "或使用快捷键Ctrl + f来访问。

4.2 创建一个新的车辆数据集除了CarMaker中有大量的预定义的车辆模型供用户使用外，用户往往需要自己的个性化模型。

有几种方法可以从头开始生成一个车辆数据集，以满足用户的确切需求。

CarMaker 提供了一些支持用户建立车辆数据集的工具，这些工具也可以组合使用。

一般来说，有三种方法可以从头开始对车辆数据集进行参数化。

- 使用车辆数据集生成器生成一个基于车辆类别等一些基本规范的数据集。

- 使用车辆数据集生成器创建一个基本数据集，然后手动指定相关组件的进一步细节。

- 通过请求表格的帮助，手动配置整个数据集。

此外，CarMaker还提供了导入现有车辆数据的选项，用于导入单个车辆部件的数据。

4.2.1 使用车辆数据集生成器打开一个新的T estrun并打开车辆数据集。

Trucksim整车建模（一）车辆模型1.车身建模2.空气动力学建模3.动画4.轮胎建模轮胎模型分为：TNO Delft-Type model 、COSIN FTire model、软件自带、以自带模型为例5.转向盘力矩转向盘力矩和主销力矩之间的关系曲线默认值1/20、1/256.动力总成驱动形式:前驱、后驱、四驱、速度控制，其中速度控制通过PID控制来调节车速，没有传动系统，无法做动力性、经济性的仿真，但可以做例如操纵稳定性的仿真。

发动机：外部模型（例如Simulink种的模型）、内置模型离合器：内部液力变矩器、外部液力耦合器、内置离合器变速器：内部模型、外部模型差速器：外部模型、内部模型、内部双离合差速器，其中内部模型又分为锁止式差速器、限滑式差速器、横摆控制差速器，以普通市差速器为例7.悬架系统悬架系统分为独立悬架、非独立悬架，独立悬架又分为简单独立悬架和复杂独立悬架，非独立悬架也分为简单非独立悬架和复杂非独立悬架。

包含K特性和C特性以复杂非独立悬架系统为例K特性C特性8.制动系统制动系统：液压制动、气压制动（货车普遍采用气压制动）9.转向系统转向系统：长型（轴距6m）、中型（轴距5m）、短型（轴距4m）10.载荷建模载荷建模：规则载荷、不规则载荷，以规则载荷为例（二）Procedure(流程)、Event(事件)Procedure(流程)：包括驾驶员控制和路面定义Event(事件)：满足一定条件的触发以Procedure为例驾驶员控制;（1）速度控制：（2）制动控制：（3）换挡控制：（4）转向控制;路面定义：。

农业装备与车辆工程2015年基金项目：国家自然科学基金青年基金资助项目（51305190）；辽宁省教育厅项目（L2013253）收稿日期：2015－03－30修回日期：2015－04－12doi ：10．3969／j．issn．1673－3142．2015．07．002基于CarSim 的四轮轮毂电机电动汽车建模方法研究马高峰，李刚，韩海兰(121001辽宁省锦州市辽宁工业大学汽车与交通工程学院)［摘要］针对四轮轮毂电机电动汽车控制算法验证需要，基于CarSim 和Simulink 搭建了四轮轮毂电机电动汽车模型。

将CarSim 传统内燃机汽车模型修改为四轮独立驱动汽车模型，应用Simulink 搭建电机模型，进行CarSim 和Simulink 联合仿真建立四轮轮毂电机电动汽车模型，并通过仿真实验对模型进行了验证。

验证表明，电机模型和电动汽车模型均具有良好的响应特性，模型搭建合理；该模型为以后控制算法的研究奠定了良好基础。

［关键词］轮毂电机；电动汽车；CarSim ；Matlab/Simulink ；建模仿真［中图分类号］U469.72［文献标志码］A［文章编号］1673-3142(2015)07-0008-04Simulation Model Research for Four－wheel Hub Motor Electric Vehicle Based on Simulink and CarSimMa Gaofeng ，Li Gang ，Han Hailan（Automobile and Traffic Engineering College ，Liaoning University of Technology ，Jinzhou City ，Liaoning Province 121001，China ）［Abstract ］For the need of verifying the four－wheel hub motor electric vehicle control algorithm research ，with CarSim andMatlab ／Simulink ，a four－wheel hub motor electric vehicle model was established．Traditional combustion engines vehicle model was altered to four－wheel－drive electric vehicle model by CarSim ，electrical machine was developed based on Matlab ／Simulink．Four－wheel hub motor electric vehicle model was established with Matlab ／Simulink and CarSim ，and the model was verified by simulation experiment．The results show that the electrical machine and electric vehicle model have good response characteris-tics ，the model is rational ，which can be used as a good platform for the control algorithm improvements and validation．［Key words ］hub motor ；electric vehicle ；CarSim ；Matlab ／Simulink ；modeling and simulation0引言目前,环保和节能的问题备受关注。

一车体空载情况下的车体信息(1）簧上质量的质心距前轴的距离mm (2）簧上质量质心距地面的高度mm (3）轴距mm(4）质心的横向偏移量mm(5）簧载质量kg(6）对x轴的极惯性矩（lxx）kg-m2 (7）对y轴的极惯性矩（lyy）kg-m2 (8）对z轴的极惯性矩（lzz）kg-m2 (9）对x、y轴的惯性积（lxy）kg-m2 (10）对x、z轴的惯性积（lxz）kg-m2 (11）对y、z轴的惯性积（lyz）kg-m2二空气动力学(1）空气动力学参考点X mm(2）空气动力学参考点Y mm(3）空气动力学参考点Z mm(4）迎风面积 m2(5）空气动力学参考长度 mm(6）空气密度 kg/m3(7）C Fx（空气动力学系数）与slip angle (行车速度方向与空气流动方向的夹角)的关系(8）C Fy与slip angle的关系(9）C Fz与slip angle的关系(10）CMx与slip angle的关系(11）CMy与slip angle的关系(12）CMz与slip angle的关系三传动系1 最简单的一种(1）后轮驱动所占的比值，为1时，后轮驱动；为0时，前轮驱动(2）发动机的功率KW2 前轮驱动或后轮驱动1）发动机特性(1）各个节气门位置下，发动机扭矩（N-m）与发动机转速（rpm）的关系(2）打开节气门的时间迟滞sec(3）关闭节气门的时间迟滞sec(4）曲轴的旋转惯量kg-m2(5）怠速时发动机的转速rpm2）离合器特性a 液力变矩器(1）扭矩比（输出比输入）与速度比（输出比输入）的关系(2）液力变矩器的参数1/K与速度比（输出比输入）的关系(3）输入轴的转动惯量kg-m2(4）输出轴的转动惯量kg-m2b 机械式离合器(1）输出的最大扭矩（N-m）与离合器接合程度（0代表完全结合，1代表完全分离）的关系(2）接合时间迟滞sec(3）分离时间迟滞sec(4）输入轴的转动惯量kg-m2(5）输出轴的转动惯量kg-m23）变速器(1）正向挡位和倒挡的传动比，转动惯量（kg-m2），正向传动与反向传动效率(2）中间挡的转动惯量（kg-m2）(3）换挡时间sec(4）各个挡位中低速齿轮的输出转速（rpm）与节气门开口位置的关系4）差速器(1）左右车轮扭矩差（N-m）与车轮速度差（rpm）的关系(2）抗扭刚度N-m/deg(3）抗扭阻尼N-m-s/deg(4）传动比(5）正反向的传动效率(6）驱动轴的惯性量kg-m2(7）半轴到左侧车轮的惯性量kg-m2(8）半轴到右侧车轮的惯性量kg-m2还包括传动系（不包括发动机）的自然频率（Hz）与阻尼率3 四轮驱动与前轮驱动相比，增加分动箱，其中包括：(1）前后轴的扭矩差（N-m）与前后轮的转速差（rpm）的关系(2）分配到后轮上的扭矩(百分比形式)(3）传动比(4）扭杆刚度N-m/deg(5）扭杆阻尼N-m-s/deg还包括传动系的正效率与逆效率四制动系统1 简单制动系统(1）制动力矩（N-m）与车轮汽缸压力(MPa)的关系,分左前轮，右前轮，左后轮，右后轮,为一比例常数或一条变化曲线(2）比例阀之后的管路压力(MPa)与其输入压力(MPa)的关系,分左前轮，右前轮,左后轮，右后轮,通常为一比例常数(3）流体动力学时间常数,包括左前，右前，左后，右后，单位为sec (4）流体迟滞,包括左前，右前，左后，右后，单位为sec(5）前后车轮ABS工作的滑移率区间(6）ABS工作截止的最低速度km/h(7）经ABS控制后输出的压力MPa2 考虑助力与热衰退的制动系统(1）比例阀输出压力（Mpa）与比例阀输入压力（Mpa）的关系，包括左前，左后，右前，右后(2）制动盘质量kg(3）在0摄氏度时制动盘的比热kJ/kg/C(4）单位温度升高比热的变化量kJ/kg/C2(5）制动钳压力（MPa）与制动钳体积（mm3）的关系(6）制动钳气缸中单位流量所产生的压力MPa/(mm3/s)(7）冷却系数(1/s)与车辆速度（km/h）的关系(8）不同制动盘温度（C）下，制动力矩（N-m）与制动轮缸压力（Mpa）的关系(9）控制策略（A型为调节主缸后的压力值；B型为调节比例阀后的管路压力；也可不控制）(10）四个车轮的制动盘初始温度（C）(11）空气温度（C）(12）助力后输出的力（N）与助力前输入的力（N）的关系，助力后输出的力为主缸压力(13）踏板的杠杆比(14）主缸直径mm(15）启动助力的时间迟滞sec(16）关闭助力的时间迟滞sec五转向系统1) 转向柱管系统：(1）转向柱管的惯性kg-m2(2）转向系统的惯量kg-m2(3）转向柱管阻尼Nm-s/deg(4）转向柱管干摩擦N-m(5）转向盘自由角行程deg2) 主销的几何特性：(1）汽车前进方向投影，主销轴线与半轴轴线的交点距车轮中心的距离mm，包括四个车轮(2）主销内倾角deg(3）主销后倾角deg(4）水平路面行驶，汽车侧面投影中，车轮质心所驶过的直线与主销轴线的交点距车轮中心的距离mm3)前轮转向方式包括非助力齿条齿轮式和循环球式，助力齿条齿轮式和循环球式助力齿条齿轮式(1）齿条的行程(mm)与齿轮转角(deg)的关系(2）左右转向轮转角(deg)与齿条的行程(mm)的关系(3）因转向系统柔性所引起的转向角(deg)随主销力矩（N-m）的关系，主销力矩为左右主销力矩之和。

Trucksim整车建模（一）车辆模型1.车身建模2.空气动力学建模3.动画4.轮胎建模轮胎模型分为：TNO Delft-Type model 、COSIN FTire model、软件自带、以自带模型为例5.转向盘力矩转向盘力矩和主销力矩之间的关系曲线默认值1/20、1/256.动力总成驱动形式:前驱、后驱、四驱、速度控制，其中速度控制通过PID控制来调节车速，没有传动系统，无法做动力性、经济性的仿真，但可以做例如操纵稳定性的仿真。

发动机：外部模型（例如Simulink种的模型）、内置模型离合器：内部液力变矩器、外部液力耦合器、内置离合器变速器：内部模型、外部模型差速器：外部模型、内部模型、内部双离合差速器，其中内部模型又分为锁止式差速器、限滑式差速器、横摆控制差速器，以普通市差速器为例7.悬架系统悬架系统分为独立悬架、非独立悬架，独立悬架又分为简单独立悬架和复杂独立悬架，非独立悬架也分为简单非独立悬架和复杂非独立悬架。

包含K特性和C特性以复杂非独立悬架系统为例K特性C特性8.制动系统制动系统：液压制动、气压制动（货车普遍采用气压制动）9.转向系统转向系统：长型（轴距6m）、中型（轴距5m）、短型（轴距4m）10.载荷建模载荷建模：规则载荷、不规则载荷，以规则载荷为例（二）Procedure(流程)、Event(事件)Procedure(流程)：包括驾驶员控制和路面定义Event(事件)：满足一定条件的触发以Procedure为例驾驶员控制;（1）速度控制：（2）制动控制：（3）换挡控制：（4）转向控制;路面定义：。