基于carsim的线控转向仿真(1)--carsim车辆模型目标角度跟踪

一、Rwa转向执行总成建模

 Rwa包括齿轮齿条机构、转向组件以及转向执行电机;如下图,电机输出轴通过齿轮减速增扭后,再经过一个半径为rp的小齿轮,直接带动齿条左右移动。齿条的移动通过转向摇臂,带动车轮转动,整套系统从电机的转动,转换为齿条的左右移动,再转换成车轮的左右摆动。

1、转向电机建模

在线控转向中,转向电机是一个执行器,上层给多少需求力矩,电机控制器便响应多少力矩。这里,我们用一个一阶惯性环节来简单模拟电机响应。

 仿真响应如下:

2、齿轮齿条机构建模

齿轮齿条动力来源是电机,阻力有左右车轮的阻力,齿条自身的加速度和阻尼,依据牛顿力学第二定律,可以列出微分方程

M_{r}\ddot{X}_{r}+B_{r}\dot{X}_{r}+F_{z}=T_{m}/r_{p}

式中,F_{z}--齿条上等效阻力;T_{fl},T_{fr}--左右前轮主销回正力矩。

参数名称物理意义单位数值
i_{Mot}转向电机减速比--18
l_{fl}左前轮转向摇臂长度m0.132
l_{fr}右前轮转向摇臂长度m0.132
r_{p}小齿轮半径m0.007
B_{r}齿轮齿条阻尼系数N.m/rad651
M_{r}齿轮齿条质量kg2.25

二、搭建Rwa总成simuink模型

依据以上几个公式,搭建Rwa执行总成模型。

三、simulink与carsim的联合仿真

1、仿真接口

低调一点选了个b级车

Carsim与Simulink模型的交互接口如下:

名称含义方向
IMP_STEER_L1左前轮转角simulink给到carsim
IMP_STEER_R1右前轮转角simulink给到carsim
M_TRdL1左前轮转向阻力carsim到simulink
M_TrdR1右前轮转向阻力carsim到simulink
Steer_L1左前轮转角carsim到simulink
Steer_R1右前轮转角carsim到simulink

 此外还需要注意到,carsim前轮转角是带阿克曼转向的,因此再给需求角度时,也需要考虑到,在这里,从carsim的转向系统里,提取出齿条位移--转向角度。

 2、仿真思路

首先,需要关闭carsim原有自带的转向系统;用OPT_STEER_EXT=0这个指令就可以;其次,关闭carsim里路径跟随的功能。这两个设置后,carsim的转向系统便会听simulink的。

整个仿真信号传递思路如下:

 1)根据车辆模型实时转角与参考转角的差距,用pid算出需求电机需求力矩;
 2)一阶电机模型响应电机需求理解;
 3)有了电机力矩,以及车辆模型的转向阻力,便可以套公式算齿条位移;
 4)有了齿条位移,便可以查表得到左右前轮需要的转角,响应前轮需求转角就是carsim的事了。

三、仿真结果

如下图,第一步我们已经实现,通过给需求转角,转向执行机构能实现需求转角,并与carsim实现了联调。

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