CN109657393A - 用于轮胎与底盘电控系统匹配的仿真平台及匹配仿真方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种用于轮胎与底盘电控系统匹配的仿真平台及匹配仿真方法，属于汽车技术领域。本发明仿真平台包括优化解析模块：用于对轮胎模型文件参数闭环优化；数据处理模块：用于特征观测量数据进行处理及分析，建立底盘电控系统客观评价体系；车辆模型模块：用于实现不同控制输入下的动力学参数输出；系统通讯模块：用于驱动硬件ESC，实现车辆模型模块到电控系统的HIL试验台硬件的驱动转换及数据流交互；HIL试验台：实现底盘电控系统的硬件仿真。本发明的有益效果为：帮助企业实现底盘电控系统的快速分析与评价，实现轮胎与底盘电控系统的快速匹配，缩短试验轮次及研发周期。
Description
技术领域
本发明涉及一种仿真平台，尤其涉及一种用于轮胎与底盘电控系统匹配的仿真平台，还涉及一种基于所述仿真平台的匹配仿真方法。
背景技术
国内外针对轮胎力学性能对底盘电控系统的影响开展了大量的仿真研究,重点集中在：
(1)建立由简单到复杂、由低频到中高频的轮胎模型，从而更准确地描述经由轮胎到车辆控制系统的输入输出关系；
(2)建立考虑胎压、磨损和温度的修正轮胎模型；
(3)考虑更多更精确的预估参数如路面摩擦系数、轮胎侧偏角等，提高模型的求解精度和效率。
(4)通过底盘电控系统实车试验进行底盘电控系统标定及轮胎与底盘电控系统的匹配，标定周期长，费用高且只能在样车阶段进行，在整车开发设计阶段，难以考虑底盘参数及轮胎性能对底盘电控系统的影响，达不到V字形集成设计的目的。
不难看出，国内外研究的主要思路主要在电控系统内部轮胎模型及其输入状态量即系统输入和轮胎传函，目的是设计出更加精确全面可靠的底盘电控系统，同时针对底盘参数及轮胎性能与底盘电控系统的匹配研究还是空白。
发明内容
为解决现有技术中的问题，本发明提供一种用于轮胎与底盘电控系统匹配的仿真平台，还提供一种基于所述仿真平台的匹配仿真方法。
本发明用于轮胎与底盘电控系统匹配的仿真平台包括，
优化解析模块：驱动仿真平台，用于定义仿真特征值及输出指标，对轮胎模型文件参数闭环优化；
数据处理模块：用于对获取系统通信模块及车辆模型平台的特征观测量数据进行处理及分析，建立底盘电控系统客观评价体系；
车辆模型模块：用于建立车辆及轮胎动力学模型，对优化解析模块优化的参数进行匹配输入，实现不同控制输入下的动力学参数输出；
系统通讯模块：用于驱动硬件ESC，实现车辆模型模块到电控系统的HIL试验台硬件的驱动转换及数据流交互，实现车辆模型模块和底盘电控系统的联合仿真；
HIL试验台：通过系统通讯模块接收优化解析模块优化的参数进行匹配输入，实现底盘电控系统的硬件仿真。
本发明作进一步改进，所述优化解析模块采用ISIGHT优化软件，所述数据处理模块采用MATLAB数据处理平台。
本发明作进一步改进，所述车辆模型模块以轮胎模型参数文件为输入，实现不同工况下的性能仿真和优化，输出轮胎性能曲线及特征指标。
本发明作进一步改进，车辆动力学模型包括整车模型、驾驶员控制模型、性能评价虚拟试验场。
本发明作进一步改进，所述系统通讯模块通过信号转换模块将车辆模型平台的信号转换后输出给HIL试验台的底盘电控系统硬件进行仿真。
本发明作进一步改进，所述信号转换模块包括轮速模拟模块、车身姿态三维转台和转向模拟模块。
本发明还提供一种基于所述仿真平台的匹配仿真方法，包括如下步骤：
S1：建立目标车型的车辆模型，建立用于底盘电控系统评价的性能客观评价体系；
S2：设置轮胎性能初始参数和控制性能目标值；
S3：优化解析模块优化后输出匹配特性给车辆模型模块及系统通讯模块；
S4：系统通讯模块驱动底盘电控系统的ESC控制器进行控制操作，然后将采集的底盘电控系统轮缸压力传输给车辆模型模块；
S5：车辆模型模块根据匹配特性及轮缸压力进行整车及轮胎仿真，输出动力学参数；
S6：数据处理模块获取系统通讯模块和车辆模型模块的特征观测量数据，分析及处理后输出控制性能客观指标给优化解析模块；
S7：优化解析模块判断控制性能客观指标与控制性能目标是否一致，如果不一致，返回执行步骤S3，如果一致，输出与底盘控制系统匹配的最优轮胎参数。
本发明作进一步改进，所述匹配仿真方法基于Isight优化软件，结合基于CarSim/LabView的硬件在环平台及基于Matlab的客观评价分析体系，实现轮胎模型文件参数的闭环优化。
本发明作进一步改进，在步骤S4中，所述系统通信模块通过轮速模拟模块、车身姿态三维转台、转向模拟模块及负载电机实现对速度、加速度、轮速和方向盘转角的模拟，底盘电控系统的ESC控制器对接收到的这些数据进行自主控制。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：为底盘电控系统性能评价提供虚拟仿真环境，帮助企业实现底盘电控系统的快速分析与评价；提供轮胎与底盘电控系统的匹配优化流程，实现轮胎与底盘电控系统的快速匹配，缩短试验轮次及研发周期；为企业研究轮胎及整车参数对底盘电控系统响应的影响提供新的技术方法，进一步规范、完善和提高底盘电控系统的使用和设计，为先进的底盘设计与开发提供技术平台。
附图说明
图1为本发明仿真平台结构示意图；
图2为车辆模型平台与底盘电控系统联合仿真示意图；
图3为仿真平台虚拟道路试验示意图；
图4为匹配仿真方法流程图；
图5为输出的轮胎性能曲线图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做进一步详细说明。
如图1所示，本发明用于轮胎与底盘电控系统匹配的仿真平台围绕轮胎与底盘电控系统匹配的技术问题，基于CarSim/LabView联合仿真平台(HIL)，联合Matlab及Isight工程软件，建立底盘电控系统评价体系，以研究车型标定时的底盘电控系统标定验证工况参数为目标函数值，结合优化设计方法，进行轮胎模型参数与底盘电控系统的匹配优化，而后基于ADAMS Tire Test Rig，将优化的模型参数文件作为输入，进行轮胎力学性能的仿真，输出对应工况下的力学特性曲线，提供给轮胎企业用于对标生产制造，实现轮胎与底盘电控系统的匹配。
具体地，本发明仿真平台包括，
优化解析模块：驱动仿真平台，用于定义仿真特征值及输出指标，对轮胎模型文件参数闭环优化；
数据处理模块：用于对获取系统通信模块及车辆模型平台的特征观测量数据进行处理及分析，建立底盘电控系统客观评价体系；
车辆模型模块：用于建立车辆及轮胎动力学模型，对优化解析模块优化的参数进行匹配输入，实现不同控制输入下的动力学参数输出；
系统通讯模块：用于驱动硬件ESC，实现车辆模型模块到电控系统的HIL试验台硬件的驱动转换及数据流交互，实现车辆模型模块和底盘电控系统的联合仿真；
HIL试验台：通过系统通讯模块接收优化解析模块优化的参数进行匹配输入，实现底盘电控系统的硬件仿真。
作为本发明的一个实施例，所述优化解析模块采用ISIGHT优化软件，所述数据处理模块采用MATLAB数据处理平台，车辆模型平台采用CarSim平台，系统通信模块采用LabView平台，本例的HIL试验台为搭建的实际底盘电控系统硬件。
本发明通过悬架K&C及底盘零部件性能及整车性能试验，建立基于CarSim的高精度车辆及轮胎动力学模型，实现不同控制输入下的动力学参数输出；建立基于Labview的硬件在环平台(HIL)，驱动硬件ESC，实现软件到硬件的驱动转换及数据流交互，解决底盘电控系统算法保密的难题；通过底盘电控系统性能试验研究，制定底盘电控系统性能评价准则，并基于Matlab编写其评价算法，形成虚拟评价闭环；基于Isight优化软件，结合CarSim/LabView硬件在环平台及Matlab评价体系，实现轮胎模型文件参数的闭环优化；通过ADAMS(机械系统动力学自动分析)/Tire Test Rig(轮胎试验台)，以轮胎模型参数文件为输入，实现不同工况先的轮胎性能仿真，输出轮胎性能曲线及特征指标，供轮胎企业开发目标性能轮胎。
本发明的仿真平台具有如下有益效果：
(1)为底盘电控系统性能评价提供虚拟仿真环境，帮助企业实现底盘电控系统的快速分析与评价：基于CarSim的虚拟试验场为底盘电控系统的评价提供了虚拟的环境，基于LabView的软硬件平台，保证了底盘电控系统的正常工作，MATLAB/Isight平台则实现了底盘电控系统的自动快速评价。CarSim/LabView/MATLAB/Isight之间交互的数据流，形成了一个闭环的汽车底盘电控系统的分析与评价体系。
(2)提供轮胎与底盘电控系统的匹配优化流程，实现轮胎与底盘电控系统的快速匹配，缩短试验轮次及研发周期：以底盘电控系统各工况的客观评价指标为目标函数，以轮胎参数文件中的相关参数文件为控制变量，可以通过CarSim/LabView/MATLAB/Isight实现轮胎与底盘电控系统的快速匹配。
(3)能够为企业研究轮胎及整车参数对底盘电控系统响应的影响提供新的技术方法，进一步规范、完善和提高底盘电控系统的使用和设计，为先进的底盘设计与开发提供技术平台：基于CarSim/LabView/MATLAB/Isight平台，可以进行轮胎及整车性能参数对底盘电控系统响应的灵敏度分析，系统全面考察对底盘电控系统响应具有重要影响的轮胎与整车关键参数，提升企业的先进底盘集成开发设计能力。
综上，目前国内外研究的主要思路主要在电控系统内部轮胎模型及其输入状态量即系统输入和轮胎传函，目的是设计出更加精确全面可靠的底盘电控系统，同时针对底盘参数及轮胎性能与底盘电控系统的匹配研究还是空白。
本发明受底盘电控系统算法保密的限制，搭建了CarSim/LabView平台，从而可以实现即使是脱离电控算法，也可以通过驱动ESC硬件实现联合仿真，采集到ESC控制的输出，降低底盘电控系统研究的门槛；为了实现闭环评价优化，建立了底盘电控系统评价体系及Isight优化平台。本发明一方面可以为研究轮胎性能及底盘参数对底盘电控系统响应的影响及评价提供技术支撑，同时也可以实现轮胎及底盘参数与底盘电控系统匹配，助力整车企业底盘系统的集成设计，提升底盘性能开发能力，同时通过底盘电控系统的虚拟标定，减少底盘系统的标定轮次及周期，节约开发周期及成本。
如图2和图4所示，本发明还提供一种基于所述仿真平台的匹配仿真方法，包括如下步骤：
S1：建立目标车型的车辆模型，建立用于底盘电控系统评价的性能客观评价体系；
S2：设置轮胎性能初始参数和控制性能目标值；
S3：优化解析模块优化后输出匹配特性给车辆模型模块及系统通讯模块；
S4：系统通讯模块驱动底盘电控系统的ESC控制器进行控制操作，然后将采集的底盘电控系统轮缸压力传输给车辆模型模块；
S5：车辆模型模块根据匹配特性及轮缸压力进行整车及轮胎仿真，输出动力学参数；
S6：数据处理模块获取系统通讯模块和车辆模型模块的特征观测量数据，分析及处理后输出控制性能客观指标给优化解析模块；
S7：优化解析模块判断控制性能客观指标与控制性能目标是否一致，如果不一致，返回执行步骤S3，如果一致，输出与底盘控制系统匹配的最优轮胎参数。
本发明基于CarSim/Labview联合仿真平台(HIL)，建立一种用于汽车底盘电控系统性能评价的虚拟试验场，虚拟道路试验如图3所示。首先，通过CarSim建立目标车型的高精度整车模型，并通过与实车试验对比，验证模型的仿真精度；其次，建立车辆行驶路径与车辆速度、侧向加速度、车轮转速、转向状态相联系的驾驶员控制模型，基于底盘电控系统的实车试验及相关标准建立用于底盘电控系统评价的虚拟试验道路和性能客观评价体系；最后，对CarSim与LabView的输入输出接口进行设置，经由测控系统通过轮速模拟模块、三维转台、转向助力及负载电机实现对速度、加速度、轮速和方向盘转角的模拟，ESC(电子稳定控制)控制器对接收到的这些数据进行自主控制，而后LabView将压力传感器采集得到的轮缸压力传输给CarSim，实现CarSim与LabView的联合仿真。
此外，本发明基于Matlab及Isight数据处理及自动优化平台，建立一种用于轮胎与汽车底盘电控匹配优化的新方法。以轮胎模型参数文件中描述轮胎侧向、纵向及其耦合力学特性，路面附着特性等影响控制性能的主要因素为可变的控制参数，在DataExchanger中设置比例因子，并通过MATLAB组件实现轮胎参数的改变，而后驱动CarSim-LabView实现联合仿真，计算并输出评价指标结果，并将每轮次的仿真结果存储在DOE(试验设计)中。DOE通过不同的试验设计方法选取不同的变量参数，从而达到以局部估算全局的效果，实现寻优，本发明的轮胎参数经过优化后，输出的最优轮胎性能曲线如图5所示。
以上所述之具体实施方式为本发明的较佳实施方式，并非以此限定本发明的具体实施范围，本发明的范围包括并不限于本具体实施方式，凡依照本发明所作的等效变化均在本发明的保护范围内。
Claims (9)
1.用于轮胎与底盘电控系统匹配的仿真平台，其特征在于，包括：
优化解析模块：驱动仿真平台，用于定义仿真特征值及输出指标，对轮胎模型文件参数闭环优化；
数据处理模块：用于对获取系统通信模块及车辆模型平台的特征观测量数据进行处理及分析，建立底盘电控系统客观评价体系；
车辆模型模块：用于建立车辆及轮胎动力学模型，对优化解析模块优化的参数进行匹配输入，实现不同控制输入下的动力学参数输出；
系统通讯模块：用于驱动硬件ESC，实现车辆模型模块到电控系统的HIL试验台硬件的驱动转换及数据流交互，实现车辆模型模块和底盘电控系统的联合仿真；
HIL试验台：通过系统通讯模块接收优化解析模块优化的参数进行匹配输入，实现底盘电控系统的硬件仿真。
2.根据权利要求1所述的用于轮胎与底盘电控系统匹配的仿真平台，其特征在于：所述优化解析模块采用ISIGHT优化软件，所述数据处理模块采用MATLAB数据处理平台。
3.根据权利要求1所述的用于轮胎与底盘电控系统匹配的仿真平台，其特征在于：所述车辆模型模块以轮胎模型参数文件为输入，实现不同工况下的性能仿真和优化，输出轮胎性能曲线及特征指标。
4.根据权利要求4所述的用于轮胎与底盘电控系统匹配的仿真平台，其特征在于：车辆动力学模型包括整车模型、驾驶员控制模型、性能评价虚拟试验场。
5.根据权利要求1所述的用于轮胎与底盘电控系统匹配的仿真平台，其特征在于：所述系统通讯模块通过信号转换模块将车辆模型平台的信号转换后输出给HIL试验台的底盘电控系统硬件进行仿真。
6.根据权利要求5所述的用于轮胎与底盘电控系统匹配的仿真平台，其特征在于：所述信号转换模块包括轮速模拟模块、车身姿态三维转台和转向模拟模块。
7.一种基于权利要求1-6任一项所述用于轮胎与底盘电控系统匹配的仿真平台的匹配仿真方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1：建立目标车型的车辆模型，建立用于底盘电控系统评价的性能客观评价体系；
S2：设置轮胎性能初始参数和控制性能目标值；
S3：优化解析模块优化后输出匹配特性给车辆模型模块及系统通讯模块；
S4：系统通讯模块驱动底盘电控系统的ESC控制器进行控制操作，然后将采集的底盘电控系统轮缸压力传输给车辆模型模块；
S5：车辆模型模块根据匹配特性及轮缸压力进行整车及轮胎仿真，输出动力学参数；
S6：数据处理模块获取系统通讯模块和车辆模型模块的特征观测量数据，分析及处理后输出控制性能客观指标给优化解析模块；
S7：优化解析模块判断控制性能客观指标与控制性能目标是否一致，如果不一致，返回执行步骤S3，如果一致，输出与底盘控制系统匹配的最优轮胎参数。
8.根据权利要求7所述的匹配仿真方法，其特征在于：所述匹配仿真方法基于Isight优化软件，结合基于CarSim/LabView的硬件在环平台及基于Matlab的客观评价分析体系，实现轮胎模型文件参数的闭环优化。
9.根据权利要求8所述的匹配仿真方法，其特征在于：在步骤S4中，所述系统通信模块通过轮速模拟模块、车身姿态三维转台、转向模拟模块及负载电机实现对速度、加速度、轮速和方向盘转角的模拟，底盘电控系统的ESC控制器对接收到的这些数据进行自主控制。
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| PB01 | Publication | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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