CN113065199A - 车辆道路模型的动力学仿真方法、装置、设备和存储介质 - Google Patents

车辆道路模型的动力学仿真方法、装置、设备和存储介质 Download PDF

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Abstract

本申请公开了一种车辆道路模型的动力学仿真方法、装置、设备和存储介质。一种车辆道路模型的动力学仿真方法，包括：从道路描述文件获取道路的几何参数和动力学参数；根据所述道路的几何参数生成所述道路的可视化模型；根据所述道路的动力学参数和所述道路的可视化模型生成所述道路的数值计算模型；根据所述道路的数值计算模型和车辆模型进行仿真计算。本申请通过从道路描述文件获取几何参数和动力学参数。可以在道路描述文件中进行上述参数的更改，从而能够高效灵活地仿真试验各个不同参数的道路情况，从而提高总体仿真试验效率。

Description

车辆道路模型的动力学仿真方法、装置、设备和存储介质
技术领域
本申请涉及计算机技术领域，具体而言，涉及一种车辆道路模型的动力学仿真方法、装置、设备和存储介质。
背景技术
联合仿真领域中，当需要修改模型中的某个参数时，需要用户手动修改其他的关联的软件中的参数。比如，采用proe软件三维建模道路模型时，如果修改道路的弧度后，则还需要再手动修改相关的Modelica软件中的参数，比较繁琐，降低了仿真效率。
发明内容
本申请的主要目的在于提供一种车辆道路模型的动力学仿真方法、装置、设备和存储介质，以解决上述问题。
为了实现上述目的，根据本申请的一个方面，提供了一种车辆道路模型的动力学仿真方法，包括：
从道路描述文件获取道路的几何参数和动力学参数；
根据所述道路的几何参数生成所述道路的可视化模型；
根据所述道路的动力学参数和所述道路的可视化模型生成所述道路的数值计算模型；
根据所述道路的数值计算模型和车辆模型进行仿真计算。
在一种实施方式中，动力学参数包括：道路坡度、摩擦系数；道路的几何参数包括：道路的高度、道路的长度和道路的宽度、道路的弧度。
在一种实施方式中，根据所述数值计算模型和车辆模型进行仿真计算，包括：
固定道路的动力学参数不变，选择不同车辆模型类型，计算每个类型的车辆模型对应的仿真结果。
在一种实施方式中，根据所述数值计算模型和车辆模型进行仿真计算，包括：
车辆模型的类型固定不变，更改道路的动力学参数，计算每组动力学参数对应的所述车辆模型的仿真结果。
在一种实施方式中，根据所述数值计算模型和车辆模型进行仿真计算，包括：
车辆模型的类型固定不变，更改道路的几何参数，计算每组几何参数对应的所述车辆模型的仿真结果。
在一种实施方式中，根据所述数值计算模型和车辆模型进行仿真计算，包括：
对于任意的一个弧度，计算所述车辆模型以不同的速度在所述道路模型上拐弯时，仿真计算得到所述车辆模型再所述道路上拐弯的三维动画。
在一种实施方式中，对于任意的一个弧度，任意的一个速度，所述方法还包括：
计算车辆模型中每个车轮的受力；生成每个车轮受力的时间二维曲线图；
计算车模型的偏向角，汽车模型的加速度，生成偏向角、加速度的时间二维曲线图。
为了实现上述目的，根据本申请的第二方面，提供了车辆道路模型的动力学仿真装置；该装置包括：
获取模块，用于从道路描述文件获取道路的几何参数和动力学参数；
第一生成模块，用于根据所述道路的几何参数生成所述道路的可视化模型；
第二生成模块，用于根据所述道路的动力学参数和所述道路的可视化模型生成所述道路的数值计算模型；
仿真模块，用于根据所述道路的数值计算模型和车辆模型进行仿真计算。
在一种实施方式中，仿真模块还用于，固定道路的动力学参数不变，选择不同车辆模型类型，计算每个类型的车辆模型对应的仿真结果。
在一种实施方式中，仿真模块还用于，车辆模型的类型固定不变，更改道路的动力学参数，计算每组动力学参数对应的所述车辆模型的仿真结果。
在一种实施方式中，仿真模块还用于，车辆模型的类型固定不变，更改道路的几何参数，计算每组几何参数对应的所述车辆模型的仿真结果。
在一种实施方式中，仿真模块还用于，对于任意的一个弧度，计算所述车辆模型以不同的速度在所述道路模型上拐弯时，仿真计算得到所述车辆模型再所述道路上拐弯的三维动画。
在一种实施方式中，仿真模块还用于，对于任意的一个弧度，任意的一个速度，计算车辆模型中每个车轮的受力；生成每个车轮受力的时间二维曲线图；
计算车模型的偏向角，汽车模型的加速度，生成偏向角、加速度的时间二维曲线图。
为了实现上述目的，根据本申请的第三方面，提供了一种电子设备；包括至少一个处理器和至少一个存储器；所述存储器用于存储一个或多个程序指令；所述处理器，用于运行一个或多个程序指令，用以执行上述的步骤。
根据本申请的第四方面，提供了一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质中包含一个或多个程序指令，所述一个或多个程序指令用于执行上述的步骤。
本发明的上述的技术方案，从道路描述文件获取道路的几何参数和动力学参数；根据道路的几何参数生成所述道路的可视化模型；根据道路的动力学参数和所述道路的可视化模型生成所述道路的数值计算模型；根据所述道路的数值计算模型和车辆模型进行仿真计算，可以灵活修改道路描述文件中的参数，试验各个不同的参数的道路情况，提高了总体的试验仿真效率。
附图说明
构成本申请的一部分的附图用来提供对本申请的进一步理解，使得本申请的其它特征、目的和优点变得更明显。本申请的示意性实施例附图及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
图1是根据本申请实施例的一种车辆道路模型的动力学仿真方法的流程图；
图2是根据本申请实施例的另一种车辆道路模型的动力学仿真方法的流程图；
图3是根据本申请实施例的一种车辆道路模型的动力学仿真装置的结构示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。
需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。
需要说明的是，在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行，并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。
本申请提出了一种车辆道路模型的动力学仿真方法，参见附图1所示的一种车辆道路模型的动力学仿真方法的流程图；该方法包括：
步骤S102，从道路描述文件获取道路的几何参数和动力学参数。
其中，动力学参数包括：道路坡度、摩擦系数；道路的几何参数包括：道路的高度、道路的长度和道路的宽度、道路的弧度。
具体的，首先需要建立用来解析道路描述文件的解析模块，解析模块包括C代码和库文件，用来对道路描述文件进行解析，获得道路描述文件中的参数。
其中，道路网络描述文件的格式可以为OpenDrive，也可以为其他形式的格式。OpenDrive是一种通用的道路信息描述格式，其语法采用的是扩展标记语言(ExtensibleMarkup Language，简称XML)，文件以解析式形式来精确描述道路的几何信息。道路描述文件中可以灵活调整道路的几何参数。
步骤S104，根据所述道路的几何参数生成所述道路的可视化模型。
具体的，采用MEDELIC软件实现步骤S104。可视化模型可以显示车辆模型在道路模型上行驶的三维动画。
步骤S106，根据所述道路的动力学参数和所述道路的可视化模型生成所述道路的数值计算模型。
具体的，采用Modelica软件实现步骤S106。Modelica软件具有强大的数值计算功能。
步骤S108，根据所述道路的数值计算模型和车辆模型进行仿真计算。
其中，车辆模型可以采用三维模型软件建模实现。比如采用proe，solidworks建模实现。Modelica软件上设置有与三维模型软件的接口，可以直接调用三维模型软件，实现可视化模型。
本发明的方法通过采用OpenDrive文件、采用软件Modelica；实现车辆模型再道路模型上行驶过程的仿真，提高了仿真的效率。在OpenDrive文件中可以灵活更改道路的几何参数，进而更改仿真结果。提高模拟同一个车辆模型在不同的道路模型中进行仿真的仿真效率。现有技术中，如果在一个三维模型软件中修改几何参数后，还需要再另一个关联的仿真软件中修改对应的参数。需要至少手动两次操作才能够实现。如果忘记修改，则会导致修改参数后，仿真不能够正常进行；如果操作不熟练，还会浪费大量的时间，降低了仿真效率。
而本申请采用了OpenDrive文件进行联合仿真，更改某个参数时，只需要在OpenDrive文件中进行修改；而在Modelica软件中可以自动直接读取OpenDrive文件中修改后的几何参数，不需要手动再次进行修改。从而提高了仿真的效率，尤其是当需要大量修改参数，大量进行仿真时，本发明的优越性更加明显。
在一种实施方式中，还包括：如果用户在道路描述文件中修改了道路的几何参数，和/或者，动力学参数；则获取修改后的道路几何参数，和/或者，动力学参数；根据修改后道路几何参数，和/或者，动力学参数进行仿真。
具体包括：根据修改后道路几何参数更新的道路可视化模型；
根据修改后的动力学参数和所述更新的道路可视化模型生成更新的道路的数值计算模型；
根据更新的道路的数值计算模型和车辆模型进行仿真计算。
为了考察每个车辆模型的性能，在一种实施方式中，根据所述数值计算模型和车辆模型进行仿真计算，包括：
固定道路的动力学参数不变，选择不同车辆模型类型，计算每个类型的车辆模型对应的仿真结果。
具体的，车辆模型类型包括：卡车、轿车。
当车辆模型为卡车时，计算动力学参数和几何参数对应的仿真结果。
当车辆模型为轿车时，计算该组动力学参数和几何参数对应的仿真结果。
具体的，还可以根据车辆的型号，分别建模每个型号的车辆的三维模型。
为了考察对于同一个类型的车辆模型的类型，不同的动力学参数时，车辆不同的表现，在一种实施方式中，根据所述数值计算模型和车辆模型进行仿真计算，包括：
车辆模型的类型固定不变，道路的几何参数不变，更改道路的动力学参数，计算每组动力学参数对应的所述车辆模型的仿真结果。
具体的，当车辆模型的类型为轿车，几何参数不变，更改动力学参数；计算每组动力学参数对应的仿真结果。
为了检验道路几何参数对于车辆的影响，在一种实施方式中，根据所述数值计算模型和车辆模型进行仿真计算，包括：
车辆模型的类型固定不变，动力学参数不变，更改道路的几何参数，计算每组几何参数对应的所述车辆模型的仿真结果。
在一种实施方式中，根据所述数值计算模型和车辆模型进行仿真计算，包括：
对于任意的一个弧度，计算所述车辆模型以不同的速度在所述道路模型上拐弯时，仿真计算得到所述车辆模型再所述道路上拐弯的三维动画。
具体的，对于任意的一个弧度，任意的一个速度，计算车辆模型中每个车轮的受力；生成每个车轮受力的时间二维曲线图；
计算车模型的偏向角和加速度；分别生成偏向角和加速度的时间二维曲线图。从而更加直观地观察分析。
下面详细介绍另一种车辆道路模型的动力学仿真方法，包括以下的步骤：
步骤S202，使用Modelica软件建立道路模型，其中，道路模型的类型包括直线型道路、弯曲型道路；
步骤S204，解析道路描述文件，获取道路的相关信息，生成能够被调用的接口；其中，道路的相关信息包括但不限于道路的高度、长度、宽度、弧度等。
步骤S206，将上述接口与上述道路模型进行关联，生成可视化道路模型；
具体的，可以采用软件Modelica，自动生成Modelica可视化道路模型。
步骤S208，调用上述接口，提取动力学仿真计算所需要的动力学参数；
步骤S210，根据上述的动力学参数和上述的可视化道路模型生成道路数值计算模型，该道路数值计算模型直接应用于仿真计算和动画演示。
本发明公开了一种车辆系统动力学仿真场景自动生成方法，该方法基于车辆场景配置文件，如基于OpenDrive标准的道路网络描述文件，通过解析车辆场景配置文件中的道路类型，自动生成道路数值模型；道路数值模型分为参与车辆系统动力学仿真计算和动画演示两部分内容。通过此种方法，能够使得道路设计过程与车辆系统动力学仿真道路模型和场景的生成自动关联，提高车辆系统仿真工况的开发效率。
第二方面，本发明还提供了一种车辆道路模型的动力学仿真装置，如图3所示，该装置包括：
获取模块31，用于从道路描述文件获取道路的几何参数和动力学参数；
第一生成模块32，用于根据所述道路的几何参数生成所述道路的可视化模型；
第二生成模块33，用于根据所述道路的动力学参数和所述道路的可视化模型生成所述道路的数值计算模型；
仿真模块34，用于根据所述道路的数值计算模型和车辆模型进行仿真计算。
在一种实施方式中，仿真模块34还用于，固定道路的动力学参数不变，选择不同车辆模型类型，计算每个类型的车辆模型对应的仿真结果。
在一种实施方式中，仿真模块34还用于，车辆模型的类型固定不变，更改道路的动力学参数，计算每组动力学参数对应的所述车辆模型的仿真结果。
在一种实施方式中，仿真模块34还用于，车辆模型的类型固定不变，更改道路的几何参数，计算每组几何参数对应的所述车辆模型的仿真结果。
在一种实施方式中，仿真模块34还用于，对于任意的一个弧度，计算所述车辆模型以不同的速度在所述道路模型上拐弯时，仿真计算得到所述车辆模型再所述道路上拐弯的三维动画。
在一种实施方式中，仿真模块34还用于，对于任意的一个弧度，任意的一个速度，计算车辆模型中每个车轮的受力；生成每个车轮受力的时间二维曲线图；
计算车模型的偏向角，汽车模型的加速度，生成偏向角、加速度的时间二维曲线图。
根据本申请的第三方面，提供了一种电子设备；包括至少一个处理器和至少一个存储器；所述存储器用于存储一个或多个程序指令；所述处理器，用于运行一个或多个程序指令，用以执行上述任意一项的方法。
第四方面，本申请还提出了一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质中包含一个或多个程序指令，所述一个或多个程序指令用于执行上述任一项所述的方法。
可以实现或者执行本发明实施例中的公开的各方法、步骤及逻辑框图。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。结合本发明实施例所公开的方法的步骤可以直接体现为硬件译码处理器执行完成，或者用译码处理器中的硬件及软件模块组合执行完成。软件模块可以位于随机存储器，闪存、只读存储器，可编程只读存储器或者电可擦写可编程存储器、寄存器等本领域成熟的存储介质中。处理器读取存储介质中的信息，结合其硬件完成上述方法的步骤。
存储介质可以是存储器，例如可以是易失性存储器或非易失性存储器，或可包括易失性和非易失性存储器两者。
其中，非易失性存储器可以是只读存储器(Read-Only Memory，简称ROM)、可编程只读存储器(Programmable ROM，简称PROM)、可擦除可编程只读存储器(Erasable PROM，简称EPROM)、电可擦除可编程只读存储器(Electrically EPROM，简称EEPROM)或闪存。
易失性存储器可以是随机存取存储器(Random Access Memory，简称RAM)，其用作外部高速缓存。通过示例性但不是限制性说明，许多形式的RAM可用，例如静态随机存取存储器(Static RAM，简称SRAM)、动态随机存取存储器(Dynamic RAM，简称DRAM)、同步动态随机存取存储器(Synchronous DRAM，简称SDRAM)、双倍数据速率同步动态随机存取存储器(Double Data RateSDRAM，简称DDRSDRAM)、增强型同步动态随机存取存储器(EnhancedSDRAM，简称ESDRAM)、同步连接动态随机存取存储器(Synchlink DRAM，简称SLDRAM)和直接内存总线随机存取存储器(DirectRambus RAM，简称DRRAM)。
本发明实施例描述的存储介质旨在包括但不限于这些和任意其它适合类型的存储器。
本领域技术人员应该可以意识到，在上述一个或多个示例中，本发明所描述的功能可以用硬件与软件组合来实现。当应用软件时，可以将相应功能存储在计算机可读介质中或者作为计算机可读介质上的一个或多个指令或代码进行传输。计算机可读介质包括计算机存储介质和通信介质，其中通信介质包括便于从一个地方向另一个地方传送计算机程序的任何介质。存储介质可以是通用或专用计算机能够存取的任何可用介质。
以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种车辆道路模型的动力学仿真方法，其特征在于，包括：
从道路描述文件获取道路的几何参数和动力学参数；
根据所述道路的几何参数生成所述道路的可视化模型；
根据所述道路的动力学参数和所述道路的可视化模型生成所述道路的数值计算模型；
根据所述道路的数值计算模型和车辆模型进行仿真计算。
2.如权利要求1所述的车辆道路模型的动力学仿真方法，其特征在于，动力学参数包括：道路坡度、摩擦系数；道路的几何参数包括：道路的高度、道路的长度和道路的宽度、道路的弧度。
3.如权利要求1所述的车辆道路模型的动力学仿真方法，其特征在于，根据所述数值计算模型和车辆模型进行仿真计算，包括：
固定道路的动力学参数不变，选择不同车辆模型类型，计算每个类型的车辆模型对应的仿真结果。
4.如权利要求1所述的车辆道路模型的动力学仿真方法，其特征在于，根据所述数值计算模型和车辆模型进行仿真计算，包括：
车辆模型的类型固定不变，更改道路的动力学参数，计算每组动力学参数对应的所述车辆模型的仿真结果。
5.如权利要求2所述的车辆道路模型的动力学仿真方法，其特征在于，根据所述数值计算模型和车辆模型进行仿真计算，包括：
车辆模型的类型固定不变，更改道路的几何参数，计算每组几何参数对应的所述车辆模型的仿真结果。
6.如权利要求5所述的车辆道路模型的动力学仿真方法，其特征在于，根据所述数值计算模型和车辆模型进行仿真计算，包括：
对于任意的一个弧度，计算所述车辆模型以不同的速度在所述道路模型上拐弯时，仿真计算得到所述车辆模型再所述道路上拐弯的三维动画。
7.如权利要求6所述的车辆道路模型的动力学仿真方法，其特征在于，对于任意的一个弧度，任意的一个速度，所述方法还包括：
计算车辆模型中每个车轮的受力；生成每个车轮受力的时间二维曲线图；
计算车模型的偏向角，汽车模型的加速度，生成偏向角、加速度的时间二维曲线图。
8.一种车辆道路模型的动力学仿真装置，其特征在于，包括：
获取模块，用于从道路描述文件获取道路的几何参数和动力学参数；
第一生成模块，用于根据所述道路的几何参数生成所述道路的可视化模型；
第二生成模块，用于根据所述道路的动力学参数和所述道路的可视化模型生成所述道路的数值计算模型；
仿真模块，用于根据所述道路的数值计算模型和车辆模型进行仿真计算。
9.一种电子设备，其特征在于，包括：至少一个处理器和至少一个存储器；所述存储器用于存储一个或多个程序指令；所述处理器，用于运行一个或多个程序指令，用以执行如权利要求1-7任一项所述的方法。
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，计算机可读存储介质中包含一个或多个程序指令，所述一个或多个程序指令用于执行如权利要求1-7任一项所述的方法。
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