CN115828678A - 风阻力矩仿真方法、装置、存储介质及模拟设备 - Google Patents

Abstract

本申请提供的风阻力矩仿真方法、装置、存储介质及模拟设备，涉及激光雷达领域。其中，模拟设备构建激光雷达中的棱镜与容置空间中的气体相互作用的有限元模型；初始化有限元模型所需的流体参数；根据流体参数以及有限元模型，确定棱镜以预设转速旋转时受到的风阻力矩。如此，通过建立激光雷达中的棱镜与容置空间中的气体相互作用的有限元模型，并在预设的流体参数下求解空气对棱镜产生的风阻力矩，继而能够准确高效的得到棱镜的风阻力矩。

Description

风阻力矩仿真方法、装置、存储介质及模拟设备

技术领域

本申请涉及激光雷达领域，具体而言，涉及一种风阻力矩仿真方法、装置、存储介质及模拟设备。

背景技术

随着无人驾驶技术的快速发展，激光雷达正在受到越来越多的关注。目前，对于内部集成了两个转镜的激光雷达，一个多边棱镜负责横向旋转，一个振镜负责纵向翻转，实现一束激光包揽横纵双向的二维扫描。

研究发现，电机带动棱镜旋转时，棱镜的物理结构会产生较大的风阻，增加了电机的负载，使得电机无法达到额定转速；而目前在棱镜电机开发阶段，无法有效评估棱镜产生的风阻。

发明内容

为了克服现有技术中的至少一个不足，本申请提供一种风阻力矩仿真方法、装置、存储介质及模拟设备，用于模拟棱镜旋转时空气对棱镜产生的作用力，继而获得空气对棱镜产生的风阻力矩。具体包括：

第一方面，本申请提供一种风阻力矩仿真方法，所述方法包括：

构建激光雷达中的棱镜与容置空间中的气体相互作用的有限元模型；

初始化所述有限元模型所需的流体参数；

根据所述流体参数以及所述有限元模型，确定所述棱镜以预设转速旋转时受到的风阻力矩。

结合第一方面的可选实施方式，所述构建激光雷达中的棱镜与容置空间中的气体相互作用的有限元模型，包括：

获取所述棱镜的旋转空间在容置空间中的位置，其中，所述旋转空间为所述棱镜旋转时占据的空间；

根据所述旋转空间在容置空间中的位置，构建所述有限元模型，其中，所述有限元模型包括与所述旋转空间相对应的旋转模型以及包裹所述旋转模型的气体模型。

结合第一方面的可选实施方式，所述根据所述旋转空间在容置空间中的位置，构建所述有限元模型，包括：

根据所述旋转空间在容置空间中的位置，构建初始的几何模型，其中，所述几何模型包括与所述旋转空间相对应的旋转几何模型以及包裹所述旋转几何模型的气体几何模型；

为所述旋转几何模型以及所述气体几何模型划分用于求解的有限元网格，得到所述旋转模型以及所述气体模型，其中，所述有限元网格的尺寸与距离所述旋转模型中心位置的距离成反相关。

结合第一方面的可选实施方式，所述有限元网格包括第一网格、第二网格以及第三网格，为所述旋转几何模型以及所述气体几何模型划分用于求解的有限元网格，得到所述旋转模型以及所述气体模型，包括：

在所述气体几何模型远离所述旋转几何模型的位置划分所述第一网格，并在所述气体几何模型靠近所述旋转几何模型的位置划分所述第二网格，得到所述气体模型，其中，所述第二网格小于所述第一网格；

为所述旋转几何模型划分所述第三网格，得到所述旋转模型，其中，所述第三网格大于或者等于所述第二网格。

结合第一方面的可选实施方式，所述根据所述流体参数以及所述有限元模型，确定所述棱镜以预设转速旋转时受到的风阻力矩，包括：

根据所述流体参数，使用稳态求解器沿所述有限元模型划分的有限元网格计算所述棱镜以预设转速旋转时需要达到的稳态流场；

将所述稳态流场作为非稳态流场的初始流场；

根据所述初始流场以及所述流体参数，使用非稳态求解器沿所述有限元模型划分的有限元网格计算所述棱镜受到的脉动压力；

根据所述脉动压力，获得所述棱镜以预设转速旋转时受到的风阻力矩。

结合第一方面的可选实施方式，所述流体参数包括气体参数、目标湍流模型以及目标壁面函数。

结合第一方面的可选实施方式，所述方法还包括：

根据所述风阻力矩，得到所述棱镜以预设转速旋转时产生的风阻损耗。

第二方面，本申请提供一种风阻力矩仿真装置，所述装置包括：

模型构建模块，用于构建激光雷达中的棱镜与容置空间中的气体相互作用的有限元模型；

参数初始模块，用于初始化所述有限元模型所需的流体参数；

力矩求解模块，用于根据所述流体参数以及所述有限元模型，确定所述棱镜以预设转速旋转时受到的风阻力矩。

结合第二方面的可选实施方式，所述构建激光雷达中的棱镜与容置空间中的气体相互作用的有限元模型，包括：

获取所述棱镜的旋转空间在容置空间中的位置，其中，所述旋转空间为所述棱镜旋转时占据的空间；

根据所述旋转空间在容置空间中的位置，构建所述有限元模型，其中，所述有限元模型包括与所述旋转空间相对应的旋转模型以及包裹所述旋转模型的气体模型。

结合第二方面的可选实施方式，模型构建模块根据所述旋转空间在容置空间中的位置，构建所述有限元模型的方式，包括：

根据所述旋转空间在容置空间中的位置，构建初始的几何模型，其中，所述几何模型包括与所述旋转空间相对应的旋转几何模型以及包裹所述旋转几何模型的气体几何模型；

为所述旋转几何模型以及所述气体几何模型划分用于求解的有限元网格，得到所述旋转模型以及所述气体模型，其中，所述有限元网格的尺寸与距离所述旋转模型中心位置的距离成反相关。

结合第二方面的可选实施方式，所述有限元网格包括第一网格、第二网格以及第三网格，模型构建模块为所述旋转几何模型以及所述气体几何模型划分用于求解的有限元网格，得到所述旋转模型以及所述气体模型的方式，包括：

在所述气体几何模型远离所述旋转几何模型的位置划分所述第一网格，并在所述气体几何模型靠近所述旋转几何模型的位置划分所述第二网格，得到所述气体模型，其中，所述第二网格小于所述第一网格；

为所述旋转几何模型划分所述第三网格，得到所述旋转模型，其中，所述第三网格大于或者等于所述第二网格。

结合第二方面的可选实施方式，力矩求解模块根据所述流体参数以及所述有限元模型，确定所述棱镜以预设转速旋转时受到的风阻力矩的方式，包括：

根据所述流体参数，使用稳态求解器沿所述有限元模型划分的有限元网格计算所述棱镜以预设转速旋转时需要达到的稳态流场；

将所述稳态流场作为非稳态流场的初始流场；

根据所述初始流场以及所述流体参数，使用非稳态求解器沿所述有限元模型划分的有限元网格计算所述棱镜受到的脉动压力；

根据所述脉动压力，获得所述棱镜以预设转速旋转时受到的风阻力矩。

结合第二方面的可选实施方式，所述流体参数包括气体参数、目标湍流模型以及目标壁面函数。

结合第二方面的可选实施方式，力矩求解模块还用于：

根据所述风阻力矩，得到所述棱镜以预设转速旋转时产生的风阻损耗。

第三方面，本申请提供一种存储介质，所述存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，实现所述的风阻力矩仿真方法。

第四方面，本申请提供一种模拟设备，所述模拟设备包括处理器以及存储器，所述存储器存储有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时，实现所述的风阻力矩仿真方法。

相对于现有技术而言，本申请具有以下有益效果：

本申请提供的风阻力矩仿真方法、装置、存储介质及模拟设备中，模拟设备构建激光雷达中的棱镜与容置空间中的气体相互作用的有限元模型；初始化有限元模型所需的流体参数；根据流体参数以及有限元模型，确定棱镜以预设转速旋转时受到的风阻力矩。如此，通过建立激光雷达中的棱镜与容置空间中的气体相互作用的有限元模型，并在预设的流体参数下求解空气对棱镜产生的风阻力矩，继而能够准确高效的得到棱镜的风阻力矩。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本申请实施例提供的激光雷达结构示意图；

图2为本申请实施例提供的风阻力矩仿真方法流程示意图；

图3为本申请实施例提供的几何模型构建原理示意图；

图4为本申请实施例提供的有限元网格效果示意图；

图5为本申请实施例提供的气体在棱镜表面产生的湍流效果示意图；

图6为本申请实施例提供的风阻力矩的结果图表；

图7为本申请实施例提供的拟合曲线示意图；

图8为本申请实施例提供的风阻力矩仿真装置结构示意图；

图9为本申请实施例提供的模拟设备的结构示意图。

图标：101-透镜；102-振镜；103-棱镜；201-旋转几何模型；202-气体几何模型；203-立体模型；301-模型构建模块；302-参数初始模块；303-力矩求解模块；401-存储器；402-处理器；403-通信单元；404-系统总线。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本申请的描述中，需要说明的是，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

基于上述声明，为使本方案更易于理解，在对本实施例提供的风阻力矩仿真方法之前，就本实施例涉及到的相关概念进行解释说明。

计算流体力学求解方法主要是有限差分方法和有限元法，有限元法是一种为求解偏微分方程边值问题近似解的数值技术，包括几何建模、定义材料属性、有限元网格划分以及有限元求解。

几何建模，是对分析对象形状和尺寸进行描述，又称几何求解域。建模过程中，将对象的实际形状抽象出来的，但又不是完全照搬。即建立几何模型时，应根据对象的具体特征对形状和大小进行必要的简化、变化和处理，以适应有限元分析的特点。所以几何模型的维数特征、形状和尺寸有可能与原结构完全相同，也可能存在一些差异。

定义材料属性，用于针对分析对象的具体材料，设置反应材料性能的材料参数。例如，分析对象为气体对象时，需要设置气体的分子量，动力粘度，导热率，比热和湍流普朗特数、温度等参数。

有限元网格划分，有限元网格划分是进行有限元数值模拟分析至关重要的一步，它直接影响着后续数值计算分析结果的精确性。有限元网格划分的方式涉及单元的形状及其拓扑类型、单元类型、网格生成器的选择、网格的密度、单元的编号以及几何体等因素，需要技术人员进行适应性选择。

有限元求解，是一种为求解偏微分方程边值问题近似解的数值技术。求解时对整个问题区域进行分解为有限元网格，每个网格都可理解成整个问题区域的简单部分。通过变分方法，使得误差函数达到最小值并产生稳定解。类比于连接多段微小直线逼近圆的思想，将大量网格上的简单方程联系起来，并用其去估计更大区域上的复杂方程。它将求解域看成是由许多称为有限元的小的互连子域组成，对每一单元假定一个合适的近似解，然后推导求解这个域总的满足条件(如结构的平衡条件)，从而得到问题的解。

壁面函数，对于流体而言，越靠近壁面，速度梯度、温度梯度等会逐渐增大；而为了精确解析这种靠近壁面的变化剧烈的梯度，需要在划分比较密集的网格，网格加密之后又会导致近壁面的网格出现很大的长细比，使得近壁面的网格质量很差。因此，为了解决这一问题，需要通过壁面函数来描述这种近壁面的变化，比如说壁面到网格中心点之间采用非线性函数表示，而不是对近壁面的网格进行加密来保证能够解析这种变化。

另外，由于本实施例涉及到激光雷达，为使本方案更易于理解，下面进一步对激光雷达的结构进行介绍。如图1所示，目前的激光雷达多采用的是转镜方案，即雷达内部集成了两个转镜，一个多边棱镜103负责横向旋转，另一个振镜102负责纵向翻转，实现将经由透镜101射出的激光在横纵两个方向进行二维扫描。其中，棱镜103旋转的半径尺寸越大或者棱镜103面数越少，扫描的范围会越大，因此，棱镜103结构非常重要，这直接关系到激光成像范围和效果。

目前，激光雷达的棱镜103的旋转通常由电机带动，即棱镜103为电机外转子的一部分。并且，根据雷达视场角设计要求的不同，棱镜103可以设计成三棱柱、四棱柱、六棱柱等结构。

基于上述介绍，研究发现，在棱镜103电机结构的设计过程中，光学工程师为了追求光学性能，而弱化对空气动力学方面的考虑，这就会导致棱镜103结构产生较大风阻。而风阻将会直接加大电机负载，使得激光雷达在实际使用场景中无法达到额定转速。即使能够达到额定转速，也会导致电机功耗急剧增加，电机温度超过设计要求，甚至影响整机结构的可靠性。

并且，目前在棱镜103电机开发阶段，通过经验来进行电机功耗标定，然而，棱镜103结构的不同导致风阻力矩差异较大，因此，凭借经验进行标定无法有效评估棱镜103产生的风阻，容易导致在整机开发阶段出现电机功率不足的情况，进而导致产品开发周期延长，开发成本增加等问题。

需要注意的是，以上现有技术中的方案所存在的缺陷，均是发明人在经过实践并仔细研究后得出的结果，因此，上述问题的发现过程以及下文中本申请实施例针对上述问题所提出的解决方案，都应该是发明人在发明创造过程中对本申请做出的贡献，而不应当理解为本领域技术人员所公知的技术内容。

鉴于此，本实施例提供一种应用于模拟设备的风阻力矩仿真方法，用于模拟棱镜旋转时空气对棱镜产生的作用力，继而获得空气对棱镜产生的风阻力矩。由于在求解空气对棱镜产生的风阻力矩时需要涉及到大量的计算，因此，该模拟设备可以是，但不限于，能够提供足够算力的移动终端、平板计算机、膝上型计算机、台式电脑以及服务器等。

当模拟设备为服务器时，用户可以通过该本地终端登录到该服务器上，远程操控该服务器实施本实施例提供的风阻力矩仿真方法。其中，该服务器可以是单个服务器，也可以是服务器组。服务器组可以是集中式的，也可以是分布式的(例如，服务器可以是分布式系统)。在一些实施例中，服务器相对于用户终端，可以是本地的、也可以是远程的。在一些实施例中，服务器可以在云平台上实现；仅作为示例，云平台可以包括私有云、公有云、混合云、社区云(Community Cloud)、分布式云、跨云(Inter-Cloud)、多云(Multi-Cloud)等，或者它们的任意组合。在一些实施例中，服务器可以在具有一个或多个组件的电子设备上实现。

结合以上介绍，下面结合图2对风阻力矩仿真方法的各步骤进行详细阐述。应该理解，流程图的操作可以不按顺序实现，没有逻辑的上下文关系的步骤可以反转顺序或者同时实施。此外，本领域技术人员在本申请内容的指引下，可以向流程图添加一个或多个其他操作，也可以从流程图中移除一个或多个操作。如图2所示，该方法包括：

S101，构建激光雷达中的棱镜与容置空间中的气体相互作用的有限元模型。

再次参见图1，激光雷达需要为图中的棱镜预留一定的容置空间，由于该容置空间并非密闭空间，因此，棱镜高速旋转过程中，容置空间中的气体会对棱镜产生一定的阻力，并且，该阻力随棱镜转速的增加而变大。本申请以此容置空间为研究对象，构建棱镜与容置空间中的气体相互作用的有限元模型。作为可选的实施方式，步骤S101的具体实施方式包括：

S101-1，获取棱镜的旋转空间在容置空间中的位置。

其中，旋转空间为棱镜旋转时占据的空间。

S101-2，根据旋转空间在容置空间中的位置，构建有限元模型。

其中，有限元模型包括与旋转空间相对应的旋转模型以及包裹旋转模型的气体模型。

如此，所建立的有限元模型包括旋转模型以及气体模型，以便于研究容置空间中的气体对棱镜产生的作用力。其中，步骤S101-2的具体实施方式包括：

S101-2-1，根据旋转空间在容置空间中的位置，构建初始的几何模型。

其中，几何模型包括与旋转空间相对应的旋转几何模型以及包裹旋转几何模型的气体几何模型。

示例性的，如图3所示，假定该棱镜为四棱柱结构，棱镜旋转时所需要的旋转空间呈圆柱结构，该圆柱的直径为棱柱截面中的对角线；因此，将该圆柱体作为旋转几何模型201。

继续参见图3，假定该容置空间呈立方体结构，并且棱镜安装在容置空间的中心位置，则旋转空间同样位于容置空间的中心位置，容置空间中剩余的空间则充满包裹棱镜的气体；因此，立方体中剩余的空间作为气体几何模型202。

S101-2-2，为旋转几何模型以及气体几何模型划分用于求解的有限元网格，得到旋转模型以及气体模型。

其中，有限元网格的尺寸与距离旋转模型中心位置的距离成反相关。而为了达到这一目的，有限元网格包括第一网格、第二网格以及第三网格，模拟设备在气体几何模型远离旋转几何模型的位置划分第一网格，并在气体几何模型靠近旋转几何模型的位置划分第二网格，得到气体模型，其中，第二网格小于第一网格。

然后，该模拟设备为旋转几何模型划分第三网格，得到旋转模型，其中，第三网格大于或者等于第二网格。

需要说明的是，旋转模型并不局限于在气体模型之后生成，旋转模型还可以在气体模型之前生成或者与气体模型并行生成，本申请实施中对二者的生成顺序不做具体限制。

示例性的，继续参见图3，为了便于捕捉空气靠近棱镜时的流动细节信息，划分有限元网格时，在气体几何模型202靠近旋转几何模型201的一侧，确定出包裹旋转几何模型201的立体模型203，并为该立体模型203划分第二网格；然后，将气体几何模型202中除该立体模型203的位置划分第一网格。

本实施例中，将第一网格的尺寸设为5mm，具体可以使用分割体或者多面体网格，将第二网格与第三网格的尺寸设为0.75mm。如此，如图4所示，示出了几何模型划分有限元网格后的投影视图，网格的尺寸呈现距离旋转模型中心位置越近，尺寸越小的效果。其中，第一网格的尺寸5mm、第二网格与第三网格尺寸0.75mm仅是示例性的数值，在实际实现过程中，第一网格、第二网格以及第三网格的具体尺寸可以由本领域技术人员灵活设置，本申请实施例中对此不做具体限制，能够确保第一网格尺寸大于第二网格、第三网格尺寸即可。

另外，在气体几何模型202与旋转几何模型201接触边界还划分有边界网格，作为旋转模型与气体模型的模型边界。该边界网格的厚度可以是1mm，层数可以是5层。边界网格的厚度还可以设置为1.5mm、2mm等。层数还可以设置为4层或者6层等。本申请实施例中对此数值不做具体限制。

基于上述关于有限元模型的介绍，继续参见图2，该风阻力矩仿真方法还包括：

S102，初始化有限元模型所需的流体参数。

由于本实施例的目的是为了求解空气对棱镜的风阻，而空气作为一种流体，需要设置的流体参数包括气体参数、目标湍流模型以及目标壁面函数。其中，气体参数包括分子量、动力粘度、导热率、比热、湍流普朗特数以及气体温度等参数。

示例性的，该目标湍流模型可以选取SST(Shear Stress Transport，剪切应力传递)K-Omega模型(又名SST K-ω模型)用于模拟湍流运动，其中，相较于标准k-ω模型，SSTK-Omega模型合并了来源于ω方程中的交叉扩散、湍流粘度考虑到了湍流剪应力的传波并具有不同的模型常量，使得SST K-Omega模型比标准k-ω模型在在广泛的流动领域中有更高的精度和可信度。

而目标壁面函数可以选取y⁺壁面处理函数，其中，若y表示流体介质距离壁面的真实垂向距离，那么y⁺壁面处理函数则表示以预设处理方式对y进行归一化处理后，得到的一个无量纲的参数，用于表征湍流中靠近壁面的不同区域，所表现出的不同的速度规律。

基于上述关于流体参数的介绍，继续参见图2，该风阻风阻力矩仿真方法还包括：

S103，根据流体参数以及有限元模型，确定棱镜以预设转速旋转时受到的风阻力矩。

本实施例中，为了加快求解效率，求解风阻力矩时采用了稳态求解器以及稳态求解器，即步骤S103的具体实施方式，包括：

S103-1，根据流体参数，使用稳态求解器沿有限元模型划分的有限元网格计算棱镜以预设转速旋转时需要达到的稳态流场。

此处应理解的是，棱镜高速转动的时候，会与空气产生相对速度，而该相对速度随转速增加而增加。空气作用于高速转动的棱镜会产生脉动压力，要求得正确的脉动压力，非稳态分析需要一个正确的初始流场。

因此，本实施例使用稳态求解器快速获得棱镜以预设转速旋转时需要达到的稳态流场。示例性的，该稳态求解器可以使用工具AcuSolve所提供的完全耦合的压力/速度方程组迭代求解器，迭代1000步得到该稳态流场。

S103-2，将稳态流场作为非稳态流场的初始流场。

S103-3，根据初始流场以及流体参数，使用非稳态求解器沿有限元模型划分的有限元网格计算棱镜受到的脉动压力。

S103-4，根据脉动压力，获得棱镜以预设转速旋转时受到的风阻力矩。

由于流体的流场包括速度场与压力场，因此，本实施例可以在场景中建立标量场输出空气速度场和空气压力场，继而得到脉动压力，并依据脉动压力得到风阻力矩。

示例性的，图5示出了气体在棱镜表面产生的湍流效果示意图，该示意图为平面示意图，图中以棱镜的中心为坐标原点构建三维坐标系(x,y,z)，其中，垂直于xy轴平面的y轴未示出。在使用工具进行模拟之前，转轴中心坐标输入(0，0，0)，转轴方向坐标输入(0，0，1)，其中，转轴方向坐标中的“1”表示图5中的棱镜绕y轴旋转。

如图6所示，基于上述配置，通过脉动压力计算风阻力矩，输出风阻力矩随时间的变化，直至该力矩处于稳定状态。其中，图6所示的二维坐标系中，横坐标代表时间，纵坐标代表棱镜受到的力矩，曲线代表棱镜受到的力矩时间的变化。

综上所述，通过建立激光雷达中的棱镜与容置空间中的气体相互作用的有限元模型，并在预设的流体参数下求解空气对棱镜产生的风阻力矩，继而能够准确高效的得到棱镜的风阻力矩。

进一步地，在本实施例中，该风阻力矩仿真方法还包括：

S104，根据风阻力矩，得到棱镜以预设转速旋转时产生的风阻损耗。

其中，风阻力矩与风阻损耗P₁之间的关系为：

式中，其中T为风阻力矩，单位Nm；n为电机转速，单位RPM。以图5为例，假定该风阻力矩为图5中的0.006，则转速为1000时产生的风阻损耗为：

0.006×1000÷9.55＝3.77W

除此之外，在设计电机时，还需要考虑电机的铜损耗P₂以及其他损耗P₃(铁损、摩擦损耗和电路板损耗)，其中，铜损耗的计算表达式为：

P₂＝I²R

式中，I表示电流，R表示电阻。

如此，在设计棱镜的电机时，需要考虑的总损耗P包括：

P＝P₁+P₂+P₃

进一步地，如图7所示，图中横坐标代表棱镜受到的风阻力矩，纵坐标代表对应风阻力矩下需要提供能的电机功耗，因此，还可以计算出不同风阻下对应的电机功耗，从而仿真得到风阻力矩和电机功耗的函数关系。在图7中，经过与实测结果相比，验证了仿真的风阻力矩和预测功耗的准确性；当然，还可以根据实测数据对仿真的风阻力矩和电机功耗的函数关系进一步修正。

基于上述关于风阻力矩仿真方法的介绍，在相同的发明构思下，本实施例还提供一种风阻力矩仿真装置。风阻力矩仿真装置包括至少一个可以软件形式存储于存储器或固化在模拟设备的操作系统(例如Operating System，简称OS)中的软件功能模块。模拟设备中的处理器用于执行存储器中存储的可执行模块。例如，风阻力矩仿真装置所包括的软件功能模块及计算机程序等。请参照图8，从功能上划分，风阻力矩仿真装置可以包括：

模型构建模块301，用于构建激光雷达中的棱镜与容置空间中的气体相互作用的有限元模型；

参数初始模块302，用于初始化有限元模型所需的流体参数；

力矩求解模块303，用于根据流体参数以及有限元模型，确定棱镜以预设转速旋转时受到的风阻力矩。

另外，值得说明的是，在相同的发明构思下，以上模型构建模块301、参数初始模块302以及力矩求解模块303还可以终于实现风阻力矩仿真方法的其他步骤或者子步骤，对此，本实施例不再进行赘述。

另外，在本申请各个实施例中的各功能模块可以集成在一起形成一个独立的部分，也可以是各个模块单独存在，也可以两个或两个以上模块集成形成一个独立的部分。

还应理解的是，以上实施方式如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。

因此，本实施例还提供一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时，实现本实施例提供的风阻力矩仿真方法。其中，该计算机可读存储介质可以是U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

请参照图9，本实施例还提供模拟设备，该模拟设备可包括处理器402及存储器401。并且，存储器401存储有计算机程序，处理器通过读取并执行存储器401中与以上实施方式对应的计算机程序，实现本实施例所提供的风阻力矩仿真方法。

继续参见图9，该模拟设备还可以包括通信单元403。该存储器401、处理器402以及通信单元403各元件相互之间通过系统总线404直接或间接地电性连接，以实现数据的传输或交互。

其中，该存储器401可以是基于任何电子、磁性、光学或其它物理原理的信息记录装置，用于记录执行指令、数据等。在一些实施方式中，该存储器401可以是，但不限于，易失存储器、非易失性存储器、存储驱动器等。

在一些实施方式中，该易失存储器可以是随机存取存储器(Random AccessMemory，RAM)；在一些实施方式中，该非易失性存储器可以是只读存储器(Read OnlyMemory，ROM)、可编程只读存储器(Programmable Read-Only Memory，PROM)、可擦除只读存储器(Erasable Programmable Read-Only Memory，EPROM)、电可擦除只读存储器(Electric Erasable Programmable Read-Only Memory，EEPROM)、闪存等；在一些实施方式中，该存储驱动器可以是磁盘驱动器、固态硬盘、任何类型的存储盘(如光盘、DVD等)，或者类似的存储介质，或者它们的组合等。

该通信单元403用于通过网络收发数据。在一些实施方式中，该网络可以包括有线网络、无线网络、光纤网络、远程通信网络、内联网、因特网、局域网(Local Area Network，LAN)、广域网(Wide Area Network，WAN)、无线局域网(Wireless Local Area Networks，WLAN)、城域网(Metropolitan Area Network，MAN)、广域网(Wide Area Network，WAN)、公共电话交换网(Public Switched Telephone Network，PSTN)、蓝牙网络、ZigBee网络、或近场通信(Near Field Communication，NFC)网络等，或其任意组合。在一些实施例中，网络可以包括一个或多个网络接入点。例如，网络可以包括有线或无线网络接入点，例如基站和/或网络交换节点，服务请求处理系统的一个或多个组件可以通过该接入点连接到网络以交换数据和/或信息。

该处理器402可能是一种集成电路芯片，具有信号的处理能力，并且，该处理器可以包括一个或多个处理核(例如，单核处理器或多核处理器)。仅作为举例，上述处理器可以包括中央处理单元(Central Processing Unit，CPU)、专用集成电路(ApplicationSpecific Integrated Circuit，ASIC)、专用指令集处理器(Application SpecificInstruction-set Processor，ASIP)、图形处理单元(Graphics Processing Unit，GPU)、物理处理单元(Physics Processing Unit，PPU)、数字信号处理器(Digital SignalProcessor，DSP)、现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array，FPGA)、可编程逻辑器件(Programmable Logic Device，PLD)、控制器、微控制器单元、简化指令集计算机(Reduced Instruction Set Computing，RISC)、或微处理器等，或其任意组合。

应该理解到的是，在上述实施方式中所揭露的装置和方法，也可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，附图中的流程图和框图显示了根据本申请的多个实施例的装置、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分，所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现方式中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。

以上所述，仅为本申请的各种实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种风阻力矩仿真方法，其特征在于，所述方法包括：

构建激光雷达中的棱镜与容置空间中的气体相互作用的有限元模型；

初始化所述有限元模型所需的流体参数；

根据所述流体参数以及所述有限元模型，确定所述棱镜以预设转速旋转时受到的风阻力矩。

2.根据权利要求1所述的风阻力矩仿真方法，其特征在于，所述构建激光雷达中的棱镜与容置空间中的气体相互作用的有限元模型，包括：

获取所述棱镜的旋转空间在容置空间中的位置，其中，所述旋转空间为所述棱镜旋转时占据的空间；

根据所述旋转空间在容置空间中的位置，构建所述有限元模型，其中，所述有限元模型包括与所述旋转空间相对应的旋转模型以及包裹所述旋转模型的气体模型。

3.根据权利要求2所述的风阻力矩仿真方法，其特征在于，所述根据所述旋转空间在容置空间中的位置，构建所述有限元模型，包括：

根据所述旋转空间在容置空间中的位置，构建初始的几何模型，其中，所述几何模型包括与所述旋转空间相对应的旋转几何模型以及包裹所述旋转几何模型的气体几何模型；

为所述旋转几何模型以及所述气体几何模型划分用于求解的有限元网格，得到所述旋转模型以及所述气体模型，其中，所述有限元网格的尺寸与距离所述旋转模型中心位置的距离成反相关。

4.根据权利要求3所述的风阻力矩仿真方法，其特征在于，所述有限元网格包括第一网格、第二网格以及第三网格，为所述旋转几何模型以及所述气体几何模型划分用于求解的有限元网格，得到所述旋转模型以及所述气体模型，包括：

在所述气体几何模型远离所述旋转几何模型的位置划分所述第一网格，并在所述气体几何模型靠近所述旋转几何模型的位置划分所述第二网格，得到所述气体模型，其中，所述第二网格小于所述第一网格；

为所述旋转几何模型划分所述第三网格，得到所述旋转模型，其中，所述第三网格大于或者等于所述第二网格。

5.根据权利要求3所述的风阻力矩仿真方法，其特征在于，所述根据所述流体参数以及所述有限元模型，确定所述棱镜以预设转速旋转时受到的风阻力矩，包括：

根据所述流体参数，使用稳态求解器沿所述有限元模型划分的有限元网格计算所述棱镜以预设转速旋转时需要达到的稳态流场；

将所述稳态流场作为非稳态流场的初始流场；

根据所述初始流场以及所述流体参数，使用非稳态求解器沿所述有限元模型划分的有限元网格计算所述棱镜受到的脉动压力；

根据所述脉动压力，获得所述棱镜以预设转速旋转时受到的风阻力矩。

6.根据权利要求5所述的风阻力矩仿真方法，其特征在于，所述流体参数包括气体参数、目标湍流模型以及目标壁面函数。

7.根据权利要求1所述的风阻力矩仿真方法，其特征在于，所述方法还包括：

根据所述风阻力矩，得到所述棱镜以预设转速旋转时产生的风阻损耗。

8.一种风阻力矩仿真装置，其特征在于，所述装置包括：

模型构建模块，用于构建激光雷达中的棱镜与容置空间中的气体相互作用的有限元模型；

参数初始模块，用于初始化所述有限元模型所需的流体参数；

力矩求解模块，用于根据所述流体参数以及所述有限元模型，确定所述棱镜以预设转速旋转时受到的风阻力矩。

9.一种存储介质，其特征在于，所述存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，实现权利要求1-7任意一项所述的风阻力矩仿真方法。

10.一种模拟设备，其特征在于，所述模拟设备包括处理器以及存储器，所述存储器存储有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时，实现权利要求1-7任意一项所述的风阻力矩仿真方法。

Images