[發(fā)明專(zhuān)利]硬件在回路仿真的車(chē)輛動(dòng)力學(xué)模型的建模方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201010100875.0
• 申請(qǐng)日: 2010-01-25
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN101789038A
• 公開(kāi)（公告）日: 2010-07-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張明;薛俊亮;萬(wàn)亮;范志卿
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 北京經(jīng)緯恒潤(rùn)科技有限公司
• 主分類(lèi)號(hào): G06F17/50
• 分類(lèi)號(hào): G06F17/50
• 代理公司: 北京康信知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限責(zé)任公司 11240
• 代理人: 余剛

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及車(chē)輛建模領(lǐng)域，更具體地，涉及硬件在回路仿真的 車(chē)輛動(dòng)力學(xué)模型的建模方法。

背景技術(shù)

隨著車(chē)輛的控制器越來(lái)越多，道路試驗(yàn)內(nèi)容越來(lái)越多，硬件在回路仿 真研究不斷發(fā)展，能夠?qū)崟r(shí)模擬車(chē)輛的車(chē)輛動(dòng)力學(xué)模型應(yīng)運(yùn)而生。車(chē)輛動(dòng) 力學(xué)模型在汽車(chē)研發(fā)中的重要性很高，例如ADAMS(Automatic?Dynamic Analysis?of?Mechanical?Systems，機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)自動(dòng)分析)的結(jié)構(gòu)模型等。 車(chē)輛動(dòng)力學(xué)模型要求對(duì)車(chē)輛的各個(gè)組件合適地建模，只有這樣，才能正確 反應(yīng)車(chē)輛的真實(shí)運(yùn)動(dòng)。

目前，實(shí)現(xiàn)車(chē)輛實(shí)時(shí)仿真模型的核心算法主要涉及到實(shí)時(shí)積分、實(shí)時(shí) 微分、高次方程的實(shí)時(shí)求解、大矩陣參數(shù)實(shí)時(shí)傳遞等算法。其中，實(shí)時(shí)積 分的算法集中在數(shù)值積分；實(shí)時(shí)微分的算法集中在差商法；高次方程的實(shí) 時(shí)求解算法集中在數(shù)值迭代求解，這是因?yàn)?次以上的方程沒(méi)有一般的求 根公式；大矩陣參數(shù)的實(shí)時(shí)傳遞在很大程度上影響模型的實(shí)時(shí)性，目前采 用MATLAB里的Constant模塊直接調(diào)用參數(shù)名，其實(shí)時(shí)性差。相關(guān)技術(shù)中有 一種車(chē)輛實(shí)時(shí)仿真模型，該模型主要基于以下算法實(shí)現(xiàn)：

(1)復(fù)合辛普森積分公式

該公式中的積分采樣點(diǎn)為積分區(qū)間的兩個(gè)端點(diǎn)和一個(gè)中點(diǎn)，該公式將 中點(diǎn)的函數(shù)值的4倍加上端點(diǎn)的函數(shù)值，再用這個(gè)和除以6，再將這個(gè)商乘 以積分區(qū)間的長(zhǎng)度作為一個(gè)積分區(qū)間上的數(shù)值積分。復(fù)合辛普森積分公式 就是將多個(gè)積分區(qū)間的數(shù)值積分求和。具體的做法是將被積分區(qū)間等分成 若干個(gè)小區(qū)間，再求和。

(2)差商求微分

用自變量的一個(gè)步長(zhǎng)變化內(nèi)，縱坐標(biāo)的改變量除以自變量的改變量。

(3)牛頓迭代法求高次方程的根

從某個(gè)自變量開(kāi)始，找到該自變量對(duì)應(yīng)的高次方程函數(shù)的點(diǎn)，過(guò)這一 點(diǎn)作切線(xiàn)，用切線(xiàn)與橫軸的交點(diǎn)作為第二個(gè)迭代點(diǎn)，以此類(lèi)推，直到相鄰 兩個(gè)迭代點(diǎn)的差小于制定的精度，此時(shí)的迭代點(diǎn)就是高次方程的根。

(4)封裝和賦值做參數(shù)傳遞

用封裝的方法將模型需要的參數(shù)與工作空間的變量名聯(lián)系起來(lái)，在封 裝結(jié)構(gòu)內(nèi)用常量模塊來(lái)直接調(diào)用封裝里的變量名，從而實(shí)現(xiàn)從工作空間到 模型的參數(shù)傳遞。

用賦值的方法將傳遞到模塊內(nèi)的參數(shù)賦給各種計(jì)算代數(shù)式，具體的賦 值過(guò)程就是用等式取出參數(shù)矩陣指定位置的元素，從而實(shí)現(xiàn)模型對(duì)具體參 數(shù)的調(diào)用和計(jì)算。

發(fā)明人在實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，相關(guān)技術(shù)中的車(chē)輛模型在硬件在 回路仿真中的精度不高、實(shí)時(shí)性不強(qiáng)，不能滿(mǎn)足車(chē)輛模型的測(cè)試要求。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明旨在提供一種硬件在回路仿真的車(chē)輛動(dòng)力學(xué)模型的建 模方法，以提高車(chē)輛模型在硬件在回路仿真中的精度和實(shí)時(shí)性。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種硬件在回路仿真的車(chē)輛動(dòng) 力學(xué)模型的建模方法，包括駕駛員子模型的建模，其特征在于，在 駕駛員子模型的建模中，對(duì)第一類(lèi)道路，采用比例積分微分PID控 制進(jìn)行仿真，對(duì)第二類(lèi)道路，采用基于與時(shí)間有關(guān)的常微分方程組 的最優(yōu)控制進(jìn)行仿真，其中，所述最優(yōu)控制的控制量是通過(guò)下述步 驟得到的：

采用復(fù)變函數(shù)的留數(shù)定理計(jì)算與所述常微分方程組對(duì)應(yīng)的矩 陣指數(shù)；

根據(jù)所述矩陣指數(shù)計(jì)算所述常微分方程組的解；

將得到的所述常微分方程組的解作為所述最優(yōu)控制的控制量。

采用復(fù)變函數(shù)法求矩陣指數(shù)積分，克服了相關(guān)技術(shù)中數(shù)值積分 過(guò)程因使用循環(huán)語(yǔ)句帶來(lái)得運(yùn)算次數(shù)大，進(jìn)而影響車(chē)輛模型的反應(yīng) 速度和實(shí)時(shí)性的問(wèn)題；同時(shí)提高了車(chē)輛模型在硬件在回路仿真中的 精度和實(shí)時(shí)性。

附圖說(shuō)明

附圖用來(lái)提供對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步理解，構(gòu)成本申請(qǐng)的一部分， 本發(fā)明的示意性實(shí)施例及其說(shuō)明用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對(duì)本發(fā) 明的不當(dāng)限定。在附圖中：

圖1示出了本發(fā)明實(shí)施例提供的二自由度車(chē)輛模型的簡(jiǎn)單示意 圖；

圖2示出了本發(fā)明實(shí)施例提供的最優(yōu)控制的控制量的獲取方法 流程圖；

圖3示出了本發(fā)明實(shí)施例提供的導(dǎo)數(shù)漸變法求微分的方法流程 圖；

圖4示出了本發(fā)明實(shí)施例提供的迭代初值分類(lèi)的牛頓迭代法的 方法流程圖。

具體實(shí)施方式

下面將參考附圖并結(jié)合實(shí)施例，來(lái)詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明。