[發明專利]一種極坐標系下的車輛動力學仿真方法

有效

• 申請號: 201910911961.0
• 申請日: 2019-09-25
• 公開（公告）號: CN110597088B
• 公開（公告）日: 2020-07-28
• 發明（設計）人: 干鋒;戴煥云;曾京;鄔平波;高浩;魏來
• 申請（專利權）人: 西南交通大學
• 主分類號: G05B17/02
• 分類號: G05B17/02
• 代理公司: 成都正華專利代理事務所(普通合伙) 51229
• 代理人: 陳選中

1.一種極坐標系下的車輛動力學仿真方法，其特征在于，包括以下步驟：

S1、設置車輛動力學的仿真總時長T和仿真步長dt；

S2、確定待仿真車輛的參數，并根據其搭建極坐標系下的車輛動力學方程；

S3、設置初始仿真時間t₀為0，對應的初始積分步數為1；

S4、根據當前仿真時間，求解搭建的車輛動力學方程，獲得對應的極坐標系下的車輛自由度數據；

S5、使仿真時間增加仿真步長dt，對應的積分步數增加1，并判斷增加仿真步長dt后的當前仿真時間t是否大于仿真總時長T；

若是，則進入步驟S6；

若否，則返回步驟S4；

S6、輸出極坐標系下車輛動力學方程當前對應的車輛自由度數據，作為車輛動力學仿真結果；

所述步驟S2中，待仿真車輛的參數包括車輛質量m、笛卡爾坐標系下的轉動慣量J＝[J_x,J_y,J_z]^T、車輛在笛卡爾坐標系下受力點所受的力力矩車輛的空間初始位置和車輛的初始姿態R⁰＝[α₀,β₀,γ₀]^T；

其中，i為各受力點的編號，且i＝1,2,3,...M，M為受力點的總數；

α₀,β₀,γ₀分別笛卡爾坐標系下繞x,y,z軸旋轉時的初始角度，且旋轉順序為先繞z軸旋轉γ₀，再繞y軸旋轉β₀，最后繞x軸旋轉α₀；

所述步驟S2中的極坐標系包括三維空間極坐標系和車輛質心極坐標系；所述三維空間極坐標系用于描述車輛質心在三維空間中的位置，所述車輛質心極坐標系用于描述車輛在三維空間中的運動姿態；

所述步驟S2具體為：

S21、將車輛在笛卡爾坐標系下的初始位置轉換至三維空間極坐標系下，并根據其計算三維空間極坐標系下車輛位置旋轉矩陣

S22、將車輛的初始姿態轉換至車輛質心極坐標系中，并根據其計算車輛質心極坐標系下車輛姿態旋轉矩陣

S23、根據車輛位置旋轉矩陣計算三維空間極坐標系下車輛所受合力F⁰；

S24、根據車輛姿態旋轉矩陣和車輛所受合力F⁰，計算車輛質心極坐標系下車輛所受合力矩M⁰；

S25、根據合力F⁰和合力矩M⁰，搭建車輛動力學方程。

2.根據權利要求1所述的極坐標系下的車輛動力學仿真方法，其特征在于，所述步驟S21中，將車輛在三維空間坐標系下的初始位置轉換至三維空間極坐標系下的轉換公式為：

式中，在三維空間極坐標系下，L₀為車輛初始位置P⁰沿地球半徑方向的平動距離；

θ₀為車輛初始位置P⁰繞經度方向的轉動角度；

為車輛初始位置P⁰繞緯度方向的轉動角度；

和分別為笛卡爾坐標系中車輛初始位置的x軸、y軸和z軸坐標；

所述三維空間極坐標系下車輛位置旋轉矩陣為：

所述步驟S22中，將車輛的初始姿態轉換至車輛質心極坐標系中的轉換公式為：

式中，在三維空間及坐標系中，為車輛繞經度方向的轉動角度；

ψ₀為車輛繞緯度方向的轉動角度；

φ₀為車輛繞地球半徑方向的轉動角度；

所述車輛質心極坐標系下車輛姿態旋轉矩陣

所述步驟S23中，三維空間極坐標系下車輛所受合力F⁰為：

式中，為三維空間極坐標系下車輛位置旋轉矩陣；

為車輛在笛卡爾坐標系下受力點所受的力；

所述步驟S24中，車輛質心極坐標系下車輛所受合力矩M⁰：

式中，為車輛在笛卡爾坐標系下受力點的力矩。