四輪獨驅電動汽車駕駛模擬器仿真平臺研究

南丁，李剛，楊志，高青云

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四輪獨驅電動汽車駕駛模擬器仿真平臺研究

南丁，李剛，楊志，高青云

（遼寧工業大學 汽車與交通工程學院，遼寧 錦州 121001）

針對四輪獨立驅動電動汽車控制算法開發與驗證，論文基于駕駛模擬器建立了四輪獨立驅動電動汽車仿真平臺。應用車輛動力學仿真軟件CarSim RT和科學計算軟件 MATLAB/Simulink建立四輪獨立驅動電動汽車仿真模型，結合駕駛模擬器試驗臺軟硬件搭建仿真平臺。設計直線加速實驗和雙移線實驗工況對仿真平臺進行了功能性驗證。驗證結果表明：仿真平臺可進行四輪獨立驅動電動汽車控制算法的仿真實驗驗證。

四輪獨立驅動；駕駛模擬器；仿真平臺

前言

面對環境污染所造成的壓力和能源消耗量的巨大需求，電動汽車已無可爭議地成為21世紀汽車工業發展的主流研究方向[1-3]。對于電動汽車新技術的研究一直在進行，其中四輪獨立驅動電動汽車已成為國內外研究的焦點。電動汽車技術開發按照V字型開發流程，過程包括軟件仿真、硬件在環試驗和實車驗證。通過仿真手段對電動汽車控制算法開發進行定性分析可縮短開發周期、減少開發費用、提高開發效率。在仿真驗證方面，多數采用軟件仿真手段，即應用車輛動力學商用化軟件或者應用編程軟件進行建模或者應用聯合仿真手段進行電動汽車控制算法仿真實驗與分析[4-7]。論文基于駕駛模擬器軟硬件平臺，應用車輛動力學仿真軟件CarSim RT和科學計算軟件 MATLAB/Simulink，建立了四輪獨立驅動電動汽車仿真平臺，并通過典型工況對仿真平臺進行了功能驗證。

1 駕駛模擬器試驗臺

汽車駕駛模擬器試驗臺是通過改造實車，應用真實的駕駛艙為駕駛員提供真實的操縱環境，并通過環屏投影的方式為駕駛員提供仿真動畫，如圖1所示。駕駛員的操縱信號包括：加速/制動踏板位移傳感器、踏板力傳感器、方向盤轉角傳感器、檔位傳感器等，實時仿真系統dSPACE通過采集這些信號并結合車輛基本參數對車輛行駛狀態進行控制，實時地反應當前行駛狀態給CarSim RT軟件，CarSim RT軟件通過環繞音效、LED屏幕或投影的方式為駕駛員提供逼真的仿真動畫。同時，路感模擬系統根據車輛方向盤轉角和車速計算出方向盤的回正力矩并把電信號輸入給方向盤力感模擬電機，給駕駛員提供路感反饋[8]。駕駛模擬器試驗臺的硬件組成部分包括：駕駛模擬器、主控上位機、DS1006控制器、音響、環屏投影。軟件組成部分包括：實時動力學仿真軟件CarSim RT、實時仿真系統dSPACE、MATLAB/Simulink建模軟件。

圖1 駕駛模擬器與環屏投影

2 四輪獨立驅動電動汽車仿真模型搭建

應用CarSim RT軟件搭建整車模型和道路模型。CarSim RT軟件是一個專門針對車輛動力學仿真的軟件。軟件基于窗口鏈接式、參數化設計，自身擁有SimSolver計算工具和SurfAnim仿真動畫播放器。模型庫中自帶許多A級至F級車的參數化的整車模型，整車模型包括：整車基本參數、傳動系統參數、轉向系統參數、制動系統參數、懸架系統K&C特性以及輪胎模型參數。

圖2 整車模型

駕駛模擬器上裝有傳感器，傳感器輸出的實時狀態變量輸入給dSPACE1006 控制器。如圖2中左半部分為RTI 數據端口模塊，經過標定把采集的模擬信號轉換成程序運行的數字信號，如方向盤轉角、四輪轉角、四輪驅動力等信號，輸入到 CarSim RT軟件中，應用自身的車輛狀態計算工具SimSolver計算出車輛在模擬環境中的位置、行駛狀態以及各個方向上所受的力和力矩等參數。圖中右半部分為CarSim RT軟件輸出端口模塊，實時輸出車輛狀態信息，如車速、質心側偏角、橫擺角速度、四輪轉速等共有500余項參數可供選擇，這些參數將重新運用于控制策略的搭建、算法的優化以及在線仿真實驗驗證。

整車控制模型中非常重要的一部分是四輪獨立驅動電機模塊，如圖3所示。通過Lookup Table建立驅動電機Map圖，根據四個車輪當前轉速，確定最大輸出驅動力矩。

圖3 四輪電機模塊

Embedded MATLAB Function是驅動力矩控制分配模塊：根據理想橫擺角速度和實際橫擺角速度的誤差計算保持車輛穩定所需的橫擺力矩，通過編寫算法合理分配四輪驅動力矩，從而實現通過驅動橫擺力矩控制提高四輪獨立電動汽車操縱穩定性的目的。該部分模塊是開放性的，為開發者建立合理分配四個車輪驅動力矩的控制算法提供接口。

3 駕駛模擬器仿真平臺實驗驗證

3.1 直線加速工況

仿真工況設置：1200m直線路面，地面附著系數為0.85，駕駛員在實驗臺上進行急加速實驗，實驗場景如圖4所示。實驗結果如圖 5 所示。

圖4 直線加速實驗場景

3.2 雙移線實驗工況

圖6 雙移線實驗場景

(a) 車速 (b) 方向盤轉角

(c) 橫擺角速度 (d) 四輪驅動力矩

圖7 雙移線實驗結果

仿真工況設置：200m雙移線路面，地面附著系數為0.85，初始車速為70km/h，駕駛員將車速穩定在70km/h左右，采用等驅動力矩控制。實驗場景如圖6所示。實驗結果如圖7所示。

語文教育是任何學科教育的基礎，它在學生素質培養中有不可估量的作用。語文課是工具性和人文性的統一，它的作用也可以從這兩個方面得到體現。

7、液壓制動機車制動失效。要認真檢查制動總泵和分泵，是否按時更換剎車油，徹底排除制動管路的空氣，并要查看剎車踏板是否符合科學高度。氣壓制動的機車要檢查調整最大制動工作氣壓，檢查制動皮碗及軟管是否發生異常變化。

4 結論

根據四輪獨立驅動電動汽車的特點，應用車輛動力學仿真軟件CarSim RT和MATLAB/Simulink，基于駕駛模擬器搭建了四輪獨立驅動電動汽車仿真平臺。通過直線加速實驗和雙移線實驗兩種典型實驗工況，驗證了該平臺能為四輪獨立驅動電動汽車的控制算法開發奠定良好研究基礎。

參考文獻

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Research on Four-wheel Independent Drive Electric Vehicle Simulation PlatformBasedon Driving Simulator

Nan Ding, Li Gang, Yang Zhi, Gao Qingyun

( College of Automobile and Traffic Engineering, Liaoning University of Technology, Liaoning Jinzhou 121001 )

Abstract:In order to develop and verify the control algorithm of four-wheel independently drive electric vehicle, a simulation platform of four-wheel independently drive electric vehicle is established, based on driving simulator. CarSim RT and MATLAB / Simulink are used to establish the simulation model of four-wheel independently drive electric vehicle, and the simulation platform is built by the software and hardware of driving simulator test bench. The linear acceleration experiment and the double shift experiment are applied to verify the simulation platform. The simulation results showed that simulation platform can be used for validation of four wheel independent drive electric vehicle control algorithm simulation experiments.

Keywords: Four-wheel independent drive; Driver simulator; Simulation platform

CLC NO.: U469.72

Document Code: B

Article ID:1671-7988(2018)21-13-03

中圖分類號：U469.72

文獻標識碼：B

文章編號：1671-7988(2018)21-13-03

作者簡介：南丁，就讀于遼寧工業大學汽車與交通工程學院。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2018.21.005