车辆运动状态分析与仿真研究

车辆运动状态分析与仿真研究

路面状态的影响车辆的运动状态指的是相对于地面上的车辆和轮胎的运动。与地面相比，车辆的相对移动有几种形式：加快、减速、沉默或均匀速度。车体的运动状态会随着路面种类的变化而产生相应的转变。在视景仿真中,车辆通过不同路面时,所表现出来的加速、减速等状态也应有所区别。下文主要讨论了车辆平地直线运动状态的视景仿真。1车辆运动状态的确定从力学知识中我们得知,物体运动状态的变化是力作用的结果。因此车辆运动状态也应该通过车辆的受力分析来确定。车辆在平地直线运动时,受力包括重力(G)、地面法向反作用力(Q)、牵引力(P)、运动阻力(R)、加减速运动时还作用有惯性力(P惯)(见图1)。1.1地面等方式面—直线运动时的作用力1)重力(G)和地面法向反作用力(Q)这里我们假设坦克左右两部分完全对称,所以坦克的重心在其纵向对称面上。地面法向反作用力与重力平衡。2)牵引力(P)牵引力的大小决定于发动机牵引力(P发)和附着力(P附)。影响发动机牵引力大小的因素有发动机扭矩(M发)、总传动比(I总)、总效率(η总)和主动轮(或车轮)半径r,在仿真中可以根据车型的参考数据由下式确定:附着力是地面阻止车辆打滑的最大的力,附着力的大小可由下式计算:P附=附着系数(Φ)﹒车重(G)不同的路面具有不同的附着系数,表1所示为一些路面附着系数的平均值。3)运动阻力(R)车辆的运动阻力包括滚动阻力(R滚)、空气阻力(R空)。滚动阻力是车辆行驶过程中,由于面变形而产生的阻止车辆运动的水平力总和。4)惯性力(P惯)车辆运动速度改变会产生惯性力,运动中是不可避免的,因此也要考虑它的存在。1.2车辆阶段运动状态1)附着力大于或等于发动机牵引力时车辆运动时,不会出现打滑现象。此时车辆运动状态由发动机牵引力和运动阻力来确定。P发=R时,不能起车,行驶中车辆作匀速直线运动。车辆运动时会出现打滑现象。此时车辆运动状态由附着力和运动阻力来确定。P附=R时,车辆打滑,不能起车,行驶中车辆边打滑边作匀速直线运动。P附>R时,车辆边打滑边起车,行驶中车辆边打滑边作加速直线运动。P附<R时,车辆原地打滑,不能起车,行驶中车辆边打滑边作减速直线运动。2模拟设计2.1车辆模型的建立车辆运动是一个实时变化的过程,其当前的运动状态是在前一时段车辆状态的基础上,由外部环境所得的信息来确定的。车辆模型根据获取的信息和数据库中的数据进行推理计算,确定车辆运行状态并执行。支持车辆模型的数据库主要包括动力学数据库和地形数据库(见图2)。2.2车辆动力学参数的确定确定车辆的运动状态,首先要得到此时路面的数据和信息,获取该路面的附着系数;然后,判断车辆是否已经起车,用所得到的数据计算车辆的受力情况;通过对发动机牵引力(P发)和附着力(P附)大小的比较,选出其中较小的力与运动阻力(R)比较,对比较结果进行判断后,经过计算得到车辆加速度、速度等一些参数的具体数值;最后通过这些结果确定车辆运动状态以及实现轮胎打滑。图3是判断车辆运动状态流程图中的一小部分,条件是在冰路面上和已经起车,在其它路面和未起车条件下的流程图略。3通过开放gvs作者用OpenGVS4.3进行视景驱动,用VC++6.0进行编程来实现该过程的仿真。3.1路面附着系数adhe在OpenGVS环境中,为了实现在同一地形上区别不同种类的路面,作者将地形区域进行划分。例如在{(100,100),(100,-100),(-100,-100),(-100,100)}四点所确定的正方形区域内,选取一个长方形的区域为冰雪路面,其四点坐标为{(100,100),(100,0),(0,0),(0,100)},剩下的区域为碎石路面。相应的路面附着系数用数组Adhesion[i]来表示,并用i来区别附着系数值。通过函数GV＿obi＿inq＿position(GV＿Obiobihdl,G＿Position*position＿out)来确定车辆当前在地形中的位置,从而得到该区域对应的附着系数。3.2车轮模型实现轮胎是车体的一部分,在对车辆建模时,要将轮胎模型设置为DOF格式,然后就可以通过OpenGVS函数GV＿obi＿inq＿by＿name＿relative(GV＿Obiobihdl＿in,constchar*name＿in,GV＿Obi*obihdl＿out)调用车体轮胎模型,从而来实现打滑仿真。4车辆在不同路面上的直线运动仿真P发>R时,可以起车,行驶中车辆作加速直线运动。P发<R时,不能起车,行驶中车辆作减速直线运动。2)附着力小于发动机牵引力时文章介绍了车辆在平地上的直线运动原理,通过VC++和OpenGVS