【车辆低速运动学模型搭建案例分析1600字】

车辆低速运动学模型搭建案例分析目录TOC\o"1-3"\h\u24714车辆低速运动学模型搭建案例分析 1181671.1.1车辆基本参数 1292821.1.2车辆运动学方程推导 2138831.1.3车辆运动学模型验证 41.1.1车辆基本参数在泊车轨迹规划的过程中，车辆的结构参数对泊车轨迹有着直接影响，例如车辆的轴距和最大前轮转角直接影响到车辆的最小转弯半径，进而影响到狭小空间中车辆的通过性。在轨迹规划时用到的车辆结构参数和性能参数主要有：车长、车宽、轴距、前悬长、后悬长、最大前轮等效转角以及前轮转角变化率。本章轨迹规划过程中所使用的车辆基本参数如表1-1所示表2-1整车基本参数物理描述符号单位数值车辆轮廓长度Lhm4.555车辆轮廓宽度Wm1.76前后轴距离Lm1.6前悬长度Lfm0.941后悬长度Lrm1.014最大等效前轮转角δmaxrad0.65前轮转角变化率rad/s0.65前轮等效转角又称Ackerman转向角，如图1-1所示，在车辆进行转向时，为了减少路面对车轮产生额外阻力，通常左右两个车轮转动的角度是不同的，靠近车辆转动中心的内侧车轮转角一般要比外侧车辆车轮大2°到4°，这样可以使得车辆左右车轮均做纯滚动以减少轮胎磨损。图2-1Ackerman转向角示意图Ackerman转向角和左右车轮转角的关系可表示为：（2-1）式中，δ为Ackerman转向角，α为内侧车轮转角，β为外侧车辆转角。在一般情况下，Ackerman转向角和方向盘转角有着如式（2-2）所示近似的线性关系，二者之间的比例系数k可以通过试验获得,通常取值范围为16-18。（2-2）式中，Φ为方向盘转角。1.1.2车辆运动学方程推导运动学是从几何学的角度研究物体的运动规律，包括物体在空间的位置、速度等随时间而产生的变化。在车辆轨迹规划算法中应用运动学模型，可以使规划出的轨迹切实可行，并满足行驶过程中的运动学几何约束。考虑到自动泊车过程是一个低速运动，因此在建立运动学模型的时候，假设车轮不发生侧向滑动，泊车过程中不受到侧向力作用,车辆在行驶中不出现侧向力，基于阿克曼转向原理建立车辆运动学模型如图2-3所示。根据阿克曼转向原理，车辆在转弯行驶时四个车辆的转向中心大致交于后轴延长线上，在车辆行驶时可以通过后轴中点坐标、车辆结构参数和后轴中点转弯半径将车身上任何一点的相对位置表示出来，所以在研究过程中选择后轴中点作为设计对象。其中A、B、C、D分别为车辆轮廓的四个顶点，δ为等效前轮转角，φ为车辆航向角，vr为后轴中点速度，为后轴中点坐标，为前轴中点坐标。图2-2车辆运动学模型示意图根据假设条件，前、后轴运动学约束为：（2-3）后轴中点处速度为：（2-4）由前、后轮几何关系可得：（2-5）由式（1.3）~式（1.5）联立可得运动学模型为：（2-6）式中，状态量为,控制量为。车辆运动分析主要分析车身参考点—后轴中点的运动，但是单纯分析一个点的运动不能完整表现车身整体的运动，因此仍需要分析车身上各点特别是车身四个顶点的运动来评价车辆整体的碰撞情况。由车辆外形简化轮廓和个各顶点与后轴中点的几何关系，得到车身顶点与车辆后轴中点关系如下：（2-7）（2-8）（2-9）（2-10）1.1.3车辆运动学模型验证为了验证本文建立的车辆运动学方程是否能准确描述车辆运动轨迹，本文所采用的方法是：首先在maltab中搭建车辆运动学模型，然后给定速度和转角输入来获得运动轨迹输出。并利用车辆动力学仿真软件CarSim在相同车辆参数和速度与转角输入下获得的轨迹进行对比。给定仿真初始状态为，模型控制量输入信号如图2-3所示，其中图2-3（a）是前轮转角输入，对应式（2-11），图2-3（b）是速度输入，对应式（2-12）。将用于验证的转角和速度控制量分别输入到Matlab车辆运动学模型中和CarSim车辆模型中，得到如图2-4所示的输出结果，其中图2-4（a）是车辆运动路径输出结果对比图，图2-4（b）是车辆航向角输出结果对比图。从二者输出结果来看，本文搭建的运动学模型和CarSim车辆模型在相同输入下的输出结果基本一致，证明本文建立的车辆运动学模型能够很好地反映车辆运动规律。转角输入信号：（deg）(2-11)速度输入信号（m/s）(2-12)a)前轮偏角输入信号