CarMaker入门第三课-参数化建模
本节课将介绍如何基于CarMaker的参数化建模，并有可能根据不同的领域选择一个例子。
CarMaker入门课程传送门【CarMaker入门第二课-创建第一个TestRun】CarSim入门课程传送门【CarSim仿真快速入门(十三)—驾驶员模型(2)】CarSim从入门到精通视频传送门【CarSim从入门到精通视频】4.参数化建模4.1 什么是数据集？CarMaker 往往不使用车辆模型这一术语，而是指数据集。这是因为在技术上，CarMaker 只拥有一个车辆模型。这是一个已经被定义的模型，有固定的质量、自由度、弹簧/减振器等元素。那么在CarMaker中就是根据用户的需求，用各种数据集对模型进行参数化。数据集包含了对模型进行参数化的必要值，例如车辆的质量、弹簧的刚度等。在CarMaker中，车辆数据集可以通过CarMaker主图形用户界面直接点击主图形用户界面中标有 "汽车 "的字段、点击 "参数">"汽车 "或使用快捷键Ctrl + f来访问。4.2 创建一个新的车辆数据集除了CarMaker中有大量的预定义的车辆模型供用户使用外，用户往往需要自己的个性化模型。有几种方法可以从头开始生成一个车辆数据集，以满足用户的确切需求。CarMaker 提供了一些支持用户建立车辆数据集的工具，这些工具也可以组合使用。一般来说，有三种方法可以从头开始对车辆数据集进行参数化。- 使用车辆数据集生成器生成一个基于车辆类别等一些基本规范的数据集。- 使用车辆数据集生成器创建一个基本数据集，然后手动指定相关组件的进一步细节。- 通过请求表格的帮助，手动配置整个数据集。此外，CarMaker还提供了导入现有车辆数据的选项，用于导入单个车辆部件的数据。4.2.1 使用车辆数据集生成器打开一个新的Testrun并打开车辆数据集。单击 "文件">"生成器"。
图 4.1 车辆数据集生成器车辆数据集生成器是一种工具，它可以自动生成一个可信的车辆数据集，基于最重要的数据来描述车辆的特征。此外，用户可以直接选择一个车辆类别，例如紧凑型车，以便为这类车分配典型值。选择车辆类别 "Compact Car"。在 "车辆数据集 "中，写下车辆的名称。"My_Car"，然后点击 "Generate"。关闭 "生成器"。现在，在 "车辆编辑器 "中写入的值已经改变了。使用车辆生成器实现了一个新的车辆数据集，现在可以用它来处理。在车辆编辑器中，单击 "文件">"保存 "来保存新生成的车辆。从现在开始，新的值不仅在编辑器中显示，而且还保存到响应文件中。4.2.2 使用导入功能通过导入功能，用户可以用另一个数据集的部件替换某些车辆部件。在 "车辆数据集 "中，通过 "文件">"导入 "打开下图所示的对话框。
图 4.2车辆数据导入通过激活独立的框，用户可以选择租来的车辆型号中哪些特定的部件应该被其他车辆的部件所取代。点击 "导入 "后，打开一个浏览器，选择要导入信息的车辆。4.3 车辆子系统模型本节介绍了需要指定车辆数据集的参数。以下各小节指的是车辆编辑器的各个选项卡。4.3.1 车身
图4.3 车身在此选项卡中，用户可以根据车体的不同，选择适合的车型。- 柔性车身- 刚性车身：简单的车辆模型，没有灵活性根据所选择的模型，必须为每个车身定义各种参数（A：前轴；B：后轴）。- 质心的位置- 车辆质心处的重量和惯性矩- 可选：车身关节的刚性，线性或非线性的车体关节硬度- 可选：车身关节的阻尼质心是在所谓的设计位置上定义的。这是一种虚构的状态，在这种状态下，不施加任何力和重量。4.3.2 车体
图 4.4：车体定义在这个选项卡中，其他质量包括其重心和惯性都被定义了。同样，根据在 "装配 > 车身 "选项卡中选择的车辆模型，在设计位置进行定义。- 轮子：未旋转的质量。- 车轮载体：不旋转的非承重质量。- 载荷：可固定在车身A或B上的附加载荷。也可以设置一个单独的名称。
图 4.5 车辆载荷定义请注意，除此之外，质量定义还可以在 "发动机悬置 "选项卡上设置（用于弹性安装的发动机），并在动力系统部分中设置多个传动系统部件的质量定义。- 其他字段：- 原点 Fr1: 允许用户移动车辆的默认坐标系的原点。在 "装配 > 配置 "选项卡上- 航空标记。车辆上的空气动力作用点。这些力可以来自于各个方向。(在 "车身 "选项卡上 > 空气动力学)- 挂车：如果正在使用拖车，拖车的位置。(在 "装配 "选项卡上 > 车身)关于这些字段的确切描述，以及杰克的定义，可以在用户指南中找到。4.3.3 发动机悬置
图 4.6发动机悬置CarMaker多车身模型还包括一个独立的发动机体，该发动机体以弹性方式安装在主体上。一旦激活，需要定义位置和发动机质量，以及发动机和主体之间的链接（或接头）的位置。该链接由一个弹簧减震器元件组成，可以在对话框的下部进行描述。4.3.4 悬架刚度：
图 4.7 刚度定义在此选项卡中，用户可以独立定义前轴和后轴的弹簧刚度和自由长度。辅助刚度
图 4.8：辅助刚度的定义辅助刚度选项卡允许用户定义一个弹簧力，描述由悬挂衬套扭转产生的力。阻尼
图 4.9 阻尼定义在这里，前轴和后轴的减振器特性可以独立定义。推力域和拉力域分别进行了参数化。减震器：
图 4.10 减震器定义减震器限制了车轮的行程，并使用参数长度tz0来定义。如果车轮行程达到给定距离(tz0)，减震器就像一个附加的弹簧，其参数设置在表中。
图 4.11 减震器1 定义可选地，在并行或串联连接中增加一个额外的减震器。为了对第二个缓冲区进行参数化，使用与主缓冲区相同的参数。在内部，这两个减震器将合并为一个具有相同特性的减震器区。稳定器：
图 4.12 稳定器定义稳定器的刚度以N/m为单位输入（小位移上虚拟弹簧的近似值）。也可以选择以Nm/rad为单位进行参数化。运动学特性
图 4.13 运动学特性定义CarMaker提供了一个运动学模型，在这个模型中，不需要对车辆车轴的几何参数建模。对于CarMaker来说，唯一重要的信息是根据车轮的行程、转向架位移（仅适用于前轴）和相反的车轮的运动（如果是刚性后轴），车轮的位置。在运动学选项卡的模型选项中，可以选择以下运动学特性。模型描述轴线性1 DOF线性一维运动学。运动学只取决于车轮的行程。Rear线性2 DOF线性二维运动学。运动学取决于车轮行程和转向架位移。这种模式可用于对独立车轮悬架的转向前轴进行参数化。Front线性二维运动学。运动学取决于车轮的行程和对向轮的运动量。这种模式可用于对刚性或半刚性后轴进行参数化。Rear线性3 DOF线性三维运动学。运动学取决于车轮行程、转向架位移和对向轮的运动。这种模式可用于对转向刚性前轴或半刚性前轴进行参数化。Front or rear外部SKC文件非线性运动学。运动学是通过写入外部文件的运动学表进行参数化。Front or rear外部MBS文件在这种情况下，每个变量的值被定义为车轮行程的许多步长（例如，从最大弹跳到最小弹跳，步长为5mm），也可以通过转向架位移或相反车轮的车轮行程来选择。Front or reartx/ty/tz和rx/ry/rz的值定义了车轮在三个方向上的平移和旋转。
图 6414 转动和转动参数描述单位(压缩)单位(转向)tx轮基变化m/mwheel travelm/msteering rack travelty轨迹变化m/mwheel travelm/msteering rack traveltz轮子行程变化m/mwheel travel (it is of course always 1!)m/msteering rack travelrx弧度变化rad/mwheel travelrad/msteering rack travelry自旋角变化rad/mwheel travelrad/msteering rack travelrz脚趾变化rad/mwheel travelrad/msteering rack travellSpring弹簧长度变化m/mwheel travelm/msteering rack travellDamp减震器长度变化m/mwheel travelm/msteering rack travellBuff激活时的缓冲区长度变化m/mwheel travelm/msteering rack travellStabi稳定器的长度或角度变化（根据你所写的单位，稳定器的刚度来计算m/mwheel travelorrad/mwheel travelm/msteering rack travelorrad/msteering rack travel专栏的选项如下：专栏描述静态这一栏中的值表示设计静态值，即车轮行程为空时。压缩器这一栏中的值表示每米车轮行程的参数变化（如外倾角rx，单位为半径）。转向系统该列中的值是指每米转向架位移的参数变化（如外倾角rx，单位为半径）。该列仅用于前轴（线性2D模式）。对面该列中的值给出了一个参数的变化（例如，外倾角rx，单位为半径），每米的车轮行程中的对向轮的位移。轴的走向如下。- · X: 前向- Y: 左边- Z：向上要对车轴进行参数化，只需要实现左侧的参数，因为CarMaker假设对称性，并自动镜像另一侧的值。非线性运动学描述更准确，但根据用户的需求，一个简单的线性二维模型往往就足够了。弹性学特性
图4.15 弹性学特性定义符合性描述是可选的。可以激活以下模型。- 符合性模型的线性描述。要激活此模型，必须选择CoeffConstrFr1（在车辆框架中定义的系数）模式或CoeffConstrFr2（在车轮承载框架中定义的系数）模式。- 非线性符合性模式。要激活该模型，用户必须将符合性表写入与线性运动学相同的文件中。用户指南和参考手册中提供了关于非线性顺应模型的解释。顺应性会触发轮子的额外运动，这取决于在轮子中心施加的力。在编辑器的表格中的参数是定义轮子位置变化的系数，在轮子中心和可能在对面轮子的轮子中心的轮子位置的变化，单位为米，每牛顿半径（当施加力时）或牛顿米（当施加扭矩时）。轮毂轴承
图 4.16 车辆轮毂轴承定义该选项可激活/停用车轮轴承中的摩擦力。激活后，可以看到更多的参数。轮毂轴承摩擦力的特点是由一个单一的常数系数来定义轴承上的摩擦力。通过轴承半径可以根据摩擦力评估轴承上的摩擦力矩。外部力
图 4.17 外部力定义这些选项只有在CarMaker运动学模型扩展时才有用，例如，主动稳定器建模。4.3.5 转向系统
图 6.18 转向系统定义在该窗口中，定义了方向盘角度或方向盘扭矩与转向架位移之间的关系。这种关系可以是线性的（模式静态）或非线性的（模式动态）。在CarMaker中，通过将运动学描述中的转向管柱中的转向参数rz（车轮在z轴上的角度变化）乘以转向比Rack与转向轮的比值，就可以计算出整体的转向比，例如转向轮角度与车轮角度的比值。此外，还有一个扩展的转向模型，称为Pfeffer型助力转向系统。该模型提供了一个高度详细的转向柱、中间轴、扭杆和转向架的机械模型，包括阻尼和摩擦效应。转向助力系统可以是液压助力的，也可以是电动助力的。4.3.6 轮胎在此选项卡中，选择与车辆结合使用的默认轮胎数据集。请参考4.6 "创建新轮胎数据集 "一节，了解支持的轮胎型号及其参数化的更多细节。4.3.7 制动系统
图 4.19 制动系统定义用户可以在两种液压模型定义：- PresDistrib: 这是一个简单的模型，它将制动踏板上的力转换为主缸中的预置力，然后再转换为四个车轮上的制动扭矩。参数Pedal Actuation to Pedal Force定义了驾驶员将制动踏板踩到最大所需的力。- 外部文件 > HydESP：如果要仿真ESP控制器模型，可以使用该模型。有了这个液压模型，制动系统的液压部分也可以被参数化。这是对ESP总成的特殊要求。4.3.8 动力系统模型
图4.20 动力系统模型定义动力系统--型号选项可以选择产生扭矩的类型，传统的是普通内燃机，而OpenXWD则是将变速箱的输出与车轮断开，以便插入发电机等。传统的是普通内燃机，而OpenXWD则将变速箱输出与车轮断开，以便插入发电机等。这种模式甚至可以用来替换整个发动机和传动系统。GT_SUITE和AVL_CRUISE选项提供了一个与外部传动系统建模器共同仿真的接口。传动系统-模型选项可以选择传动系统的种类：前轮、后轮或任何类型的四轮驱动。发动机
图 4.21 发动机模型定义用户可以定义发动机的扭矩特性。在菜单 "发动机模型 "中选择 "查找表"，在菜单 "发动机映射 "中选择 "一维查找表"。可以选择 "拖动和全负荷"。该选项允许用户对满载功率特性以及减速时的负扭矩进行参数化。燃油消耗率
图 4.22 燃油消耗率定义用户还可以确定传动系统的消耗特性。离合器
图 4.23 离合器定义变速箱
图 4.24 变速箱定义在这里用户可以对齿轮比进行参数化。有九种不同的变速箱型号可供选择。传动系统
图 4.25 传动系统定义在CarMaker中，可以选择用户的汽车是前轮、后轮还是全轮驱动。用户还可以选择可换挡的全轮驱动，并决定用户是否希望用户的传动系统被认为是柔性或刚性的。差速器
图 6.26 差速器定义根据所选择的传输模式，需要对各种差速器进行参数化。差速器的型号是一样的。默认的安装方式是从左到右，其他选项是为了非常具体的使用。如果用户需要一个非常简单的差速器耦合模型，就像大多数欧系车上常见的那样，可以定义耦合模型=未指定。通过选择选项Coupling Model = Torque Vectoring，可以建立扭矩矢量模型。然后，扭矩分布可以通过DVA（直接变量访问）进行操作。4.3.9 空气动力学
图 4.27 空气动力学空气动力学模型根据车辆速度和风向在航空标记处施加额外的力和扭矩。该点在 "车身 "选项卡中定义。4.3.10 传感器
图 4.28 传感器定义传感器型号可以在车上放置不同类型的传感器。- 侧偏角角度传感器：作为测量侧偏角角度的参照物- 惯性传感器：测量汽车上某些点的加速度和位移的传感器。- 物体传感器：检测环境中障碍物的传感器。- 自由空间传感器：检测周围环境中的占用空间和自由空间的传感器，只考虑交通物体。- 自由空间传感器增强版：检测周围环境中被占用的空间和自由空间的传感器，考虑到整个3D几何体（在GPU上工作）。- 交通标志传感器：用于交通标志识别- 线路传感器：检测道路标线的传感器。- 道路传感器：传感器可在预定的预览距离内确定重要的道路特定属性。- 碰撞传感器：识别与交通物体的碰撞。- 全球导航传感器：模拟卫星的位置，并在车内建立一个接收器- 雷达传感器：用于障碍物检测的物理传感器模型- 雷达RSI传感器：用于传感器组件的开发。- 超声波RSI传感器：用于传感器元件的开发。- 激光雷达RSI传感器：用于传感器组件的开发。- 摄像机RSI传感器：IPGMovie提供的图像数据的原始信号接口。4.3.11 车辆控制在 "车辆控制 "选项卡中，可以选择驾驶员辅助系统等控制器型号。一辆车最多可以使用10个车辆控制型号。可用的控制器示例如下。- "加速控制+ACC"主动巡航控制的例子，包括一个加速控制器，将目标加速度传递到油门/制动踏板位置。- "通用型纵向控制"例如纵置控制器就带有自主紧急制动辅助系统和前方碰撞预警算法。- "通用型侧向控制"示例的侧向控制器包括车道保持辅助系统和车道偏离警告。
图 4.29 车辆控制定义4.3.12 其它项
图 4.30 其它项定义IPGMovie使用的对象文件可以在 "动画几何 "中选择。这个文件可以由用户自己借助CAD软件创建，也可以在网上购买。该文件必须是.obj、.kmz、.dae或.3ds格式。文件定义准则。- 只能是多边形和三角形，没有花键或自由形状。- 不超过50,000个节点。- 如果生成文件时此选项可用：为所有点生成法线。- 颜色。生成相应的材质文件。在车辆图形下，可以选择PNG格式的图片作为3D对象的预览显示在CarMaker主GUI和车辆编辑器中。用户也可以借助文件浏览器旁边的按钮，通过拍摄3D对象的快照来创建自己的图片。Additional Parameters（附加参数）字段为附加的可选参数提供了空间。4.4 保存一个新的数据集当完成车辆数据集的参数化后，可以将其独立于TestRun保存。有可能在其他TestRun中使用该车辆。 要保存车辆数据集。在CarMaker主图形用户界面中，单击 "参数">"车辆"，打开 "车辆 "编辑器。在车辆编辑器中，单击 "文件">"保存"。
图 6.31 车辆数据集输入要保存的新数据集的名称，例如 "My_Car" > OK。新的数据集现在已经被保存，并且可以整合到其他TestRuns中。4.5 创建一个新的拖车数据集CarMaker还提供了一个拖车模型，可以以与车辆模型相同的方式进行参数化。有机会单独更新。4.6 创建一个新的轮胎数据集类似于创建单个车辆数据集，用户也可以创建自己的轮胎数据集。CarMaker提供了多种轮胎模型。- 实时轮胎（RTTire），基于TYDEX格式。- Pacejka (MF-Tire)- MF-Tyre / MF-Swift- 米其林TameTire- FTire由余弦提供- IPGTire，仅适用于MotorcycleMaker4.6.1 轮胎模型概述RTTireTYDEX是一种用于保存测量的轮胎特性的常用格式。在工具的帮助下，TYDEX文件被转换为二进制文件，同时，生成一个指向二进制文件的Infofile。最后，将Infofile上传至CarMaker GUI中。只要有了轮胎的特性曲线（如来自测量或轮胎制造厂），用户就可以自行为CarMaker生成相应的RTTire文件。Pacejka TireCarMaker支持标准化的Pacejka格式，以及ADAMS属性文件。在第一种情况下，如果用户有Pacejka参数，只需要将其写入轮胎对话框的相应参数字段中即可。通过该对话框，参数也可以从.tir文件中导入。MF-Tyre / MF-Swift这些轮胎模型（以前叫TASS Delft Tire）是CarMaker支持的，库直接集成在CarMaker中，7.3版本和一些高级功能需要TASS International的单独授权。输入的是类似于标准Pacejka模型的Magic Param- eters（也接受ADAMS属性文件）。米其林TameTireCarMaker为米其林的热机械轮胎模型提供了一个接口。该库直接集成在CarMaker中，需要单独购买Michelin的授权。输入的是Michelin的轮胎属性文件。由cosin提供的FTirecosin的FTire模型可以与CarMaker进行协同仿真。为此，FTire库被动态链接到CarMaker应用程序中。除了CarMaker的安装和许可之外，还需要一个完整的FTire安装，包括一个许可文件。4.6.2 轮胎模型练习打开任何随机的示例TestRun（因为这对本练习的目的没有区别），并选择任何汽车，例如DemoCar。在CarMaker主GUI的轮胎字段中点击选择。点击轮胎MF_205_60R15_V91，然后编辑。这是一个Pacejka文件的例子，用户可以直接在其中写入他的参数值。在CarMaker图形用户界面中，再次点击轮胎字段中的选择，但这次点击轮胎MF_205_60R15_V91r，然后编辑。这是一个指向ADAMS属性文件的Infofile（见选项卡Model Parameters > Import Adams Property File）。打开ADAMS属性文件。使用文本编辑器打开CarMaker p ro j e c t fo l d e r u n d e r Data > Tire > Examples > Tire Proper ty File > MF_205_60R15_V91.tir中的文件。这与之前打开的Pacejka数据集相同，但这次是以ADAMS格式写入的。请注意，一个内部机制可以消除Pacejka模型引起的静止时的不稳定性。本节中所做的更改一定不能保存。 每个CarMaker示例车辆都包含一个合适的轮胎数据集。如果用户希望更改TestRun的轮胎配置，只需要在主GUI中选择轮胎。