基于carsim的线控转向仿真(1)--carsim车辆模型目标角度跟踪

一、Rwa转向执行总成建模

 Rwa包括齿轮齿条机构、转向组件以及转向执行电机；如下图，电机输出轴通过齿轮减速增扭后，再经过一个半径为rp的小齿轮，直接带动齿条左右移动。齿条的移动通过转向摇臂，带动车轮转动，整套系统从电机的转动，转换为齿条的左右移动，再转换成车轮的左右摆动。

1、转向电机建模

在线控转向中，转向电机是一个执行器，上层给多少需求力矩，电机控制器便响应多少力矩。这里，我们用一个一阶惯性环节来简单模拟电机响应。

 仿真响应如下：

2、齿轮齿条机构建模

齿轮齿条动力来源是电机，阻力有左右车轮的阻力，齿条自身的加速度和阻尼，依据牛顿力学第二定律，可以列出微分方程

式中，--齿条上等效阻力；,--左右前轮主销回正力矩。

参数名称	物理意义	单位	数值
	转向电机减速比	--	18
	左前轮转向摇臂长度	m	0.132
	右前轮转向摇臂长度	m	0.132
	小齿轮半径	m	0.007
	齿轮齿条阻尼系数	N.m/rad	651
	齿轮齿条质量	kg	2.25

二、搭建Rwa总成simuink模型

依据以上几个公式，搭建Rwa执行总成模型。

三、simulink与carsim的联合仿真

1、仿真接口

低调一点选了个b级车

Carsim与Simulink模型的交互接口如下：

名称	含义	方向
IMP_STEER_L1	左前轮转角	simulink给到carsim
IMP_STEER_R1	右前轮转角	simulink给到carsim
Mz_L1	左前轮转向阻力	carsim到simulink
Mz_R1	右前轮转向阻力	carsim到simulink
Steer_L1	左前轮转角	carsim到simulink
Steer_R1	右前轮转角	carsim到simulink

 此外还需要注意到，carsim前轮转角是带阿克曼转向的，因此再给需求角度时，也需要考虑到，在这里，从carsim的转向系统里，提取出齿条位移--转向角度。

 2、仿真思路

首先，需要关闭carsim原有自带的转向系统；用OPT_STEER_EXT=0这个指令就可以；其次，关闭carsim里路径跟随的功能。这两个设置后，carsim的转向系统便会听simulink的。

整个仿真信号传递思路如下：

 1）根据车辆模型实时转角与参考转角的差距，用pid算出需求电机需求力矩；
 2）一阶电机模型响应电机需求理解；
 3）有了电机力矩，以及车辆模型的转向阻力，便可以套公式算齿条位移；
 4）有了齿条位移，便可以查表得到左右前轮需要的转角，响应前轮需求转角就是carsim的事了。

三、仿真结果

如下图，第一步我们已经实现，通过给需求转角，转向执行机构能实现需求转角，并与carsim实现了联调。

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参考论文

《线控转向系统理想传动比和前轮转角控制策略研究》_殷凡青