动力学与车辆工程 

SimOne提供自主研发的动力学仿真模块，也提供对CarSim等在内的多种动力学仿真模型的接入，用户可以根据需要自行配置。配置方式为从主车资源库中选择相应的动力学仿真模型，通过拖拽添加到主车编辑视窗中。一辆主车只支持一种动力学仿真模型。

SimOne动力学仿真模块 

自主研发的SimOne动力学仿真模块接收控制信号并驱动车辆运动，给出车辆运行姿态，能够满足自动驾驶算法测试对于动力学准确性的要求。 SimOne动力学模块包括了车体、控制、引擎、差速器、传动、悬架、轮胎、车轮等模块共上百个参数/曲线。详细的参数、默认值、单位和含义见下列各表。

1. 车体参数 

轴距：前、后轴中心线的距离。
质心相对前轴偏移：质心到前轴中心线的距离。
质心高度：质心到地面的距离。
质心 y 方向偏移：质心和车辆几何中心在侧向的距离（车内载荷不均可能造成偏移）。
底盘高度：地面到车顶最高点的垂直距离。
底盘宽度：车身左、右最凸出位置之间的距离。
风阻系数：用于计算车辆坐标系下 x 方向空气阻力的参数（其他方向的空气阻力目前不考虑）。
车头与前轴距离：车辆最前端到前轴中心线的距离。
惯性张量：车身绕坐标轴的转动惯量。
质量：车辆的总质量。
后轴与车尾的距离：车辆最后端到后轴中心线的距离。
车轮偏移：车轮中心平面到车辆几何中心的距离（y 方向偏移）。

2. 传动系统 

传动系统分为两类：燃油或电动。

传动系统包括发动机（电机）、液力变矩器、变速箱、差速器。

传动系的传动轴具备一定的扭转弹性，SimOneVehicle使用一个扭簧 - 阻尼器对传动系的扭转弹性进行仿真。

2.1 燃油车模型 

参数说明：

阻尼比：传动系阻尼比。
固有频率：传动系固有频率。

2.1.1 差速器 

参数说明：

驱动方式：设置车辆的驱动方式，可以选择前驱、后驱、四驱。
差速器限滑：勾选可使能限滑。
差速器参数：

上图所示为前差速器参数，后差速器和分动器的参数意义与前差速器相同。

总是锁止：勾选后将取消左右轮的差速功能。

模型类型：Viscous Gear对应粘性联轴节式限滑差速器。

分配到左侧力矩比例：当左右轮的转速相同时，差速器分配到左轮的力矩比例系数。

左端输出轴转动惯量：差速器左侧输出轴的转动惯量。

右端输出轴转动惯量：差速器右侧输出轴的转动惯量。

扭转刚度：差速器锁止时对应的扭转刚度。

扭转阻尼：差速器锁止时对应的扭转阻尼。

2.1.2 引擎 

参数说明：

最大转速：发动机最大转速，单位：r/min。
怠速：发动机怠速状态下的转速，单位：r/min。
转动惯量：发动机输出轴的转动惯量，单位：kg*m^2。
扭矩曲线：发动机的输出扭矩取决于发动机转速和油门。X轴表示发动机转速，单位：r/min。 Y轴表示发动机扭矩，单位Nm。以上曲线图中的最下方曲线表示油门为0时的扭矩曲线。

2.1.3 变速箱 

参数说明：

自动换挡：勾选该check box即表示使能自动换挡模式；
换挡时间：换挡时间间隔，单位：秒。
自动变速器延迟：响应延迟时间，单位：秒。
倒挡传动比：倒车模式下的传动比；
倒挡惯性滑行效率：发动机对倒车起制动作用时的变速箱效率。
倒挡驱动效率：发动机驱动车辆倒车时的变速箱效率。
前向挡位：

前向挡位换挡策略：

以上表格用于设置 1 挡和 2 挡之间的挡位切换条件。

蓝色曲线对应降档曲线，当车辆状态从该曲线右侧变到左侧时，实施降档。

橙色曲线对应升挡曲线，当车辆状态从该曲线左侧侧变到右侧时，实施升挡。

离合器锁止和解锁策略：

以上表格用于设置变速箱处于 3 挡时，液力变矩器的锁止和解锁条件。

橙色曲线对应锁止曲线，当车辆状态从该曲线下侧转换到上侧时，实施锁止动作。

蓝色曲线对应解锁曲线，当车辆状态从该曲线上侧转换到下侧时，实施解锁动作。

2.1.4 液力变矩器 

参数说明：

输入转动惯量：液力变矩器输入轴的转动惯量，单位：kg*m^2。
输出转动惯量：液力变矩器输出轴的转动惯量，单位：kg*m^2。
容量系数-转速比曲线：X轴表示液力变矩器输出轴与输入轴转速比， Y轴表示液力变矩器的容量系数的倒数。
力矩比-转速比曲线：X轴表示液力变矩器输出轴与输入轴转速比， Y轴表示液力变矩器的输出轴与输入轴力矩比。

2.2 电动车模型 

参数说明：

电机数量：驱动电机数量。
驱动轮：驱动轮位置。
传动路线设置：分为-1/-2/-3/-4分别设置前左，前右，后左，后右车轮的动力传递路线。

电机参数分为转动惯量，转速上下限，延时时长及扭矩特性（电机转速vs电机扭矩的比例关系）。
差速器以及变速箱参数设置方法以及参数与燃油车模型一致。
动力传递形式：分为离合器和液力变矩器。其中包含输入输出转动惯量和结合速度以及最大传递力矩。
传动系统控制单元：电机目标总扭矩将分为二维和三维曲线表进行输入。三维曲线中，电机目标总扭矩将于车速相关，故比二维曲线的变量增加一维车速。

3. 制动系统 

制动模型：分为主缸控制，踏板力控制，踏板力+助力器控制和最大刹车力矩控制;

3.1 主缸控制模式 

参数说明：

M/C直径：主缸直径
制动开度与主缸压力曲线：主缸压力与制动开度的比例系数（曲线）
前传递/后传递：前后轮压力传递系数（曲线或者比值）
前后制动力矩/轮缸压力：前后制动力矩与轮缸压力的比例系数（曲线或者比值）
制动器动力学：前左，前后，后左，后右四个车轮的卡钳流量与压力的曲线输入
前/后制动执行时间常数：前后制动执行时间常数

3.2 踏板力控制模式 

其他参数与主缸控制模式一致。
踏板杠杆比：踏板杠杆比例系数，将踏板输入力进行机械放大。
踏板力延迟：由于机械系统的阻尼和摩擦焊，踏板延迟时长。

3.3 踏板力+助力器控制模式 

其他参数与踏板力控制一致。
输入力/输出力：（踏板力+助力器控制）制动助力曲线，将输入力进行放大。

3.4 最大刹车力矩控制模式 

无参数，制动将按照线性比例的方式进行制动力矩的技术。

启动ABS参数说明：

启用ABS: 勾选以启用ABS系统；
SlipOFF FrontABS: 当某个前轮的滑移率小于该值乘以-1.0时，该轮的ABS松开刹车，以防止抱死。
SlipON FrontABS：ABS松开刹车后，轮子的滑移率逐渐增大，当大于该值乘以-1.0时，继续刹车。
SlipOFF RearABS: 当某个后轮的滑移率小于该值乘以-1.0时，该轮的ABS松开刹车，以防止抱死。
SlipON RearABS：ABS松开刹车后，轮子的滑移率逐渐增大，当大于该值乘以-1.0时，继续刹车。
Cut-off speed:当车速的小于改值时，ABS不再起作用, 单位km/h。

4. 转向系统 

转向系统目前仅支持齿轮齿条形式的前轮转向，考虑了转向系统的弹性，方向盘转角和左右轮转角的对应关系通过查表得到。通过转向器齿轮的转角得到齿条位移，然后通过齿条位移得到左右车轮的转向角。

转向刚度系数：由于转向系统中弹性元件的存在，在回正力矩的作用下，车轮会产生额外的转角。
主销定位参数可以左右轮相同也可以不同，主销参数的定义如下图所示。

方向盘最大转角：当转向输入为-1到1时，方向盘转角对应为负的最大角度到正的最大角度。当车速较高时，方向盘转角不应该过大，但在键盘输入转向信号等情况下，很容易达到最大转角，这有悖于实际情况，因此对方向盘最大转角进行限制，速度越高，限制的方向盘最大转角越小。

转向传递函数：为了模拟方向盘实际转向响应时间，应用传递函数，其中传递函数多项式拟合参数对应下图-转向传递函数参数

低速地面摩擦转向力矩：低速时轮胎转向力矩，右/左轮原地转向力矩：轮胎力矩与车速的比例系数（表）

转向模型：目前支持齿轮齿条模型和循环球模型。

4.1 齿轮齿条模型 

参数说明：

转向扭转刚度：转向管柱、助力系统的扭杆等在力矩的作用下会产生扭转变形，这个参数考虑了这种扭转变形的影响。

4.2 循环球模型 

参数说明：

方向盘与转向臂传动比：方向盘与转向臂的传动比例系数。
转向臂-左/右轮转角曲线：转向臂与左右车轮转角的比例系数，通过曲线输入。

5. 悬挂 

前悬挂包括弹簧、防倾杆、减震器等，同时考虑了K&C特性等的影响。

防倾杆的刚度可以通过查表和频率两种方式设置。
悬挂前束角：车身前进方向与前轮平面之间的夹角。
悬挂外倾角：悬挂的空间定位导致的车轮平面和纵向垂直平面的夹角。
悬挂力偏移：地面对轮胎的力的作用点到车轮中心的距离，默认为负的轮胎半径，也就是力的作用点在地面上。
悬挂最大下沉：弹簧最大拉伸量。
悬挂最大上扬：弹簧最大压缩量。
设计载荷下弹簧压缩量：车辆静止时的弹簧压缩量，默认为0。
加速前轴抗拉升率：车辆加速时，前轴抗拉升率。
制动前轴抗点头率：车辆制动时，前轴抗点头率。
前/后轴侧倾中心高：前后轴侧倾中心高。
整车侧倾中心高：整车的侧倾中心高。

弹簧轮跳位移比：弹簧的位移和车轮跳动的位移的比值。
弹簧刚度：可以配置成图表或者常数，弹簧压缩时，压缩量为正，拉伸时，压缩量为负。
外倾角、前束角和轮跳的关系可以配置成常数或者图表。

减震杠杆比：减震器的位移和车轮跳动的位移的比值。
减震器的阻尼大小可以配置成常数或者图表。
Compliance的参数可以配置成曲线或者比值。

6. 轮胎 

轮胎力和力矩的计算采用魔术公式。

转向角：车轮最大转向角。
前束角：默认的车轮前束角，前束角向内为正。
车轮半径：有载荷的情况下车轮的半径。
车轮宽度：轮胎胎面的宽度。
质量：车轮质量。
阻尼率：车轮转动受到的阻尼。
最大刹车力矩：最大刹车力矩乘以刹车输入（0到1）得到车轮的制动力矩。
最大手刹力矩：轮胎的手刹力矩。
纵向松弛最小速度：轮胎的纵向松弛最小速度。
侧向松弛最小速度：轮胎的侧向松弛最小速度。
有效滚动半径：单个车轮轮胎的滚动半径，将用于计算轮胎的线速度。
滚动速度阻力系数：轮胎在滚动过程的阻力系数。
轮胎垂向刚度：轮胎在z方向单位位移下的所受力。
滚动阻力系数：滚动阻力系数乘以轮胎载荷得到地面对轮胎的滚动阻力。
计算轮胎力方式：轮胎力计算方式有两种，查表法和轮胎魔术公式。

6.1 计算轮胎力方式 

轮胎魔术公式：当轮胎力计算方式为轮胎魔术公式时，会有对应的轮胎魔术公式参数列表。
查表：当轮胎力计算方式为查表法时，参数说明如下：

查表法参数说明：

使用Fx产生的附加滚动阻力效应：可选则是否使用。
参考垂向载荷：该轮胎测试时的垂向载荷。
纵/侧向松弛长度：轮胎的纵/侧向松弛长度（曲线/比值），当选择曲线时，纵向表为轮胎松弛长度与垂直载荷比、轮胎松弛长度与滑移率比，侧向表为轮胎松弛长度与垂直载荷比、松弛长度与侧偏角比。
纵/侧向松弛长度比例常数：轮胎的纵/侧向松弛长度比例常数。
外倾角推力与垂直载荷曲线：外倾角推力与垂直载荷曲线。
回正力矩计算：计算轮胎回正力矩对应的数据表。
侧向力计算：计算轮胎侧向力对应的数据表。
纵向力计算：计算轮胎纵向力对应的数据表。