汽车级Simulink建模与仿真
基于simulink汽车速度控制系统的设计与仿真
基于simulink汽车速度控制系统的设计与仿真摘要：目前许多汽车把汽车速度控制系统作为配属设备或选配设备。
汽车装有汽车速度控制系统后，当驾驶员启动这一装置并进行一些简单的设置后，该装置可自动保持某一恒定速度行驶，而不踩油门。
由于电子系统能准确地控制车辆的速度，从而使高速行驶的车辆更加安全、平稳。
在文中，首先对汽车的运动原理进行分析，建立控制系统简化模型，根据研究对象的物理特性建立起汽车速度控制控制系统的微分方程，再将该微分方程进行线性化处理，运用PID控制理论的方法对汽车速度控制控制系统进行分析和控制。
然后对汽车速度控制系统进行设计分析，在已有的模型下，对设计的汽车速度控制系统进行Matlab语言仿真。
关键词：速度控制系统PID控制仿真指导老师签名:Design and Simulation of the vehicle speedcontrol systemStudent name Class:Supervisor:Abstract:At present, many cars make car speed control system as an attachment device or optional equipment. The car is fitted with the motor speed control system, when the driver start the device and make some simple settings, the device can automatically maintain a constant speed, and do not step on the accelerator. Because the electronic system can accurately control the speed of the vehicle, so that the high-speed vehicles more secure, stable.In this paper, the first principle of the movement of automobile is analyzed, establishing control system is simplified model, based on physical characteristics of the research object to establish the vehicle speed control differential equation of the control system, then the differential equation is linearized by using the method of control theory, analyze and control the motor speed control system. Then the design of the vehicle speed control system, the existing model, to design vehicle speed control system simulation language Matlab.Keyword：Speed control system PID control simulationSignature of Supervisor:目录1绪论 (1)1.1选题的依据及课题意义 (1)1.2汽车速度控制研究概况及发展趋势 (1)2速度控制系统的简述 (3)2.1汽车速度控制系统原理 (3)2.2速度控制系统的分类 (3)2.3速度控制系统的基本用途 (4)2.4电子式多功能速度控制系统功能 (4)3系统模型建立及性能分析 (6)3.1汽车受力分析 (6)3.2行驶汽车仿真模型 (7)3.3 动态性能和稳态性能指标 (8)4 PID控制器 (10)4.1 PID控制简述 (10)4.2 PID控制规律 (10)4.3 PID作用分析 (14)5 系统仿真及结果分析 (15)5.1 SIMULINK简介 (15)5.2实验方案选择 (15)5.2.1采用P控制 (15)5.2.2采用PI控制 (20)5.2.3采用PID控制 (22)5.3实验结果分析 (25)总结 (26)参考文献 (27)致谢 (28)1绪论1.1选题的依据及课题意义随着汽车工业和公路运输业的发展，汽车将走进千家万户，驾驶人员非职业化的特点将突出，车辆驾驶的自动化己成为汽车发展的主要趋势。
基于Simulink的汽车ABS建模与仿真
基于Matlab/Simulink 的汽车ABS 建模与仿真摘要：本文阐述了ABS(防抱死制动系统)的基本结构、原理和控制特点。
在Simulink 的环境下以ABS(防抱死制动系统)滑移率为对象进行控制，根据ABS 系统原理建立了ABS 单车轮的仿真模型，并得出仿真曲线，验证汽车ABS 具有良好的制动性能和方向操纵性。
Modeling and Simulation of the Anti-Lock BrakingSystem based on MATLAB/SimulinkAbstract ：The article illustrates basic operations and control features of ABS system. Control the ABS Slip Ratio with Simulink, creates a single wheel ABS model according to the ABS principle. It produces Simulation curves ，which verifies that the Auto ABS has good braking performance and direction of the manipulation. 引言在遭遇紧急情况下，大多数驾驶员都会将制动踏板立即踩死。
在汽车制动时，如果车轮抱死滑移，车轮与路面间的侧向附着力将完全消失：如果只是前轮（转向轮）抱死滑移而后轮还在滚动，汽车将失去转向能力；如果只是后轮抱死滑移而前轮还在滚动，即使受到不大的侧向干扰力，汽车也将产生侧滑（甩尾）现象。
这些都极易造成严重的交通事故。
为了避免因车辆滑移而带来的交通事故，有必要研究一种以滑移率为对象进行控制的防抱死制动系统（ABS ）。
ABS 是提高汽车安全性能的主要因素之一，对于具有较高非线性的汽车制动过程，很难建立精确的数学模型；随着计算机技术和软件技术的迅猛发展，仿真技术已成为国内外研究的热点，并且在汽车研发中获得了广泛应用。
基于CarsimSimulink联合仿真的分布式驱动电动汽车建模
基于CarsimSimulink联合仿真的分布式驱动电动汽车建模一、本文概述随着电动汽车技术的快速发展，分布式驱动电动汽车（Distributed Drive Electric Vehicles, DDEV）因其高效能源利用、优越操控性能以及灵活的驱动方式，正逐渐成为新能源汽车领域的研究热点。
为了更深入地理解和研究DDEV的动态特性与控制策略，建立精确的车辆模型是关键。
本文旨在探讨基于Carsim与Simulink 联合仿真的分布式驱动电动汽车建模方法，以期在车辆动力学建模、控制策略优化和系统集成等方面提供有效的技术支撑。
本文首先介绍分布式驱动电动汽车的基本结构和特点，阐述其相较于传统车辆的优势。
随后，详细介绍Carsim和Simulink两款软件在车辆建模和仿真分析方面的功能和特点，以及它们联合仿真的优势。
接着，将重点介绍如何利用Carsim建立DDEV的车辆动力学模型，包括车辆动力学方程、轮胎模型、驱动系统模型等。
将探讨如何利用Simulink构建DDEV的控制策略模型，包括驱动控制、制动控制、稳定性控制等。
在建立了DDEV的车辆动力学模型和控制策略模型后，本文将详细阐述如何将这两个模型进行联合仿真，并分析仿真结果。
通过对比分析不同控制策略下的车辆性能表现，验证所建模型的准确性和有效性。
本文还将讨论分布式驱动电动汽车建模面临的挑战和未来的研究方向，为相关领域的研究者提供参考和借鉴。
二、Carsim软件介绍Carsim是一款由密歇根大学开发的高级车辆动力学仿真软件，广泛应用于车辆控制、车辆动力学、主动和被动安全、电动和混合动力车辆以及先进的驾驶员辅助系统等领域的研究和开发。
该软件以模块化的方式集成了车辆各个子系统的动力学模型，包括发动机、传动系统、制动系统、转向系统、悬挂系统、轮胎以及车身等。
Carsim的核心优势在于其强大的物理引擎和精确的仿真能力。
通过精确的算法和详尽的车辆参数数据库，Carsim能够模拟出车辆在各种道路条件和驾驶操作下的动态行为，如加速、制动、转向、侧滑等。
基于MATLAB／Simulink的汽车平顺性的仿真模型（可编辑）
基于MATLAB／Simulink的汽车平顺性的仿真模型摘要本文在分析平顺性的研究意义和研究内容的基础上,以数学仿真原理为理论基础,建立了以某经济型轿车为原型的整车八自由度汽车模型拉格朗日方程,并应用仿真软件MATLAB/Simulink建立了汽车平顺性的仿真模型。
按照国家标准模拟了不同车速下的汽车试验,得出了平顺性仿真在不同车速下时间域和频率域的仿真结果。
本文还参考了实车的平顺性试验,该试验参照国标GB/T4970?1996执行。
在国家B级路面上以不同车速对驾驶员座椅、副驾驶员座椅和后排左侧座椅的垂直加速度信号进行了测量,得出了平顺性试验在时间域和频率域的结果。
在汽车平顺性仿真与试验的基础上,文中对处理后的数据结果进行了比较分析,对试验所用汽车的平顺性作出了评价,给出了仿真与试验的相应结论。
关键词:平顺性,八自由度建模,路谱,MATLAB/SimulinkAbstractThis paper analyzes the significance of ride comfort and contents of research based on the principle of mathematical simulation based on the theory established by an economy car for the prototype vehicle eight degrees of freedom vehicle model Lagrange equation, and applying simulation software MATLAB / Simulink to establish a simulation model ofvehicle ride comfort. Simulated in accordance with national standards of vehicles under different speed test results, the simulation ride at different speeds time domain and frequency domain simulation results This article also during the actual car test ride, test the light of the implementation of national standard GB/T4970-1996. B-class roads in the country at different speeds on the driver's seat, co-pilot seat and left rear seat of the vertical acceleration signal was measured, obtained test ride in the time domain and frequency domain results. In the car ride simulation and experiment based on the text of the processed data results were compared, the test used in ride comfort has been evaluated, the simulation and testing the corresponding conclusionsKey words: Comfort,Eight degrees of freedom model, Road spectrum, MATLAB/Simulink 目录前言 11绪论 21.1汽车平顺性研究的意义21.2汽车平顺性研究的主要内容 21.3汽车行驶平顺性研究发展概况 42汽车行驶平顺性的评价 62.1行驶平顺性评价的研究62.2人体对振动的反应 62.3平顺性指标评价方法72.3.1ISO 2631标准评价法72.3.2吸收功率法112.4平顺性评价流程113随机路面模型的研究 133.1随机路面模型133.1.1路面不平度的概述133.1.2路面不平度的表达133.1.3时域模型143.1.4时域响应153.2建立随机路面模型 153.2.1汽车前轮所受路面随机激励153.2.2前后轮滞后输入的处理164汽车平顺性模型的建立及仿真184.1建模基本原理与要求184.1.1建模基本要求184.1.2建模基本原理194.2 汽车平顺性建模194.2.1 八自由度整车力学模型的建立204.2.2 数学模型的建立214.2.3 汽车座椅的布置254.2.4 汽车八自由度Simulink仿真模型的建立26 4.3整车平顺性仿真284.3.1仿真参数的选取 284.3.2 50km/h车速下汽车平顺性仿真结果304.3.3 60km/h车速下汽车平顺性仿真结果314.3.4 70km/h车速下汽车平顺性仿真结果325整车平顺性试验与结果分析335.1 平顺性试验原理及试验过程335.2 仿真与试验结果的数据处理345.3 仿真与试验结果的时域分析365.4 仿真与试验结果的频域分析37结论38致谢39参考文献40前言汽车平顺性主要是指保持汽车在行驶过程中产生的振动和冲击环境对乘员舒适性的影响在一定界限之内,对载货汽车还包括保持货物完好的性能,它是现代高速汽车的主要性能之一。
基于Simulink的14车辆悬架建模及仿真
AUTO PARTS | 汽车零部件基于Simulink的1/4车辆悬架建模及仿真郑丽辉1 张月忠21.衢州职业技术学院 机电工程学院 浙江省衢州市 3240002.余姚朗德光电有限公司 浙江省宁波市 315400摘 要： 本文以1/4车辆悬架为研究对象，根据悬架动力学理论，建立动力学微分方程。
并在Matlab/Simulink环境下搭建路面激励模型和1/4悬架系统动力学仿真模型，对衡量悬架舒适性的车身加速度、悬架动行程、车轮动载荷三方面评价指标进行仿真研究，为悬架设计提供技术参考。
关键词：1/4车辆悬架 舒适性 仿真研究1 引言车辆悬架连接车身与车轮，传递两者之间的作用力和力矩，并通过弹性元件和阻尼元件的相互作用衰减不平路面引起的车辆振动，提高车辆平顺性与舒适性。
车辆悬架的类型可划分为被动悬架、半主动悬架和主动悬架三种，若悬架系统各元件的特性参数不可调整的称为被动悬架，可调整的称为半主动悬架，能根据控制反馈信号产生主动控制力，适应路况和车况变化的称为主动悬架。
本文以1/4车辆悬架为研究对象，根据其二自由度的简化力学模型建立微分方程，并基于Matlab/Simulink建立了仿真模型。
以某车型悬架参数为例，在以带限白噪声模拟的路面激励下，对衡量悬架舒适性的三方面评价指标进行仿真研究，为悬架设计提供技术参考。
2 1/4车辆悬架系统动力学模型由于车辆结构的复杂性决定了车辆悬架是多自由度互相耦合的非线性系统。
为分析问题方便，常将实车悬架模型简化成1/4车辆悬架二自由度模型。
简化过程作如下假设：（1）忽略簧载质量m2的变形，视其为刚体。
（2）车轮刚度k1和悬架减震弹簧刚度k2均为线性,忽略悬架减震器阻尼的迟滞现象。
（3）车辆行驶过程中,轮胎始终未脱离地面。
1/4车辆悬架二自由度力学模型如图1所示。
图中，m1为车轮质量，m2为车身质量，k1为车轮等效刚度，k2为悬架减震弹簧等效刚度，c为悬架减震器等效阻尼系数，q为路面激励，z1为车轮垂向位移，z2为车身垂向位移，Fd为主动控制力。
Simulink汽车仿真实例
案例背景：介绍案例的背景信息，如汽车型号、仿真目的等 模型建立：详细描述如何使用Simulink建立汽车故障诊断与预测模型 仿真结果：展示仿真结果，并分析其与实际故障的符合程度 结论：总结案例的优点与不足，提出改进建议
汇报人：XX
Simulink汽车仿真广泛应用于汽车行业的 研究、开发、测试和验证等领域。
目的：模拟汽 车系统的动态 行为和性能， 以便更好地理 解、预测和优
化系统设计
意义：提高设 计效率，降低 开发成本，缩 短开发周期， 减少试验次数 和风险，提高 产品质量和可
靠性
建立模型：根据 汽车系统原理， 建立数学模型
人工智能和机器学习在仿真中的应用：AI和机器学习技术将为仿真提供新的方法和思路，进一 步提高仿真的智能化水平。
深度学习算法在车辆控制 中的应用
强化学习在自动驾驶系统 中的应用
神经网络在车辆动力学模 拟中的应用
机器学习在仿真结果分析 和优化中的应用
发展前景：随着技术的不断进步，仿真 技术在汽车行业的应用将越来越广泛， 为汽车设计、研发和生产带来更多可能 性。
制算法。
添加标题
应用领域：广泛应用 于汽车、航空、工业 自动化等领域，用于 设计、优化和验证各
种控制系统。
添加标题
优势：易于使用，支 持模块化设计，可扩 展性强，能够提高控 制算法的设计效率和
仿真精度。
Simulink支持多 种第三方插件和 扩展模块，可扩 展仿真功能和模 型库
这些插件和模块 可提供额外的算 法、模型和工具， 以支持更广泛的 汽车系统仿真
建立各部件数学模 型：利用 Simulink进行建 模，考虑各部件的 动态特性和参数
基于matlab,simulink汽车三自由度模型仿真
作业任务包括：一、建立前轮角阶跃输入的汽车三自由度操控模型，并且参数可调。
二、绘制六面体并实现对六面体的三维操作，包括平移、旋转、缩放等。
三、动画：本文动画的实现是在对六面体的具体操作过程（平移、旋转、缩放）中表现。
四、GUI与simulink的联合仿真，并将所有作业内容集成到GUI界面，将程序进行编译，打包生exe的成可执行文件。
汽车三自由度操控模型1.1建模假设：•1、汽车车速不变。
•2、不考虑切向力对轮胎特性的影响。
•3、侧向加速度不大于0.3－0.4g 。
•4、前轮转角不大，不考虑前轮左右的区别。
•5、不考虑非悬架质量的倾角。
•6、不考虑空气动力作用。
•7、侧倾中心与非悬架质心等高，前后一样。
•8、左右对称。
假设汽车的结构：•前面是独立悬架。
•后面是纵置半椭圆板簧。
•车厢侧倾引起：前轮外倾角变化；后轴发生轴转向；左右侧车轮载荷重新分配引起滚动阻力不相等而产生绕Z轴的力矩。
1.2汽车模型受力分析车辆坐标系如图1所示图1 车辆坐标系M、Ms、Mu分别是整车、悬挂和非悬挂质量，M=Ms、Mu其质心分别是c.g. 、s和u。
如图二所示图2 车辆质量分布示意图汽车三自由度模型的三个自由度指：汽车沿y 轴平动的自由度、汽车绕z 轴的转动自由度、汽车绕x 轴的转动自由度。
一般分别用横向速度v 、横摆角速度r 、侧倾角φ来表征。
汽车三自由度模型的微分方程为：()()s r z xz r p s x xz s p M v rV M h Y Y r Y Y I r I N N r N N N p I I r M h v rV L L βφδβφδφφβφδφβφδφφφ⎫++=+++⎪-=++++⎬⎪-++=+⎭（1-1）其中各个参数的意义如下：算子说明：21k k Y +=β ()211bk ak VY r -=122Y Y Y k φαφφ∂∂=-∂∂ 其中：11YY γ∂∂前轮外倾刚度；1γφ∂∂侧倾外倾角系数；2αφ∂∂后轴侧倾转向系数。
matlab语言第5章 Simulink仿真设计
信号源模块（Sources）
l Band-Limited White Noise：宽带限幅白噪声； l Chirp Signal：线性调频信号（频率随时间线性变 化的正弦波）；
l Clock：时钟信号； l Constant：常数输入； l Counter Free-Running：自动计数器，发生溢出后， 从0开始重新计数；
分； lPID Controller：PID控制； lPID Controller（2DOF）：二维PID控制； lState-Space：状态空间模型； lTransfer-Fcn：传递函数模型； lTransport Delay：输入信号延迟一个固定时间输出； lVariable Time Delay：输入可变时间信号延迟输出； lVariable Transport Delay：输入信号延迟可变输出； lZero-Pole：零极点模型。
3. Simulink模型的创建和仿真
以图示系统建立Simulink模型
模型建立
（1）启动工具箱 （2）建立Simulink空白模型 （3）根据系统模型选择模块 首先要确定所需模块所在的子模块库名称。例子中用 到的模块有单位阶跃信号﹑符号比较器﹑传递函数模 型和信号输出模块，分别属于信号源模块库﹑数学运 算模块库﹑连续模块库和输出模块库。在模块库浏览 器中打开相应的模块库，选择所需模块。
常用模块库（Commonly Used Blocks）
l Bus Creator：将输入信号合并为总线信号； l Bus Selector：由总线信号选择需要的信号输出； l Constant：常数信号； l Data Type Conversion：数据类型转换模块； l Delay：延迟模块； l Delux：信号分解模块； l Discrete-Time Integrator：离散时间积分器； l Gain：增益模块； l Ground：接地模块； l In1：输入模块； l Integrator：输入信号积分；
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实战1：一个发动机模型
用到的模块一览：
1. 关系运算符 Relational Op.
2. 积分器
Integrator
3. 饱和环节
Saturation
4. 单位延迟
Unit Delay
5. 初始条件
IC
6. 函数
Fcn
7. 子系统
SubSystem
8. 输入
In1
9. 输出
Out1
10. 触发器
9
实战1：一个发动机模型
6. 发动机扭矩：
10
实战1：一个发动机模型
7. 发动机角加速度：
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实战1：一个发动机模型
用到的模块一览：
1. 常量
Constant
2. 阶跃
Step
3. 示波器
Scope
4. 终端
Terminator
5. 增益
Gain
6. 加减
Sum
7. 乘除
Product
8. 求最值
MinMax
9. 判正负
Sign
10. 汇总器
Mux
11. 开关
Switch
Sources Sources Sinks Sinks Math Operations Math Operations Math Operations Math Operations Math Operations Signal Routing Signal Routing
13
作业
完成各个子系统的建模。下节课将这些子系统 组装成一个完整的发动机模型。
14
实战1：一个发动机模型
Simulink throttle
模型：
part1
theta
dotmai
Pm
mai
part3
Terminator1
dotmai dotPm
dotmao
Pm
part4
Terminator2
N
dotmao
Trigger
Logic & Bit Op. Continuous Discontinuites Discrete Signal Attributes User-Defined Fcn Ports & Subsystems Ports & Subsystems Ports & Subsystems Ports & Subsystems
逻辑运算“ NOT”：（sys_not.mdl ）；
N
dotmao
Pm
mao
part5
Terminator3
1 s
Integrator
Terminator
T_load part2
T_eng N
T_load
part7
N
edge180
valve timing
ma T_eng
N
part6 30/pi
Gain
mass(k+1)
mass(k) trigger
compression
Scope1 Scope
15
实战1：一个发动机模型
仿真结果分析：
1. 负载减小，发动机转速升高并趋于稳定； 2. 节气门开度增加，发动机转速升高并趋于稳定； 3. 负载增大，发动机转速下降并趋于稳定。
2
3
1 发动机转速曲线
16
实战1：一个发动机模型
发动机转速闭环控制
加入一个离散控制器（ PI控制器），通过一个快速节 气门执行器调节发动机转速，使得负载转矩的变化对 发动机转速的影响最小。
说明
0
0
0
0
保持分离态
0
0
1
1
保持接合态
0
1
0
0
保持分离态
0
1
1
0
切换至分离态
1
0
0
1
切换至接合态
1
0
1
1
保持接合态
1
1
0
1
切换至接合态
1
1
1
0
切换至分离态
25
实战2：离合器接合 /分离模型
基本模块介绍：
使能子系统 ：当使能端口的控制信号为正时，子系统 执行（sys_enable.mdl ）；
触发子系统 ：子系统只在触发事件发生的时刻执行， 并保持该时刻的输出直至下一次触发事 件发生（sys_trigger.mdl ）；
Pm
mao
part5
Terminator3
1 s
Integrator
Terminator
T_load part2
T_eng N
T_load
part7
N
edge180
valve timing
ma T_eng
N
part6 30/pi
Gain
mass(k+1)
mass(k) trigger
compression
根据下列数学模型，用 Simulink 建模仿真。
1. 节气门开度（输入）：
2. 负载扭矩（输入）：
6
实战1：一个发动机模型
3. 进入进气歧管的空气质量速度：
7
实战1：一个发动机模型
4. 进气歧管的压力变化速度：
8
实战1：一个发动机模型
5. 离开进气歧管的空气质量速度（即进入气缸的空 气质量速度）：
参数定义：
Tf
22
实战2：离合器接合 /分离模型
摩擦扭矩：
最大动摩擦扭矩：
最大静摩擦扭矩：
对于非金属材 料的当量半径
23
实战2：离合器接合 /分离模型
离合器保持接合所需要的摩擦扭矩：
24
实战2：离合器接合 /分离模型
接合/分离的有限状态机（FSM）：
接合条件 分离条件 原状态 执行动作 lock unlock mem locked
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实战1：一个发动机模型
发动机
转速闭
speed set point
环控制
模型
Desired rpm Throttle setting
N
PI controller
theta
dotmai
Pm
mai
part3
Terminator1
dotmai dotPm
dotmao
Pm
part4
Terminator2
3
基本步骤
1. 启动 MATLAB 2. 启动 Simulink 3. 新建一个模型 4. 保存模型 5. 选择合适的模块 6. 模块操作 7. 信号线操作 8. 仿真参数设置 9. 开始仿真
4
扩展步骤
1. 示波器设置 2. 多个示波器分别显示多条曲线 3. 在一个示波器中显示多条曲线
5
实战1：一个发动机模型
车辆典型部件Simulink建模仿真
（车辆工程专业）
内容概览
1. 引例：用 Simulink 对微分方程建模仿真 2. 一个发动机模型 3. 离合器接合/分离模型 4. 防抱死制动系统（ABS） 5. 半车模型悬架系统
2
引例
用 Simulink 对下列微分方程进行建模仿真
x? ? ?2x ? u （u 为常数） x(t) ? ue?2t
Scope1 Scope
18
实战1：一个发动机模型
发动机转速闭环控制
发动机转速曲线 负载扭矩曲线
节气门开度曲线
19
作业
建立一个完整的带 PI 转速控制器的 Simulink 发动机模型（可参考 enginewc.mdl） 。
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实战2：离合器接合 /分离模型
一个离合器集中参数模型
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实战2：离合器接合 /分离模型