七自由度车辆动力学模型验证：基于Dugoff轮胎模型与CarSim的探索

七自由度车辆动力学模型验证（Dugoff轮胎模型，B08_01商品基础上建模） 1.软件: MATLAB 2018以上；CarSim 2020.0 2.商品介绍: 基于Dugoff轮胎模型和车身动力学公式，搭建7DOF车辆动力学Simulink模型，对相关变量（质心侧偏角，横摆角速度，纵、横向速度及加速度）进行CarSim对比验证。

在车辆动力学研究领域，准确的模型对于理解和预测车辆行驶特性至关重要。今天咱就来聊聊基于B08_01商品基础，使用Dugoff轮胎模型搭建七自由度车辆动力学模型，并通过MATLAB和CarSim进行验证的那些事儿。

所需软件

本次建模与验证工作依赖两款强大的工具：MATLAB 2018以上版本以及CarSim 2020.0 。MATLAB，作为科学计算和算法开发的利器，其丰富的工具箱以及便捷的编程环境，为搭建复杂的车辆动力学模型提供了坚实基础。而CarSim，专业的车辆动力学仿真软件，以其高精度的车辆模型和丰富的工况模拟能力，成为我们验证模型准确性的得力伙伴。

商品介绍 - 模型搭建

咱基于Dugoff轮胎模型和车身动力学公式，在Simulink中搭建7DOF车辆动力学模型。Dugoff轮胎模型可是个好东西，它能较为准确地描述轮胎的力学特性，考虑了轮胎纵向力、侧向力与滑移率之间的复杂关系。

先看看简单的Simulink模型搭建代码示意（这只是一个简化的示意，实际会复杂得多）：

matlab 复制代码

% 创建一个简单的Simulink模型
new_system('7DOF_vehicle_model');
open_system('7DOF_vehicle_model');

% 添加输入模块，比如车速输入
inport1 = add_block('simulink/Sources/In1', '7DOF_vehicle_model/velocity_input');

% 添加一些计算模块，例如基于车身动力学公式的计算
add_block('simulink/Math Operations/Gain', '7DOF_vehicle_model/longitudinal_accel_calc');
set_param('7DOF_vehicle_model/longitudinal_accel_calc', 'Gain', '0.1'); % 简单设置增益，实际需复杂计算

% 连接模块
add_line('7DOF_vehicle_model','velocity_input/1', 'longitudinal_accel_calc/1');

上面这段代码简单创建了一个Simulink模型框架，添加了车速输入模块，并设置了一个简单的纵向加速度计算模块（虽然实际中纵向加速度计算得基于复杂的车身动力学公式和力的平衡）。

变量验证

模型搭建好后，咱得验证它的准确性，就要对相关变量进行分析。这些变量包括质心侧偏角、横摆角速度、纵横向速度及加速度。

拿质心侧偏角举例，在Simulink模型中计算质心侧偏角也有相应的公式和模块组合。假设车辆的纵向速度为 Vx，侧向速度为 Vy，横摆角速度为 r，那么质心侧偏角 beta 可以通过以下公式近似计算：

matlab 复制代码

beta = atan((Vy - Lr * r) / Vx);

这里 Lr 是车辆质心到后轴的距离。在Simulink里，我们可以通过一系列的数学运算模块实现这个公式的计算。

之后，我们将Simulink模型中这些变量的计算结果与CarSim中的数据进行对比。在CarSim中设置好与Simulink模型对应的工况，比如相同的车速、转向输入等。然后将两者的数据导出到MATLAB中进行分析。

matlab 复制代码

% 假设Simulink计算出的质心侧偏角数据存储在simulink_beta数组
% CarSim导出的质心侧偏角数据存储在carsim_beta数组
figure;
plot(time, simulink_beta, 'r', 'DisplayName', 'Simulink Beta');
hold on;
plot(time, carsim_beta, 'b', 'DisplayName', 'CarSim Beta');
xlabel('Time (s)');
ylabel('Side - slip Angle (rad)');
legend;

这段代码将Simulink和CarSim计算出的质心侧偏角数据随时间变化的曲线绘制出来，方便我们直观地对比两者的差异。通过这种方式，我们就能评估基于Dugoff轮胎模型搭建的7DOF车辆动力学Simulink模型的准确性啦。

总的来说，通过MATLAB和CarSim的协同工作，基于Dugoff轮胎模型搭建并验证七自由度车辆动力学模型，能让我们更深入地了解车辆的动力学特性，为后续的车辆控制算法开发等工作提供可靠的模型基础。