本申请涉及滑差转向技术领域，特别是涉及一种多轮独立驱动滑差转向车辆的联合仿真方法及系统。
背景技术：
多轮独立驱动车辆由于安全性好、机动性高，能够在各种复杂路面条件甚至极端环境下行进，是当前军用车辆研究领域的热点。此外，与具有传统转向机构的轮式车辆相比，采用滑差转向的车辆由于没有机械转向系统，不仅重量轻，节约布置空间，而且转向半径也更小，机动性更高。
目前，国内对于多轴轮式滑差转向车辆的研究较少，但是随着近年来对分布式驱动汽车研究的不断深入，滑差转向车辆也逐渐受到重视。在以量产化为目标的开发过程中，整车厂广泛采用adams来进行零部件级别的整车多刚体动力学建模，然而现有的多轮独立电机驱动车辆的仿真研究，其整车模型大多采用基于matlab建立的简单动力学模型或基于trucksim等系统级仿真软件构建的多自由度动力学模型，仿真方式也多为开环控制，不能准确地对多轮独立驱动滑差转向车辆的转向特性进行研究。
技术实现要素：
有鉴于此，本申请提供一种多轮独立驱动滑差转向车辆的联合仿真方法及系统，用于解决不能准确地对多轮独立驱动滑差转向车辆的转向特性进行研究的技术问题。
为解决上述技术问题，第一方面，本发明实施例提供一种多轮独立驱动滑差转向车辆的联合仿真方法，包括：
在第一软件中创建一车辆的整车多刚体动力学模型，确定所述整车多刚体动力学模型的输入信息和输出信息，所述输入信息为扭矩信息，所述输出信息为所述车辆行驶的反馈数据，并导出整车模型子模块，所述整车模型子模块包括所述整车多刚体动力学模型、所述输入信息和所述输出信息；
在第二软件中创建驾驶员模型，所述驾驶员模型用于根据输入的期望数据和所述反馈数据，输出驾驶数据；
在所述第二软件中创建整车控制器，所述整车控制器用于接收所述驾驶数据，生成所述扭矩信息；
在所述第二软件中创建转向仿真模型，将所述整车模型子模块、所述驾驶员模型和所述整车控制器导入至所述转向仿真模型；在所述转向仿真模型中设计工况，对所述工况进行仿真分析，获取仿真结果，所述仿真结果包括所述输出信息。
其中，所述期望数据包括期望车速、期望横摆角速度和期望路径点信息中的至少一种，所述反馈数据包括实际车速、实际横摆角速度和车辆实际位姿信息中的至少一种；所述驾驶数据包括油门踏板量和方向盘转角中的至少一种；
所述在所述转向仿真模型中设计工况，对所述工况进行仿真分析，获取仿真结果，包括：
当所述期望数据包括所述期望车速时，所述驾驶员模型根据所述期望车速和所述实际车速，计算并输出所述油门踏板量；
当所述期望数据包括所述期望横摆角速度时，所述驾驶员模型根据所述期望横摆角速度和所述实际横摆角速度，计算并输出所述方向盘转角；
当所述期望数据包括所述期望车速和所述期望路径点信息时，所述驾驶员模型根据预瞄距离内的路径点信息，计算道路的几何特征，并根据所述期望路径点信息和所述车辆实际位姿信息，计算并输出所述期望横摆角速度。
其中，所述车辆实际位姿信息包括所述车辆当前的坐标和航向角。
其中，所述扭矩信息包括纵向扭矩和转向扭矩；
所述在所述转向仿真模型中设计工况，对所述工况进行仿真分析，获取仿真结果，还包括：
当所述驾驶数据包括所述油门踏板量时，所述整车控制器根据所述油门踏板量，确定所述纵向扭矩；
当所述驾驶数据包括所述方向盘转角时，所述整车控制器根据所述方向盘转角，确定所述转向扭矩。
其中，所述根据所述油门踏板量，确定所述纵向扭矩，包括：
所述油门踏板量的范围为[0，1]，将全部扭矩能力乘以所述油门踏板量，确定所述纵向扭矩。
其中，所述工况包括：原地转向工况、定速定圆工况和双纽线工况中的至少一种；
在所述转向仿真模型中设计工况，对所述工况进行仿真分析，获取仿真结果，还包括：
对所述原地转向工况进行仿真分析时，输入所述期望横摆角速度，确定所述方向盘转角，并检测不同路面附着系数条件下，所述车辆的起转扭矩，所述仿真结果还包括所述车辆的起转扭矩；
对所述定速定圆工况进行仿真分析时，输入所述期望车速和所述期望横摆角速度，获取所述扭矩信息，以获取所述车辆在不同车速下的转向能力极限，所述转向能力极限包括最小转向半径，所述仿真结果还包括所述转向能力极限；
对所述双纽线工况进行仿真分析时，输入所述期望车速和所述期望路径点信息，控制所述车辆对所述期望路径点进行跟踪，实时计算所述期望横摆角速度，确定所述方向盘转角，并绘制所述车辆的轨迹，所述仿真结果还包括所述车辆的轨迹。
其中，所述整车多刚体动力学模型包括悬架系统、车身系统、制动系统和轮胎模型，所述轮胎模型为pac2002模型。
其中，所述第一软件为adams，所述第二软件为matlab。
第二方面，本发明实施例还提供一种多轮独立驱动滑差转向车辆的联合仿真系统，包括：
整车模块，用于在第一软件中创建一车辆的整车多刚体动力学模型，确定所述整车多刚体动力学模型的输入信息和输出信息，所述输入信息为扭矩信息，所述输出信息为所述车辆行驶的反馈数据，并导出整车模型子模块，所述整车模型子模块包括所述整车多刚体动力学模型、所述输入信息和所述输出信息；
驾驶员模块，用于在第二软件中创建驾驶员模型，所述驾驶员模型用于根据输入的期望数据和所述反馈数据，输出驾驶数据；
控制器模块，用于在所述第二软件中创建整车控制器，所述整车控制器用于接收所述驾驶数据，生成所述扭矩信息；
仿真模块，用于在所述第二软件中创建转向仿真模型，将所述整车模型子模块、所述驾驶员模型和所述整车控制器导入至所述转向仿真模型；在所述转向仿真模型中设计工况，对所述工况进行仿真分析，获取仿真结果，所述仿真结果包括所述输出信息。
第三方面，本发明实施例还提供一种多轮独立驱动滑差转向车辆的联合仿真系统，包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序；所述处理器执行所述程序时实现上述联合仿真方法。
第四方面，本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现上述联合仿真方法中的步骤。
本发明的有益效果是：区别于现有技术的情况，本发明通过采用第一软件和第二软件进行联合仿真，能够进行多种工况的闭环仿真研究，提高了仿真结果的准确性和可靠性，且能给实际车型项目的开发提供大量数据支持，更具有工程实际意义。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例的描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例一的多轮独立驱动滑差转向车辆的联合仿真方法的流程示意图；
图2为本发明优选实施例中导出的整车模型子模块的示意图；
图3为本发明优选实施例中驾驶员模型针对不同类型工况，输出相应驾驶数据的示意图；
图4为本发明优选实施例中双纽线工况仿真绘制的车辆的轨迹示意图；
图5为本发明优选实施例中转向仿真模型的完整仿真过程的流程示意图；
图6为本申请实施例二的多轮独立驱动滑差转向车辆的联合仿真系统的结构示意图。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例的附图，对本申请实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本申请的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
参阅图1，图1是本申请实施例一的多轮独立驱动滑差转向车辆的联合仿真方法的流程示意图，该方法包括：
步骤s101：在第一软件中创建一车辆的整车多刚体动力学模型，确定整车多刚体动力学模型的输入信息和输出信息，输入信息为扭矩信息，输出信息为所述车辆行驶的反馈数据，并导出整车模型子模块，整车模型子模块包括整车多刚体动力学模型、输入信息和输出信息；
步骤s102：在第二软件中创建驾驶员模型，驾驶员模型用于根据输入的期望数据和第一软件输出的反馈数据，输出驾驶数据；
步骤s103：在第二软件中创建整车控制器，整车控制器用于接收驾驶数据，生成扭矩信息；
步骤s104：在第二软件中创建转向仿真模型，将整车模型子模块、驾驶员模型和整车控制器导入至转向仿真模型；在转向仿真模型中设计工况，对工况进行仿真分析，获取仿真结果，仿真结果包括输出信息。
采用上述方法，本发明通过采用第一软件和第二软件进行联合仿真，能够进行多种工况的闭环仿真研究，提高了仿真结果的准确性和可靠性，且能给实际车型项目的开发提供大量数据支持，更具有工程实际意义。
本发明实施例中，可以采用多种方式创建一车辆的整车多刚体动力学模型，确定所述整车多刚体动力学模型的输入信息和输出信息，并导出整车模型子模块，下面举例进行说明。
在本发明的一些优选实施例中，所述第一软件为adams。首先，在adams/car中创建一车辆的整车多刚体动力学模型，该车辆的整车多刚体动力学模型包括悬架系统、车身系统、制动系统和轮胎模型，所述轮胎模型为pac2002模型，所述制动系统扩展为6轮。
其次，确定该车辆的整车多刚体动力学模型的输入信息和输出信息。输入信息是指从第二软件输入到adams中的变量；输出信息是指从adams输出到第二软件的变量。通过确定输入信息和输出信息，控制adams和第二软件之间的信息形成封闭循环，从而实现闭环仿真。
通过在adams中的plant建立与第二软件之间的接口，将对6个车轮单独施加的6个扭矩作为plant的输入信息，将adams输出的车辆行驶的反馈数据作为plant的输出信息，所述反馈数据包括：实际速度、实际横摆角速度和车辆实际位姿信息中的至少一种。
最后，通过adams/control导出该车辆的整车模型子模块，导出后的整车模型子模块如图2所示。
上述实施例中，将制动系统扩展为6轮；在本发明的另外一些实施例中，也可以将制动系统设置为4轮、8轮、10轮等等，可根据需求自行设定，更加灵活方便，本发明不作限定。
本发明实施例中，在转向仿真模型中对工况进行仿真分析时，驾驶员模型可以采用多种方式根据输入的期望数据和反馈数据，输出驾驶数据，下面举例进行说明。
在本发明的一些优选实施例中，期望数据包括期望车速、期望横摆角速度和期望路径点信息中的至少一种，反馈数据包括实际车速、实际横摆角速度和车辆实际位姿信息中的至少一种；驾驶数据包括油门踏板量和方向盘转角中的至少一种。
可以根据仿真需要，在驾驶员模型中输入不同种类的期望数据，结合相应的反馈数据，得到对应的输出数据，具体请参阅图3。
在图3的第i种类型中，输入期望横摆角速度
在图3的第ⅱ种类型中，输入期望车速vexp和期望横摆角速度
在图3的第ⅲ种类型中，输入期望车速vexp、期望横摆角速度
在第ⅲ种类型中，驾驶员模型还用于根据预瞄距离内的路径点信息，计算道路的几何特征，例如：陡坡、急弯或不规则路面等。通过此方式，可控制车辆根据路况实时调整期望横摆角速度
本发明实施例中，在转向仿真模型中对工况进行仿真分析时，整车控制器可以采用多种方式生成扭矩信息，下面举例进行说明。
在本发明的一些优选实施例中，整车控制器生成的扭矩信息由纵向扭矩和转向扭矩两部分叠加组成。整车控制器接收驾驶数据后，可以通过线性控制的方式控制车速和车辆转向。当驾驶数据包括油门踏板量时，根据油门踏板量，确定并输出作用在车轮上的纵向扭矩，以控制车辆的速度；当驾驶数据包括方向盘转角时，根据所述方向盘转角，确定并输出作用在车轮上的转向扭矩，以控制车辆转向。
具体地，油门踏板量的范围为[0，1]，将全部扭矩能力乘以油门踏板量，确定纵向扭矩。例如：全部扭矩能力为2000n·m，驾驶员模型输出的油门踏板量为0.3，则纵向扭矩为2000×0.3＝600n·m。
整车控制器可以采用三段线性控制的方式控制车辆转向，可将方向盘转角划分为三个区域，在各个区域内采用不同的控制算法，根据驾驶员模型输出的方向盘转角确定其所在的区域，进而确定转向扭矩。
上述实施例中，可以采用三段线性控制的方式控制车辆转向；在本发明的另外一些实施例中，也可以根据需求自行设定采用几段线性控制的方式控制车辆转向，更加灵活方便，本发明不作限定。
上述实施例中，可以通过线性控制的方式控制车速和车辆转向；在本发明的另外一些实施例中，也可以通过非线性控制的方式控制车速和车辆转向，更加灵活方便，本发明不作限定。
本发明实施例中，可以对多种工况进行仿真分析，下面举例进行说明。
在本发明的一些优选实施例中，在进行工况测试时，对三种典型工况进行仿真分析，包括：原地转向工况、定速定圆工况和双纽线工况。请继续参阅图3，原地转向工况、定速定圆工况和双纽线工况分别对应图3中的类型i、ⅱ和ⅲ。
对原地转向工况进行仿真分析时，输入期望横摆角速度，确定方向盘转角，并检测不同路面附着系数条件下，车辆的起转扭矩，仿真结果还包括车辆的起转扭矩；
对定速定圆工况进行仿真分析时，输入期望车速和期望横摆角速度，获取扭矩信息，以获取所述车辆在不同车速下的转向能力极限，转向能力极限包括最小转向半径，仿真结果还包括转向能力极限；
对双纽线工况进行仿真分析时，输入期望车速和期望路径点信息，控制车辆对期望路径点进行跟踪，实时计算期望横摆角速度，确定方向盘转角，并绘制车辆的轨迹，如图4所示。仿真结果还包括车辆的轨迹。
下面对本发明一些优选实施例中转向仿真模型的完整仿真过程作简要说明，具体请参阅图5。
转向仿真模型在第二软件中创建，将在第一软件中导出的整车模型子模块、在第二软件中创建的驾驶员模型和整车控制器导入该转向仿真模型中。
整车模型子模块包括在第一软件中创建的一车辆的整车多刚体动力学模型、该整车多刚体动力学模型的输入信息和输出信息。确定该整车多刚体动力学模型的输入信息为施加在车轮上的扭矩信息，输出信息为反馈车辆实际行驶状况的反馈数据，包括但不限于：车辆的实际速度、加速度、位移、横摆角速度或位姿信息。
驾驶员模型获取反馈车辆实际行驶状况的反馈数据，且根据在转向仿真模型中设计的不同工况，输入相应的期望数据，得出期望数据和反馈数据之间的偏差，计算得出油门踏板量和/或方向盘转角。
整车控制器获取油门踏板量和/或方向盘转角，根据油门踏板量生成控制车辆加速或减速的纵向扭矩，根据方向盘转角生成控制车辆转向的转向扭矩，并将纵向扭矩和转向扭矩两部分进行叠加，生成作用在车轮上的扭矩信息，即为整车多刚体动力学模型的输入信息，从而实现闭环控制。
采用上述方法，本发明通过采用第一软件和第二软件进行联合仿真，进行多种工况的闭环仿真研究，提高了仿真结果的准确性和可靠性，且能给实际车型项目的开发提供大量数据支持，更具有工程实际意义。
在本发明的一些实施例中，所述第二软件为matlab，在matlab的可视化仿真工具simulink中创建驾驶员模型和整车控制器，对多种工况进行仿真分析。在本发明的另外一些实施例中，也可以在c语言或c++中创建驾驶员模型和整车控制器，对多种工况进行仿真分析，本发明不作限定。
参阅图6，图6是本申请实施例二的多轮独立驱动滑差转向车辆的联合仿真系统的结构示意图。该联合仿真系统包括：
整车模块，用于在第一软件中创建一车辆的整车多刚体动力学模型，确定所述整车多刚体动力学模型的输入信息和输出信息，所述输入信息为扭矩信息，所述输出信息为所述车辆行驶的反馈数据，并导出整车模型子模块，所述整车模型子模块包括所述整车多刚体动力学模型、所述输入信息和所述输出信息；
驾驶员模块，用于在第二软件中创建驾驶员模型，所述驾驶员模型用于根据输入的期望数据和所述反馈数据，输出驾驶数据；
控制器模块，用于在所述第二软件中创建整车控制器，所述整车控制器用于接收所述驾驶数据，生成所述扭矩信息；
仿真模块，用于在所述第二软件中创建转向仿真模型，将所述整车模型子模块、所述驾驶员模型和所述整车控制器导入至所述转向仿真模型；在所述转向仿真模型中设计工况，对所述工况进行仿真分析，获取仿真结果，所述仿真结果包括所述输出信息。
进一步地，所述期望数据包括期望车速、期望横摆角速度和期望路径点信息中的至少一种，所述反馈数据包括实际车速、实际横摆角速度和车辆实际位姿信息中的至少一种；所述驾驶数据包括油门踏板量和方向盘转角中的至少一种；
所述驾驶员模块包括：车速控制模块、横摆角速度控制模块和路径跟踪计算模块；
所述仿真模块，还用于控制所述车速控制模块在所述期望数据包括所述期望车速时，根据所述期望车速和所述实际车速，计算并输出所述油门踏板量；
控制所述横摆角速度控制模块在所述期望数据包括所述期望横摆角速度时，根据所述期望横摆角速度和所述实际横摆角速度，计算并输出所述方向盘转角；
控制所述路径跟踪计算模块在所述期望数据包括所述期望车速和所述期望路径点信息时，根据预瞄距离内的路径点信息，计算道路的几何特征，并根据所述期望路径点信息和所述车辆实际位姿信息，计算并输出所述期望横摆角速度。
进一步地，所述车辆实际位姿信息包括所述车辆当前的坐标和航向角。
进一步地，所述扭矩信息包括纵向扭矩和转向扭矩；
所述控制器模块包括纵向控制模块和转向控制模块；
所述仿真模块，还用于控制所述纵向控制模块在所述驾驶数据包括所述油门踏板量时，根据所述油门踏板量，确定所述纵向扭矩；
控制所述转向控制模块在所述驾驶数据包括所述方向盘转角时，根据所述方向盘转角，确定所述转向扭矩。
进一步地，所述纵向控制模块具体用于当所述驾驶数据包括所述油门踏板量时，所述油门踏板量的范围为[0，1]，将全部扭矩能力乘以所述油门踏板量，确定所述纵向扭矩。
进一步地，所述仿真模块包括设计子模块和分析子模块；
所述设计子模块，用于在所述转向仿真模型中设计工况，所述工况包括：原地转向工况、定速定圆工况和双纽线工况中的至少一种；
所述分析子模块，用于对所述原地转向工况进行仿真分析时，输入所述期望横摆角速度，确定所述方向盘转角，并检测不同路面附着系数条件下，所述车辆的起转扭矩，所述仿真结果还包括所述车辆的起转扭矩；
对所述定速定圆工况进行仿真分析时，输入所述期望车速和所述期望横摆角速度，获取所述扭矩信息，以获取所述车辆在不同车速下的转向能力极限，所述转向能力极限包括最小转向半径，所述仿真结果还包括所述转向能力极限；
对所述双纽线工况进行仿真分析时，输入所述期望车速和所述期望路径点信息，控制所述车辆对所述期望路径点进行跟踪，实时计算所述期望横摆角速度，确定所述方向盘转角，并绘制所述车辆的轨迹，所述仿真结果还包括所述车辆的轨迹。
进一步地，所述整车多刚体动力学模型包括悬架系统、车身系统、制动系统和轮胎模型，所述轮胎模型为pac2002模型。
进一步地，所述第一软件为adams，所述第二软件为matlab。
需要说明的是，本实施例的系统可以执行上述方法中的步骤，相关内容的详细说明请参见上述方法部分，在此不再赘叙。
本发明还提供一种多轮独立驱动滑差转向车辆的联合仿真系统，包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序。处理器耦接存储器，处理器在工作时运行计算机程序，以配合存储器实现上述联合仿真方法，具体工作过程与上述联合仿真方法实施例中一致，故在此不再赘述，详细请参阅以上对应联合仿真方法步骤的说明。
本发明还提供一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现上述联合仿真方法。具体工作过程与上述联合仿真方法实施例中一致，故在此不再赘述，详细请参阅以上对应联合仿真方法步骤的说明。
综上所述，本发明通过采用第一软件和第二软件进行联合仿真，能够进行多种工况的闭环仿真研究，提高了仿真结果的准确性和可靠性，且能给实际车型项目的开发提供大量数据支持，更具有工程实际意义。
除非另作定义，此处使用的技术术语或者科学术语应当为本申请所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本申请专利申请说明书以及权利要求书中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。同样，“一个”或者“一”等类似词语也不表示数量限制，而是表示存在至少一个。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也相应地改变。
以上所述是本申请的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本申请的保护范围。