Модель DRVRSW предназначена для моделирования процесса управления рулевым колесом автомобиля при движении по заданной траектории.
В процессе моделирования рассчитывается угол поворота рулевого колеса, необходимый для удержания автомобиля на требуемой траектории движения. Модель может использоваться при исследовании управляемости автомобиля, настройке рулевого управления и анализе поведения подвески.
Постановка задачи
Необходимо смоделировать движение автомобиля по заданной траектории и оценить работу модели водителя.
В процессе расчета определяется:
- способность автомобиля следовать заданной траектории;
- угол поворота рулевого колеса;
- момент на рулевом колесе;
- устойчивость переходного процесса.
Модель водителя использует алгоритм упреждающего управления.
На траектории выбирается точка упреждения, расположенная на расстоянии Lp впереди автомобиля.
В выбранной точке вычисляются две ошибки:
- поперечная ошибка;
- угловая ошибка.
На основании этих ошибок модель формирует управляющее воздействие на рулевое колесо автомобиля.
Рисунок 1 – Принцип работы модели водителя
Особенности модели
Модель DRVRSW обладает следующими возможностями:
- поддерживает движение по произвольной траектории;
- обеспечивает плавное и устойчивое следование заданному маршруту;
- учитывает время реакции водителя;
- ограничивает максимальный момент на рулевом колесе;
- ограничивает максимальную скорость поворота рулевого колеса.
Расчетная модель
Для исследования работы модели водителя используется математическая модель автомобиля с независимой подвеской и рулевым управлением.
В состав расчетной модели входят:
- модель автомобиля;
- рулевой механизм;
- подвеска;
- колеса;
- модель водителя DRVRSW.
Во время расчета модель водителя формирует управляющее воздействие на рулевое колесо, обеспечивая движение автомобиля по заданной траектории.
Рисунок 2 – Расчетная модель автомобиля с моделью водителя
Исходные данные
В качестве входного воздействия используется заданная траектория движения автомобиля.
На рисунке ниже показана эталонная траектория, по которой должен двигаться автомобиль.
Оранжевая кривая соответствует заданной траектории движения.
Синяя кривая показывает фактическую траекторию, полученную в результате моделирования.
Рисунок 3 – Заданная и рассчитанная траектории движения автомобиля
Из графика видно, что после возникновения переходного процесса автомобиль быстро выходит на заданную траекторию. Небольшое перерегулирование наблюдается только в начальный момент маневра, после чего отклонение практически полностью исчезает.
Результаты моделирования
Угол поворота рулевого колеса
В процессе расчета модель определяет угол поворота рулевого колеса, необходимый для компенсации поперечной и угловой ошибок.
Рисунок 4 – Угол поворота рулевого колеса
Из графика видно, что максимальный угол поворота формируется в начале маневра, после чего управляющее воздействие постепенно уменьшается и стабилизируется по мере выхода автомобиля на требуемую траекторию.
Момент на рулевом колесе
Кроме угла поворота рассчитывается момент, создаваемый на рулевом колесе.
Этот параметр используется для оценки усилия, которое должен приложить водитель при выполнении маневра.
Рисунок 5 – Момент на рулевом колесе
Полученное значение может использоваться при сравнении с нормативными требованиями и ограничениями, установленными действующими стандартами, в том числе ГОСТ.
Анимация результатов
Для более наглядного анализа результатов моделирования предусмотрена анимация движения автомобиля.
Пользователь может просмотреть процесс движения автомобиля:
- вид сверху, позволяющий оценить качество следования заданной траектории;
- вид сзади, позволяющий наблюдать работу подвески и рулевого управления во время выполнения маневра.
Анимация позволяет визуально оценить устойчивость движения, работу модели водителя и соответствие фактической траектории заданной.