CarSim、Simulink聯(lián)合仿真

1、CarSim與Simulink聯(lián)合仿真1 軟件介紹在MATLAB中，Simulink是用來建模、仿真和分析動(dòng)態(tài)多維系統(tǒng)的交互工具?？梢允褂肧imulink提供的標(biāo)準(zhǔn)模型庫(kù)或者自行創(chuàng)建模型庫(kù)，描述、模擬、評(píng)價(jià)和精化系統(tǒng)行為，同時(shí)，Simulink和MATLAB之間的聯(lián)系十分便捷，可以使用一個(gè)靈活的操作系和應(yīng)用廣泛的分析和設(shè)計(jì)工具。最后，除了可以使用Simulink建模和仿真之外，還可以通過其他軟件聯(lián)合來完成更多的分析任務(wù)，如CarSim、ADAMS、AMEsim等許多軟件。CarSim是專門針對(duì)車輛動(dòng)力學(xué)的仿真軟件，CarSim模型在計(jì)算機(jī)上運(yùn)行的速度比實(shí)時(shí)快3-6倍，可以仿真車輛對(duì)駕駛員，路面

2、及空氣動(dòng)力學(xué)輸入的響應(yīng)，主要用來預(yù)測(cè)和仿真汽車整車的操縱穩(wěn)定性、制動(dòng)性、平順性、動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性，同時(shí)被廣泛地應(yīng)用于現(xiàn)代汽車控制系統(tǒng)的開發(fā)。CarSim可以方便靈活的定義試驗(yàn)環(huán)境和試驗(yàn)過程，詳細(xì)的定義整車各系統(tǒng)的特性參數(shù)和特性文件。CarSim軟件的主要功能如下：l 適用于以下車型的建模仿真：轎車、輕型貨車、輕型多用途運(yùn)輸車及SUV；l 可分析車輛的動(dòng)力性、燃油經(jīng)濟(jì)性、操縱穩(wěn)定性、制動(dòng)性及平順性；l 可以通過軟件如MATLAB，Excel等進(jìn)行繪圖和分析； l 可以圖形曲線及三維動(dòng)畫形式觀察仿真的結(jié)果；l 包括圖形化數(shù)據(jù)管理界面，車輛模型求解器，繪圖工具，三維動(dòng)畫回放工具，功率譜分析模塊；l 程

3、序穩(wěn)定可靠；l 軟件可以實(shí)時(shí)的速度運(yùn)行，支持硬件在環(huán)，CarSim軟件可以擴(kuò)展為CarSim RT, CarSim RT 是實(shí)時(shí)車輛模型，提供與一些硬件實(shí)時(shí)系統(tǒng)的接口，可聯(lián)合進(jìn)行HIL仿真；l 先進(jìn)的事件處理技術(shù)，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜工況的仿真；l 友好的圖形用戶界面，可快速方便實(shí)現(xiàn)建模仿真；l 提供多種車型的建模數(shù)據(jù)庫(kù)；l 可實(shí)現(xiàn)用戶自定義變量的仿真結(jié)果輸出；l 可實(shí)現(xiàn)與simulink的相互調(diào)用；l 多種仿真工況的批運(yùn)行功能；2 CarSim與Simulink聯(lián)合仿真2.1 Simulink接口1) 變量由Simulink導(dǎo)入CarSim（導(dǎo)入變量）可由Simulink導(dǎo)入到CarSim中的變量可達(dá)1

4、60多個(gè)，主要分為以下幾部分：n 控制輸入n 輪胎/路面輸入n 輪胎的力和力矩n 彈簧及阻尼力n 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的角度n 傳動(dòng)系的力矩n 制動(dòng)力矩及制動(dòng)壓力n 風(fēng)的輸入n 任意的力和力矩 圖2.1 CarSim導(dǎo)入變量分類我們可以在Simulink中定義變量，也可以在其他軟件中定義并導(dǎo)入Simulink模型中，導(dǎo)入的變量將疊加到 CarSim內(nèi)部相應(yīng)的變量中。2）變量由CarSim導(dǎo)入Simulink（導(dǎo)出變量）導(dǎo)出變量可以應(yīng)用于用戶自定義的Simulink模型，CarSim的導(dǎo)出變量多達(dá)560之多，如車輛的位置、姿態(tài)、運(yùn)動(dòng)變量等。圖2.2 CarSim導(dǎo)出變量分類圖2.3為CarSim軟件所提供的

5、一個(gè)CarSim與Simulink聯(lián)合仿真的例子圖2.3 簡(jiǎn)單駕駛員模型2.2 CarSim與Simulink聯(lián)合仿真以CarSim中所提供的與Simulink聯(lián)合仿真的一個(gè)例子為例（稍有修改），來介紹CarSim與Simulink聯(lián)合仿真的整個(gè)過程。例： 車型B-class，Hatchback:No ABS初始車速65km/h節(jié)氣門開度0檔位控制閉環(huán)四檔模式制動(dòng)2s后緊急制動(dòng)方向盤轉(zhuǎn)角0deg路面對(duì)開路面仿真時(shí)間10s仿真步長(zhǎng)0.001s說明：選用同一車型的兩輛汽車，同樣的仿真工況，但其中一輛加入在Simulink中建立的ABS控制器，相當(dāng)于一輛汽車帶有ABS，而另一輛汽車沒有帶ABS，方便

6、對(duì)比。(1) 雙擊桌面上CarSim的圖標(biāo)，運(yùn)行CarSim，這里選用是的CarSim8.0版本； (2) 出現(xiàn)選擇數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)話框，如圖2.4所示，選擇好數(shù)據(jù)庫(kù)文件夾后點(diǎn)擊Continue with the selected database，若想要不再出現(xiàn)此對(duì)話框，可以將左下角Don't show this window the next time you start選中；圖2.4 選擇數(shù)據(jù)庫(kù)(3) 然后將會(huì)出現(xiàn)如圖2.5所示的對(duì)話框（許可設(shè)置），選擇Select，即可打開CarSim的主界面，如圖2.6所示；圖2.5 許可設(shè)置圖2.6 CarSim主界面由圖2.6可以看到在

7、CarSim主界面中，主要有三大部分：車輛參數(shù)及仿真工況的設(shè)置、數(shù)學(xué)模型求解、后處理。用戶可以修改車輛參數(shù)，根據(jù)需要來設(shè)置仿真工況，圖2.6中所示為雙移線仿真工況。在后處理部分，可以顯示模型的仿真動(dòng)畫及繪制仿真曲線，如圖2.7。圖2.7 仿真動(dòng)畫與曲線(4) 點(diǎn)擊，來新建一組dataset，如圖2.8，在兩個(gè)文本框中分別輸入'Example'和'ABS'，然后點(diǎn)擊'set'，以完成新建。圖2.8 新建dataset(5) 選擇'datasets'下拉菜單，看有何不同，如圖2.9。圖2.9 第(4)步中所建的dataset(6) 點(diǎn)

8、擊圖2.10(a)中的下三角，選擇相應(yīng)的車型，如圖2.10(b)。(a) (b)圖2.10 選擇車型(7)新建一個(gè)所要求的仿真工況： 1)點(diǎn)擊圖2.11中所示的工況，如圖2.12所示。圖2.11 120km/h雙移線仿真工況圖2.12 120km/h雙移線仿真工況的主界面 2) 新建仿真工況，點(diǎn)擊，在圖2.13中的文本框中依次輸入ABS Example和Split Mu，點(diǎn)擊Set完成新建。圖2.13 新建仿真工況3) 根據(jù)例子中的要求設(shè)置仿真工況：l 初始車速為65km/h；l 節(jié)氣門開度為0；l 2s后緊急制動(dòng)；l 檔位控制選用閉環(huán)四檔模式；l 方向盤轉(zhuǎn)角為0deg；l 路面選擇對(duì)開路面；

9、完成設(shè)置后，如圖2.14所示。圖2.14 仿真工況設(shè)置4) 設(shè)置仿真時(shí)間：同樣在設(shè)置仿真工況的主界面里，在如圖2.15所示的文本框內(nèi)輸入10。圖2.15 仿真時(shí)間設(shè)置5) 選擇前面新建的仿真工況：點(diǎn)擊，返回CarSim的主界面，選擇前面新建的Split Mu工況，如圖2.16。圖2.16 選擇仿真工況6) 設(shè)置仿真步長(zhǎng)：在CarSim主界面下，點(diǎn)擊下拉菜單Tools，選擇Preferences，出現(xiàn)如圖2.17的界面，在圖中紅色圓角矩形框內(nèi)，將仿真步長(zhǎng)設(shè)為0.001s。圖2.17 設(shè)置仿真步長(zhǎng)(8) 點(diǎn)擊運(yùn)行數(shù)學(xué)模型，計(jì)算結(jié)束后，點(diǎn)擊，觀看仿真動(dòng)畫，看一下無ABS車輛在對(duì)開路面上緊急制動(dòng)的效果

10、，如圖2.18所示，也可以點(diǎn)擊來繪制曲線。圖2.18 仿真動(dòng)畫顯示(9) 建立CarSim與Simulink聯(lián)合仿真的模型： 1) 點(diǎn)擊如圖2.19所示的下三角，選擇Models:Simulink。圖2.19 選擇Simulink接口2）點(diǎn)擊如圖2.20所示的下三角，選擇Link to New Dataset。圖2.20 Link to New Dataset3) 此時(shí)將彈出一個(gè)如圖2.21所示的對(duì)話框，在文本框中依次輸入Example和ABS，點(diǎn)擊完成新建，如圖2.22。圖2.21 新建一個(gè)與Simulink聯(lián)合的Dataset圖2.22 選擇建立的ABSdataset4)點(diǎn)擊， 如圖2.2

11、4所示，注意到：瀏覽工作路徑：在這里選擇D:Program FilesCarsimData；Simulink Model的路徑：在D:Program FilesCarsimDataExtensionsSimulink目錄下新建一個(gè)空白的Simulink Model，命名為ABS.mdl。點(diǎn)擊瀏覽ABS.mdl，如圖2.23所示圖2.23 選擇路徑圖2.24 Simulink ExampleABS的主界面5) 定義CarSim的導(dǎo)入變量：點(diǎn)擊如圖2.25(a)所示的下三角，選擇I/O Channels:Import，然后按圖2.25(b)、(c)新建導(dǎo)入變量；(a)(b)(c)圖2.25 新建A

12、BS input點(diǎn)擊，顯示如圖2.26，這里需要瀏覽找到Readme file for output，這里為ProgramssolversReadMei_i_imports_tab.txt。定義CarSim導(dǎo)入變量為4個(gè)車輪的輪缸壓力，順序依次為：IMP_PBK_L1(左前輪缸壓力MPa)、IMP_PBK_R1(右前輪缸壓力MPa)、IMP_PBK_L2(左后輪缸壓力MPa)、IMP_PBK_R2(右后輪缸壓力MPa)，記下導(dǎo)入順序。圖2.26 定義CarSim導(dǎo)入變量6）定義CarSim的導(dǎo)出變量：步驟同5) 定義CarSim的導(dǎo)入變量相同，首先新建名為ABS output的一個(gè)datase

13、t。點(diǎn)擊，彈出如圖2.27所示的界面，這里需要瀏覽找到Readme file for output，這里為ProgramssolversReadMei_i_outputs_tab.txt。定義CarSim的導(dǎo)出變量依次為：Vx_L1(左前輪速km/h)、Vx_R1(右前輪速km/h)、Vx_L2(左后輪速km/h)、Vx_R2(左前輪速km/h)、Vx_SM(汽車質(zhì)心處的速度km/h)、Pbk_Con(主缸壓力的控制輸入MPa)，記下導(dǎo)出順序。圖2.27 定義CarSim導(dǎo)出變量7) 點(diǎn)擊，返回CarSim主界面，然后點(diǎn)擊圖2.27所示的，此時(shí)Matlab及前面所新建的空白的模型ABS.mdl

14、將被打開，如圖2.28。圖2.27 數(shù)學(xué)模型求解器圖2.28 MATLAB Command Window及ABS.mdl8）在MATLAB Command Window中鍵入simulink，回車，打開Simulink Library Browser，注意現(xiàn)在的Simulink Library Browser比單獨(dú)運(yùn)算MATLAB/Simulink時(shí)多了一個(gè)CarSim S-Function，如圖2.29所示，將拖拽到ABS.mdl里，顯示為，注意此模塊恰好有一個(gè)輸入接口和一個(gè)輸出接口，分別對(duì)應(yīng)著CarSim的導(dǎo)入變量和導(dǎo)出變量 。圖2.29 含有CarSim S-Function模

15、塊的Simulink Library Browser9) 在ABS.mdl中加入ABS控制策略，CarSim的導(dǎo)出量經(jīng)過Simulink計(jì)算，決策出各個(gè)輪缸的壓力，然后導(dǎo)入到CarSims模塊里，如圖2.30所示圖2.30 CarSim與Simulink聯(lián)合仿真的ABS控制模型10) 返回CarSim主界面，點(diǎn)擊，運(yùn)行結(jié)束后，再點(diǎn)擊，彈出ABS.mdl，如圖2.30，點(diǎn)擊模型的，即可運(yùn)行整個(gè)模型。 說明：若對(duì)CarSim軟件里的參數(shù)(車輛參數(shù)、仿真工況等)進(jìn)了修改，則要再點(diǎn)擊，運(yùn)行結(jié)束后，然后點(diǎn)擊，來重新讀入修改后的參數(shù)，最后點(diǎn)擊模型的，運(yùn)行整個(gè)模型；若只在Simulink模型里作相應(yīng)的修改，

16、不影響CarSim中的參數(shù)，直接點(diǎn)擊即可。圖2.31加入ABS控制后，車速與各輪速的關(guān)系曲線11) 觀察加入ABS控制后的車輛行駛，點(diǎn)擊，查看動(dòng)畫，如圖2.32，同樣也可點(diǎn)擊繪制曲線。圖2.32 帶有ABS控制的仿真動(dòng)畫(10) 在前述操作的基礎(chǔ)上，為了更好的顯示ABS控制效果，采用同樣車型，同樣的仿真工況，而其中一輛加入了ABS控制，另一輛不帶ABS。1) 在CarSim主界面下，點(diǎn)擊，新建一個(gè)dataset如圖2.33所示，點(diǎn)Set完成操作。圖2.33 新建No ABS Control dataset2) 取消與Simulink聯(lián)合仿真的選擇，如圖2.34，選擇No linked library。圖2.34 取消與Si