CarSim與Simulink聯(lián)合仿真設(shè)計(jì)說明

1、CarSim和Simulink的聯(lián)合仿真1軟件介紹在MATLAB中，Simulink是一個(gè)用于建模、仿真和分析動(dòng)態(tài)多維系統(tǒng)的交互式工具。您可以使用Simulink提供的標(biāo)準(zhǔn)模型庫或創(chuàng)建自己的模型庫來描述、模擬、評(píng)估和優(yōu)化系統(tǒng)行為。同時(shí)Simulink和MATLAB的連接非常方便，可以使用靈活的操作系統(tǒng)和廣泛使用的分析設(shè)計(jì)工具。最后，除了使用Simulink進(jìn)行建模和仿真之外，還可以通過與其他軟件的結(jié)合來完成更多的分析任務(wù)，比如CarSim、ADAMS、AMEsim等很多軟件。CarSim是專門為車輛動(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì)的仿真軟件。CarSim模型在計(jì)算機(jī)上運(yùn)行速度比實(shí)時(shí)快3-6倍，可以模擬車輛對(duì)駕駛員、

2、路面、空氣動(dòng)力輸入的響應(yīng)。主要用于預(yù)測和仿真整車的操縱穩(wěn)定性、制動(dòng)性、平順性、動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性，廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代汽車控制系統(tǒng)的開發(fā)。CarSim可以方便靈活地定義測試環(huán)境和測試流程，詳細(xì)定義整車各系統(tǒng)的特性參數(shù)和文檔。CarSim軟件的主要功能如下:適用于以下車輛的建模與仿真:轎車、輕型卡車、輕型多用途運(yùn)輸車和SUV；可以分析車輛的動(dòng)力性、燃油經(jīng)濟(jì)性、操縱穩(wěn)定性、制動(dòng)性能、乘坐舒適性；可以通過MATLAB、Excel等軟件進(jìn)行繪制和分析。仿真結(jié)果可以以圖形曲線和三維動(dòng)畫的形式觀察。包括圖形數(shù)據(jù)管理界面、車輛模型求解器、繪圖工具、三維動(dòng)畫回放工具和功率譜分析模塊；程序穩(wěn)定可靠；軟件可以實(shí)時(shí)速度運(yùn)行，

3、支持硬件在環(huán)，CarSim軟件可以擴(kuò)展到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，可以聯(lián)合進(jìn)行HIL仿真；先進(jìn)的事件處理技術(shù)，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜工況的模擬；友好的圖形用戶界面，可以快速方便地實(shí)現(xiàn)建模和仿真；提供各種車型的建模數(shù)據(jù)庫；可以輸出用戶自定義變量的模擬結(jié)果；可以實(shí)現(xiàn)與simulink的相互調(diào)用；各種模擬條件下的批量操作功能；Carsim和Simulink的聯(lián)合仿真2.1 Simulink接口1)通過Simulink將變量導(dǎo)入CarSim(導(dǎo)入變量)Simulink可以導(dǎo)入CarSim的變量有160多個(gè)，主要分為以下幾個(gè)部分:控制輸入輪胎/路面輸入輪胎的力

4、和扭矩彈簧和阻尼力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)角度傳動(dòng)系統(tǒng)扭矩制動(dòng)扭矩和制動(dòng)壓力風(fēng)輸入任意力和力矩圖2.1 Carsim導(dǎo)入變量的分類我們可以在Simulink中定義變量，也可以在其他軟件中定義，然后導(dǎo)入到Simulink模型中。導(dǎo)入的變量將疊加在CarSim中相應(yīng)的變量上。CarSim將變量導(dǎo)入Simulink(導(dǎo)出變量)導(dǎo)出的變量可以應(yīng)用于用戶自定義的Simulink模型，CarSim可以導(dǎo)出多達(dá)560個(gè)變量，如車輛位置、姿態(tài)、運(yùn)動(dòng)變量等。圖2.2 CARSIM出口變量分類圖2.3顯示了CarSim軟件提供的CarSim和Simulink聯(lián)合仿真的示例。圖2.3簡單驅(qū)動(dòng)程序模型2.2 carsim和Simul

5、ink的聯(lián)合仿真本文以CarSim提供的一個(gè)用Simulink進(jìn)行聯(lián)合仿真的例子(略加修改)為例，介紹CarSim和Simulink聯(lián)合仿真的全過程。示例:汽車品牌和型號(hào)b級(jí)車，兩廂車:無ABS初始車速65公里/小時(shí)開節(jié)流閥0齒輪控制閉環(huán)四檔模式剎車2s后部緊急制動(dòng)方向盤角度0度路面分離路面模擬時(shí)間10s模擬步長0.001秒注:在相同的仿真條件下選取了同型號(hào)的兩輛車，但其中一輛加入了在Simulink中建立的ABS控制器，相當(dāng)于一輛車有ABS，另一輛車沒有ABS，方便比較。(1)雙擊桌面上的CarSim圖標(biāo)，運(yùn)行CarSim。此處選擇CarSim8.0的版本；(2)出現(xiàn)“選擇數(shù)據(jù)庫”對(duì)話框，如

6、圖2.4所示。選擇數(shù)據(jù)庫文件夾后，單擊“繼續(xù)使用所選數(shù)據(jù)庫”。如果你不希望這個(gè)對(duì)話框再次出現(xiàn)，你可以選擇左下角的下次啟動(dòng)時(shí)不要顯示這個(gè)窗口。圖2.4選擇數(shù)據(jù)庫(3)然后將出現(xiàn)如圖2.5所示的對(duì)話框(“許可證設(shè)置”)。選擇打開CarSim主界面，如圖2.6所示；圖2.5許可設(shè)置圖2.6 CarSim主界面從圖2.6可以看出，CarSim主界面主要有三個(gè)部分:車輛參數(shù)和仿真條件的設(shè)置、數(shù)學(xué)模型求解和后處理。用戶可以根據(jù)需要修改車輛參數(shù)和設(shè)置模擬條件。圖2.6顯示了雙車道變換的模擬條件。在后處理部分，可以顯示模型的仿真動(dòng)畫，繪制仿真曲線，如圖2.7所示。圖2.7模擬動(dòng)畫和曲線(4)點(diǎn)擊創(chuàng)建一組新的數(shù)

7、據(jù)集，如圖2.8所示。在兩個(gè)文本框中輸入“Example”和“ABS ”,然后單擊“set”完成創(chuàng)建。圖2.8新數(shù)據(jù)集(5)選擇數(shù)據(jù)集下拉菜單查看區(qū)別，如圖2.9所示。圖2.9在步驟(4)中構(gòu)建的數(shù)據(jù)集(6)點(diǎn)擊圖2.10(a)中下方的三角形，選擇相應(yīng)的車型，如圖2.10(b)所示。(a) (b)圖2.10選擇車輛類型(7)創(chuàng)建新的所需模擬條件:1)點(diǎn)擊圖2.11所示的工作狀態(tài)，出現(xiàn)圖2.12。圖2.11 120km/h雙線平移模擬工況圖2.12 120km/h雙線平移模擬工況主界面2)要?jiǎng)?chuàng)建新的模擬條件，請(qǐng)單擊，在圖2.13的文本框中輸入“ABS Example”和“Split Mu”，然后

8、單擊“Set”完成創(chuàng)建。圖2.13新的模擬條件3)根據(jù)示例中的要求設(shè)置模擬條件:初始車速65km/h；節(jié)氣門開度為0；2s后部緊急制動(dòng)；檔位控制采用閉環(huán)四檔模式；方向盤角度為0度；選擇對(duì)面的鋪面；設(shè)置后，如圖2.14所示。圖2.14模擬條件的設(shè)置4)設(shè)置模擬時(shí)間:在設(shè)置模擬條件的主界面中，在文本框中輸入“10”，如圖2.15所示。圖2.15模擬時(shí)間設(shè)置5)選擇新創(chuàng)建的模擬條件:點(diǎn)擊返回CarSim主界面，選擇新創(chuàng)建的“拆分管理單元”工況，如圖2.16所示。圖2.16選擇模擬條件6)設(shè)置模擬步長:在CarSim主界面下，點(diǎn)擊下拉菜單“工具”并選擇“首選項(xiàng)”，將出現(xiàn)如圖2.17所示的界面，其中紅色

9、圓角矩形框設(shè)置為“0.001s”。圖2.17設(shè)置模擬步長單擊運(yùn)行數(shù)學(xué)模型。計(jì)算完成后，點(diǎn)擊觀看仿真動(dòng)畫，看對(duì)面道路無ABS車輛緊急制動(dòng)的效果，如圖2.18所示。您也可以單擊來繪制曲線。圖2.18模擬動(dòng)畫顯示(9)建立CarSim和Simulink聯(lián)合仿真模型:1)單擊圖2.19所示的下方三角形，并選擇“模型:Simulink”。圖2.19選擇Simulink界面2)如圖2.20所示，單擊下方的三角形，并選擇“鏈接到新數(shù)據(jù)集”。圖2.20鏈接到新數(shù)據(jù)集3)將彈出如圖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所示。圖2.21:結(jié)合Simulink創(chuàng)建

10、一個(gè)新的數(shù)據(jù)集圖2.22選擇用于建立的“ABS”數(shù)據(jù)集4)點(diǎn)擊，如圖2.24所示，注意:瀏覽工作路徑:選擇D: D: Program Files carsim data；這里；Simulink模型路徑:在d: program files carsim data extensions Simulink目錄下新建一個(gè)空白的Simulink模型，命名為ABS.mdl點(diǎn)擊ABS.mdl，如圖2.23所示。圖2.23選擇路徑圖2.24 Simulink 示例 ABS主界面5)定義CarSim的導(dǎo)入變量:單擊圖2.25(a)所示的下方三角形，選擇I/O通道:導(dǎo)入，然后創(chuàng)建一個(gè)新的導(dǎo)入變量，如圖2.25(b

11、)和(c)所示；(一)(二)(三)圖2.25新ABS輸入點(diǎn)擊PBK，如圖2.26所示，需要瀏覽找到輸出的自述文件，該文件為programs solvers Readme I _ I _ imports _ tab . txt . CarSim導(dǎo)入變量定義為四個(gè)車輪的輪缸壓力，順序?yàn)?IMP _ _ 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)圖2.26定義CarSim導(dǎo)入變量6)定義CarSim的導(dǎo)出變量:與步驟5)一樣，定義CarSim的導(dǎo)入變量，首先創(chuàng)建一個(gè)名為ABS output的新數(shù)

12、據(jù)集。單擊，彈出如圖2.27所示的界面。這里需要瀏覽找到輸出的自述文件，為programs solvers Readme I _ I _ outputs _ tab . txt定義CarSim的輸出變量有Vx_L1(左前輪速度km/h)、Vx_R1(右前輪速度km/h)、Vx_L2(左后輪速度km/h)、Vx_R2(左前輪速度km/h)、Vx_SM(在汽車質(zhì)心圖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，如圖2.27所示。這時(shí)會(huì)打開Matlab和新創(chuàng)建的空白模型ABS.mdl，如圖2.28所示。圖2.27數(shù)學(xué)模型求解器圖2.28 MATLAB命令窗口和ABS.md

13、l8)在MATLAB命令窗口中鍵入simulink，然后按enter打開Simulink庫瀏覽器。請(qǐng)注意，當(dāng)前的Simulink庫瀏覽器比單獨(dú)運(yùn)行MATLAB/Simulink時(shí)多了一個(gè)“carsims-function ”,如圖2.29所示。拖放到ABS.mdl中，會(huì)顯示為，注意這個(gè)模塊只有一個(gè)輸入接口和一個(gè)輸出接口，分別對(duì)應(yīng)CarSim的導(dǎo)入變量和導(dǎo)出變量。圖2.29帶有CarSim S功能模塊的Simulink庫瀏覽器9)在ABS.mdl中加入ABS控制策略，通過Simulink計(jì)算CarSim的輸出量，確定各輪缸壓力，然后導(dǎo)入car sim模塊，如圖2.30所示。圖2.30 Carsi

14、m和Simulink聯(lián)合仿真的ABS控制模型10)返回CarSim主界面，點(diǎn)擊，運(yùn)行后再次點(diǎn)擊，會(huì)彈出ABS.mdl，如圖2.30所示。點(diǎn)擊模型運(yùn)行整個(gè)模型。注意:如果CarSim軟件中的參數(shù)(車輛參數(shù)、模擬條件等。)被修改，再次點(diǎn)擊。運(yùn)行后，再次點(diǎn)擊重新讀取修改后的參數(shù)。最后，點(diǎn)擊模型來運(yùn)行整個(gè)模型。如果只是在Simulink模型中做了相應(yīng)的修改，不影響CarSim中的參數(shù)，點(diǎn)擊即可。圖2.31增加ABS控制后車速與輪速的關(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，或點(diǎn)擊繪制曲線。圖2.32帶ABS控制的模擬動(dòng)畫(10)在前述操作的基礎(chǔ)上，為了更好地展示ABS控制效果，采用相同的車型和相同的模擬條件，其中一個(gè)增加了ABS控制，另一個(gè)沒有ABS。1)在CarSim主界面下，點(diǎn)擊新建一個(gè)數(shù)據(jù)集，如圖2.33所示，點(diǎn)擊“設(shè)置”完成操作。圖2.33新的無ABS控制數(shù)據(jù)集2)取消與Simulink的聯(lián)合仿真，如圖2.34所示，選擇“無鏈接庫”。圖2.34用Simulink取消聯(lián)合仿真3)選擇C