CarSim與Simulink聯合仿真設計說明

1、CarSim和Simulink的聯合仿真1軟件介紹在MATLAB中，Simulink是一個用于建模、仿真和分析動態(tài)多維系統(tǒng)的交互式工具。您可以使用Simulink提供的標準模型庫或創(chuàng)建自己的模型庫來描述、模擬、評估和優(yōu)化系統(tǒng)行為。同時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計工具。最后，除了使用Simulink進行建模和仿真之外，還可以通過與其他軟件的結合來完成更多的分析任務，比如CarSim、ADAMS、AMEsim等很多軟件。CarSim是專門為車輛動力學設計的仿真軟件。CarSim模型在計算機上運行速度比實時快3-6倍，可以模擬車輛對駕駛員、

2、路面、空氣動力輸入的響應。主要用于預測和仿真整車的操縱穩(wěn)定性、制動性、平順性、動力性和經濟性，廣泛應用于現代汽車控制系統(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，詳細定義整車各系統(tǒng)的特性參數和文檔。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、輕型多用途運輸車和SUV；可以分析車輛的動力性、燃油經濟性、操縱穩(wěn)定性、制動性能、乘坐舒適性；可以通過MATLAB、Excel等軟件進行繪制和分析。仿真結果可以以圖形曲線和三維動畫的形式觀察。包括圖形數據管理界面、車輛模型求解器、繪圖工具、三維動畫回放工具和功率譜分析模塊；程序穩(wěn)定可靠；軟件可以實時速度運行，

3、支持硬件在環(huán)，CarSim軟件可以擴展到CarSim RT，CarSim RT是實時車輛模型，提供與一些硬件實時系統(tǒng)的接口，可以聯合進行HIL仿真；先進的事件處理技術，實現復雜工況的模擬；友好的圖形用戶界面，可以快速方便地實現建模和仿真；提供各種車型的建模數據庫；可以輸出用戶自定義變量的模擬結果；可以實現與simulink的相互調用；各種模擬條件下的批量操作功能；Carsim和Simulink的聯合仿真2.1 Simulink接口1)通過Simulink將變量導入CarSim(導入變量)Simulink可以導入CarSim的變量有160多個，主要分為以下幾個部分: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向系統(tǒng)角度傳動系統(tǒng)扭矩制動扭矩和制動壓力風輸入任意力和力矩圖2.1 Carsim導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，然后導入到Simulink模型中。導入的變量將疊加在CarSim中相應的變量上。CarSim將變量導入Simulink(導出變量)導出的變量可以應用于用戶自定義的Simulink模型，CarSim可以導出多達560個變量，如車輛位置、姿態(tài)、運動變量等。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聯合仿真的示例。圖2.3簡單驅動程序模型2.2 carsim和Simul

5、ink的聯合仿真本文以CarSim提供的一個用Simulink進行聯合仿真的例子(略加修改)為例，介紹CarSim和Simulink聯合仿真的全過程。示例:汽車品牌和型號b級車，兩廂車:無ABS初始車速65公里/小時開節(jié)流閥0齒輪控制閉環(huán)四檔模式剎車2s后部緊急制動方向盤角度0度路面分離路面模擬時間10s模擬步長0.001秒注:在相同的仿真條件下選取了同型號的兩輛車，但其中一輛加入了在Simulink中建立的ABS控制器，相當于一輛車有ABS，另一輛車沒有ABS，方便比較。(1)雙擊桌面上的CarSim圖標，運行CarSim。此處選擇CarSim8.0的版本；(2)出現“選擇數據庫”對話框，如

6、圖2.4所示。選擇數據庫文件夾后，單擊“繼續(xù)使用所選數據庫”。如果你不希望這個對話框再次出現，你可以選擇左下角的下次啟動時不要顯示這個窗口。圖2.4選擇數據庫(3)然后將出現如圖2.5所示的對話框(“許可證設置”)。選擇打開CarSim主界面，如圖2.6所示；圖2.5許可設置圖2.6 CarSim主界面從圖2.6可以看出，CarSim主界面主要有三個部分:車輛參數和仿真條件的設置、數學模型求解和后處理。用戶可以根據需要修改車輛參數和設置模擬條件。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畫，繪制仿真曲線，如圖2.7所示。圖2.7模擬動畫和曲線(4)點擊創(chuàng)建一組新的數

7、據集，如圖2.8所示。在兩個文本框中輸入“Example”和“ABS ”,然后單擊“set”完成創(chuàng)建。圖2.8新數據集(5)選擇數據集下拉菜單查看區(qū)別，如圖2.9所示。圖2.9在步驟(4)中構建的數據集(6)點擊圖2.10(a)中下方的三角形，選擇相應的車型，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)點擊圖2.11所示的工作狀態(tài)，出現圖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)要創(chuàng)建新的模擬條件，請單擊，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)根據示例中的要求設置模擬條件:初始車速65km/h；節(jié)氣門開度為0；2s后部緊急制動；檔位控制采用閉環(huán)四檔模式；方向盤角度為0度；選擇對面的鋪面；設置后，如圖2.14所示。圖2.14模擬條件的設置4)設置模擬時間:在設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模擬時間設置5)選擇新創(chuàng)建的模擬條件:點擊返回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)設置模擬步長:在CarSim主界面下，點擊下拉菜單“工具”并選擇“首選項”，將出現如圖2.17所示的界面，其中紅色

9、圓角矩形框設置為“0.001s”。圖2.17設置模擬步長單擊運行數學模型。計算完成后，點擊觀看仿真動畫，看對面道路無ABS車輛緊急制動的效果，如圖2.18所示。您也可以單擊來繪制曲線。圖2.18模擬動畫顯示(9)建立CarSim和Simulink聯合仿真模型: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“鏈接到新數據集”。圖2.20鏈接到新數據集3)將彈出如圖2.21所示的對話框。在文本框中依次輸入example和ABS，點擊完成新建，如圖2.22所示。圖2.21:結合Simulink創(chuàng)建

10、一個新的數據集圖2.22選擇用于建立的“ABS”數據集4)點擊，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目錄下新建一個空白的Simulink模型，命名為ABS.mdl點擊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的導入變量:單擊圖2.25(a)所示的下方三角形，選擇I/O通道:導入，然后創(chuàng)建一個新的導入變量，如圖2.25(b

11、)和(c)所示；(一)(二)(三)圖2.25新ABS輸入點擊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導入變量定義為四個車輪的輪缸壓力，順序為: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導入變量6)定義CarSim的導出變量:與步驟5)一樣，定義CarSim的導入變量，首先創(chuàng)建一個名為ABS output的新數

12、據集。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(在汽車質心圖2.27定義CarSim導出變量7)點擊返回CarSim主界面，然后點擊，如圖2.27所示。這時會打開Matlab和新創(chuàng)建的空白模型ABS.mdl，如圖2.28所示。圖2.27數學模型求解器圖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。請注意，當前的Simulink庫瀏覽器比單獨運行MATLAB/Simulink時多了一個“carsims-function ”,如圖2.29所示。拖放到ABS.mdl中，會顯示為，注意這個模塊只有一個輸入接口和一個輸出接口，分別對應CarSim的導入變量和導出變量。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計算CarSim的輸出量，確定各輪缸壓力，然后導入car sim模塊，如圖2.30所示。圖2.30 Carsi

14、m和Simulink聯合仿真的ABS控制模型10)返回CarSim主界面，點擊，運行后再次點擊，會彈出ABS.mdl，如圖2.30所示。點擊模型運行整個模型。注意:如果CarSim軟件中的參數(車輛參數、模擬條件等。)被修改，再次點擊。運行后，再次點擊重新讀取修改后的參數。最后，點擊模型來運行整個模型。如果只是在Simulink模型中做了相應的修改，不影響CarSim中的參數，點擊即可。圖2.31增加ABS控制后車速與輪速的關系曲線11)觀察加入ABS控制后的車輛行駛，點擊查看動畫，如圖2.32，或點擊繪制曲線。圖2.32帶ABS控制的模擬動畫(10)在前述操作的基礎上，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，其中一個增加了ABS控制，另一個沒有ABS。1)在CarSim主界面下，點擊新建一個數據集，如圖2.33所示，點擊“設置”完成操作。圖2.33新的無ABS控制數據集2)取消與Simulink的聯合仿真，如圖2.34所示，選擇“無鏈接庫”。圖2.34用Simulink取消聯合仿真3)選擇C