完整版CarSimSimulink联合仿真.docx
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完整版CarSimSimulink联合仿真
CarSim 与 Simulink 联合仿真
1 软件介绍
在 MATLAB 中,Simulink 是用来建模、仿真和分析动态多维系统的交互工具。
可以使
用 Simulink 提供的标准模型库或者自行创建模型库,描述、模拟、评价和精化系统行为,
同时,Simulink 和 MATLAB 之间的联系十分便捷,可以使用一个灵活的操作系和应用广泛
的分析和设计工具。
最后,除了可以使用 Simulink 建模和仿真之外,还可以通过其他软件
联合来完成更多的分析任务,如 CarSim、ADAMS、AMEsim 等许多软件。
CarSim 是专门针对车辆动力学的仿真软件,CarSim 模型在计算机上运行的速度比实时
快 3-6 倍,可以仿真车辆对驾驶员,路面及空气动力学输入的响应,主要用来预测和仿真汽
车整车的操纵稳定性、制动性、平顺性、动力性和经济性,同时被广泛地应用于现代汽车控
制系统的开发。
CarSim 可以方便灵活的定义试验环境和试验过程,详细的定义整车各系统
的特性参数和特性文件。
CarSim 软件的主要功能如下:
●适用于以下车型的建模仿真:
轿车、轻型货车、轻型多用途运输车及 SUV;
●可分析车辆的动力性、燃油经济性、操纵稳定性、制动性及平顺性;
●可以通过软件如 MATLAB,Excel 等进行绘图和分析;
●可以图形曲线及三维动画形式观察仿真的结果;
●包括图形化数据管理界面,车辆模型求解器,绘图工具,三维动画回放工具,功率
谱分析模块;
●程序稳定可靠;
●软件可以实时的速度运行,支持硬件在环, CarSim 软件可以扩展为 CarSim RT,
CarSim RT 是实时车辆模型,提供与一些硬件实时系统的接口,可联合进行 HIL
仿真;
●先进的事件处理技术,实现复杂工况的仿真;
●友好的图形用户界面,可快速方便实现建模仿真;
●提供多种车型的建模数据库;
●可实现用户自定义变量的仿真结果输出;
●可实现与 simulink 的相互调用;
●多种仿真工况的批运行功能;
2 CarSim 与 Simulink 联合仿真
2.1 Simulink 接口
1) 变量由 Simulink 导入 CarSim(导入变量)
可由 Simulink 导入到 CarSim 中的变量可达 160 多个,主要分为以下几部分:
⏹控制输入
⏹轮胎/路面输入
⏹轮胎的力和力矩
⏹弹簧及阻尼力
⏹转向系统的角度
⏹传动系的力矩
⏹制动力矩及制动压力
⏹风的输入
⏹任意的力和力矩图 2.1 CarSim 导入变量分类
我们可以在 Simulink 中定义变量,也可以在其他软件中定义并导入 Simulink 模型中,
导入的变量将叠加到 CarSim 内部相应的变量中。
2)变量由 CarSim 导入 Simulink(导出变量)
导出变量可以应用于用户自定义的 Simulink 模型,CarSim 的导出变量多达 560 之多,
如车辆的位置、姿态、运动变量等。
图 2.2 CarSim 导出变量分类
图 2.3 为 CarSim 软件所提供的一个 CarSim 与 Simulink 联合仿真的例子
图 2.3 简单驾驶员模型
2.2 CarSim 与 Simulink 联合仿真
以 CarSim 中所提供的与 Simulink 联合仿真的一个例子为例(稍有修改),来介绍 CarSim
与 Simulink 联合仿真的整个过程。
例:
车型
初始车速
节气门开度
档位控制
制动
方向盘转角
路面
仿真时间
仿真步长
B-class,Hatchback:
No ABS
65km/h
0
闭环四档模式
2s 后紧急制动
0deg
对开路面
10s
0.001s
说明:
选用同一车型的两辆汽车,同样的仿真工况,但其中一辆加入在 Simulink 中建立的
ABS 控制器,相当于一辆汽车带有 ABS,而另一辆汽车没有带 ABS,方便对比。
(1) 双击桌面上 CarSim 的图标,运行 CarSim,这里选用是的 CarSim8.0 版本;
(2) 出现‘选择数据库’对话框,如图2.4 所示,选择好数据库文件夹后点击‘Continue
with the selected database’,若想要不再出现此对话框,可以将左下角‘Don't show this window
the next time you start’选中;
图 2.4 选择数据库
(3) 然后将会出现如图 2.5 所示的对话框(‘许可设置’),选择‘Select’,即可打开 CarSim
的主界面,如图 2.6 所示;
图 2.5 许可设置
图 2.6 CarSim 主界面
由图 2.6 可以看到在 CarSim 主界面中,主要有三大部分:
车辆参数及仿真工况的设置、
数学模型求解、后处理。
用户可以修改车辆参数,根据需要来设置仿真工况,图2.6 中所示
为双移线仿真工况。
在后处理部分,可以显示模型的仿真动画及绘制仿真曲线,如图 2.7。
图 2.7 仿真动画与曲线
(4) 点击,来新建一组 dataset,如图 2.8,在两个文本框中分别输入 'Example'和
'ABS',然后点击'set',以完成新建。
图 2.8 新建 dataset
(5) 选择'datasets'下拉菜单,看有何不同,如图 2.9。
图 2.9 第(4)步中所建的 dataset
(6) 点击图 2.10(a)中的下三角,选择相应的车型,如图 2.10(b)。
(a)(b)
图 2.10 选择车型
(7)新建一个所要求的仿真工况:
1)点击图 2.11 中所示的工况,如图 2.12 所示。
图 2.11 120km/h 双移线仿真工况
图 2.12 120km/h 双移线仿真工况的主界面
2) 新建仿真工况,点击,在图 2.13 中的文本框中依次输入‘ABS Example ’和
‘Split Mu’,点击‘Set’完成新建。
图 2.13 新建仿真工况
3) 根据例子中的要求设置仿真工况:
●初始车速为 65km/h;
●节气门开度为 0;
●2s 后紧急制动;
●档位控制选用闭环四档模式;
●方向盘转角为 0deg;
●路面选择对开路面;
完成设置后,如图 2.14 所示。
图 2.14 仿真工况设置
4) 设置仿真时间:
同样在设置仿真工况的主界面里,在如图 2.15 所示的文本框内输入‘10’。
图 2.15 仿真时间设置
5) 选择前面新建的仿真工况:
点击,返回 CarSim 的主界面,选择前面新建的‘Split Mu’工况,如图 2.16。
图 2.16 选择仿真工况
6) 设置仿真步长:
在 CarSim 主界面下,点击下拉菜单‘Tools’,选择‘Preferences’,出现如图 2.17 的
界面,在图中红色圆角矩形框内,将仿真步长设为‘0.001s’。
图 2.17 设置仿真步长
(8)点击运行数学模型,计算结束后,点击,
观看仿真动画,看一下无 ABS 车辆在对开路面上紧急制动的效果,如图2.18 所示,也
可以点击来绘制曲线。
图 2.18 仿真动画显示
(9) 建立 CarSim 与 Simulink 联合仿真的模型:
1) 点击如图 2.19 所示的下三角,选择‘Models:
Simulink’。
图 2.19 选择 Simulink 接口
2)点击如图 2.20 所示的下三角,选择‘[Link to New Dataset]’。
图 2.20 Link to New Dataset
3) 此时将弹出一个如图 2.21 所示的对话框,在文本框中依次输入‘Example’和‘ABS’,
点击完成新建,如图 2.22。
图 2.21 新建一个与 Simulink 联合的 Dataset
图 2.22 选择建立的‘ABS’dataset
4)点击, 如图 2.24 所示,
注意到:
①浏览工作路径:
在这里选择 D:
\Program Files\CarsimData;
②Simulink Model 的路径:
在 D:
\Program Files\CarsimData\Extensions\Simulink
目录下新建一个空白的 Simulink Model,命名为 ABS.mdl。
点击
所示
浏览 ABS.mdl,如图 2.23
图 2.23 选择路径
图 2.24 Simulink {Example}ABS 的主界面
5) 定义 CarSim 的导入变量:
点击如图 2.25(a)所示的下三角,选择‘I/O Channels:
Import’,然后按图 2.25(b)、(c)
新建导入变量;
(a)
(b)
(c)
图 2.25 新建 ABS input
点击,显示如图 2.26,这里需要浏览
找到 Readme file for output,这里为 Programs\solvers\ReadMe\i_i_imports_tab.txt。
定义 CarSim
导入变量为 4 个车轮的轮缸压力,顺序依次为:
IMP_PBK_L1(左前轮缸压力 [MPa])、
IMP_PBK_R1(右前轮缸压力[MPa])、IMP_PBK_L2(左后轮缸压力[MPa])、IMP_PBK_R2(右
后轮缸压力[MPa]),记下导入顺序。
图 2.26 定义 CarSim 导入变量
6)定义 CarSim 的导出变量:
步骤同 5) 定义 CarSim 的导入变量相同,首先新建名为 ABS output 的一个 dataset。
点
击,弹出如图 2.27 所示的界面,这里需要浏览找到
Readme file for output ,这里为 Programs\solvers\ReadMe\i_i_outputs_tab.txt。
定义 CarSim 的
导出变量依次为:
Vx_L1(左前轮速 [km/h])、 Vx_R1( 右前轮速 [km/h])、 Vx_L2( 左后轮速
[km/h])、Vx_R2(左前轮速[km/h])、Vx_SM(汽车质心处的速度[km/h])、Pbk_Con(主缸压力的
控制输入[MPa]),记下导出顺序。
图 2.27 定义 CarSim 导出变量
7) 点击,返回 CarSim 主界面,然后点击图 2.27 所示的,此
时 Matlab 及前面所新建的空白的模型 ABS.mdl 将被打开,如图 2.28。
图 2.27 数学模型求解器
图 2.28 MATLAB Command Window 及 ABS.mdl
8)在 MATLAB Command Window 中键入 simulink,回车,打开 Simulink Library
Browser,注意现在的 Simulink Library Browser 比单独运算 MATLAB/Simulink 时多了一个
‘CarSim S-Function’,如图 2.29 所示,将拖拽到 ABS.mdl 里,显示为
,注意此模块恰好有一个输入接口和一个输出接口,分别对应着CarSim 的导入
变量和导出变量 。
图 2.29 含有 CarSim S-Function 模块的 Simulink Library Browser
9) 在 ABS.mdl 中加入 ABS 控制策略,CarSim 的导出量经过 Simulink 计算,决策出各
个轮缸的压力,然后导入到 CarSims 模块里,如图 2.30 所示
图 2.30 CarSim 与 Simulink 联合仿真的 ABS 控制模型
10) 返回 CarSim 主界面,点击
弹出 ABS.mdl,如图 2.30,点击模型的
,运行结束后,再点击
,即可运行整个模型。
,
说明:
若对 CarSim 软件里的参数 (车辆参数、仿真工况等 )进了修改,则要再点击
,运行结束后,然后点击
,来重新读入修改后的参数,最后
点击模型的
,运行整个模型;若只在 Simulink 模型里作相应的修改,不影响 CarSim 中的
参数,直接点击
即可。
图 2.31 加入 ABS 控制后,车速与各轮速的关系曲线
11) 观察加入 ABS 控制后的车辆行驶,点击
同样也可点击绘制曲线。
,查看动画,如图 2.32,
图 2.32 带有 ABS 控制的仿真动画
(10) 在前述操作的基础上,为了更好的显示 ABS 控制效果,采用同样车型,同样的仿
真工况,而其中一辆加入了 ABS 控制,另一辆不带 ABS。
1) 在 CarSim 主界面下,点击
操作。
,新建一个 dataset 如图 2.33 所示,点‘Set’完成
图 2.33 新建 No ABS Control dataset
2) 取消与 Simulink 联合仿真的选择,如图 2.34,选择‘[No linked library]’。
图 2.34 取消与 Simulink 联合仿真
3) 选择 CarSim 主界面右下方的,选择前面所
建立的 dataset,如图 2.35,完成操作后,点击该处的,弹出 ABS 的 CarSim 的主界
图 2.35 选择 dataset
4)完成上面 3)操作后,点击该处的,弹出 ABS
的 CarSim 的主界面,同样按上面 3)操作方法,选择在 1)所建的‘No ABS Control’。
在主界
面右上角,选中
5)点击主界面上的
,并设置为红色;
,运行模型,结束后,点击 ,
查看仿真动画,如图 2.36 所示,其中红色车辆为不带 ABS 控制的车辆。
图 2.36 有无 ABS 控制的对比
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