CarSimSimulink联合仿真

1、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，

2、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

3、；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

4、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CulHguritfESEleici by lype 航匚痴0逾驰匿jAuxiltaiy variablesSrakssDriver p review poimsPnweriramRoadSpeed 匚口 ntrollerSprung massSteeringSuapensionrsTines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 CarSi

5、m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。CategoriesSelect by type of cornponerrtAerodynamics Auxiliary variables Axles Brakes Camera Chiassis motion Driver modelDriver preview points External actions GroundInEtruments Powertrain Road Sensors Shadow Steering Sus

6、pensions Time Tires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：(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

7、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；车型B-class, Hatchback:No ABS初始车速65km/h节气门开度0档位控制闭环四档模式制动2s后紧急制动方向盘转角0deg路面对开路面仿真时间10s仿真步长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。图2.5许可设置图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Se

8、lect'，即可打开CarSim的主界面，如图2.6所示；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)点击恤神，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。TitteJABSCotegory Exam

9、pleSet No ChangeThe oj rrerrt catego ry end trti e for (his date set ere s hown m th e wi ndow title bar. Th e screen will be I odted except for the controls in this ponel untl you dick a birtlon (Selor No Change).图 2.8 新建 dataset(5)选择'datasets下拉菜单，看有何不同，如图 2.9。Preceding Dat日巽tNext Datasetari+Up

10、Ctrl <« Down . Quick Start Guide ExampleT CS &0 COSIN t FTirep* CS &0 Encrypted Parsfilesa* CS 8.0 Live Animator and Plotter* CS 8.0 Motfan Ration from Tables CS 8.0 New vehicle shapes, CS 8,0 Road Roughness* CS &0 Traffic and Sensora* C5 &.0 Variable Width RmckAero EffectsAn

11、imator FeaturesBrake TestingData ConversionEvnt-Driven TkI?ExampleExtended ModelsExternal Control of Runs*Handling TestingK & C TestLabVIEWPowertrial nReference Pol恤，Accel and Rate Sensors*Ride TestingSimulinkpStability TestingSteering TestingSuspensiorii Testing 图2.9第(4)步中所建的dataset(6)点击图2.10(a

12、)中的下三角，选择相应的车型，如图 2.10(b)。No Datasl |Copy and Link Dataset CS A-ClassB ClaesC5 c-dass CS ID-ClassCS lE-dassCS European Van CS F-d*U C5 F3 CEGTC£ HMMWVCS Wckijp, tompHdC& 咆加白 Full &ll«C5； SUV, Fulll size CS 沁ck CarCS Ttirw-Mieeledl VehicleCS Tractor c§ Utility Truck(a)(b)Vehicl

13、e & Procedure V骊 d 白 coiMiguratiQn: lndnd OCIosi Hatchback4E)Hartchback/ H#t-ehback N& AB& 日部.Hatchback： Twist Beatn 日-匚I日s% Sports CarB-Class. Sports Car Driwr's View!Sports Car (H»rd Top B-tliss. Sports Gar W Chassis Flex B-Classa Sports Cr vtf Encrypted Tire 0-das Sports Car

14、Yaw CH. Drff.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。Procedure2.11 120km/h号 Prgdyg I Hani图2.12 120km/h双移线仿真工况的主界面2）新建仿真工况，点击岫，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。:Tit c: i Split M jCategory: AGS Example四口 ChangeThe cu rrenl catega ly end trtl e far Ihi data sei

15、: are s hawn in 1he wi ndnw tMe bar Th e screen will be locked except for the controls in Ehim panel until you dick.曰 butlon (Sei ar No Change).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。Driver ControlsIniliai spaed, open-loop itirotUe一6

16、5krm/hNo Throttle-吕 raking: Brake conirobSpike Eraking of 15mPa 2 sec.Shifting conuol: Closed-Jo op shift controlAT4lh MadeESteering' Open-loop steer cantrdNa SleerFAdditional DataWise.; Generic group2 Axle - Fx.成 FzMi sc. 3D roadSplit muEMi sc.Mi sc.Wise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2.1

17、5所示的文本框内输入10'。Start and Stop ConditionsISlop run a1 spBcih«dTima (sec) Road slaiion (m)Start:0a一鱼EIDRoad hiwnrd二 Spscrty inilialijalion deiails?图2.15仿真时间设置5）选择前面新建的仿真工况：会点击Home,返回CarSim的主界面，选择前面新建的 Split Mu '工况，如图2.16。Vehicle & ProcedureVehide configkiraJion IndjndB-daes. Hatchback:

18、 hlo ABSProcedure/Split Mu卜Nd Dataset匚 制亟也哗LQP亟EQ 顼姬S史旦丽Copy and Link DatasetABS Example。Split MuAccel and Brake Testing*Driver Comrok*DrivingEverrt Triggered TestsExtendedHandling Testing*Ride T&sts，Sensors and TrafficStability TestingTest Rig$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

19、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 Eun Math Model运行数学模型，计算结束后，点击-nimate,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EIW 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:SimulinkRun Control: Built-In SolversRun Math ModelWrite dll ava

20、ilable outputsNo linked libra 17Models: Self-Contained SolversModels SimulinkOutput variabies:Modak: Transfer to Local Windows DI recto n,1Model?： Transfer to RT-lb TargetModels: Transfer to dSPACE TargetModels: Transfer to Target by FTPModels： ETAS AS GETMod白Is: LabvJEW for Windows (VljModels Trans

21、fer to LabVIEW RT Target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'。Run Control: Built-In SolversRun Math Model I 姻球No dataset selected。No Dataset(Link to New Dau set ABS Contrail胡r Active Suspension blor tireBrake Cont uvith Moving Otyerts (2 Sensor)Brake Cont with Moving

22、Objetts (CS8) Brake Control with Moving Object Cuitorn Steer 救FunctionDriver Model (CS8) External Springs Four Wheel Steering System Hitch ControllerType A ABS Controller Type B ABS Controller vedyn« vniodl?Adaptive cruise control ESC EKsrnpleExternal Powertrain图 2.20 Link to New Dataset3)此时将弹出

23、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Copy and Link完成新建，如图2.22。图2.21新建一个与 Simulink联合的 DatasetRun Control with SimulinkRun Now | Wend to Simulink -8眠AB8卜(No DatasetCopy and Link DatasetABS ControllerActive Suspension blow tireBrake ConL with Moving Objects (2 Sensors)Brake Cart, with Moving objec

24、ts (CSE)Erake Control with Moving ObjectCustom Steer S-FunctionDriver Mod© C$8JEKtmal SpringsFour Wheel Steering SystemHitch ControllerType A AB$ CarUrollerType B ABS Controllervedynavmodl?Adaptive cruise controlkESC>Example*ABSExternal Powertrain图2.22选择建立的ABS' dataset4)点击袂I,如图2.24所示，注意到

25、：浏览工作路径：在这里选择D:Program FilesCarsimData ; Simulink Model 的路径：在 D:Program FilesCarsimDataExtensionsSimulink 目录下新建一个空白的Simulink Model，命名为 ABS.mdl。点击 I浏览ABS.mdl ,如图2.23所示Dogrom FilesCBreiniDadH- J iSimuknk Model: D：y=>ragram Fiil0sCarsimDBita)ExiensiDnrsySimulinkWBS.rncll_|Working directoryFor 64-bit

26、 Windows OS: Uae 32-bh Mectiab :I I Specily sNsmafrv* VS solver DLL Illes图2.23选择路径3 Idonii Sanulink working directory I Sei iiinehere图 2.24 Simulink (ExampleABS 的主界面5)定义CarSim的导入变量：2.25(b)、(c)点击如图2.25(a)所示的下三角，选择I/O Channels:Import然后按图 新建导入变量；No linked libraryExternal PARSHLEG$nerfc Data GroupGeneri

27、c 口日怕 ListsGeneric VS Commands/O Channel s.- import(a)# ir*o oatasi|Li激 IpIDffeer ten portHrtch tontrollof陌darMM Cfisslng lr*n|»rt 正&8)Hadar Actw? Crwsing ImportExt Sen JBrkin ImpdtlSES<W-Rle/VB WrapperiPoertraln SmparhSteering and 的甲mports bhw Hire(b)（c）图 2.25 新建 ABS input点击ABS mpu'

28、E .显示如图2.26,这里需要浏览找至U Readme file for output，这里为 ProgramssolversReadMei_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datase

29、t。点击咱'叫网 ，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 ProgramssolversReadMei_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）点击枷傩,返回CarSim主界面，然后点击图2.27 所示的河d to Simulmk

30、时Matlab及前面所新建的空白的模型 ABS.mdl将被打开，如图2.28。Run Control with SimulinkBun Now Send to SimulinkModEs：ABS.Wkite all available outputsOutput variabJes;图2.27数学模型求解器la gpl* RkfcjirlMl. «hh 吐.Ehvwp： hplpiidh9 hPlpriPRiha »r d*i F<rlA4DK4WCi«flr 4>lslt MW-IMtnWFIIS . C«H.图 2.28 MATLAB C

31、ommand Window 及 ABS.mdl8）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u ,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 Brow

32、ser9）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Bun临，运行结束后，再点击Send to Simulink , 弹出ABS.mdl，如图2.30，点击模型的，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 Run Now，运行结束后，然后点击nd to Simulink ,来重新读入修改后的参数，最后点击模型的,运行整个

33、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Animate,查看动画，如图 2.32,同样也可点击Plot绘制曲线。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。_人_-1)在CarSim王界面下，点击 心，新建一个dataset如图2.33所小，点 Set元成 操作。Cdeggiy Example| t |No ABS C

34、Dnlro)|Nd ChangeTh e curre nl cialegory an d iille for this data set are sh own m ttie wi nduw Me bar. The screen will be locks d excepi lor the cnnfrols m this pane I until you dick a button (Sei or N Change).图 2.33 新建 No ABS Control dataset2)取消与Simulink联合仿真的选择，如图 2.34,选择'No linked library'

35、。Run Control with SimulinkBun Now Send to SimulinkModels. ASS(No linked EbraiyModels； Setf-Contained SolversWrHe- all available outouts皿 m .。Models! Simulink0input w&nebles.Models： Transfer to Local Endows DirectoryModels: Transfer to RT-Lab TargetModels； Transfer to d&PACE TargetModels! Transfer to Target by FTPModels； ETAS ASCETModels: LabvlEW for Windows(vlModels； Transfer to LabVIEW RT Tergel图2.34取消与Simulink联合仿真3)选择CarSim主界面右下方的口虱目匝云宜远亟还回还亟,选择前面所建立的dataset,如图2.35,完成操作后