CarSim与Simulink联合仿真设计说明

1、CarSim和Simulink的联合仿真1软件介绍在MATLAB中，Simulink是一个用于建模、仿真和分析动态多维系统的交互式工具。您可以使用Simulink提供的标准模型库或创建自己的模型库来描述、模拟、评估和优化系统行为。同时Simulink和MATLAB的连接非常方便，可以使用灵活的操作系统和广泛使用的分析设计工具。最后，除了使用Simulink进行建模和仿真之外，还可以通过与其他软件的结合来完成更多的分析任务，比如CarSim、ADAMS、AMEsim等很多软件。CarSim是专门为车辆动力学设计的仿真软件。CarSim模型在计算机上运行速度比实时快3-6倍，可以模拟车辆对驾驶员、

2、路面、空气动力输入的响应。主要用于预测和仿真整车的操纵稳定性、制动性、平顺性、动力性和经济性，广泛应用于现代汽车控制系统的开发。CarSim可以方便灵活地定义测试环境和测试流程，详细定义整车各系统的特性参数和文档。CarSim软件的主要功能如下:适用于以下车辆的建模与仿真:轿车、轻型卡车、轻型多用途运输车和SUV；可以分析车辆的动力性、燃油经济性、操纵稳定性、制动性能、乘坐舒适性；可以通过MATLAB、Excel等软件进行绘制和分析。仿真结果可以以图形曲线和三维动画的形式观察。包括图形数据管理界面、车辆模型求解器、绘图工具、三维动画回放工具和功率谱分析模块；程序稳定可靠；软件可以实时速度运行，

3、支持硬件在环，CarSim软件可以扩展到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，可以联合进行HIL仿真；先进的事件处理技术，实现复杂工况的模拟；友好的图形用户界面，可以快速方便地实现建模和仿真；提供各种车型的建模数据库；可以输出用户自定义变量的模拟结果；可以实现与simulink的相互调用；各种模拟条件下的批量操作功能；Carsim和Simulink的联合仿真2.1 Simulink接口1)通过Simulink将变量导入CarSim(导入变量)Simulink可以导入CarSim的变量有160多个，主要分为以下几个部分:控制输入轮胎/路面输入轮胎的力

4、和扭矩弹簧和阻尼力转向系统角度传动系统扭矩制动扭矩和制动压力风输入任意力和力矩图2.1 Carsim导入变量的分类我们可以在Simulink中定义变量，也可以在其他软件中定义，然后导入到Simulink模型中。导入的变量将叠加在CarSim中相应的变量上。CarSim将变量导入Simulink(导出变量)导出的变量可以应用于用户自定义的Simulink模型，CarSim可以导出多达560个变量，如车辆位置、姿态、运动变量等。图2.2 CARSIM出口变量分类图2.3显示了CarSim软件提供的CarSim和Simulink联合仿真的示例。图2.3简单驱动程序模型2.2 carsim和Simul

5、ink的联合仿真本文以CarSim提供的一个用Simulink进行联合仿真的例子(略加修改)为例，介绍CarSim和Simulink联合仿真的全过程。示例:汽车品牌和型号b级车，两厢车:无ABS初始车速65公里/小时开节流阀0齿轮控制闭环四档模式刹车2s后部紧急制动方向盘角度0度路面分离路面模拟时间10s模拟步长0.001秒注:在相同的仿真条件下选取了同型号的两辆车，但其中一辆加入了在Simulink中建立的ABS控制器，相当于一辆车有ABS，另一辆车没有ABS，方便比较。(1)双击桌面上的CarSim图标，运行CarSim。此处选择CarSim8.0的版本；(2)出现“选择数据库”对话框，如

6、图2.4所示。选择数据库文件夹后，单击“继续使用所选数据库”。如果你不希望这个对话框再次出现，你可以选择左下角的下次启动时不要显示这个窗口。图2.4选择数据库(3)然后将出现如图2.5所示的对话框(“许可证设置”)。选择打开CarSim主界面，如图2.6所示；图2.5许可设置图2.6 CarSim主界面从图2.6可以看出，CarSim主界面主要有三个部分:车辆参数和仿真条件的设置、数学模型求解和后处理。用户可以根据需要修改车辆参数和设置模拟条件。图2.6显示了双车道变换的模拟条件。在后处理部分，可以显示模型的仿真动画，绘制仿真曲线，如图2.7所示。图2.7模拟动画和曲线(4)点击创建一组新的数

7、据集，如图2.8所示。在两个文本框中输入“Example”和“ABS ”,然后单击“set”完成创建。图2.8新数据集(5)选择数据集下拉菜单查看区别，如图2.9所示。图2.9在步骤(4)中构建的数据集(6)点击图2.10(a)中下方的三角形，选择相应的车型，如图2.10(b)所示。(a) (b)图2.10选择车辆类型(7)创建新的所需模拟条件:1)点击图2.11所示的工作状态，出现图2.12。图2.11 120km/h双线平移模拟工况图2.12 120km/h双线平移模拟工况主界面2)要创建新的模拟条件，请单击，在图2.13的文本框中输入“ABS Example”和“Split Mu”，然后

8、单击“Set”完成创建。图2.13新的模拟条件3)根据示例中的要求设置模拟条件:初始车速65km/h；节气门开度为0；2s后部紧急制动；档位控制采用闭环四档模式；方向盘角度为0度；选择对面的铺面；设置后，如图2.14所示。图2.14模拟条件的设置4)设置模拟时间:在设置模拟条件的主界面中，在文本框中输入“10”，如图2.15所示。图2.15模拟时间设置5)选择新创建的模拟条件:点击返回CarSim主界面，选择新创建的“拆分管理单元”工况，如图2.16所示。图2.16选择模拟条件6)设置模拟步长:在CarSim主界面下，点击下拉菜单“工具”并选择“首选项”，将出现如图2.17所示的界面，其中红色

9、圆角矩形框设置为“0.001s”。图2.17设置模拟步长单击运行数学模型。计算完成后，点击观看仿真动画，看对面道路无ABS车辆紧急制动的效果，如图2.18所示。您也可以单击来绘制曲线。图2.18模拟动画显示(9)建立CarSim和Simulink联合仿真模型:1)单击图2.19所示的下方三角形，并选择“模型:Simulink”。图2.19选择Simulink界面2)如图2.20所示，单击下方的三角形，并选择“链接到新数据集”。图2.20链接到新数据集3)将弹出如图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所示。图2.21:结合Simulink创建

10、一个新的数据集图2.22选择用于建立的“ABS”数据集4)点击，如图2.24所示，注意:浏览工作路径:选择D: D: Program Files carsim data；这里；Simulink模型路径:在d: program files carsim data extensions Simulink目录下新建一个空白的Simulink模型，命名为ABS.mdl点击ABS.mdl，如图2.23所示。图2.23选择路径图2.24 Simulink 示例 ABS主界面5)定义CarSim的导入变量:单击图2.25(a)所示的下方三角形，选择I/O通道:导入，然后创建一个新的导入变量，如图2.25(b

11、)和(c)所示；(一)(二)(三)图2.25新ABS输入点击PBK，如图2.26所示，需要浏览找到输出的自述文件，该文件为programs solvers Readme I _ I _ imports _ tab . txt . CarSim导入变量定义为四个车轮的轮缸压力，顺序为:IMP _ _ 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)图2.26定义CarSim导入变量6)定义CarSim的导出变量:与步骤5)一样，定义CarSim的导入变量，首先创建一个名为ABS output的新数

12、据集。单击，弹出如图2.27所示的界面。这里需要浏览找到输出的自述文件，为programs solvers Readme I _ I _ outputs _ tab . txt定义CarSim的输出变量有Vx_L1(左前轮速度km/h)、Vx_R1(右前轮速度km/h)、Vx_L2(左后轮速度km/h)、Vx_R2(左前轮速度km/h)、Vx_SM(在汽车质心图2.27定义CarSim导出变量7)点击返回CarSim主界面，然后点击，如图2.27所示。这时会打开Matlab和新创建的空白模型ABS.mdl，如图2.28所示。图2.27数学模型求解器图2.28 MATLAB命令窗口和ABS.md

13、l8)在MATLAB命令窗口中键入simulink，然后按enter打开Simulink库浏览器。请注意，当前的Simulink库浏览器比单独运行MATLAB/Simulink时多了一个“carsims-function ”,如图2.29所示。拖放到ABS.mdl中，会显示为，注意这个模块只有一个输入接口和一个输出接口，分别对应CarSim的导入变量和导出变量。图2.29带有CarSim S功能模块的Simulink库浏览器9)在ABS.mdl中加入ABS控制策略，通过Simulink计算CarSim的输出量，确定各轮缸压力，然后导入car sim模块，如图2.30所示。图2.30 Carsi

14、m和Simulink联合仿真的ABS控制模型10)返回CarSim主界面，点击，运行后再次点击，会弹出ABS.mdl，如图2.30所示。点击模型运行整个模型。注意:如果CarSim软件中的参数(车辆参数、模拟条件等。)被修改，再次点击。运行后，再次点击重新读取修改后的参数。最后，点击模型来运行整个模型。如果只是在Simulink模型中做了相应的修改，不影响CarSim中的参数，点击即可。图2.31增加ABS控制后车速与轮速的关系曲线11)观察加入ABS控制后的车辆行驶，点击查看动画，如图2.32，或点击绘制曲线。图2.32带ABS控制的模拟动画(10)在前述操作的基础上，为了更好地展示ABS控制效果，采用相同的车型和相同的模拟条件，其中一个增加了ABS控制，另一个没有ABS。1)在CarSim主界面下，点击新建一个数据集，如图2.33所示，点击“设置”完成操作。图2.33新的无ABS控制数据集2)取消与Simulink的联合仿真，如图2.34所示，选择“无链接库”。图2.34用Simulink取消联合仿真3)选择C