智能车辆仿真与测试技术 课件全套 第1-11讲 概述、仿真与测试 -联合仿真

智能车辆仿真与测试技术12026/10/32026/10/3232026/10/31.0课程总体介绍第1讲智能网联汽车概述（第1周）第2讲智能车辆仿真与测试（第2周）第3-4讲SUMO智能车辆仿真与测试（第3-4周）第5-6讲SUMO智能车辆仿真与测试（第5-6周）第7-8讲CARLA智能车辆仿真与测试（第7-8周）第9-10讲CARLA智能车辆仿真与测试（第9-10周）第11-13讲基于SUMO和CARLA的联合仿真与测试（第11-13周）第14-16讲基于SUMO和CARLA的联合仿真与测试（第14-16周）课程大纲42026/10/31.0课程总体介绍考核方式总成绩＝实验报告×50%＋平时成绩×50％平时成绩＝课堂作业、课堂汇报×80％＋平时表现×20％对于缓交作业或抄袭作业情况，本次作业成绩降一级；对于不交作业情况，本次作业成绩计0分。平时表现，包括：课堂表现，软件安装情况等。平时考勤按照总分100计分。考勤时，无故迟到一次扣5分，无故早退一次扣5分，无故旷课一次扣15分。无故旷课达上课总学时（56学时）三分之一及其以上者（≥32学时，即无故旷课达到5次），取消考试资格，课程重修。（考勤分数作为考试资格依据，不记录平时成绩）52026/10/31.0课程总体介绍授课方式分组考核机制：3人为一组，随机分组，每组推荐一名组长。组内协同工作，如软件安装、部分实验。实验对电脑配置有要求。授课方式：理论讲解+随堂实验+课堂汇报+成果互评，实验部分每周进行一个专题训练。作业与考试：小组为单位，每个专题一次作业（课堂展示）。期末最后一个专题的作业形成实验报告，作为大作业提交。课堂纪律：要求1：学生按照分组坐在指定区域，且第一排必须坐人。要求2：上课做好笔记，禁止玩手机!第1讲概述62026/10/301/智能车辆发展历程02/自动驾驶分级03/智能车辆先进辅助系统04/智能车辆环境感知与传感器目录/CONTENTS2026/10/370101/从“机”到“电”——无线电遥控汽车时间国家发明人车名特点1904年西班牙莱昂纳多·托雷斯·奎韦多无线电遥控三轮车这不是玩具，是现代遥控与无人车的鼻祖1912年美国小约翰·哈蒙德和本杰明密斯纳战争狗它没有遥控器，靠“看光”自己跑，是自动驾驶的思想起点1920年美国Raymond无线电遥控汽车把遥控车从实验室搬到大街上，证明技术可行1925年美国FrancisHoudina美国奇迹它是百年前的“网红无人车”，让世界相信无人驾驶终将到来。01/智能车辆发展历程图2

美国奇迹图1战争狗2026/10/380102/1950年代——“电子化高速公路”的设想01/智能车辆发展历程二战后50年代美国经济繁荣、汽车普及，人们渴望摆脱驾驶负担，自动化高速公路成为社会主流设想：广告中一家人在车内围桌玩乐，车辆由公路电子设备自动控制，预示着未来安全、无拥堵、无事故的自动驾驶出行愿景。2026/10/390103/新希望的出现——机器视觉的引入时间车名发明人国家特点1966年Shakey机器人-美国斯坦福国际研究所Shakey是真正意义上第一个会“看”、会思考、会自己走路的智能机器人，为自动驾驶提供了核心AI思路。1977年自动驾驶汽车Tsugawa日本用摄像头沿车道跑起来，标志着自动驾驶从机器人实验室走向真实汽车道路Shakey装备了电视摄像机、三角法测距仪、碰撞传感器、驱动电机以及编码器，能够自主感知、环境建模、行为规划和控制，成为后来机器人和无人驾驶的通用框架。01/智能车辆发展历程图1

Shakey图2日本自动驾驶汽车2026/10/3100104/自动驾驶技术的推进——美国自主陆地车辆（AutonomousLandVehicle，ALV）计划时间项目内容目标1984年道路跟踪试验车辆以10km/h的速度在铺好的公路上行驶2km,只向前行驶,不设置障碍1986年避障试验车辆以20km/h的速度行驶5km,能识别和避开小于路面宽度的固定障碍物1987年越野路线规划试验规划车辆行驶路线,并以5km/h的速度通过5km开阔的沙漠地带1988年公路网路线规划及避障试验规划车辆行驶路线,并实现以20km/h的速度借助路标导航行驶于公路网上,以及完成地图校正和从路边绕过障碍物最早的自动驾驶尝试来自军事需求。当时,美国DARPA(美国国防部高级研究计划局)旗下操持了一个“战略计算计划”(StrategicComputingProgram,SCP)01/智能车辆发展历程ALV计划是DARPA推动的首个国家级自动驾驶工程，把传感器、AI与车辆控制系统化整合，正式开启现代自动驾驶技术路线。2026/10/31104/从理论转变为现实——卡内基梅隆大学（CMU）的NavLab时间车名备注1984年Terregator世界上第一台基于激光雷达的自主越野无人车，把自动驾驶从道路延伸到野外环境。1986年NavLab-1第一辆真正意义上的无人驾驶汽车，基于量产车改装，集成视觉、雷达、计算机1995年NavLab-5无人驾驶公路试驾，4587公里，自动驾驶部分达98.2%，自动驾驶第一次从理论走向大规模实际道路验证2001年NavLab-11NavLab系列的成熟化、工程化集大成车型，为接下来的世界级自动驾驶竞赛做好准备。01/智能车辆发展历程图1Terregator图2NavLab-1图3NavLab-1车厢2026/10/3120105/以竞赛促发展——DARPA挑战赛时间比赛地点参赛车队2004年美国莫哈韦沙漠106支报名,25支通过预选赛,15支进入决赛没有一支队伍完成整场比赛。卡内基·梅隆大学Redteam的悍马改装车Sandstorm行驶最远，共行驶了11.78km2005年美国莫哈韦沙漠195支报名，43支进入资格测试,23支进入决赛有5支队伍(Stanley、Sandstorm、Highlander、Kat-5、TeraMax)通过了全部考核项目。斯坦福大学的Stanley以平均速度30.7km/h,6h53min58s的总耗时夺冠,赢得200万美元奖金,这也标志着无人驾驶汽车取得了重大突破2007年美国加利福尼亚州空军基地53支报名，11支通过资格测试，6支车队跑完全程这届比赛的任务是参赛车辆在6h内完成96km的市区道路行驶,并要求参赛车辆在与其他车辆相互协调、避障和车辆交汇的同时,遵守所有的交通规则。卡内基·梅隆大学的Boss以总耗4h10min20s,平均速度22.53km/h的成绩取得冠军图1Sandstorm图2Stanley图3BOSS01/智能车辆发展历程DARPA沙漠挑战赛明星车，艰难完赛，验证越野自动驾驶可行性DARPA挑战赛夺冠车型，全自主完赛，技术大幅突破城市挑战赛冠军，会跟车、会变道、会路口会车，接近城市自动驾驶2026/10/3130106/智能汽车遍地开花时间企业名称产品/事件特点2010年Google第一代Googlefirefly,第二代LexusRx450谷歌开启科技公司造无人车的时代，把自动驾驶从实验室推向全球视野。2016年Waymo提出口号：Anewwayforwardinmobility谷歌无人车独立为Waymo，定位出行服务，标志自动驾驶走向商业化。2015年特斯拉Autopilot自动辅助驾驶特斯拉把高阶辅助驾驶装进量产车，让千万用户体验自动驾驶。2016年通用汽车布局自动驾驶、投资Cruise传统车企全面入场，重金投入Cruise，与科技公司正面竞争。2018年奥迪奥迪A8，全球首款量产L3级别自动驾驶全球首款量产L3，合法允许驾驶员短暂“脱手脱眼”。2025年中国中国正式发放首批L3准入，奔驰、宝马车型获批。L3从概念变成合法上路、车企担责，行业进入高阶智驾时代。2025年特斯拉特斯拉FSD进化到V14特斯拉用纯视觉+AI大模型，把智驾推向接近完全无人。01/智能车辆发展历程2026/10/3140106/智能汽车遍地开花01/智能车辆发展历程华为ADS4.0：多传感器融合，高速L3试点，城区NOA全覆盖。小鹏XNGP：轻地图/无图NOA，覆盖全国几百城。理想ADMax：BEV大模型+端到端，家庭场景最优。百度萝卜快跑：全球最大Robotaxi服务商，多城商业化。中国用全场景NOA+车路协同，成为智驾第一梯队。行业三大趋势大模型上车：端到端AI，决策更像老司机。L3规模化：法规落地，责任明确，量产提速。智驾平权：高阶功能下探到10–20万车型，不再是豪华车专属。2026/10/3150106/智能汽车遍地开花01/智能车辆发展历程从竞争派系来看，我国无人驾驶汽车企业大致可分为互联网/高科技公司、整车制造厂商和初创公司三大阵营。在无人驾驶汽车的研发上，高科技公司都表现出了巨大的参与热情，并且形成了第一阵营，国内主要有百度、滴滴等积极参与智能汽车的项目运作;第二阵营则为整车企业，比如国内的广汽、吉利、比亚迪、长安等;第三阵营为AutoX、小马智行、文远知行等初创公司。2026/10/3160106/智能汽车遍地开花01/智能车辆发展历程从无人驾驶汽车行业代表性企业的区域分布来看，企业主要布局在广东、浙江、北京、江苏等中东部地区，尤以广东分布最为集中;东北地区也有部分企业分布，西部地区代表性企业分布相对较少。2026/10/31701/智能车辆发展历程

自动驾驶汽车，是指能够感知环境、自动规划路线并控制汽车到达目的地的一种智能汽车。其原理通俗的讲，是给车辆装上“眼睛”、“脑袋”、“手脚”，让自动驾驶系统可以具备对道路环境的观察能力，对车辆操控、驾驶决策能力。2026/10/318

自动驾驶汽车是计算机科学、模式识别和智能控制技术高度发展、应用的产物。01/什么是自动驾驶汽车自动驾驶汽车技术架构下层上层第1讲概述192026/10/301/智能车辆发展历程02/自动驾驶分级03/智能车辆先进辅助系统04/智能车辆环境感知与传感器目录/CONTENTS2026/10/32002/自动驾驶分级

自动驾驶技术的发展并非一蹴而就，从手动驾驶到完全自动驾驶，其间要经历相当长的缓冲期。统一自动驾驶等级的概念对于这一发展过程具有非常重要的意义，有助于消除人们对自动驾驶概念的混淆，实现对不同自动驾驶能力的区分和定义。0201为什么要进行分级？美国国家公路交通安全管理局国际自动化工程师协会2026/10/32102/自动驾驶分级0202NHTSA与SAE自动驾驶分级自动驾驶分级名称定义驾驶操作周边监控接管应用场景NHTSASAEL0L0人工驾驶由人类驾驶者全权驾驶汽车人类驾驶员人类驾驶员人类驾驶员无L1L1辅助驾驶汽车对方向盘和加减速中的一项操作提供驾驶,人类驾驶员负责其余的驾驶动作（一些功能自动执行）人类驾驶员和汽车人类驾驶员人类驾驶员限定场景L2L2部分自动驾驶汽车对方向盘和加减速中的多项操作提供驾驶,人类的多项操作提供驾驶,人类动作（随时待命）汽车人类驾驶员人类驾驶员L3L3条件自动驾驶由汽车完成绝大部分驾驶操作,人类驾驶员需保持注意力集中以备不时之需（足够时间待命）汽车汽车人类驾驶员L4L4高度自动驾驶由汽车完成所有驾驶操作，人类驾驶员无须保持注意力,但限定道路和环境条件（无需待命-部分）汽车汽车汽车L5完全自动驾驶由汽车完成所有驾驶操作，人类驾驶员无须保持注意力（无需待命-全部）汽车汽车汽车所有场景SAE分级是大多数政府和企业使用的标准2026/10/32202/自动驾驶分级0203中国自动驾驶分级智能化等级等级名称等级定义控制监控失效应付典型工况人监视驾驶环境1驾驶辅助（DA）系统根据环境信息执行转向和加、减速中的一项操作，其他驾驶操作都由人完成（1项）人与系统人人车道内正常行驶,高速公路无车道干涉路段、停车工况2部分自动驾驶（PA）系统根据环境信息执行转向和加、减速操作,其他驾驶操作都由人完成（n项）人与系统人人高速公路及市区无车道干涉路段,换道、环岛绕行、拥堵跟车等工况3有条件自动驾驶（CA）系统完成所有驾驶操作，根据系统请求,驾驶人需要提供适当的干预（全部项-干预）系统系统人高速公路正常行驶工况,市区无车道干涉路段4高度自动驾驶（HA）系统完成所有驾驶操作，特定环境下系统会向驾驶员提出响应请求,驾驶人可以对系统请求不进行响应（全部项-可不干预）系统系统系统高速公路全部工况及市区有车道干涉路段5完全自动驾驶（FA）系统可以完成驾驶人能够完成的所有道路下的操作，不需要驾驶人介入（全部项-不干预-所有道路）系统系统系统所有行驶工况2026/10/32302/自动驾驶分级中国网联化等级网联化等级等级名称等级定义控制典型信息传输需求1网联辅助信息交互基于车-路、车-云通信,实现导航等辅助信息的获取以及汽车行驶与驾驶人操作等数据的上传人地图、交通流量、交通标志、油耗、里程等信息传输实时性、可靠性要求较低2网联协同感知基于车-车、车-路、车-人、车-云通信，实时获取汽车周边交通环境信息，与车载传感器的感知信息融合，作为决策与控制系统的输入人与系统周边汽车/行人/非机动车位置、信号灯相位、道路预警等信息传输实时性、可靠性要求较高3网联协同决策与控制基于车-车、车-路、车-人、车-云通信，实时并可靠获取汽车周边交通环境信息及汽车决策信息，车-车、车-路等各交通参与者之间信息进行交互融合，形成车-车、车-路等各交通参与者之间的协同决策与控制人与系统车-车、车-路间的协同控制信息传输实时性、可靠性要求最高第1讲概述242026/10/301/智能车辆发展历程02/自动驾驶分级03/智能车辆先进辅助系统04/智能车辆环境感知与传感器目录/CONTENTS2026/10/32503/智能车辆先进辅助系统智能网联汽车自动驾驶分有L0～L5六个等级，目前正处于L2～L3等级的落地研发展阶段，已具备L3级自动驾驶能力，但市场应用规模仍然比较小。当前先进辅助驾驶系统仍然是市场主导。先进驾驶辅助系统（advanceddriverassistancesystems，ADAS）是利用安装在车上的多种传感器，在汽车行驶过程中随时感应周围的环境，收集数据，进行静态、动态物体的辨识、侦测与追踪，并与本车相关数据信息，进行综合的系统运算与分析，从而预先让驾驶者察觉到可能发生的危险，有效增加汽车驾驶的舒适性、安全性和可靠性。0301/先进驾驶辅助系统概述2026/10/32603/智能车辆先进辅助系统模块1：车辆状态监测类。通过安装在车内的传感器，监测车辆运行过程中的重要数据信息。模块2：驾驶员状态监测类。通过监测驾驶员自身的身体状态及驾车行为，以保证驾驶员处于安全健康的驾车状态。模块3：视野改善类。提高在视野较差环境下的行车安全性。模块4：倒车/泊车辅助类。辅助驾驶员进行倒车、泊车操作，防止在该过程中发生碰撞危险。模块5：避险辅助类。自动监测车辆可能发生的碰撞危险并发出提醒，必要时系统会主动介入，从而防止发生危险或减轻事故带来的伤害。0302/先进驾驶辅助系统技术及分类第1讲概述272026/10/301/智能车辆发展历程02/自动驾驶分级03/智能车辆先进辅助系统04/智能车辆环境感知与传感器目录/CONTENTS2026/10/328自动驾驶的核心体系可分为传感系统、决策系统、执行系统雷达摄像头V2X通信精确定位决策单元控制单元油门和刹车电子稳定系统电动转向自动变速箱04/智能车辆环境感知与传感器2026/10/3290401机器视觉04/智能车辆环境感知与传感器机器视觉是使用光学器件进行非接触感知，自动获取和解释一个真实场景的图像，以获取信息和控制机器的过程——美国制造工程师协会机器视觉的系统组成光源照明镜头相机图像采集卡视觉处理器（电脑/显卡主板）2026/10/3300402毫米波雷达04/智能车辆环境感知与传感器毫米波雷达可以实时感知车辆和行人的位置以及运动状态，能够实现长距离测量、低成本、动态目标检测能力和环境适应力，是智能车辆环境感知领域的主要传感器之一。毫米波是指波长介于1-10mm的电磁波，波长短、频段宽，比较容易实现窄波束，雷达分辨率高，不易受干扰。2026/10/3310403激光雷达04/智能车辆环境感知与传感器由于光学系统的脆弱性，激光雷达在智能车辆中的应用受到了限制，但是从激光雷达检测到的障碍物信息中可直接获取环境的三维数据描述，因此激光距离成像技术的研究受到了智能车领域的重视，广泛应用于障碍物检测、环境三维信息的获取以及车辆避障中。2026/10/3320404红外传感器04/智能车辆环境感知与传感器由于可见光摄像头在夜间、低能见度条件下的目标检测效果不理想，对于红外夜视辅助系统的研究原来越多。（1）红外热像仪的分辨率、成像效果和性价比在不断提高；（2）接收外部目标的红外辐射成像，任何温度高于零的物体都可以辐射红外线；（3）具有全天候工作能力2026/10/333课后小结本章简要介绍了：智能车辆的发展历程；自动驾驶分级方法；智能车辆先进辅助系统；智能车辆环境感知与传感器2026/10/3342026谢谢聆听智能车辆仿真与测试技术352026/10/32026/10/336上节课回顾上节课介绍了：智能车辆的发展历程；自动驾驶分级方法；智能车辆先进辅助系统；智能车辆环境感知与传感器第2讲智能车辆仿真与测试372026/10/301/概述02/智能车辆测试场景库03/智能车辆仿真平台04/仿真与测试评价方法目录/CONTENTS2026/10/33801/概述问题1：大家坐过自动驾驶网约车吗？如果让你设计一辆自动驾驶汽车，你敢直接让它上路测试吗？问题2：如果测试时遇到暴雨、堵车、行人突然横穿马路，一旦出错会有什么后果？2026/10/3392026/10/3402026/10/3412026/10/3422026/10/343真实道路测试风险高、成本高、周期长（一辆自动驾驶车真实路测可能需要上百万公里）而仿真测试就能解决这些痛点——它能模拟各种极端场景、反复测试，相当于给智能车辆开了一个虚拟训练场2026/10/3440101/仿真与测试的作用01/概述（1）仿真与测试的定义智能车辆仿真与测试，就是在电脑里搭建一个‘虚拟交通世界’，让智能车辆的‘大脑’（算法）在这个世界里反复‘练习’，测试它能不能应对各种情况，相当于给自动驾驶‘模拟考试’。2026/10/3450101/仿真与测试的作用01/概述（2）必要性智能车辆仿真与测试的必要性主要体现在安全、省钱、高效A.安全性验证是指通过仿真与测试，可以验证自动驾驶汽车在各种情况下的安全性，包括遇到紧急情况时的表现，从而确保车辆在实际道路上的安全性。2026/10/3460101/仿真与测试的作用01/概述（2）必要性B.成本效益是指相比于在实际道路上进行测试，仿真与测试可以节省时间和资源，大幅度降低测试成本，并且可以在更短的时间内覆盖更多的测试用例。2026/10/3470101/仿真与测试的作用01/概述（3）作用C.系统优化：指通过仿真测试，可以对智能车辆的控制算法、感知系统和决策系统进行优化，提高车辆的性能和适应性。自动驾驶算法（感知、决策、控制）仿真与测试系统（真实场景模拟）测试验证评价反馈2026/10/3480101/仿真与测试的作用01/概述（3）作用D.应对多样化场景：测试算法的稳定性、应对突发场景的能力，比如暴雨天识别红绿灯、堵车时自动跟车。2026/10/3490102/仿真与测试的分类与构成01/概述随着科技进步和技术革新，自动驾驶汽车逐渐走向商业化。一般地，自动驾驶汽车商用化需经历三个测试阶段，即仿真测试、封闭场地测试、开放道路测试。（1）仿真测试仿真测试主要是以数学建模的方式将自动驾驶的应用场景进行数字化还原，建立尽可能接近真实世界的系统模型，无需实车直接通过软件进行仿真测试便可达到对自动驾驶系统及算法的测试验证目的。2026/10/3500102/仿真与测试的分类与构成01/概述自动驾驶系统开发V字流程中定义的仿真测试包括四种类型：模型在环仿真（model-in-the-loop，MIL）、软件在环仿真（software-in-the-loop，SIL）、硬件在环仿真（hardware-in-the-loop，HIL）以及整车在环仿真（vehicle-in-the-loop，VIL）。2026/10/3510102/仿真与测试的分类与构成01/概述模型在环仿真(MIL)是指在开发和测试嵌入式系统时使用的一种方法，它涉及将系统的软件部分与实际的硬件环境相结合进行仿真。这个方法中，“模型”是指系统的软件部分，而“在环”表示这些模型与系统的实际硬件环境进行交互。在模型在环仿真中，系统的软件部分通常以模型的形式存在，这些模型可以是数学模型、逻辑模型或者控制算法模型。这些模型可以在计算机上运行，并且能够模拟出系统的行为。同时，硬件部分则包括了实际的传感器、执行器和其他外部设备。2026/10/3520102/仿真与测试的分类与构成01/概述软件在环仿真是一种用于开发和测试嵌入式系统的方法，其重点是对嵌入式软件进行测试。这个方法涉及将系统的软件部分与模拟的硬件环境相结合进行仿真。在这个方法中，“软件”指的是系统的软件部分，而“在环”表示软件与模拟的硬件之间的交互。在软件在环仿真中，系统的软件部分通常以实际代码运行的形式存在。硬件部分则包括了实际的传感器、执行器和其他外部设备。2026/10/3530102/仿真与测试的分类与构成01/概述硬件在环仿真是一种用于复杂设备控制器的开发与测试技术。它通过将真实的控制器接入到仿真模型中，采用或部分采用实时仿真模型来模拟被控对象和系统运行环境，从而实现整个系统的仿真测试。硬件在环仿真主要用于对控制器进行全面测试，而且由于接入的是真实的控制器，所以能够以一种高效且低成本的方式进行测试。在硬件在环仿真测试中，实时仿真硬件用于模拟真实被控对象，以有效地“欺骗”控制器，让它以为它正在控制一个真实的被控对象2026/10/3540102/仿真与测试的分类与构成01/概述整车在环仿真通过将整个车辆嵌入到虚拟仿真环境中，模拟车辆的动力学行为，从而对整车的功能、性能、安全性等多方面进行测试与验证。整车在环仿真测试平台通常由多个子系统组成，例如前轴可旋转式转鼓试验台、道路模拟器、环境模拟器等，这些子系统共同构建了一个实验室内的模拟道路、交通场景以及环境因素等。2026/10/3550102/仿真与测试的分类与构成01/概述仿真测试具有三大优势：第一，测试场景配置灵活，场景覆盖率高；第二，测试过程安全，且对于一些CornerCase（极端情况或边界情况）能够进行复现再测试；第三，可实现自动测试和云端加速仿真测试，有利于提升测试效率和降低测试成本。（2）仿真测试-封闭场地测试-开放道路测试关系2026/10/3560102/仿真与测试的分类与构成01/概述仿真测试、封闭场地测试、开放道路测试三者之间互相补充，形成测试闭环，共同促进自动驾驶车辆的研发和标准体系建立。首先，仿真测试结果可以在封闭场地和开放道路进行测试验证；其次，通过道路测试得出的危险场景，将会反馈到仿真测试中，便可有针对性的去调整设定场景和参数空间；最后，仿真测试和封闭场地测试的最终结果要进行综合评价，基于评价结果不断地去完善评价准则和测试场景库。2026/10/3570102/仿真与测试的分类与构成01/概述仿真测试、封闭场地测试、开放道路测试三者之间互相补充，形成测试闭环，共同促进自动驾驶车辆的研发和标准体系建立。首先，仿真测试结果可以在封闭场地和开放道路进行测试验证；其次，通过道路测试得出的危险场景，将会反馈到仿真测试中，便可有针对性的去调整设定场景和参数空间；最后，仿真测试和封闭场地测试的最终结果要进行综合评价，基于评价结果不断地去完善评价准则和测试场景库。图

仿真测试、封闭场地测试、开放道路测试三者关系2026/10/35801/概述把智能车辆比作一个学开车的新手，仿真平台就是‘模拟驾驶机’，场景库就是‘模拟考试题库’，评价方法就是‘考试评分标准’——新手先在模拟机上练熟所有题库，再去考场（真实道路）考试，成功率才会高。第2讲智能车辆仿真与测试592026/10/301/概述02/智能车辆测试场景库03/智能车辆仿真平台04/仿真与测试评价方法目录/CONTENTS2026/10/36002/智能车辆仿真与测试场景库常规场景：城市道路（红绿灯、斑马线、跟车）、高速道路（超车、车道保持）；极端场景：暴雨、大雾、结冰路面、行人突然横穿、车辆违规变道；特殊场景：小区道路（儿童玩耍、宠物穿行）、施工路段（围挡、临时红绿灯）。12345678910511122026/10/36102/智能车辆仿真与测试场景库0201/测试场景定义自动驾驶测试场景是指自动驾驶汽车与其行驶环境各组成要素在一段时间内的总体动态描述，要素组成由所期望检验的自动驾驶汽车的功能决定。简言之，场景可以被视为是自动驾驶汽车行驶场合与驾驶情景的有机组合。特点：场景无限丰富场景极其复杂场景难以预测场景不可穷尽2026/10/36202/智能车辆仿真与测试场景库0201/测试场景定义测试场景要素包括测试车辆自身要素和外部环境要素。外部环境要素又包括：静态环境要素、动态环境要素、交通参与者要素、气象要素等。2026/10/36302/智能车辆仿真与测试场景库0201/测试场景定义测试场景的数据来源包括三大部分：真实数据、模拟数据以及专家经验。（1）真实数据：即现实世界真实发生的，经过传感器采集到或以其它形式被记录保存下来的真实场景数据，包括自然驾驶数据、交通事故数据、路侧单元监控数据、封闭场地测试数据以及开放道路测试数据等。2026/10/36402/智能车辆仿真与测试场景库0201/测试场景定义（2）模拟数据：主要包括驾驶模拟器数据和仿真数据。前者是利用驾驶模拟器进行测试得到的场景要素信息；后者是自动驾驶系统或车辆在虚拟仿真平台上进行测试得到的场景要素信息。2026/10/36502/智能车辆仿真与测试场景库0201/测试场景定义（3）专家经验数据：基于专家的仿真测试经验总结归纳出来的场景要素信息，其中标准法规就是专家经验数据的典型代表。2026/10/36602/智能车辆仿真与测试场景库0201/测试场景定义2026/10/36702/智能车辆仿真与测试场景库0202/场景库定义场景库的核心分类按“环境”分：晴天/雨天/雾天/夜间（对应生活中的不同天气）；按“道路”分：城市/高速/乡村/小区（对应日常出行的道路类型）；按“风险”分：常规场景（安全）、危险场景（突发）、极端场景（罕见但关键）。2026/10/36802/智能车辆仿真与测试场景库0202/场景库定义场景库是一个基于真实数据、虚拟数据以及专家经验数据等不同数据源，通过场景挖掘、场景分类、场景演绎等方式有层级、有规划地构建成的一个完整的场景体系。它能够完成从场景数据的管理和场景测试引擎之间的桥接，实现场景的自动产生、管理、存储、检索、匹配，最后自动生成场景并注入给测试工具。此外，场景库是不同场景的数据集合，以数据库形式表现出来，便于对测试场景进行统一的、有效的组织、管理和应用。场景库包含四种典型测试场景：自然驾驶场景、危险工况场景、标准法规场景、参数重组场景，如表2-1所示。2026/10/36902/智能车辆仿真与测试场景库0202/场景库定义场景库包含四种典型测试场景：自然驾驶场景、危险工况场景、标准法规场景、参数重组场景。2026/10/37002/自动驾驶分级0203/场景库的搭建智能车辆场景库的搭建主要包括三个方面。第一，确定单个虚拟场景的数据存储方式与标准；第二，构建单个自动驾驶虚拟测试场景；第三，在众多的虚拟测试场景中根据特征标签选取适当场景作为场景库的组成部分。整个搭建过程由数据层、场景层再到应用层。首先是数据层，通过采集和处理大量数据，形成基础数据集；其次是场景层，在虚拟仿真环境和工具链的支持下，将数据转化为具体的测试场景；最后是应用层，将场景库应用于实际测试中，以验证智能车辆系统的性能和安全性。2026/10/37102/自动驾驶分级0203/场景库的搭建2026/10/37202/自动驾驶分级0203/场景库的搭建场景库的搭建还需要从数据格式、工具链和测试用例评价体系等方面考虑。场景数据格式是构建虚拟场景数据库的基础，目前国际通用的数据格式包括OPENDRIVE及OPENSCENARIO等。仿真工具链是构建虚拟场景库的关键，目前国内外有10余种虚拟仿真工具能够实现驾驶场景的静/动态特征建模、环境渲染、实时仿真，极大地丰富了虚拟场景库的应用模式与应用领域。选择合适的工具链是构建具有典型性、普适性、代表性虚拟场景库的重要环节。可实现自动化测试是虚拟场景数据库的另一个特点，测试用例的评价规则将被写进数据库，当仿真测试结束后，结合被测对象的性能表现，自动化给出综合评价结果和指标。2026/10/37302/自动驾驶分级0203/场景库的搭建为了应对自动驾驶系统在复杂道路环境中的挑战，国内一些领先企业已经开发了具有代表性的自动驾驶场景库。这些场景库不仅涵盖了多种现实世界的道路和交通情境，还通过虚拟仿真技术提供了丰富的测试数据。这些典型的场景库在自动驾驶技术的研发和验证过程中发挥了关键作用，通过系统化的场景构建和应用，促进了自动驾驶系统的安全性和可靠性的提升。2026/10/37402/自动驾驶分级0203/场景库的搭建2026/10/37502/自动驾驶分级场景库越全面，仿真测试越靠谱——相当于题库越全，新手练得越扎实，考试时越不容易出错。第2讲智能车辆仿真与测试762026/10/301/概述02/智能车辆测试场景库03/智能车辆仿真平台04/仿真与测试评价方法目录/CONTENTS2026/10/37703/智能车辆仿真平台仿真平台的典型架构一般包括仿真框架、物理引擎和图形引擎。其中仿真框架是软件平台的核心，支持传感器仿真、车辆动力学仿真、交通环境仿真、通信仿真等。传感器仿真支持支持摄像头、激光雷达、毫米波雷达以及GPS/IMU等传感器仿真。车辆动力学仿真是基于多体动力学搭建的模型，将包括转向、悬架、制动、I/O硬件接口等在内的多个真实部件进行参数化建模，进而实现车辆模型运动过程中的姿态和运动学仿真模拟。0301/仿真平台典型架构2026/10/37803/智能车辆仿真平台交通场景仿真包括静态场景还原和动态场景仿真两部分。静态场景还原主要通过高精地图和三维建模技术来实现。动态场景仿真既可以通过把真实路采数据经过算法抽取后，再结合已有高精地图进行创建，也可通过对随机生成的交通流基于统计学的比例，经过人工设置相关参数后自动生成复杂的交通环境。例如，可模拟自动驾驶汽车在现实世界中可能遇到的极端情况和危险情况，从模拟暴雨和暴雪等恶劣的天气条件到较弱的光线照明，再到周围车辆的危险操作等。通信仿真支持创建真实或虚拟传感器插件，使用户能够创建特殊的V2X传感器，既可以用来测试V2X系统，又可以生成用于训练的合成数据。0301/仿真平台典型架构2026/10/37903/智能车辆仿真平台1.国内典型智能车辆仿真与测试平台（1）浙江天行健智能科技—Panosim0302/典型仿真平台是一款面向汽车自动驾驶技术与产品研发的一体化仿真与测试平台。支持实时在线仿真MIL/SIL/HIL/VIL、ADAS技术与产品的开发与测试、驾驶模拟体验与人机共驾系统的研发与测试，支持感知、规划、决策、控制算法研发与测试，高置信度车辆动力学模型（对标CarSim），并且支持27自由度复杂动力学模型。2026/10/38003/智能车辆仿真平台（2）51WORLD—51Sim-One0302/典型仿真平台一款覆盖自动驾驶全流程的一体化集成的仿真测试平台。该平台可实现多传感器仿真、交通流与智能体仿真、感知与决策仿真、自动驾驶行为训练等功能；可扩展的并行分布式仿真架构，可部署在单机、私有云和公有云环境；支持实时在线仿真：HIL/DIL以及自动驾驶数字孪生评价测试。平台内置了一系列场景库和测试案例库，提供Python、C++、ROS、OSI等API（applicationprogramminginterface，API）接口，且支持多车协同互动：平台支持接入多个测试系统，包括自动和手动驾驶系统。2026/10/38103/智能车辆仿真平台（3）腾讯—TADSim0302/典型仿真平台基于虚幻引擎打造的虚实结合、线上线下一体化的仿真测试平台。该平台集成了游戏引擎、三维重建技术、车辆动力学模型、虚实一体交通流等技术；游戏技术的应用可实现场景的几何还原、逻辑还原及物理还原；满足全栈算法使用需求，即能够完成从感知到决策规划，再到控制的全算法闭环仿真测试验证；且满足MIL/SIL/HIL/VIL使用需求。此外，平台覆盖了完整的汽车V字开发流程内置高精地图，支持全国高速和快速路仿真。2026/10/38203/智能车辆仿真平台（4）沛岱（上海）技术有限公司—Pilot-DGaiA0302/典型仿真平台基于德国自动驾驶仿真核心技术所研发的仿真测试平台。该平台提供高保真的环境传感器仿真，如激光雷达、毫米波雷达以及摄像头仿真等；提供C++和MATLAB接口，适配于不同的车辆和系统；提供三个版本的软件解决方案，即Standard版-单机解决方案，NET版-云计算和互动测试解决方案，RT版-提供HIL和VIL仿真测试；提供基于VR/MR/AR的驾驶员模拟；且支持同一虚拟场景下，多台主机（车辆）进行互联仿真测试。2026/10/38303/智能车辆仿真平台1.国外典型智能车辆仿真与测试平台（1）西门子—PreScan0302/典型仿真平台以物理模型为基础的传统汽车仿真平台。支持与第三方动力学软件联合仿真，如CarSim、dSPACEASM、VI-Grade、AmeSIM等；支持与其它类型第三方的软件的联合仿真，如Matlab&Simulink，MOMO&Logitech转向操纵台、dSPACE/控制台、HIL工具（ETAS、dSPACE、Vector、OpalRT等）；并且支持基于云端布置大规模仿真。2026/10/38403/智能车辆仿真平台（2）MSCSoftware—VTD0302/典型仿真平台是一款传统汽车仿真平台，支持从SIL到HIL和VIL的全周期开发流程；支持与第三方的工具和插件联合仿真；支持OpenDRIVE，OpenCRG和OpenScenario格式。此外，VTD提供图形化的交互式路网编辑器RoadNetworkEditor（ROD），在构建路网仿真环境的时候，可以同步生成OpenDRIVE高精地图。对于动态场景构建，VTD提供了图形化的交互式场景编辑器ScenarioEditor。2026/10/38503/智能车辆仿真平台（3）德国IPG—CarMaker0302/典型仿真平台是以传统动力学仿真为基础优势发展起来的自动驾驶仿真平台。该平台支持与第三方软件进行联合仿真：ADAMS、AVLCruise、rFpro等；并且还包括道路、交通环境、车辆、驾驶员的闭环仿真系统。2026/10/38603/智能车辆仿真平台（4）微软—AirSim0302/典型仿真平台是建立在虚幻引擎上的无人机及自动驾驶开源仿真平台。该平台是建立在虚幻引擎上的无人机及自动驾驶模拟研究项目，能够打造出高逼真的交通环境，实现车辆及传感器仿真模拟。2026/10/38703/智能车辆仿真平台（5）巴塞罗那自治大学（联合丰田研究院和英特尔实验室）—CARLA0302/典型仿真平台基于虚幻引擎开发，采用服务器和多客户端架构的开源平台。该平台主要是用于城市自动驾驶系统的开发、训练和验证的开源模拟器。CARLA还可以研究三种自动驾驶方法的性能：传统的模块化流水线，通过模仿学习训练得到的端到端模型，通过强化学习训练得到的端到端模型。2026/10/38803/智能车辆仿真平台（6）美国MSC公司—CarSim0302/典型仿真平台基于多体动力学建模技术构建车辆数字孪生体，可精准模拟悬架、转向及轮胎等子系统在复杂工况下的动态特性。其核心功能涵盖整车操纵稳定性、制动效能、行驶平顺性及动力经济性量化分析，支持轿车、SUV等多车型参数化建模。2026/10/38903/智能车辆仿真平台（7）德国航空航天中心——SUMO0302/典型仿真平台一款开源、微观、多模态的城市交通仿真软件，广泛应用于城市交通规划、智能交通系统开发和交通管理优化等领域。其核心功能包括模拟车辆、行人、自行车等交通参与者的行为，支持复杂的城市交通场景建模，如公共交通、非机动车交通和多车道道路网络。2026/10/39003/智能车辆仿真平台讨论“如果让你用仿真平台测试一辆自动驾驶车，你会先测试什么场景？为什么？”第2讲智能车辆仿真与测试912026/10/301/概述02/智能车辆测试场景库03/智能车辆仿真平台04/仿真与测试评价方法目录/CONTENTS2026/10/3920401评价指标04/仿真与测试评价仿真测试的评价方法，就像老师批改作业的‘评分标准’——作业完成得好不好，要看正确率、书写、完成速度；智能车辆仿真测试好不好，也要看对应的‘评分项’。2026/10/3930401评价指标04/仿真与测试评价对自动驾驶车辆的评价主要从安全性、舒适性、准确性、及时性、顺畅性等方面进行。安全性能直接影响到自驾车辆的性能评估结果。安全性是测试中的一票否决项。舒适性准确性是指自主车辆能否准确地执行相关的驾驶行为，自车的驾驶行为不会对其他交通参与者造成过度的影响，甚至造成碰撞事故。它应该满足其他交通参与者的一般期望，不对交通速度产生负面影响，不使其他驾驶参与者对其行为产生混淆，不影响道路安全。及时性是指自主车辆是否能根据实时路况执行相关的驾驶行为，而不影响其他交通参与者。这一内容主要通过主观测试方法来评估。顺畅性是指自动驾驶汽车能否顺利地、无障碍地完成相关驾驶行为，不被其他交通参与者频繁打断可频繁地、不合理地退出自动驾驶模式，要求驾驶员接管。2026/10/39402/自动驾驶分级评价方法是仿真测试的‘指挥棒’，它决定了我们要测试什么、怎么判断测试结果——只有明确了‘评分标准’，才能知道智能车辆的‘考试’合不合格。2026/10/395课后小结本章简要介绍了：一个核心（仿真测试=虚拟训练场），两个关键（场景库=题库、仿真平台=模拟机），三个指标（安全、舒适、效率），四个模块（概述、场景、平台、评价）2026/10/396课后作业思考：“如果要测试一辆自动驾驶校车，你会设计哪些场景？对应的评价指标有哪些？”软件安装：自行按照SUMO，课前检查。下节课学习SUMO仿真软件的使用，并完成基础场景搭建。2026/10/3972026谢谢聆听智能车辆仿真与测试技术张三讲师XXXX学院XXXX实验室

982026/10/32026/10/399上节课回顾上节课介绍了：智能车辆仿真与测试概述；智能车辆测试场景库；智能车辆仿真平台；仿真与测试评价方法。第3讲CarSim智能车辆仿真与测试1002026/10/301/概述02/基础操作03/车辆配置04/仿真与测试实例目录/CONTENTS2026/10/31010101/CarSim简介01/概述CarSim是一款在汽车和交通工程领域广泛应用的虚拟车辆动力学仿真软件。它通过模拟和分析车辆的动力学行为，提供了对车辆性能和操控性能的评估和优化。1987年美国密歇根大学汽车动力学分析1991年第二版驱动、制动、悬挂1998年第三版车辆稳定性和控制性能2005年第四版ESC和ACC2010年第五版电动汽车混合动力汽车2015年第六版多体动力学建模和仿真2016年2016.0版车辆动力学模型改进控制系统的增强2017年2017.1版特定车型2018年2018.0版2019年2019.0版2020年2020.0版自动驾驶功能2026/10/31020102/CarSim的基本架构01/概述其架构由三个主要组件构成：仿真环境、求解器和可视化数据分析2026/10/31030103/CarSim的工作界面01/概述提供了直观且易于使用的工作界面，使用户能够轻松地创建模型、设置参数、运行仿真等操作（1）主工具栏2026/10/310401/概述（2）三维模型窗口该窗口显示车辆模型及其在仿真过程中的运动状况。用户可以通过鼠标或者键盘控制视角，以便更好地观察车辆的行驶情况。2026/10/310501/概述（3）物理性能参数设置界面用户可以在该界面中设置车辆的各种物理参数，如车重、车辆惯性矩阵、车轮半径等。对车辆的行驶性能和操控性能模拟结果影响很大。2026/10/310601/概述（4）驾驶控制和场景设置界面用户可以在该界面中设置车辆的驾驶控制模式，例如人工驾驶、自动驾驶等，同时还可以选取各种场景进行仿真，例如不同路况、行驶速度。2026/10/310701/概述（5）结果输出界面在仿真结束后，用户可以通过该界面中的图表、数据表格、视频等形式，查看模拟结果，以便对车辆的行驶性能和操控性能进行评估。第3讲CarSim智能车辆仿真与测试1082026/10/301/概述02/基础操作03/车辆配置04/仿真与测试实例目录/CONTENTS2026/10/310902/CarSim基础操作在对CarSim进行操作前，需要先知道如何创建一个新的数据空间，来保证自己的操作在数据空间中进行。在CarSim中，有三个主要的概念需要操作者弄清楚，即数据库（database），数据集（dataset），函数库（libraries）。（1）数据库在CarSim中，数据库是一个用于存储和管理车辆动力学仿真数据的系统。它是一个关键的组件，用于保存车辆测试、模拟和分析的结果，以及用于支持模型参数的调整和优化。进入数据库可以看到大量数据集和函数库，他们一起组成了CarSim的主界面。0201/数据空间创建2026/10/311002/CarSim基础操作（2）数据集数据集包含大量关于车辆参数、工况测试、道路等设置信息，并且能在特定的界面上被编辑。每个数据集被单独保存为一个Parsfile文件。数据集包含众多函数库，用户通过选取特定的函数库构建出不同的数据集，最终由这些数据集定义CarSim的仿真（工况、参数）设置。（3）函数库在对车辆的参数进行设置时，由于车辆中的一些参数不是单纯的不变的值，而是随着一些变量变化的，所以CarSim设置了函数库对车辆数据（参数）进行设置。数据库数据集函数库函数库函数库数据集函数库函数库函数库数据集函数库函数库函数库数据集函数库函数库函数库自定义CarSim仿真2026/10/311102/CarSim基础操作0202/驾驶员控制CarSim中的“驾驶员控制”是指模拟驾驶员对车辆的操控行为。在CarSim中，驾驶员控制可以包括方向盘转角、油门和刹车操作等，通过这些控制输入，模拟驾驶员对车辆的实际操控。这些输入可以根据不同的驾驶情景和测试需求进行调整，以评估车辆在现实驾驶情况下的动态响应和性能表现。通过模拟驾驶员控制，CarSim可以更真实地反映车辆在不同驾驶条件下的行为，为工程师和研发人员提供有价值的数据和信息。2026/10/311202/CarSim基础操作驾驶员控制分为四个部分，分别是：驱动控制、制动形式、挡位变换和转向控制。2026/10/311302/CarSim基础操作驱动控制：有几种模式可供选择，分别是：初始速度+节气门开度、节气门开度、目标速度、不指定速度控制。“初始速度+节气门开度”和“节气门开度”这两种模式是通过油门对车辆的速度进行控制的；“目标速度”只需要输入一个速度值，车辆就会往目标速度趋近并最终保持目标车速行驶；“不指定速度控制”指不在CarSim中对车辆速度进行调整，一般会开放接口用于外部控制，例如Simulink等。2026/10/311402/CarSim基础操作0203/开始与结束条件在CarSim仿真中为了更好的与现实的实验进行比照，设置了开始与结束的条件。条件设置分为：

规定时间停止：仅设置开始和停止的时间，使得仿真在规定时间内运行；规定时间或地点停止：不仅可以设置开始和停止的时间，还可以设置开始和停止的地点，比如，设置在200m处停止仿真，仿真会在车辆行驶200m后终止，此时就算运行时间不到规定的时间仿真也会停止，这样操作者即得了想要的数据，也节省了时间不指定时间地点和方向：它与驾驶员控制中的“不规定速度”类似。2026/10/311502/CarSim基础操作0204/曲线图像曲线图像分为两部分，一部分是绘图（Plot），另一部分是影像（Video）。2026/10/311602/CarSim基础操作首先点击“RunMathModel”将车辆数据运行出来，然后点击“Video”，可以看到如图的界面。可以看到车辆按照示例中的轨迹行驶。打开“Video”后，为了方便查看，我们可以将视频慢放。在打开的“Video”中的上方“View”菜单打开“AdvancedPlaybackControls”和“TimeMultiplier”可以在视频下方出现。2026/10/311702/CarSim基础操作从图中可以看出，我们可以对视频进行慢放、快放、步进、步退等操作，这有利于我们仔细观察仿真效果。2026/10/311802/CarSim基础操作除此之外，CarSim考虑了将两个仿真进行对比，如图中红色方框所示，选择“Overlayanimationsandplotswithotherruns”并选择另一个仿真进行对比。2026/10/311902/CarSim基础操作然后再次点击运行“Video”，如图所示，由于对比车辆（蓝色）的速度为110km/h，比当前车辆（深绿色）的速度120km/h要小，所以在仿真视频显示中对比车辆在当前车辆后方行驶。2026/10/312002/CarSim基础操作其次，在“View”按钮中，可以显示所有车辆的参数数据，如图所示。2026/10/312102/CarSim基础操作CarSim在此文档中设置了数据对比功能，同时打开两个仿真的“View”（需要注意的是对比时两个文件的数据类型应该是一致的，本文对比的都是“Echofilewithinitialconditions”的数据），在菜单栏中的“Tools”中找到“CompareFile”选项，选择当前文件和要对比的文件，出现如图界面。CarSim会在两份文件不同的地方进行高亮处理。此外，左上角的“First”、“Last”、“Next”、“Prev”四个按钮分别是寻找“第一个”、“最后一个”、“下一个”、“上一个”的不同处，通过这个功能，我们能快速找出两个仿真的不同之处，也方便我们进行下一步调整。2026/10/312202/CarSim基础操作然后是关于“Plots”部分，以CarSim中自带的仿真为例，如图所示。可以对“Columns”和“Rows”进行修改，以此来调整图的排放位置。2026/10/312302/CarSim基础操作0205/车辆观察视角CarSim中的车辆观察视角是指在仿真环境中以不同的视角观察和监控车辆行驶的方式。通过车辆观察视角，用户可以选择不同的视角来观察车辆的运动、姿态和动态特征，从而更全面地了解车辆的行为和性能。CarSim提供了多种观察视角，如车辆前方、后方、侧方、俯视等，用户可以根据需要自由切换视角，甚至可以模拟驾驶员的视角来感受真实的驾驶体验。通过车辆观察视角，用户可以准确评估车辆的操控性能、稳定性和安全性，并进行相关的分析和优化，为车辆设计和开发提供有力支持。第3讲CarSim智能车辆仿真与测试1242026/10/301/概述02/基础操作03/车辆配置04/仿真与测试实例目录/CONTENTS2026/10/312503/车辆配置CarSim的车辆配置是一个关键的组成部分，它定义了模拟环境中车辆的特性和行为。2026/10/312603/车辆配置0301/车身、外观及轮胎参数配置红色方框内第一行是选择车辆的配置，可以选择自定义的轮胎、传感器、负载等；红色框内第二行可以选择车辆类型，可以选择SUV、皮卡、卡车、拖拉机等车辆类型。这里以初始车辆配置中的C类车（掀背式汽车）为例，对其车身参数进行介绍。2026/10/312703/车辆配置点击红色方框中的蓝色部分，进入所选的汽车类型，可以看到如图所示界面。图中包括对于车身、系统以及悬架的设置，本节重点介绍对车身的设置，即对于图中的“VehicleBody”部分的设置。2026/10/312803/车辆配置在CarSim中打开“RigidSprungMass”部分可以看到如图界面，界面上半部分是一个车辆的简化图形，大致描述车辆的结构，下半部分为车体质量和转动惯量设置。(1)钢性簧载质量配置2026/10/312903/车辆配置在描述车体结构中，里面包括了车辆高度、车辆宽度、前左右车轮的中心离地面的高度、后左右车轮中心离地面的高度、车辆质心位置，以及质心侧坐标（用以显示驾驶员位置）等等。这些参数在解开“Lock”后均可以修改，并反映到仿真车辆上，例如将轴距参数修改为比原轴距偏大的参数，在仿真时看到比原来更长的车辆在运动。下半部分车体质量为簧上质量，并非整个车的质量，所以在对车辆质量进行设置时，注意两者的区别，才能进行正确的设置。2026/10/313003/车辆配置(2)空气动力学在“VehicleBody”的第二个部分，即“Aerodynamics”部分，可以选择不同车辆类型的空气动力学模型，也可以选择忽略车辆的空气动力学，点击蓝色方框可以进入到空气动力学界面，如图所示。图中红色的点表示空气阻力的作用点，可以通过中间“AerodynamicReferencePoint”部分进行设置，以得到自己想要的空气阻力作用点，其坐标的定义方法界面中也给出了相应的解释。2026/10/313103/车辆配置蓝色区域表示空气阻力与X轴所形成的夹角。CarSim将车辆受到的空气阻力简化到一个点上，并将空气阻力划分为三个方向上的力，即X，Y，Z轴方向的力。这三个力的计算方法在CarSim空气动力学模型界面的右侧显示出来，直观明了。2026/10/313203/车辆配置界面内显示的内容包括：阻力系数、侧向力系数、升力系数、俯仰力矩系数、空气质量密度等等。这些参数也可以进行修改，以得到自己理想中的风力扰动。2026/10/313303/车辆配置考虑到风的方向不同，在相应方向上的力的系数也会有所不同，CarSim提供了空气阻力与X轴所形成的夹角与各个方向的阻力系数的关系图。这里以X轴方向上的阻力系数与夹角之间的关系图为例。如图所示，右侧的参数可以修改，如果认为CarSim提供的图形不准确，我们可以添加和修改数据，以得到自己满意的空气阻力系数。2026/10/313403/车辆配置(3)车辆外形设置在“AnimatorData”部分，有关于车辆外观的设置。和前面的设置相似，它分为两部分，一部分是选择车辆外观配置，另一部分是在选择了外观配置后，选取不同类型车辆的外观。2026/10/313503/车辆配置此界面的第一部分即“Misc:GenericLists”可以选择一些车辆的组件，比如刹车片、传感器等。此部分底下的蓝色方框则对应选择相关组件的中的相关设置，例如图中选择的是车辆通用组件中的后视镜模块。2026/10/313603/车辆配置界面中的第二部分是关于车身外形的，同样可以选择配置后选择不同类型车辆的外形，有皮卡、SUV等。此外，除了选择车辆组件及车型外，从当前界面还可以看到车辆的长、宽、高等信息，在此处也是可以修改的。2026/10/313703/车辆配置0302/系统在CarSim软件中，对于整车系统来说，又有许多子系统设置，比如动力系统、制动系统、转向系统、轮胎系统等，在这一节中我们将对这些子系统进行介绍。2026/10/313803/车辆配置(1)动力系统在“Systems”部分的第一部分框就代表这车辆的动力系统设置。在动力系统设置中的第一部分可以选择前轮驱动、后轮驱动、四轮驱动等动力系统，选定动力提供方式后，可以为所选定的驱动方式选择发动机模型、变矩器模型、变速器模型等，这里所展示的示例与前面小节所采用的示例一样。2026/10/313903/车辆配置进入到动力系统设置中，可进入所选取驱动方式动力系统的设置界面，如图所示，这是一个动力系统的原理图，描述了车辆各个组件的运行顺序。可以看出这是一个发动机功率为125kw，6速变速器，4.1变速比的一个车辆动力系统，在此界面中可以对一项发动机的相关参数进行修改，以得到更贴合实验要求的发动机。2026/10/314003/车辆配置为方便使用者更方便的看出这些数据的之间的关系，CarSim提供了这些模型的图表形式，点击上图中的“125kwEngine”就会看到如图。此图是根据车辆厂家提供的Map图进行绘制的，反应的是节气门开度与发动机转速之间的关系，有了这些数据关系，我们就可以计算加速时间、最大牵引力，燃油率等车辆性能数据。2026/10/314103/车辆配置CarSim给出了一些车辆性能的图表，例如燃料油率。上图中左下角的“FuelRate”选择相应配置后再点击进入燃油率界面。燃油率界面反映了发动机转速与燃油率的关系，图中多条曲线代表的是不同节气门开度下的发动机转速与燃油率的关系。2026/10/314203/车辆配置在界面右下角的“View3DMap”中有3D视图，可以更加直观的看出发动机转速、节气门开度以及燃油率三者之间的关系，点击后得到他们的3D坐标视图如图所示。可以从图中直观地看出在哪一点处燃油率是最高的，通过对燃油分析与处理，解决车辆行驶中的最优油耗问题。2026/10/314303/车辆配置(2)制动系统在“Systems”部分中的“BrakeSystem”就是CarSim中的制动系统，与前面类似，设置制动部分需要先选择制动配置，在本例中制动配置有“Four-WheelSystem”和“Four-WheelSystemwithBoostandThermalEffects”两种，分别为四轮制动系统和具有增压和热效应的四轮系统。2026/10/314403/车辆配置这择“4-WheelSystem”并选择应用的车辆类型，示例中为“C-Class.Hatchbackw/oABS”，其中“C-Class.Hatchback”表示所选的车型，“w/oABS”表示该车辆不带有ABS制动，另“w/ABS”表示带有ABS制动。点击进入到制动系统设置界面如图所示。2026/10/314503/车辆配置可以看出其制动原理为：制动系统的两个输入，分别为轮胎的垂直载荷和线性压力，将两者输入到比例阀中，比例阀输出一个压力给到ABS制动系统，ABS制动系统结合轮胎的纵向滑移给出目标轮缸压力，经过流体动力学时间常数，最终得到制动力矩。2026/10/314603/车辆配置(3)转向系统在“Systems”部分的第三部分即“SteeringSystem”部分，与前面类似，可以先选择转向的配置功能，如四轮转向、四轮转向遗留等，再选择车型，本例使用的是“C-Class.Hatchback:Power.R&P”，点击进入其中，对该车辆的转向系统进行设置。2026/10/314703/车辆配置可以看到里面的几个部分，包括“SteeringColumnProperties”、“KingpinGeometry”、“SteeringLinkageKinematics”等，每一部分都对应一部分参数，每个参数都可以进行修改。2026/10/314803/车辆配置0303/前、后悬架在车辆配置界面中，对悬架的设置分为前悬架和后悬架两部分，如图所示。2026/10/314903/车辆配置（1）前悬架在“FrontSuspension”部分中的第一部分，选择好相应的配置后，点击进入前悬架的运动学，得到如图所示界面。首先设置的是簧下质量，杠杆比以及转动惯量的参数。簧下质量（UnsprungMass）是指汽车悬挂系统中不受悬挂弹簧支撑的部分质量。它包括车轮、刹车系统、悬挂臂、悬挂连接件等组成部分，这些部件与路面直接接触并承受着来自路面的冲击力。第3讲CarSim智能车辆仿真与测试1502026/10/301/概述02/基础操作03/车辆配置04/仿真与测试实例目录/CONTENTS2026/10/31510401/正弦曲线行驶04/仿真与测试实例正弦曲线运动是测试车辆性能的一种方式，按照正弦曲线行驶可以评估车辆的悬挂系统、操控性能和稳定性。通过频繁的左右摆动，可以检验悬挂系统对路面不平和侧向力的响应能力，评估车辆在高速转弯和紧急变道时的稳定性和抓地力。此外，正弦曲线行驶还可以测试车辆的平顺性和悬挂系统的减震效果，以及评估车辆在动态环境下的舒适性和操控性能。测试可以为车辆的调校和改进提供有价值的数据和反馈，帮助优化车辆性能驾驶体验。2026/10/31520401/正弦曲线行驶04/仿真与测试实例为完成正弦曲线行驶，设置CarSim的仿真输入为转向角，将速度设为一个定值（30km/h），输出为悬挂的位移。除此之外，为了方便仿真，我们设置车辆速度为固定车速，将仿真时间设为100s。具体如图3-48和3-49所示。2026/10/315304/仿真与测试实例设置完成后，将他们送至Simulink中，仿真结果如图3-50。在CarSim中的Plot中查看车辆的横向位移如图3-51。从图中可以看出，车辆在做正弦运动时，前后悬挂都在进行位移（移动单位是mm），我们可以对车辆稳定性测试，使用上述数据对车辆的平稳性进行分析，以达到仿真的目的。速度悬挂位移2026/10/315404/仿真与测试实例20