carsim
關注創建者：學渣杰 創建時間：2016-12-29
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CarSim是專門針對車輛動力學的仿真軟件，CarSim模型在計算機上運行的速度比實時快3-6倍，可以仿真車輛對駕駛員，路面及空氣動力學輸入的響應，主要用來預測和仿真汽車整車的操縱穩定性、制動性、平順性、動力性和經濟性，同時被廣泛地應用于現代汽車控制系統的開發。CarSim可以方便靈活的定義試驗環境和試驗過程，詳細的定義整車各系統的特性參數和特性文件。
Carsim
CarSim 是 Mechanical Simulation Corporation 推出的一款整車仿真軟件，主要從整車角度進行仿真。這個軟件比較“傻瓜化”，其本質上是一個模型庫+參數庫+求解器+后處理工具+配置界面。也就是說，這個仿真軟件自身已經自帶了相當數量的模型，并且這些模型都有一些“比較靠譜”的參數，用戶免去了繁雜建模和調參數的過程，只要將已有模型“拼”在一起，調整參數即可進行仿真。
CarSim是專門針對車輛動力學的仿真軟件，CarSim模型在計算機上運行的速度比實時快3-6倍，可以仿真車輛對駕駛員，路面及空氣動力學輸入的響應，主要用來預測和仿真汽車整車的操縱穩定性、制動性、平順性、動力性和經濟性，同時被廣泛地應用于現代汽車控制系統的開發。CarSim可以方便靈活的定義試驗環境和試驗過程，詳細的定義整車各系統的特性參數和特性文件。CarSim軟件的主要適用于以下車型的建模仿真：轎車、輕型貨車、輕型多用途運輸車及SUV。
圖片：轉自知乎 趙迪
因為CarSim做的全是整車仿真，為了提升仿真的速度，所以CarSim里的模型都比較簡單，通常就是簡單的公式或者基于特性（查表）的模型，參數也比較少，但是從整車層面來看，其精度還是可以接受的。
應用：龔建偉等人在《無人駕駛車輛模型預測控制》一書中，利用Simulink/CarSim聯合仿真平臺，構建了車輛模擬進行測試。
Pro-SiVIC
ESI集團傳感器仿真分析解決方案Pro-SiVIC?可以幫助交通運輸行業的制造商們對車載或機載的多種感知系統的運行性能進行虛擬測試，并且能夠準確得再現出諸如照明條件、天氣以及其他道路使用者等影響因素。
展開 根據該公司的說法，更新的新功能包括：在下載數據時將GPS高度、緯度和經度包括在內；在將GPS數據導入CarSim、TruckSim和BikeSim時，改進數據的平滑和編輯；以及VS場景構建器中的軟件改進(撤銷/重做，拖拽動畫器資產到場景中，訪問場景中的全局X-Y坐標)。“推出2018.1的較短時間間隔并不是反常現象，”
Sayers補充說，“ADAS開發過程的快速步伐以及對更強大的仿真系統的需求，意味著公司現在將每六個月發布一次主要的產品版本。”
綜上將校正橫擺力矩約束優化問題轉化為如下的非線性規劃問題:
仿真結果及分析
本節采用汽車動力學仿真軟件CarSim構建模型在環測試系統,對所提出的汽車底盤集成非線性魯棒控制器的可行性和有效性進行仿真驗證。在仿真過程中,車輛參數與汽車底盤集成非線性魯棒控制器參數配置如表1所示。
1、調幅正弦轉向工況
在調幅正弦轉向工況中,汽車動力學仿真軟件CarSim的路面附著系數設置為１,初始車速設置為120km/h,前輪轉向角輸入如圖2a所示,正弦頻率設置為3.14rad/s,調幅速率設置為0.477°/s,未施加控制,DYC控制和集成控制的仿真對比結果如圖2b~圖2i所示。
如圖2b~圖2e所示,在系統存在加性不確定性時,未施加控制,DYC控制和集成控制的汽車均保持穩定行駛狀態,但是未施加控制的汽車無法跟隨期望橫擺角速度,呈現出不足轉向趨勢, 而DYC控制和集成控制的汽車可以準確跟蹤期望橫擺角速度。如圖2f~圖2i和表２所示,相對于DYC控制的汽車,集成控制的汽車需要的車輪制動力矩更小,對汽車縱向速度的影響更小。因此,本文提出的集成控制器既可以提高汽車操縱性,又可以抑制其對汽車乘坐舒適性的影響。
２、正弦延遲轉向工況
在正弦延遲轉向工況中,汽車動力學仿真軟件CarSim的路面附著系數設為0.8,初始車速 設置為100km/h,前輪轉向角輸入如圖3a所示,幅值設置為5.82°,未施加控制,DYC控制和集成 控制的仿真對比結果如圖3b~圖3i所示。如圖3b~圖3e所示,在系統存在加性不確定性時,未施加控制的汽車在1.3s后失去穩定性,呈現出過多轉向趨勢,而DYC控制和集成控 制的汽車均保持穩定行駛狀態,并且可以準確跟 蹤期望橫擺角速度。
展開 3、示例
每個仿真程序負責計算一個子系統的行為，比如在自動駕駛HiL系統中，aiSim負責場景和傳感器仿真，CarSim負責車輛動力學，兩個仿真程序互相使用對方產生的輸出來進行計算。
CarSim中車輛動力學更新的頻率時1kHz，那么需要同步aiSim中場景更新的頻率也為1kHz，而且只有在收到動力學信息后才會進行下一步的仿真。
4、同步和誤差管理
在聯合仿真的過程中，可能會產生附加誤差，需要通過合適的聯合仿真算法或是通信模式來將其限制在可接受的范圍內，比如設置更新步長等。
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一、效果預覽
PC1 aiSim運行效果
PC2 讀取FMU和UDP通訊
一、相關配置
OS：Ubuntu22.05
仿真軟件：aiSim 5.2.0
首先是要構建所需要的FMU，在一些動力學仿真軟件上，如CarSim，可以直接導出動力學模型對應的FMU文件，但本次我們基于C++從零構建FMU文件。
3、示例
每個仿真程序負責計算一個子系統的行為，比如在自動駕駛HiL系統中，aiSim負責場景和傳感器仿真，CarSim負責車輛動力學，兩個仿真程序互相使用對方產生的輸出來進行計算。
CarSim中車輛動力學更新的頻率時1kHz，那么需要同步aiSim中場景更新的頻率也為1kHz，而且只有在收到動力學信息后才會進行下一步的仿真。
3) 車輛動力學仿真軟件：如CarSim、AVL等，用于模擬電動車的動力學行為、懸掛系統和車輛性能。
4) 控制系統設計軟件：如MATLAB/Simulink、LabVIEW等，用于設計和評估新能源汽車的控制系統和電動車輛管理系統。
5) 數據分析與優化軟件：如MATLAB、Python等，用于處理實驗數據、建立模型和優化設計參數。
為了驗證該分配策略的有效性，通過聯合MATLAB／Simulink與車輛動力學軟件Carsim。分別在直道與彎道制動的情況下對線控制動車輛與液壓制動車輛進行了對比仿真。
-1 控制動系統的結構和工作原理
線控制動系統的基本組成如下圖所示．它主要包括制動踏板模塊、中央控制器、車輪制動模塊、通訊網絡、電源模塊等部分。
CarSim軟件的主要適用于以下車型的建模仿真：轎車、輕型貨車、輕型多用途運輸車及SUV。
圖片：轉自知乎 趙迪
因為CarSim做的全是整車仿真，為了提升仿真的速度，所以CarSim里的模型都比較簡單，通常就是簡單的公式或者基于特性（查表）的模型，參數也比較少，但是從整車層面來看，其精度還是可以接受的。
表1 整車參數
Tab.1 Vehicle parameters
表2 電機參數
Tab.2 Motor parameters
仿真和試驗工況為：初始車速為40 km·h-1，路面附著系數0.8，車輛制動強度從0開始逐步增長到0.4并保持不變，直到車速減為0.
4.1 仿真結果及分析
基于Simulink/AMESim/CarSim
圖5 空氣動力學
d）車輛動力學
車輛動力學涉及行駛中的操縱性和舒適性，涵蓋的內容比較廣，還與汽車振動內容有所重合，具體來講包括懸架系統結構、各項參數的設計調整，整車動力學的建模、操作穩定性等等，各種專業理論、建模和各專業名詞可查看清華大學余志生《汽車理論》教材，工程中通常會涉及諸如ADAMS、ChassisSim，CarSim、MATLAB等軟件，對整個知悉體系以及整車的性能了解要求較高。
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存在一些仿真子模塊，比如開源的交通流仿真方面SUMO，商用的動力學仿真方面CarSim、Trucksim和Carmaker等。測試方式包括模型在環（MIL）、軟件在環（SIL）、硬件在環（HIL）和整車在環（VIL）等。傳感器的仿真，特別是攝像頭的圖像生成，除了圖形學的渲染方式，還有基于機器學習的方式。
比如VTD、PreScan是常用的場景和傳感器模仿真軟件，CarSim是常用的車輛動力學仿真軟件，ECU-TEST是常用的測試管理工具。
