CarSim仿真快速入門(一)

• VehicleSim (VS): VS Solvers使用詳細的物理模型來模拟高速公路車輛及其控制器的動态行為，對駕駛員的控制、3D地面幾何形狀及空氣動力學做出相應的相應。

• VS Visualizer使用虛拟攝像機和繪圖顯示模拟結果。

• CarSim圖形用戶界面（GUI）可以訪問車輛，道路，測試條件以及支持視頻動畫和繪圖的信息的數據庫。

車輛動力學的高精度的仿真模拟需要大量數據。CarSim包括一個包含許多示例車輛和測試流程的數據庫。如果用戶還不熟悉CarSim，特别是一開始對GUI和數據庫不熟悉。本文旨在介紹GUI和數據庫的主要元素，以便用戶熟悉CarSim的組織加工和基本工具。期望利用幾個小時來完成所有步驟。

本文旨在介紹使用CarSim的使用經驗。因此，将向用戶展示如何創建新數據庫，以及如何在不與現有數據集沖突的情況下創建新數據集。

在本教程中，不必掌握CarSim中的所有選項和功能，CarSim包含軟件中包含的大量文檔，本文在以後的章節中會對這些文檔進行講解。

如何在CarSim中查看仿真結果，我們将從查看現有示例開始。稍後，将運行一個新的仿真。在準備過程中，将首先創建一個新數據庫，以便在學習本教程時使用。這樣避免了對其他已安裝示例進行意外修改的可能性。

通過使用“開始”菜單或雙擊桌面上的CarSim圖标來啟動CarSim（具體取決于您的Windows版本）。

CarSim啟動時，它會彈出一個對話框來選擇數據庫（圖1）。在正常操作中，将選擇一個數據庫（例如①）并繼續②。但是，對于本文，我們将創建一個包含單個車輛和測試條件的新數據庫。

圖 1. 從CarSim安裝中打開數據庫.

• 點擊按鈕 Create a new database from a Consolidated Parsfile③。

• 将彈出一個窗口，描述從統一的parsfile創建新數據庫要采取的下一步步驟（圖2）。閱讀消息并單擊 Continue。

圖 2. 創建新數據庫時的警告框

• Windows文件浏覽器将出現，因此您可以找到統一的parsfile（擴展名CPAR，圖3）。找到此快速入門指南的文件：CarSim_2019.1_Quick_Start.cpar，然後單擊``Open''按鈕即可繼續。

圖 3. 找到CarSim快速開始CPAR文件

CPAR文件路徑如下[CarSim_Prog_Folder]\Resources\ Import_Examples, [CarSim_Prog_Folder] 是文件的安裝位置。

如果不确定CarSim Prog文件夾的安裝位置，則可以右鍵單擊Windows“開始”菜單中的CarSim項目并查看屬性。查找CPAR文件的另一種方法是使用Windows搜索該文件 CarSim_2019.1_Quick_Start.cpar。

• Windows文件浏覽器将再次顯示，提示您為新的CarSim數據庫創建一個空文件夾（圖4）。

a. 導航到硬盤上新CarSim數據庫文件夾的位置。此位置必須是您擁有讀/寫權限的位置（例如，文檔）。

圖 4. 為新數據庫創建一個空文件夾

b. 點擊按鈕 Make New Folder①。

c. 新文件夾将以諸如“新文件夾”的名稱突出顯示。突出顯示時，可以鍵入一個新名稱。給它一個合适的名稱，例如CarSim_Data_QS ②。

此時，請注意不要再次單擊“新建文件夾”按鈕，或者在選擇“New Folder”按鈕的情況下按Enter鍵（您不想創建第二個新文件夾！）。單擊确定按鈕③繼續。

如果安裝的設置為在啟動CarSim時顯示“許可證設置”窗口，則将顯示一個許可證摘要窗口（圖5）。單擊選擇按鈕繼續。如果您具有加密狗或節點鎖定許可證，則有一個複選框可以跳過此窗口的顯示；可以設置該複選框。如果您使用的是網絡許可證，請不要進行檢查（以後可能需要選擇其他許可證選項）。

圖5. 許可證選擇.

CarSim将創建新的數據庫。完成後，您應該在快速入門指南的“Run Control”界面上查看（圖6顯示了窗口的頂部）。注意标題中剛創建的數據庫的名稱①。

圖 6. CarSim運行控制（主頁）界面

• 就本教程而言，請使用“View”菜單來确保将選項設置為“Show Button Toolbar”，“Show Button Labels”和“顯示側邊欄”（圖7）。

圖 7. 視圖選擇界面.

• 在視圖菜單中選擇第一項：窗口大小匹配系統顯示設置。Windows 7、8和10可以選擇以100％，125％，150％等。菜單中的第一個選項使用用戶的系統偏好設置來縮放CarSim窗口。

• 右鍵單擊并按住“Help”按鈕①以獲取工具提示（圖8）。

在使用CarSim時使用鼠标右鍵獲取工具幫助提示。右鍵單擊并按住按鈕，字段和各種控制對象，以獲取其功能的簡短描述。

圖 8. 右鍵單擊并按住以獲取有關按鈕或其他控件的信息.

4. 單擊help按鈕。這将啟動Adobe Reader程序，并帶有當前界面的PDF文檔文件（圖9）。

圖 9. 有關當前窗口的文檔.

在任何時候，都可以使用此按鈕或按F1鍵來獲取當前界面的文檔。“help”菜單還可以用于訪問随CarSim安裝的許多文檔.

CarSim中所有長度超過一定頁數的PDF文檔都包含書簽，用于快速訪問感興趣的部分。例如，圖9顯示了“運行控制界面”文檔的書簽。單擊諸如“run control”之類的主題，以跳至文檔的該部分。

閱讀完本教程後，可以返回到“run control”界面的文檔。

2.2.1 CarSim運行控制（主頁）窗口布局

CarSim Run Control界面是訪問CarSim中主要工具和數據集的起點（圖10）。

圖10. CarSim Run Control界面的布局.

界面上的藍色框是指向更多數據的鍊接，類似于網頁上顯示的鍊接（有時稱為超鍊接）。

界面的主要部分分為三個部分。标題為“Simulated Test Specifications”的左列具有藍色鍊接，該鍊接指向要在模拟中使用的車輛數據，至少一個藍色鍊接指向定義測試程序的數據集。

中間一欄包含用于運行CarSim數學模型的控件。稍後，您将使用此處的按鈕執行新的模拟。

右列标題為“分析結果（後處理）”，提供對視頻和繪圖選項的訪問，以可視化模拟結果。

已使用“查看”菜單中的控件調整了CarSim窗口的外觀。通過右鍵單擊，鍵入F1并使用“help”按鈕，已經看到了可用的内置幫助。使用“help”菜單可以直接訪問所有幫助文檔。

現在，用戶将使用虛拟攝像機來查看仿真的車輛運動。

• 在“ CarSim Run Control”界面上的“Video”按鈕①（圖10）上單擊鼠标右鍵，以獲取按鈕工具提示。然後單擊視頻按鈕。VS Visualizer（CarSim中的動畫和繪圖工具）将基于虛拟攝像機顯示運行的動畫（圖11）。

圖 11. VS 可視化窗口.

• 對于本教程的目的，是使用VS Visualizer中的“View” ①菜單，确保已選中“Time control時間控制”和“時間倍數系數Time Multiplier” ②的選項。

Visualizer确保已檢查選項，并且VS Visualizer将仿真測試的結果與仿真攝像機相結合。如果動畫正在運行，請在調整相機時單擊“Stop” ③按鈕将其停止。

在動畫顯示區域中單擊并按住鼠标按鈕，然後使用簡單的鼠标拖動動作來移動仿真攝像機：

a. 按住鼠标右鍵掃動（左，右，上，下）以在車輛周圍盤旋。

b. 同時按下鼠标左鍵和右鍵以進行上下掃描，以使相機靠近或遠離車輛。如果使用鼠标中鍵，則可以按此鍵完成相同的操作。

c. 在查看區域中按下鼠标右鍵的同時按下Shift鍵；向任何方向掃掠以“拖動”查看區域。這會改變相機的目标。移動鼠标後，将顯示當前軸的視圖，并且在查看區域的中心帶有一個框（圖12）。

圖12. 拖動觀察坐标軸的原點和方向視圖.

在學習使用VS Visualizer時，可以通過按F1鍵或使用菜單選項Help-> Video window mouse/keyboard controls來獲得控制攝像機的鼠标操作的提醒。這将打開一個窗口，顯示影響相機的所有控件（圖13）。

圖13. VS Visualizer視頻窗口的鼠标控件。

• 考慮界面底部的時間控件（圖14）。

圖14. VS Visualizer的時間控件.

a. 注意界面底部的滑塊②。動畫運行時，滑塊從左向右移動。還顯示了當前時間（例如4.097 s）③。

b. 如果動畫已暫停，請單擊“播放/暫停”按鈕①或按鍵盤上的空格鍵來播放動畫。（如果空格鍵不起作用，請用鼠标左鍵單擊動畫區域以确保其處于“活動狀态”。）如果正在播放動畫，請單擊“播放/暫停”按鈕①或按鍵盤上的空格鍵來暫停動畫。

c. 當動畫暫停時，移動滑塊②以定位運行中的任何點。

d. 暫停動畫時，單擊滑塊，然後使用->和<-鍵在動畫中前後移動滑塊；這實現了慢動作的效果。

• 播放速度通常是實時的。但是，用戶可以使用其他時間控件以交互方式控制速度。

a. 在播放視頻時，左右移動時間倍增器滑塊⑥以調整時間刻度（顯示在字段中⑧）。範圍從快進（最右邊）到快退（最左邊）再到慢動作（刻度的中間）。如果鼠标具有中間的滾輪，則此按鈕也将起作用。

b. 左右移動滾輪/穿梭滑⑦塊以臨時調整速度。當釋放控件時，動畫将返回到當前時間比例設置②。

c. 将速度恢複為1倍（實時）⑤。方向（前進/後退）不受影響

d. 使用此快捷按鈕反轉方向（前進/後退）⑤.

• VS Visualizer通常使用3D對象渲染場景，這些對象的形狀由多邊形集定義。要查看多邊形的邊緣，請在3D視圖中的任意位置單擊鼠标左鍵以将其激活，然後反複按Ctrl + W以在幾種查看模式之間循環（圖15）。用戶也可以使用“查看”菜單更改渲染模式。

• 通過單擊窗口右上角的X按鈕或鍵入Alt + F4退出VS Visualizer。用戶應該再次查看CarSim Run Control界面。

現在，用戶已經完成了使用VS Visualizer觀看視頻的主要交互式控件。下一節将繼續VS Visualizer，展示如何查看關注變量的圖。

“Run Control”界面具有三個按鈕來啟動VS Visualizer（圖16）：僅視頻①，僅繪圖②以及兩者③。

當用戶熟悉軟件和仿真測試操作時，通常将僅使用VS Visualizer來顯示圖。但是，當用戶熟悉測試條件時，可以選擇查看同步的動畫和場景，從而更清晰的顯示仿真效果。

圖15. 顯示線框的視圖.

圖 16. 從“Run Control”界面運行VS Visualizer的按鈕.

• 在運行控制界面中，單擊動畫+繪圖按鈕。幾秒鐘後，VS Visualizer将出現，顯示上一節中看到的相同動畫，以及雙車道變更過程的目标變量圖（圖17）。

VS Visualizer可通過此處訪問相關仿真結果信息。此窗口中有三種面闆:

a.虛拟攝像機的視圖

b. 顯示曲線的窗口

c. 時間控制，包含用戶可以控制動畫的滑塊按鈕.

與具有多個面闆的任何窗口一樣，隻有一個面闆具有Windows OS的“焦點”。如果按鍵盤鍵，它将轉到具有焦點的面闆。

圖17. 帶有動畫和圖表網格的VS Visualizer初始視圖.

可以用鼠标左鍵左右拖動 “動畫”和“繪圖網格”之間的垂直分隔線來調整動畫和繪圖網格的大小。

• 測試控制面闆中的時間控件：

a. 單擊播放/暫停按鈕①幾次，以确認其工作與之前相同。

請注意，每個圖中的垂直光标線也會移動，顯示每個圖中③與仿真時間匹配的點。在時間控制面闆的右側④，仿真時間如前所示。

b. 确認滑塊控件仍然可以跳轉到感興趣的時間點，無論是從結果曲線還是從動畫中識别出來。

c. 如果滑塊控件具有焦點，請确認鍵盤快捷鍵仍然有效。使用空格鍵啟動和停止；使用箭頭鍵->和<-向前或向後小幅度移動

• 雙擊任何一個圖将其展開（圖18）。如圖所示，該圖應具有明顯的黑色輪廓。如果對聚焦點有疑問，請在繪圖空間中單擊以确保繪圖面闆具有焦點，因此可以通過鍵盤輸入。

• 按PgDown鍵查看下一個圖；使用PgUp查看上一個。這些鍵可用于快速循環繪制曲線。

這個例子有九個圖。所有這些都可用于評估車輛的性能。簡要看看每個。在本指南的後面，将看到CarSim數學模型産生了數百個變量，可以輕松地繪制它們。

圖18.查看其中一張圖。.

• 随時按“ z”鍵返回到網格視圖。當前活動的繪圖（具有窗口焦點的繪圖）始終以黑色輪廓顯示（圖19）。

圖19.網格視圖時的垂直力曲線圖具有焦點。

确認頁面鍵仍可用于循環浏覽網格視圖中的圖。選擇标題為“ Vertical Forces：Baseline”的圖（圖19）。

“z”鍵既可實現最大縮放，又可返回網格。按下“ z”可完全放大垂向力圖（圖20）。

圖20.垂向力視圖，數字顯示變量值.

• 按“ v”鍵可在圖例區域中的光标所指示的時間中顯示圖例①中四個力的值，該時間與時間控制面闆右邊緣上顯示的時間匹配③。移動滑塊控件②以查看運行中的任何感興趣時間的值。其中動畫，繪圖光标和文本顯示是同步的。

• 可以通過多種方式放大視頻面闆，主要方式是同時按下左右按鈕（或鼠标中鍵）。這在繪圖區域也适用。

a. 在繪圖區域中同時按下左右按鈕（或鼠标中鍵），然後上下滑動鼠标以進行放大和縮小（圖21）。光标變為放大鏡圖标①，十字線标識發生縮放的點

b. 按“ r”鍵将繪圖比例恢複為原始視圖。

c. 将光标移到水平軸的編号部分（圖22）。光标改變以指示水平效果①。同時按下向左和向右按鈕，并左右移動鼠标以在水平方向上放大和縮小。

d. 将光标移到垂直軸的編号部分②。在這種情況下，光标将改變以指示垂直效果。同時按下鼠标左鍵和右鍵，然後上下移動鼠标以在垂直方向上放大和縮小。

e. 縮放的另一種方法是使用鼠标左鍵在繪圖區域内拖動一個矩形。釋放按鈕時，将放大所選區域以填充繪圖區域。

圖21.使用繪圖區域中的左右鼠标按鈕放大和縮小.

圖22.在水平軸區域中使用鼠标左右鍵水平縮放.

• 放大時，并非所有數據都是可見的。可以根據需要平移視圖區域。

可用于平移的三個選項：

a.在繪圖區域中按鼠标右鍵，可以看到該圖标變為“拖動”手圖标（圖23）。繼續向任何方向拖動圖内容。

圖23.右鍵單擊并在繪圖區域中拖動以在任何方向平移整個繪圖。

b.将鼠标放在水平軸的編号區域中。像縮放時一樣，光标變為顯示水平效果。按下任一鼠标按鈕并向左或向右移動鼠标以水平平移。

c. 将鼠标放在垂直軸的編号區域中。像縮放時一樣，光标更改為顯示垂直效果。按下任一鼠标按鈕，然後上下移動鼠标以垂直平移。

• 圖例中顯示的值與界面右下方顯示的相機時間相對應。要在平移後移動顯示時間以匹配繪圖，請鍵入Shift + T。這将更改錄像時間以匹配當前圖（圖24）。

• 滑動時間控件以在稍後的運行中觀看視頻。鍵入“ t”鍵，更新繪圖以顯示新相機時間附近的數據。

當縮放繪圖以使僅部分仿真結果可見時，“ t”和Shift + T選項會很有用。總結一下：

a。輸入“ t”以平移繪圖以匹配相機的顯示時間。

b。鍵入Shift + T可以更改相機顯示時間以匹配圖。

• 始終選擇活動圖中的一條繪制曲線，并在圖例中用名稱的輪廓表示。例如，在圖中選擇了名為“垂直輪胎L1”的圖24.可以跳到模拟中所選圖具有最大值或最小值的點。

圖24.使用Shift + T将顯示時間更改為當前圖的中心.

a. 按Ctrl加向上箭頭鍵。VS Visualizer将跳至所選變量出現最大值的時間（在T = 3.650時，最大力= 6323.5，圖25）。但是，由于該圖已放大，因此該圖未顯示感興趣的時間（T = 3.650s）。

圖25.使用Ctrl +向上箭頭更改相機時間以找到所選數據通道的最大值.

b. 按“ t”鍵以平移圖表以包括當前的攝像機時間（圖26）。

c. 視頻已同步，因此已更改為顯示相應的時間點。可以根據需要縮放和平移視頻圖像，以從所需的任何視角查看方向。

圖26.按“ t”将繪圖平移到當前相機時間T = 3.650s.

d. 按Ctrl加向下箭頭鍵。VS Visualizer将跳至所選變量的最小值出現的時間。

e. 使用Tab鍵可在各圖之間循環。例如，使用Tab鍵選擇Tire R1垂直力圖，然後使用Ctrl + Up和Ctrl + Down組合鍵在模拟中找到右前輪胎力達到最大值和最小值時的時間。

• 轉到“幫助”菜單，然後選擇“繪圖窗口”鼠标/鍵盤控件或按F1鍵（如果繪圖面闆具有焦點）。這将打開一個窗口，列出所有鼠标和鍵盤控件（圖27）。查看控件選項後，關閉窗口。

• 如用戶将在後面看到的，此示例中顯示在網格中的九個圖是提前在CarSim數據庫中設置的。用戶還可以通過簡單的拖放操作來繪制模拟輸出文件中的任何變量。

a. 使用菜單命令View > Data Manager ① 查看Data Manager窗口②（圖28）。（您可能需要将窗口移到相機視圖中未停靠的位置。）這列出了運行模拟時寫入文件的所有變量。

圖27.“幫助”窗口列出了用于繪制的鼠标和鍵盤控件。

圖28.使用View菜單顯示Data Manager窗口。

b. 使用菜單命令Plot> Create new Plot①添加新的繪圖窗口（圖29）。請注意，窗口最初沒有内容。

圖29.使用Plot菜單創建一個新圖.

c. 滾動Data Manager窗口以查看可用變量。通過将變量名稱從Data Manager窗口拖到Plot窗口來進行繪圖。例如，拖動橫向輪胎力變量Fy_L1（圖30）。請注意，VS Visualizer生成的圖，并會自動在圖中标記軸和數據集。

圖30.将變量名從Data Manager拖到Plot窗口。

d. 将具有相同單位的另一個變量拖到圖中。例如，拖動其他三個橫向力變量（圖31）。請注意，VS Visualizer将添加圖并自動調整标簽。

圖31.添加具有相同單位的第二個變量.

• VS Visualizer最初在同一主窗口内顯示視頻窗口和繪圖網格。通過将标題欄拖動到主窗口之外，可以取消停靠視頻窗口，可以在其中根據需要調整其大小（圖32）。

已經顯示了Data Manager窗口并創建了一個新的Plot窗口。還可以使用菜單項View > New Animation窗口添加新的視頻窗口，并使用菜單項Plot > View Predefined Plot為預定義的圖添加新的圖窗口。

• 退出VS Visualizer，返回到CarSim Run Control 窗口.

到目前為止，已經通過仿真視頻查看了車輛的運動，并通過圖形圖查看了其他感興趣的輸出。現在讓我們看一下仿真車輛的靜态屬性。

圖32.可視化工具窗口可以添加并位于界面上的任何位置.

在“ CarSim Run Control”界面上，界面右下角有一個“View”按鈕①（圖33），可用于訪問許多機器生成的文檔，這些文檔描述了關于CarSim數學模型的技術細節。

圖33. CarSim Run Control界面右下角的查看按鈕.

• 使用“View”按鈕旁邊的下拉列表③，然後選擇具有初始條件的第一項Echo file with initial conditions文件②。然後單擊View按鈕①以在随CarSim一起安裝的文本編輯器中顯示文件（圖34）。

圖34.為仿真運行生成的Echo文件.

• 在編輯器中滾動浏覽此Echo文件。請注意，它分為幾部分。

a. 該文件的頂部具有系統參數。其中包括時間步長，開始時間，停止時間等。

b. 接下來的部分列出了模型各部分的參數：總體質量，彈簧質量，懸架，輪胎，道路，駕駛員模型等。例如，圖35顯示了總體車輛質量，重心（CG）的位置的質量。

c. 接下來，該文件列出了所有可配置功能（表格）數據，這些數據用于描述車輛的非線性特性，例如懸架和輪胎。

d. 轉到文件的末尾，查看它包含5600多行（如果打印，則大約為90頁）。

e. 退出文本編輯器（Alt + F4）.

Echo文件由VS Solver（CarSim執行數學模型計算的部分）生成，以記錄在模拟運行中使用的CarSim Math Model的所有屬性。

圖35. Echo文件中的部分顯示了整體和簧載質量屬性

未經作者許可，禁止轉載