CarSim仿真快速入门(一)

• VehicleSim (VS): VS Solvers使用详细的物理模型来模拟高速公路车辆及其控制器的动态行为，对驾驶员的控制、3D地面几何形状及空气动力学做出相应的相应。

• VS Visualizer使用虚拟摄像机和绘图显示模拟结果。

• CarSim图形用户界面（GUI）可以访问车辆，道路，测试条件以及支持视频动画和绘图的信息的数据库。

车辆动力学的高精度的仿真模拟需要大量数据。CarSim包括一个包含许多示例车辆和测试流程的数据库。如果用户还不熟悉CarSim，特别是一开始对GUI和数据库不熟悉。本文旨在介绍GUI和数据库的主要元素，以便用户熟悉CarSim的组织加工和基本工具。期望利用几个小时来完成所有步骤。

本文旨在介绍使用CarSim的使用经验。因此，将向用户展示如何创建新数据库，以及如何在不与现有数据集冲突的情况下创建新数据集。

在本教程中，不必掌握CarSim中的所有选项和功能，CarSim包含软件中包含的大量文档，本文在以后的章节中会对这些文档进行讲解。

如何在CarSim中查看仿真结果，我们将从查看现有示例开始。稍后，将运行一个新的仿真。在准备过程中，将首先创建一个新数据库，以便在学习本教程时使用。这样避免了对其他已安装示例进行意外修改的可能性。

通过使用“开始”菜单或双击桌面上的CarSim图标来启动CarSim（具体取决于您的Windows版本）。

CarSim启动时，它会弹出一个对话框来选择数据库（图1）。在正常操作中，将选择一个数据库（例如①）并继续②。但是，对于本文，我们将创建一个包含单个车辆和测试条件的新数据库。

图 1. 从CarSim安装中打开数据库.

• 点击按钮 Create a new database from a Consolidated Parsfile③。

• 将弹出一个窗口，描述从统一的parsfile创建新数据库要采取的下一步步骤（图2）。阅读消息并单击 Continue。

图 2. 创建新数据库时的警告框

• Windows文件浏览器将出现，因此您可以找到统一的parsfile（扩展名CPAR，图3）。找到此快速入门指南的文件：CarSim_2019.1_Quick_Start.cpar，然后单击``Open''按钮即可继续。

图 3. 找到CarSim快速开始CPAR文件

CPAR文件路径如下[CarSim_Prog_Folder]\Resources\ Import_Examples, [CarSim_Prog_Folder] 是文件的安装位置。

如果不确定CarSim Prog文件夹的安装位置，则可以右键单击Windows“开始”菜单中的CarSim项目并查看属性。查找CPAR文件的另一种方法是使用Windows搜索该文件 CarSim_2019.1_Quick_Start.cpar。

• Windows文件浏览器将再次显示，提示您为新的CarSim数据库创建一个空文件夹（图4）。

a. 导航到硬盘上新CarSim数据库文件夹的位置。此位置必须是您拥有读/写权限的位置（例如，文档）。

图 4. 为新数据库创建一个空文件夹

b. 点击按钮 Make New Folder①。

c. 新文件夹将以诸如“新文件夹”的名称突出显示。突出显示时，可以键入一个新名称。给它一个合适的名称，例如CarSim_Data_QS ②。

此时，请注意不要再次单击“新建文件夹”按钮，或者在选择“New Folder”按钮的情况下按Enter键（您不想创建第二个新文件夹！）。单击确定按钮③继续。

如果安装的设置为在启动CarSim时显示“许可证设置”窗口，则将显示一个许可证摘要窗口（图5）。单击选择按钮继续。如果您具有加密狗或节点锁定许可证，则有一个复选框可以跳过此窗口的显示；可以设置该复选框。如果您使用的是网络许可证，请不要进行检查（以后可能需要选择其他许可证选项）。

图5. 许可证选择.

CarSim将创建新的数据库。完成后，您应该在快速入门指南的“Run Control”界面上查看（图6显示了窗口的顶部）。注意标题中刚创建的数据库的名称①。

图 6. CarSim运行控制（主页）界面

• 就本教程而言，请使用“View”菜单来确保将选项设置为“Show Button Toolbar”，“Show Button Labels”和“显示侧边栏”（图7）。

图 7. 视图选择界面.

• 在视图菜单中选择第一项：窗口大小匹配系统显示设置。Windows 7、8和10可以选择以100％，125％，150％等。菜单中的第一个选项使用用户的系统偏好设置来缩放CarSim窗口。

• 右键单击并按住“Help”按钮①以获取工具提示（图8）。

在使用CarSim时使用鼠标右键获取工具帮助提示。右键单击并按住按钮，字段和各种控制对象，以获取其功能的简短描述。

图 8. 右键单击并按住以获取有关按钮或其他控件的信息.

4. 单击help按钮。这将启动Adobe Reader程序，并带有当前界面的PDF文档文件（图9）。

图 9. 有关当前窗口的文档.

在任何时候，都可以使用此按钮或按F1键来获取当前界面的文档。“help”菜单还可以用于访问随CarSim安装的许多文档.

CarSim中所有长度超过一定页数的PDF文档都包含书签，用于快速访问感兴趣的部分。例如，图9显示了“运行控制界面”文档的书签。单击诸如“run control”之类的主题，以跳至文档的该部分。

阅读完本教程后，可以返回到“run control”界面的文档。

2.2.1 CarSim运行控制（主页）窗口布局

CarSim Run Control界面是访问CarSim中主要工具和数据集的起点（图10）。

图10. CarSim Run Control界面的布局.

界面上的蓝色框是指向更多数据的链接，类似于网页上显示的链接（有时称为超链接）。

界面的主要部分分为三个部分。标题为“Simulated Test Specifications”的左列具有蓝色链接，该链接指向要在模拟中使用的车辆数据，至少一个蓝色链接指向定义测试程序的数据集。

中间一栏包含用于运行CarSim数学模型的控件。稍后，您将使用此处的按钮执行新的模拟。

右列标题为“分析结果（后处理）”，提供对视频和绘图选项的访问，以可视化模拟结果。

已使用“查看”菜单中的控件调整了CarSim窗口的外观。通过右键单击，键入F1并使用“help”按钮，已经看到了可用的内置帮助。使用“help”菜单可以直接访问所有帮助文档。

现在，用户将使用虚拟摄像机来查看仿真的车辆运动。

• 在“ CarSim Run Control”界面上的“Video”按钮①（图10）上单击鼠标右键，以获取按钮工具提示。然后单击视频按钮。VS Visualizer（CarSim中的动画和绘图工具）将基于虚拟摄像机显示运行的动画（图11）。

图 11. VS 可视化窗口.

• 对于本教程的目的，是使用VS Visualizer中的“View” ①菜单，确保已选中“Time control时间控制”和“时间倍数系数Time Multiplier” ②的选项。

Visualizer确保已检查选项，并且VS Visualizer将仿真测试的结果与仿真摄像机相结合。如果动画正在运行，请在调整相机时单击“Stop” ③按钮将其停止。

在动画显示区域中单击并按住鼠标按钮，然后使用简单的鼠标拖动动作来移动仿真摄像机：

a. 按住鼠标右键扫动（左，右，上，下）以在车辆周围盘旋。

b. 同时按下鼠标左键和右键以进行上下扫描，以使相机靠近或远离车辆。如果使用鼠标中键，则可以按此键完成相同的操作。

c. 在查看区域中按下鼠标右键的同时按下Shift键；向任何方向扫掠以“拖动”查看区域。这会改变相机的目标。移动鼠标后，将显示当前轴的视图，并且在查看区域的中心带有一个框（图12）。

图12. 拖动观察坐标轴的原点和方向视图.

在学习使用VS Visualizer时，可以通过按F1键或使用菜单选项Help-> Video window mouse/keyboard controls来获得控制摄像机的鼠标操作的提醒。这将打开一个窗口，显示影响相机的所有控件（图13）。

图13. VS Visualizer视频窗口的鼠标控件。

• 考虑界面底部的时间控件（图14）。

图14. VS Visualizer的时间控件.

a. 注意界面底部的滑块②。动画运行时，滑块从左向右移动。还显示了当前时间（例如4.097 s）③。

b. 如果动画已暂停，请单击“播放/暂停”按钮①或按键盘上的空格键来播放动画。（如果空格键不起作用，请用鼠标左键单击动画区域以确保其处于“活动状态”。）如果正在播放动画，请单击“播放/暂停”按钮①或按键盘上的空格键来暂停动画。

c. 当动画暂停时，移动滑块②以定位运行中的任何点。

d. 暂停动画时，单击滑块，然后使用->和<-键在动画中前后移动滑块；这实现了慢动作的效果。

• 播放速度通常是实时的。但是，用户可以使用其他时间控件以交互方式控制速度。

a. 在播放视频时，左右移动时间倍增器滑块⑥以调整时间刻度（显示在字段中⑧）。范围从快进（最右边）到快退（最左边）再到慢动作（刻度的中间）。如果鼠标具有中间的滚轮，则此按钮也将起作用。

b. 左右移动滚轮/穿梭滑⑦块以临时调整速度。当释放控件时，动画将返回到当前时间比例设置②。

c. 将速度恢复为1倍（实时）⑤。方向（前进/后退）不受影响

d. 使用此快捷按钮反转方向（前进/后退）⑤.

• VS Visualizer通常使用3D对象渲染场景，这些对象的形状由多边形集定义。要查看多边形的边缘，请在3D视图中的任意位置单击鼠标左键以将其激活，然后反复按Ctrl + W以在几种查看模式之间循环（图15）。用户也可以使用“查看”菜单更改渲染模式。

• 通过单击窗口右上角的X按钮或键入Alt + F4退出VS Visualizer。用户应该再次查看CarSim Run Control界面。

现在，用户已经完成了使用VS Visualizer观看视频的主要交互式控件。下一节将继续VS Visualizer，展示如何查看关注变量的图。

“Run Control”界面具有三个按钮来启动VS Visualizer（图16）：仅视频①，仅绘图②以及两者③。

当用户熟悉软件和仿真测试操作时，通常将仅使用VS Visualizer来显示图。但是，当用户熟悉测试条件时，可以选择查看同步的动画和场景，从而更清晰的显示仿真效果。

图15. 显示线框的视图.

图 16. 从“Run Control”界面运行VS Visualizer的按钮.

• 在运行控制界面中，单击动画+绘图按钮。几秒钟后，VS Visualizer将出现，显示上一节中看到的相同动画，以及双车道变更过程的目标变量图（图17）。

VS Visualizer可通过此处访问相关仿真结果信息。此窗口中有三种面板:

a.虚拟摄像机的视图

b. 显示曲线的窗口

c. 时间控制，包含用户可以控制动画的滑块按钮.

与具有多个面板的任何窗口一样，只有一个面板具有Windows OS的“焦点”。如果按键盘键，它将转到具有焦点的面板。

图17. 带有动画和图表网格的VS Visualizer初始视图.

可以用鼠标左键左右拖动 “动画”和“绘图网格”之间的垂直分隔线来调整动画和绘图网格的大小。

• 测试控制面板中的时间控件：

a. 单击播放/暂停按钮①几次，以确认其工作与之前相同。

请注意，每个图中的垂直光标线也会移动，显示每个图中③与仿真时间匹配的点。在时间控制面板的右侧④，仿真时间如前所示。

b. 确认滑块控件仍然可以跳转到感兴趣的时间点，无论是从结果曲线还是从动画中识别出来。

c. 如果滑块控件具有焦点，请确认键盘快捷键仍然有效。使用空格键启动和停止；使用箭头键->和<-向前或向后小幅度移动

• 双击任何一个图将其展开（图18）。如图所示，该图应具有明显的黑色轮廓。如果对聚焦点有疑问，请在绘图空间中单击以确保绘图面板具有焦点，因此可以通过键盘输入。

• 按PgDown键查看下一个图；使用PgUp查看上一个。这些键可用于快速循环绘制曲线。

这个例子有九个图。所有这些都可用于评估车辆的性能。简要看看每个。在本指南的后面，将看到CarSim数学模型产生了数百个变量，可以轻松地绘制它们。

图18.查看其中一张图。.

• 随时按“ z”键返回到网格视图。当前活动的绘图（具有窗口焦点的绘图）始终以黑色轮廓显示（图19）。

图19.网格视图时的垂直力曲线图具有焦点。

确认页面键仍可用于循环浏览网格视图中的图。选择标题为“ Vertical Forces：Baseline”的图（图19）。

“z”键既可实现最大缩放，又可返回网格。按下“ z”可完全放大垂向力图（图20）。

图20.垂向力视图，数字显示变量值.

• 按“ v”键可在图例区域中的光标所指示的时间中显示图例①中四个力的值，该时间与时间控制面板右边缘上显示的时间匹配③。移动滑块控件②以查看运行中的任何感兴趣时间的值。其中动画，绘图光标和文本显示是同步的。

• 可以通过多种方式放大视频面板，主要方式是同时按下左右按钮（或鼠标中键）。这在绘图区域也适用。

a. 在绘图区域中同时按下左右按钮（或鼠标中键），然后上下滑动鼠标以进行放大和缩小（图21）。光标变为放大镜图标①，十字线标识发生缩放的点

b. 按“ r”键将绘图比例恢复为原始视图。

c. 将光标移到水平轴的编号部分（图22）。光标改变以指示水平效果①。同时按下向左和向右按钮，并左右移动鼠标以在水平方向上放大和缩小。

d. 将光标移到垂直轴的编号部分②。在这种情况下，光标将改变以指示垂直效果。同时按下鼠标左键和右键，然后上下移动鼠标以在垂直方向上放大和缩小。

e. 缩放的另一种方法是使用鼠标左键在绘图区域内拖动一个矩形。释放按钮时，将放大所选区域以填充绘图区域。

图21.使用绘图区域中的左右鼠标按钮放大和缩小.

图22.在水平轴区域中使用鼠标左右键水平缩放.

• 放大时，并非所有数据都是可见的。可以根据需要平移视图区域。

可用于平移的三个选项：

a.在绘图区域中按鼠标右键，可以看到该图标变为“拖动”手图标（图23）。继续向任何方向拖动图内容。

图23.右键单击并在绘图区域中拖动以在任何方向平移整个绘图。

b.将鼠标放在水平轴的编号区域中。像缩放时一样，光标变为显示水平效果。按下任一鼠标按钮并向左或向右移动鼠标以水平平移。

c. 将鼠标放在垂直轴的编号区域中。像缩放时一样，光标更改为显示垂直效果。按下任一鼠标按钮，然后上下移动鼠标以垂直平移。

• 图例中显示的值与界面右下方显示的相机时间相对应。要在平移后移动显示时间以匹配绘图，请键入Shift + T。这将更改录像时间以匹配当前图（图24）。

• 滑动时间控件以在稍后的运行中观看视频。键入“ t”键，更新绘图以显示新相机时间附近的数据。

当缩放绘图以使仅部分仿真结果可见时，“ t”和Shift + T选项会很有用。总结一下：

a。输入“ t”以平移绘图以匹配相机的显示时间。

b。键入Shift + T可以更改相机显示时间以匹配图。

• 始终选择活动图中的一条绘制曲线，并在图例中用名称的轮廓表示。例如，在图中选择了名为“垂直轮胎L1”的图24.可以跳到模拟中所选图具有最大值或最小值的点。

图24.使用Shift + T将显示时间更改为当前图的中心.

a. 按Ctrl加向上箭头键。VS Visualizer将跳至所选变量出现最大值的时间（在T = 3.650时，最大力= 6323.5，图25）。但是，由于该图已放大，因此该图未显示感兴趣的时间（T = 3.650s）。

图25.使用Ctrl +向上箭头更改相机时间以找到所选数据通道的最大值.

b. 按“ t”键以平移图表以包括当前的摄像机时间（图26）。

c. 视频已同步，因此已更改为显示相应的时间点。可以根据需要缩放和平移视频图像，以从所需的任何视角查看方向。

图26.按“ t”将绘图平移到当前相机时间T = 3.650s.

d. 按Ctrl加向下箭头键。VS Visualizer将跳至所选变量的最小值出现的时间。

e. 使用Tab键可在各图之间循环。例如，使用Tab键选择Tire R1垂直力图，然后使用Ctrl + Up和Ctrl + Down组合键在模拟中找到右前轮胎力达到最大值和最小值时的时间。

• 转到“帮助”菜单，然后选择“绘图窗口”鼠标/键盘控件或按F1键（如果绘图面板具有焦点）。这将打开一个窗口，列出所有鼠标和键盘控件（图27）。查看控件选项后，关闭窗口。

• 如用户将在后面看到的，此示例中显示在网格中的九个图是提前在CarSim数据库中设置的。用户还可以通过简单的拖放操作来绘制模拟输出文件中的任何变量。

a. 使用菜单命令View > Data Manager ① 查看Data Manager窗口②（图28）。（您可能需要将窗口移到相机视图中未停靠的位置。）这列出了运行模拟时写入文件的所有变量。

图27.“帮助”窗口列出了用于绘制的鼠标和键盘控件。

图28.使用View菜单显示Data Manager窗口。

b. 使用菜单命令Plot> Create new Plot①添加新的绘图窗口（图29）。请注意，窗口最初没有内容。

图29.使用Plot菜单创建一个新图.

c. 滚动Data Manager窗口以查看可用变量。通过将变量名称从Data Manager窗口拖到Plot窗口来进行绘图。例如，拖动横向轮胎力变量Fy_L1（图30）。请注意，VS Visualizer生成的图，并会自动在图中标记轴和数据集。

图30.将变量名从Data Manager拖到Plot窗口。

d. 将具有相同单位的另一个变量拖到图中。例如，拖动其他三个横向力变量（图31）。请注意，VS Visualizer将添加图并自动调整标签。

图31.添加具有相同单位的第二个变量.

• VS Visualizer最初在同一主窗口内显示视频窗口和绘图网格。通过将标题栏拖动到主窗口之外，可以取消停靠视频窗口，可以在其中根据需要调整其大小（图32）。

已经显示了Data Manager窗口并创建了一个新的Plot窗口。还可以使用菜单项View > New Animation窗口添加新的视频窗口，并使用菜单项Plot > View Predefined Plot为预定义的图添加新的图窗口。

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

到目前为止，已经通过仿真视频查看了车辆的运动，并通过图形图查看了其他感兴趣的输出。现在让我们看一下仿真车辆的静态属性。

图32.可视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，界面右下角有一个“View”按钮①（图33），可用于访问许多机器生成的文档，这些文档描述了关于CarSim数学模型的技术细节。

图33. CarSim Run Control界面右下角的查看按钮.

• 使用“View”按钮旁边的下拉列表③，然后选择具有初始条件的第一项Echo file with initial conditions文件②。然后单击View按钮①以在随CarSim一起安装的文本编辑器中显示文件（图34）。

图34.为仿真运行生成的Echo文件.

• 在编辑器中滚动浏览此Echo文件。请注意，它分为几部分。

a. 该文件的顶部具有系统参数。其中包括时间步长，开始时间，停止时间等。

b. 接下来的部分列出了模型各部分的参数：总体质量，弹簧质量，悬架，轮胎，道路，驾驶员模型等。例如，图35显示了总体车辆质量，重心（CG）的位置的质量。

c. 接下来，该文件列出了所有可配置功能（表格）数据，这些数据用于描述车辆的非线性特性，例如悬架和轮胎。

d. 转到文件的末尾，查看它包含5600多行（如果打印，则大约为90页）。

e. 退出文本编辑器（Alt + F4）.

Echo文件由VS Solver（CarSim执行数学模型计算的部分）生成，以记录在模拟运行中使用的CarSim Math Model的所有属性。

图35. Echo文件中的部分显示了整体和簧载质量属性

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