一. 介绍

 

1. 1 CarSim软件包含三个主要的部分:

 

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。

 

1.2  将会学到什么?

 

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。

 

二.  查看仿真结果

 

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。

 

2.1 启动CarSim并创建一个新数据库

 

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

 

2.2 运行控制界面

 

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。

 

2.3  观看已仿真的动画  

 

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。

 

2.4 View Video + Plots                

 

“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.

 

2.5 观看模型信息View Model Information   

 

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