无人驾驶车辆参数设置及联合仿真

在图4.10(a)所示的CarSim主界面中单击“新建”按钮，新建一组Dataset，如图4.10(b)所示，分别输入“Example”和“MPCtest1”，然后单击“Set”按钮，完成新建。

选择主菜单中的“Datasets”下拉菜单，如图4.11所示，会发现Example一栏中多出“MPCTest1”。

单击图4.12(a)中的下三角，选择相应的车型，如选择CS B-Class，Hatchback车型，如图4.12(b)所示。

单击如图4.13(a)所示新建工况，即出现如图4.13(b)所示的界面，在此界面新建满足要求的仿真工况。

图4.10　CarSim主界面

(a)CarSim主界面；(b)新建Dataset

图4.11　上一步所新建的Dataset

图4.12　选择车型

图4.13　仿真工况设置

(a)单击进入仿真工况界面；(b)仿真工况设置的主界面

　　新建仿真工况，在图4.14的文本框中依次输入“MPC Example”和“new-Split Mu”，单击“Set”按钮完成新建。

图4.14　新建仿真工况

然后，根据要求设置仿真工况如下。

(1)目标车速为18 km/h。

(2)无制动。

(3)挡位控制选用闭环AT六挡模式。

(4)无转向。

(5)路面选择为1 km2摩擦系数为1.0的方形路面。

(6)完成设置后，如图4.15所示。

图4.15　仿真工况设置

同样，在设置仿真工况的主界面设置仿真时间为30 s，将仿真步长设置为“0.001s”，如图4.16所示。

图4.16　仿真时间与仿真步长设置

单击如图4.17所示的Models选项，选择“Models：Simulink”，然后选择“[Link to New Dataset]”，在 弹 出 的 对 话 框 中 依 次 输 入“Example”和“MPCtest1”，单击“Create and Link”，完成新建，如图4.18所示。

单击如图4.19(a)所示的“MPCtest1”，将会弹出如图4.19(b)所示的Simulink{Example}MPCtest1的主界面，在其中选择相关路径。

(7)浏览工作路径：D：\Users\Public\Documents\CarSim_Data。

图4.17　选择Simulink接口和Link to New Dataset

(www.xing528.com)

图4.18　选择新建的“MPCtest1”

(8)Simulink Model的路径：D：\Users\Public\Documents\CarSim_Data\Extensions\Simulink\MPCtest1.mdl。

单击如图4.20(a)所示的“Import Channels”，定义CarSim的导入变量。选择“I/O Channels：Import”；然后单击如图4.20(b)所示的“[Copy and Link Dataset]”；输入“MPCtest1 input”，如图4.20(c)所示。

图4.19　设置工作路径和Simulink工程所在的路径

(a)单击“MPCtest1”；(b)Simulink{Example}MPCtest1的主界面

图4.20　新建MPCtest1 input

(a)选择I/O Channels：Import；(b)Copy and Link Dataset；(c)命名为MPCtest1 input

单击，显示如图4.21所示内容，这时需要浏览找到，这里为Programs\solvers\ReadMe\f_i_i__s_imports_tab.txt。定义CarSim的导入变量为车速和4个车轮的转角，顺序依次为IMP_SPEED(质心车速[km/h])、IMP_STEER_L1(左前 轮转角[°])、IMP_STEER_R1(右前轮转角[°])、IMP_STEER_L2(左后轮转角[°])、IMP_STEER_R2(右后轮转角[°])，如图4.21所示。

图4.21　定义CarSim导入变量

需要注意的是：CarSim的导入变量是和Simulink中MPC模型的输出量相对应的，所以这里的CarSim的导入变量应按照如图4.22的顺序排列选择。

图4.22　CarSim的导入变量

以同样的步骤定义CarSim导入变量相同。首先新建名为MPCtest1 output的一个dataset。单击，弹出如图4.23所示的界面。这时需要浏览找到，这 里 为Programs\solvers\ReadMe\i_i_outputs_tab.txt。定义CarSim的导出变量依次为X0(坐标系X轴的坐标值[m])、Y0(坐标系Y轴的坐标值[m])、Yaw(偏航角[°])、Vx(质心处的纵向车速[km/h])、Steer_SW(转向盘转角[°])。

图4.23　定义CarSim导出变量

需要注意的是：CarSim的导出变量(X0、Y0和Yaw)是和Simulink中MPC模型的输入量相对应的，CarSim的导出变量(Vx和Steer_SW)为观测量，所以这里的CarSim的导出变量应按照如图4.24的顺序排列选择。

图4.24　CarSim的导出变量

在CarSim的主界面单击“Send to Simulink”按钮，此时MATLAB及之前新建的空白 模型MPCtest1.mdl将被打开。将“CarSim S-Function”拖到MPCtest1.mdl中。完成上述设定后，CarSim通过外部接口将车辆模型发送至指定路径下的Simulink仿真文件中，CarSim模块即以S函数的形式增加到Simulink模型库中。

将Simulink Library Browser中的“S-Function”模块拖到MPCtest1.mdl中，并双击该图标，弹出如图4.25所示的对话框，在S-function name中输入“MY_MPCController3”。单击“Edit”按钮，将设计好的基于MPC的轨迹跟踪控制算法的M文件导入。注意此模块恰好有一个输入接口和一个输出接口，分别对应着轨迹跟踪控制器(MY_MPCController3)的导入变量和导出变量。

图4.25　S-Function对话框

其中，MY_MPCController3控制器模块的输入量为上一时刻CarSim模块的导出变量X0、Y0和Yaw。在如图4.26所示的Simulink/CarSim联合仿真平台中加入了延时模块。

图4.26　Simulink/CarSim联合仿真平台

MY_MPCController3控制器模块的输出量为v车速(m/s)和δ前轮偏角(deg)，需对其转换成满足CarSim模块要求的导入变量：IMP_SPEED(质心车速[km/h])、IMP_STEER_L1(左前轮转角[°])、IMP_STEER_R1(右前轮转角[°])、IMP_STEER_L2(左后轮转角[°])、IMP_STEER_R2(右后轮转角[°])。所以在MY_MPCController3控制器模块的输出量与CarSim模块的导入变量之间加入转换函数。

定义：

在CarSim主界面，单击“Run Now”按钮，运行整个模型。说明：若对CarSim软件的参数(车辆参数、仿真工况等)进行修改，则再次单击，来重新读入修改后的参数，然后模型才能正常运行。若只在Simulink模型里作相应的修改，不会影响CarSim中的参数，直接单击模型。仿真运行结束后单击，可以查看仿真动画(图4.27)。同样，可单击绘制曲线。

图4.27　仿真动画