康謀分享 | 自動(dòng)駕駛聯(lián)合仿真——功能模型接口FMI（三）

在之前的兩篇文章中（文末往期回顧中可查看），我們主要介紹了功能模型接口FMI的主要組成部分和一些使用場(chǎng)景，今天就以康謀自動(dòng)駕駛仿真軟件aiSim為例，來展示一下如何建立一個(gè)FMU并實(shí)現(xiàn)基于UDP和FMI聯(lián)合仿真（co-simulation）數(shù)據(jù)通信。

一、效果預(yù)覽

PC1?aiSim運(yùn)行效果

PC2?讀取FMU和UDP通訊

一、相關(guān)配置

OS：Ubuntu22.05

仿真軟件：aiSim?5.2.0

首先是要構(gòu)建所需要的FMU，在一些動(dòng)力學(xué)仿真軟件上，如CarSim，可以直接導(dǎo)出動(dòng)力學(xué)模型對(duì)應(yīng)的FMU文件，但本次我們基于C++從零構(gòu)建FMU文件。

需要編輯的6份文件分別是：

• fmi_simple_car.cpp：根據(jù)FMI2.0標(biāo)準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)一個(gè)車輛模型
• simple_car.h：車輛模型的頭文件
• simple_car.cpp：車輛模型的實(shí)現(xiàn)文件
• value_reference_ids.h：定義值應(yīng)用ID的頭文件
• modelDescription.xml：定義FMU結(jié)構(gòu)的根文件
• simple_car_fmu.json文件：用于將構(gòu)建的FMU文件映射到aiSim的車輛動(dòng)力學(xué)中（非構(gòu)建FMU所必須）

三、操作步驟

首先是fmi_simple_car.cpp文件主要包含了6個(gè)部分，最終實(shí)現(xiàn)為模擬控制一個(gè)簡(jiǎn)單的車輛模型，包括了實(shí)例化、設(shè)置參數(shù)，執(zhí)行仿真步驟以及獲取和設(shè)置模型參數(shù)的功能。

頭文件：

• include?"fmi2Functions.h"?（是FMI2.0標(biāo)準(zhǔn)的頭文件，請(qǐng)參考FMI官網(wǎng)）
• include
• include
• include?"simple_car.h"

1、實(shí)例化

實(shí)例化FMU，在之前的文章中我們以C語言為例，本次采用C++來做示范。

fmi2Component fmi2Instantiate(  
fmi2String /*實(shí)例名稱*/,
fmi2Type fmuType /*實(shí)例類型（ME/CO）*/,
fmi2String /*唯一標(biāo)識(shí)符*/,
fmi2String /*資源位置*/,
const fmi2CallbackFunctions* /*回調(diào)函數(shù)*/,
fmi2Boolean /*是否可見*/,
fmi2Boolean /*是否啟用日志*/)
{/*此處可以與用判斷車輛實(shí)例是否在使用、檢查FMU的類型是ME模型交換還是CO聯(lián)合仿真、執(zhí)行實(shí)例化車輛*/
car_is_used = True; //預(yù)先設(shè)置的標(biāo)志變量，用于表示表示車輛是否正在使用
returen &only_one_car; //預(yù)先定義的全局SimpleCar對(duì)象only_one_car
}

2、FMU交互

實(shí)例化完成后，我們要實(shí)現(xiàn)一系列函數(shù)用于FMU交互的具體實(shí)現(xiàn)，主要包含獲取和設(shè)置變量，執(zhí)行仿真步驟等

① 獲取類型

獲取實(shí)數(shù)，通過遍歷引用數(shù)組vr，獲取對(duì)應(yīng)的值并存儲(chǔ)。

fmi2Status fmi2GetReal(fmi2Component /*c*/, const fmi2ValueReference vr[], size_t nvr, fmi2Real value[]){
for (size_t i = 0; i < nvr; ++i)    {
value[i] = only_one_car.GetValue(vr[i]);  
}  
return fmi2OK;
}

同樣還能夠?qū)崿F(xiàn)獲取整數(shù)、布爾值和字符串值。

② 設(shè)置類型

設(shè)置實(shí)數(shù)，同樣通過only_one_car.SetValue(vr[i],?value[i])設(shè)置對(duì)應(yīng)的值。

fmi2Status fmi2SetReal(fmi2Component /*c*/, const fmi2ValueReference vr[], size_t nvr, const fmi2Real value[]){
for (size_t i = 0; i < nvr; ++i)    {
only_one_car.SetValue(vr[i], value[i]);
}
return fmi2OK;
}

同樣還能夠?qū)崿F(xiàn)獲取整數(shù)、布爾值和字符串值。

③ 執(zhí)行仿真

獲取實(shí)聯(lián)合仿真函數(shù)（CO），可以是根據(jù)之前實(shí)數(shù)和證書引入導(dǎo)數(shù)計(jì)算，又或是引入仿真步驟的執(zhí)行和取消數(shù)，通過遍歷引用數(shù)組vr，獲取對(duì)應(yīng)的值并存儲(chǔ)。

比如執(zhí)行仿真步驟，其中DoStep將會(huì)在Simple_car.cpp中實(shí)現(xiàn)：

fmi2Status fmi2DoStep(fmi2Component /*c*/, fmi2Real /*currentCommunicationPoint*/, fmi2Real communicationStepSize, fmi2Boolean /*newStep*/){    
log_to_file("fmi2DoStep()");    only_one_car.DoStep(communicationStepSize); 
return fmi2OK;
}

同樣還能夠?qū)崿F(xiàn)獲取整數(shù)、布爾值和字符串值。

3、初始化和釋放

除此之外，我們還需要注意在仿真過程中FMU實(shí)例的初始化和釋放。

比如我們可以簡(jiǎn)單的通過設(shè)置car_is_used= false實(shí)現(xiàn)實(shí)例的釋放，可以通過only_one_car = SimplerCar()來實(shí)現(xiàn)FMU的重置，其中SimplerCar類的具體實(shí)現(xiàn)在simple_car.cpp中。

以上就是基于FMI2.0實(shí)現(xiàn)車輛模型時(shí)所需的基本內(nèi)容，剩余的內(nèi)容我們將在后續(xù)的文章中進(jìn)行分享。