一. 介紹

1. 1 CarSim軟件包含三個主要的部分：

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

VS Visualizer使用虛擬攝像機和繪圖顯示模擬結(jié)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(shù)據(jù)庫。

1.2  將會學(xué)到什么？

車輛動力學(xué)的高精度的仿真模擬需要大量數(shù)據(jù)。CarSim包括一個包含許多示例車輛和測試流程的數(shù)據(jù)庫。如果用戶還不熟悉CarSim，特別是一開始對GUI和數(shù)據(jù)庫不熟悉。本文旨在介紹GUI和數(shù)據(jù)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(jīng)驗。因此，將向用戶展示如何創(chuàng)建新數(shù)據(jù)庫，以及如何在不與現(xiàn)有數(shù)據(jù)集沖突的情況下創(chuàng)建新數(shù)據(jù)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，本文在以后的章節(jié)中會對這些文檔進行講解。

二.  查看仿真結(jié)果

如何在CarSim中查看仿真結(jié)果，我們將從查看現(xiàn)有示例開始。稍后，將運行一個新的仿真。在準備過程中，將首先創(chuàng)建一個新數(shù)據(jù)庫，以便在學(xué)習(xí)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。

2.1 啟動CarSim并創(chuàng)建一個新數(shù)據(jù)庫

通過使用“開始”菜單或雙擊桌面上的CarSim圖標來啟動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(shù)據(jù)庫（圖1）。在正常操作中，將選擇一個數(shù)據(jù)庫（例如①）并繼續(xù)②。但是，對于本文，我們將創(chuàng)建一個包含單個車輛和測試條件的新數(shù)據(jù)庫。

圖 1. 從CarSim安裝中打開數(shù)據(jù)庫.

 

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

將彈出一個窗口，描述從統(tǒng)一的parsfile創(chuàng)建新數(shù)據(jù)庫要采取的下一步步驟（圖2）。閱讀消息并單擊 Continue。

圖 2. 創(chuàng)建新數(shù)據(jù)庫時的警告框

 

Windows文件瀏覽器將出現(xiàn)，因此您可以找到統(tǒng)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，然后單擊``Open''按鈕即可繼續(xù)。

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。

如果不確定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文件瀏覽器將再次顯示，提示您為新的CarSim數(shù)據(jù)庫創(chuàng)建一個空文件夾（圖4）。

a. 導(dǎo)航到硬盤上新CarSim數(shù)據(jù)庫文件夾的位置。此位置必須是您擁有讀/寫權(quán)限的位置（例如，文檔）。

圖 4. 為新數(shù)據(jù)庫創(chuàng)建一個空文件夾

 

b.  點擊按鈕 Make New Folder①。

c.  新文件夾將以諸如“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。給它一個合適的名稱，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(chuàng)建第二個新文件夾?。?。單擊確定按鈕③繼續(xù)。

如果安裝的設(shè)置為在啟動CarSim時顯示“許可證設(shè)置”窗口，則將顯示一個許可證摘要窗口（圖5）。單擊選擇按鈕繼續(xù)。如果您具有加密狗或節(jié)點鎖定許可證，則有一個復(fù)選框可以跳過此窗口的顯示；可以設(shè)置該復(fù)選框。如果您使用的是網(wǎng)絡(luò)許可證，請不要進行檢查（以后可能需要選擇其他許可證選項）。

圖5. 許可證選擇.

 

CarSim將創(chuàng)建新的數(shù)據(jù)庫。完成后，您應(yīng)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）。注意標題中剛創(chuàng)建的數(shù)據(jù)庫的名稱①。

圖 6. CarSim運行控制（主頁）界面

 

2.2 運行控制界面

就本教程而言，請使用“View”菜單來確保將選項設(shè)置為“Show Button Toolbar”，“Show Button Labels”和“顯示側(cè)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(tǒng)顯示設(shè)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(tǒng)偏好設(shè)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時使用鼠標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(guān)按鈕或其他控件的信息.

 

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

圖 9. 有關(guān)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隨CarSim安裝的許多文檔.

CarSim中所有長度超過一定頁數(shù)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。

閱讀完本教程后，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(shù)據(jù)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(shù)據(jù)的鏈接，類似于網(wǎng)頁上顯示的鏈接（有時稱為超鏈接）。

界面的主要部分分為三個部分。標題為“Simulated Test Specifications”的左列具有藍色鏈接，該鏈接指向要在模擬中使用的車輛數(shù)據(jù)，至少一個藍色鏈接指向定義測試程序的數(shù)據(jù)集。

中間一欄包含用于運行CarSim數(shù)學(xué)模型的控件。稍后，您將使用此處的按鈕執(zhí)行新的模擬。

右列標題為“分析結(jié)果（后處理）”，提供對視頻和繪圖選項的訪問，以可視化模擬結(jié)果。

已使用“查看”菜單中的控件調(diào)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(jīng)看到了可用的內(nèi)置幫助。使用“help”菜單可以直接訪問所有幫助文檔。

2.3  觀看已仿真的動畫  

現(xiàn)在，用戶將使用虛擬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）上單擊鼠標右鍵，以獲取按鈕工具提示。然后單擊視頻按鈕。VS Visualizer（CarSim中的動畫和繪圖工具）將基于虛擬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，確保已選中“Time control時間控制”和“時間倍數(shù)系數(shù)Time Multiplier” ②的選項。

Visualizer確保已檢查選項，并且VS Visualizer將仿真測試的結(jié)果與仿真攝像機相結(jié)合。如果動畫正在運行，請在調(diào)整相機時單擊“Stop” ③按鈕將其停止。

在動畫顯示區(qū)域中單擊并按住鼠標按鈕，然后使用簡單的鼠標拖動動作來移動仿真攝像機：

a. 按住鼠標右鍵掃動（左，右，上，下）以在車輛周圍盤旋。

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

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

圖12. 拖動觀察坐標軸的原點和方向視圖.

 

在學(xué)習(xí)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標操作的提醒。這將打開一個窗口，顯示影響相機的所有控件（圖13）。

圖13. VS Visualizer視頻窗口的鼠標控件。

 

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，請用鼠標左鍵單擊動畫區(qū)域以確保其處于“活動狀態(tài)”。）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，然后使用->和<-鍵在動畫中前后移動滑塊；這實現(xiàn)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(diào)整時間刻度（顯示在字段中⑧）。范圍從快進（最右邊）到快退（最左邊）再到慢動作（刻度的中間）。如果鼠標具有中間的滾輪，則此按鈕也將起作用。

b. 左右移動滾輪/穿梭滑⑦塊以臨時調(diào)整速度。當釋放控件時，動畫將返回到當前時間比例設(shè)置②。

c. 將速度恢復(fù)為1倍（實時）⑤。方向（前進/后退）不受影響

d. 使用此快捷按鈕反轉(zhuǎn)方向（前進/后退）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標左鍵以將其激活，然后反復(fù)按Ctrl + W以在幾種查看模式之間循環(huán)（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(yīng)該再次查看CarSim Run Control界面。

現(xiàn)在，用戶已經(jīng)完成了使用VS Visualizer觀看視頻的主要交互式控件。下一節(jié)將繼續(xù)VS Visualizer，展示如何查看關(guān)注變量的圖。

2.4 View Video + Plots                

“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，通常將僅使用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。幾秒鐘后，VS Visualizer將出現(xiàn)，顯示上一節(jié)中看到的相同動畫，以及雙車道變更過程的目標變量圖（圖17）。

VS Visualizer可通過此處訪問相關(guān)仿真結(jié)果信息。此窗口中有三種面板:

a. 虛擬攝像機的視圖

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.

與具有多個面板的任何窗口一樣，只有一個面板具有Windows OS的“焦點”。如果按鍵盤鍵，它將轉(zhuǎn)到具有焦點的面板。

圖17. 帶有動畫和圖表網(wǎng)格的VS Visualizer初始視圖.

 

可以用鼠標左鍵左右拖動 “動畫”和“繪圖網(wǎng)格”之間的垂直分隔線來調(diào)整動畫和繪圖網(wǎng)格的大小。

測試控制面板中的時間控件：

a. 單擊播放/暫停按鈕①幾次，以確認其工作與之前相同。請注意，每個圖中的垂直光標線也會移動，顯示每個圖中③與仿真時間匹配的點。在時間控制面板的右側(cè)④，仿真時間如前所示。

b. 確認滑塊控件仍然可以跳轉(zhuǎn)到感興趣的時間點，無論是從結(jié)果曲線還是從動畫中識別出來。

c. 如果滑塊控件具有焦點，請確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<-向前或向后小幅度移動

雙擊任何一個圖將其展開（圖18）。如圖所示，該圖應(yīng)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確保繪圖面板具有焦點，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(huán)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。在本指南的后面，將看到CarSim數(shù)學(xué)模型產(chǎn)生了數(shù)百個變量，可以輕松地繪制它們。

圖18.查看其中一張圖。.

 

隨時按“ z”鍵返回到網(wǎng)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(wǎng)格視圖時的垂直力曲線圖具有焦點。

 

確認頁面鍵仍可用于循環(huán)瀏覽網(wǎng)格視圖中的圖。選擇標題為“ Vertical Forces：Baseline”的圖（圖19）。

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

圖20.垂向力視圖，數(shù)字顯示變量值.

 

 按“ v”鍵可在圖例區(qū)域中的光標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板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，繪圖光標和文本顯示是同步的。

可以通過多種方式放大視頻面板，主要方式是同時按下左右按鈕（或鼠標中鍵）。這在繪圖區(qū)域也適用。

a. 在繪圖區(qū)域中同時按下左右按鈕（或鼠標中鍵），然后上下滑動鼠標以進行放大和縮?。▓D21）。光標變?yōu)榉糯箸R圖標①，十字線標識發(fā)生縮放的點

b.     按“ r”鍵將繪圖比例恢復(fù)為原始視圖。

c.     將光標移到水平軸的編號部分（圖22）。光標改變以指示水平效果①。同時按下向左和向右按鈕，并左右移動鼠標以在水平方向上放大和縮小。

d. 將光標移到垂直軸的編號部分②。在這種情況下，光標將改變以指示垂直效果。同時按下鼠標左鍵和右鍵，然后上下移動鼠標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標左鍵在繪圖區(qū)域內(nèi)拖動一個矩形。釋放按鈕時，將放大所選區(qū)域以填充繪圖區(qū)域。

圖21.使用繪圖區(qū)域中的左右鼠標按鈕放大和縮小.

 

圖22.在水平軸區(qū)域中使用鼠標左右鍵水平縮放.

 

放大時，并非所有數(shù)據(jù)都是可見的?？梢愿鶕?jù)需要平移視圖區(qū)域。

可用于平移的三個選項：

a.  在繪圖區(qū)域中按鼠標右鍵，可以看到該圖標變?yōu)?ldquo;拖動”手圖標（圖23）。繼續(xù)向任何方向拖動圖內(nèi)容。

圖23.右鍵單擊并在繪圖區(qū)域中拖動以在任何方向平移整個繪圖。

 

b.  將鼠標放在水平軸的編號區(qū)域中。像縮放時一樣，光標變?yōu)轱@示水平效果。按下任一鼠標按鈕并向左或向右移動鼠標以水平平移。

c. 將鼠標放在垂直軸的編號區(qū)域中。像縮放時一樣，光標更改為顯示垂直效果。按下任一鼠標按鈕，然后上下移動鼠標以垂直平移。

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

滑動時間控件以在稍后的運行中觀看視頻。鍵入“ t”鍵，更新繪圖以顯示新相機時間附近的數(shù)據(jù)。

當縮放繪圖以使僅部分仿真結(jié)果可見時，“ t”和Shift + T選項會很有用?？偨Y(jié)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.可以跳到模擬中所選圖具有最大值或最小值的點。

圖24.使用Shift + T將顯示時間更改為當前圖的中心.

 

a.           按Ctrl加向上箭頭鍵。VS Visualizer將跳至所選變量出現(xiàn)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(shù)據(jù)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(yīng)的時間點?？梢愿鶕?jù)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”將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將跳至所選變量的最小值出現(xiàn)的時間。

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

轉(zhuǎn)到“幫助”菜單，然后選擇“繪圖窗口”鼠標/鍵盤控件或按F1鍵（如果繪圖面板具有焦點）。這將打開一個窗口，列出所有鼠標和鍵盤控件（圖27）。查看控件選項后，關(guān)閉窗口。

如用戶將在后面看到的，此示例中顯示在網(wǎng)格中的九個圖是提前在CarSim數(shù)據(jù)庫中設(shè)置的。用戶還可以通過簡單的拖放操作來繪制模擬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）。（您可能需要將窗口移到相機視圖中未?？康奈恢谩＃┻@列出了運行模擬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標和鍵盤控件。

 

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，窗口最初沒有內(nèi)容。

圖29.使用Plot菜單創(chuàng)建一個新圖.

 

c. 滾動Data Manager窗口以查看可用變量。通過將變量名稱從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，并會自動在圖中標記軸和數(shù)據(jù)集。

圖30.將變量名從Data Manager拖到Plot窗口。

 

d.     將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將添加圖并自動調(diào)整標簽。

圖31.添加具有相同單位的第二個變量.

 

 VS Visualizer最初在同一主窗口內(nèi)顯示視頻窗口和繪圖網(wǎng)格。通過將標題欄拖動到主窗口之外，可以取消?？恳曨l窗口，可以在其中根據(jù)需要調(diào)整其大?。▓D32）。

已經(jīng)顯示了Data Manager窗口并創(chuàng)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(yù)定義的圖添加新的圖窗口。

 退出VS Visualizer，返回到CarSim Run Control 窗口.

2.5 觀看模型信息View Model Information   

到目前為止，已經(jīng)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?，F(xiàn)在讓我們看一下仿真車輛的靜態(tài)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(guān)于CarSim數(shù)學(xué)模型的技術(shù)細節(jié)。

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，然后選擇具有初始條件的第一項Echo file with initial conditions文件②。然后單擊View按鈕①以在隨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.

 

在編輯器中滾動瀏覽此Echo文件。請注意，它分為幾部分。

a.     該文件的頂部具有系統(tǒng)參數(shù)。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(shù)：總體質(zhì)量，彈簧質(zhì)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(zhì)量，重心（CG）的位置的質(zhì)量。

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

d.   轉(zhuǎn)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(zhí)行數(shù)學(xué)模型計算的部分）生成，以記錄在模擬運行中使用的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(zhì)量屬性