CarSim仿真快速入門(mén)(十二)—駕駛員模型(2)

嵌入式閉環(huán)速度控制器

CarSim和TruckSim包含一個(gè)內(nèi)置的閉環(huán)速度控制器（SC），它將根據(jù)需要調(diào)整油門(mén)和制動(dòng)，以響應(yīng)目標(biāo)速度或加速度。如果沒(méi)有動(dòng)力總成（OPT_PT = 0，圖20），則SC將使用簡(jiǎn)單模型生成車(chē)輪扭矩，該模型具有可用功率和車(chē)橋上駕駛員扭矩分配的參數(shù)。

圖20.用于速度控制的簡(jiǎn)單動(dòng)力總成選項(xiàng)

安裝速度控制器

速度控制器最初未安裝；必須使用命令I(lǐng)NSTALL_SPEED_CONTROLLER進(jìn)行安裝。在大多數(shù)情況下，通過(guò)鏈接到本節(jié)稍后介紹的三個(gè)庫(kù)之一中的速度控制器Speed Controller數(shù)據(jù)集或在“RunControl”界面上指定目標(biāo)速度來(lái)安裝速度控制器。但是，在某些情況下，仿真將從將油門(mén)設(shè)置為開(kāi)環(huán)模式開(kāi)始，然后通過(guò)觸發(fā)VS事件切換到使用速度控制。仿真開(kāi)始后無(wú)法安裝速度控制器（安裝微分方程式）。對(duì)于在開(kāi)始時(shí)不使用SC但在以后的運(yùn)行中將使用SC的仿真，可以使用Vehicle界面上的復(fù)選框（圖21）來(lái)確保在仿真該特定車(chē)輛時(shí)SC始終可用。另一個(gè)選擇是將命令I(lǐng)NSTALL_SPEED_CONTROLLER放入“Run Control或Procedure數(shù)據(jù)集的其他黃色字段中。

圖21.車(chē)輛界面上的復(fù)選框，用于在車(chē)輛上安裝SC

表5列出了SC提供的輸出變量。?除非安裝了SC，否則這些變量不可用。請(qǐng)注意，導(dǎo)入版本可用于兩個(gè)命令變量。

表5.與速度控制器關(guān)聯(lián)的輸出變量

短名稱	單位	全名稱	輸入
Ax_SCcmd	g	速度控制器的加速度命令	IMP_AX_SC
Ax_SCrq	g	速度控制器的加速度需求
Pwr_SC	kW	速度控制的功率
Pwr_SCrq	kW	速度控制的功率需求
VxTarget	km/h	目標(biāo)速度	IMP_SPEED
Vx_Err	km/h	速度控制偏差
Vx_IErr	m	速度控制偏差積分

SC的參數(shù)在Echo文件中一起列出（圖24）。始終為SC和移動(dòng)對(duì)象使用的SPEED_TARGET可配置函數(shù)提供支持。最多可以為此功能定義200個(gè)數(shù)據(jù)集，并顯示其數(shù)量（請(qǐng)參見(jiàn)圖中的753行）。如果通過(guò)命令I(lǐng)NSTALL_SPEED_CONTROLLER安裝，則該命令將在下面列出（第756行）。僅在安裝了控制器的情況下，才顯示注釋和其余參數(shù)。

圖22. Echo文件的速度控制器部分

參數(shù)OPT_SC指定SC的模式（行763）。根據(jù)模式，將顯示其他參數(shù)。可以將目標(biāo)速度指定為時(shí)間和位移的預(yù)定義函數(shù)，或者可以通過(guò)預(yù)覽目標(biāo)路徑并考慮沿該路徑的曲率以及路面的3D屬性（OPT_SC = 4）來(lái)動(dòng)態(tài)計(jì)算目標(biāo)速度。另一種選擇是SC使用加速命令（OPT_SC = 5）。

速度控制器的操作

使用時(shí)，SC具有兩個(gè)用于控制車(chē)輛的內(nèi)部步驟：1.根據(jù)目標(biāo)速度或加速度以及車(chē)輛運(yùn)動(dòng)的當(dāng)前狀態(tài)請(qǐng)求縱向加速度（Ax_SCrq）。2.使用動(dòng)力總成和可能的制動(dòng)器在主軸單元的車(chē)輪上施加旋轉(zhuǎn)扭矩，以使車(chē)輛向Ax_SCrq加速。

關(guān)于速度、加速度和俯仰

CarSim和TruckSim模型中提供了幾個(gè)變量來(lái)表示縱向速度和加速度（表6）。

表6.牽引車(chē)輛加速度和速度的輸出變量

Name	Description	Speed controller
Ax	ISO / SAE方向上的總單位質(zhì)量CG的加速分量	未使用，因?yàn)閄方向是水平的，不適合山丘
Ay
Az
Ax_Rd	VS道路方向上總單位質(zhì)量CG的加速度分量	當(dāng)OPT_SC= 5時(shí)，SC將使用Ax_Rd
Ay_Rd
Az_Rd
Ax_SM	簧載質(zhì)量CG在X，Y，Z方向上的加速度分量	未使用，因?yàn)閄方向受車(chē)距影響
Ay_SM
Az_SM
Vx	ISO / SAE方向上的總質(zhì)量CG的速度分量	未使用，因?yàn)閄方向是水平的，不適合山丘
Vy
Vz
Vx_Rd	VS方向上總單位質(zhì)量CG的速度分量	由于版本<2018.0中的時(shí)間滯后而未使用
Vy_Rd
Vz_Rd
Vx_SM	物體X，Y，Z方向上簧載質(zhì)量CG的速度分量	未使用，因?yàn)閄方向受車(chē)距影響
Vy_SM
Vz_SM
Vxz_Fwd	sqrt(Vx_SM^2 + Vz_SM^2)	當(dāng)OPT_SC= 1, 2, 3, 4時(shí)SC使用Vxz_Fwd

與其他多體模型一樣，加載的簧載質(zhì)量CG的速度和加速度是基于局部固定的X-Y-Z軸方向內(nèi)部使用的。X軸受俯仰影響，而俯仰又受道路坡度（山坡），車(chē)輛負(fù)載和動(dòng)態(tài)俯仰影響。SC內(nèi)未使用Vx_SM和Ax_SM。ISO / SAE軸方向（從全局XYZ軸開(kāi)始，然后通過(guò)車(chē)輛橫擺繞Z軸旋轉(zhuǎn)）用于獲取總車(chē)輛質(zhì)量的加速度和速度的XYZ分量，包括車(chē)輪的瞬時(shí)位置和車(chē)輪等非簧載質(zhì)量的其他部分。由于未考慮道路坡度，因此SC中既未使用Vx也未使用Ax。Vxz_Fwd速度是幾年前專門(mén)針對(duì)SC使用的。盡管Z分量包括動(dòng)態(tài)行駛運(yùn)動(dòng)，但這些運(yùn)動(dòng)不在SC的頻率響應(yīng)范圍內(nèi)，并且不會(huì)降低性能。另一方面，由于與地面坡度或車(chē)輛負(fù)載相關(guān)的準(zhǔn)靜態(tài)螺距，Vz_SM的穩(wěn)定分量可確保Vxz_Fwd速度與平行于道路的簧載質(zhì)量CG的速度匹配。VS道路軸的方向應(yīng)使X和Y軸在與車(chē)輛空氣動(dòng)力學(xué)參考點(diǎn)匹配的點(diǎn)處與路面平行。在加速控制模式下（OPT_SC = 5）運(yùn)行時(shí)，SC中使用Ax_Rd加速。直到最近版本（版本2018.0），計(jì)算變量的內(nèi)部時(shí)間仍使Vxz_Fwd比Vx_Rd成為SC中更好的選擇。

基于目標(biāo)速度獲得加速度請(qǐng)求

對(duì)于前四個(gè)選項(xiàng)（OPT_SC = 1、2、3、4），SPEED_TARGET可配置函數(shù)用于確定目標(biāo)速度。如果使用路徑預(yù)覽選項(xiàng)，則使用SPEED_TARGET函數(shù)來(lái)計(jì)算最大速度限制，該最大速度限制將基于預(yù)測(cè)的加速度而降低。否則，SPEED_TARGET函數(shù)將提供目標(biāo)，并且控制器使用反饋來(lái)控制動(dòng)力總成和制動(dòng)。圖23顯示了用于示例雙移線操縱的SC參數(shù)，在該操縱中，速度或多或少是恒定的。

圖23.用于雙移線示例的速度控制器參數(shù)

當(dāng)OPT_SC = 1、2或3時(shí)，將使用SPEED_TARGET函數(shù)獲得SPEED_TARGET_ID與參數(shù)SPEED_ID_SC匹配的數(shù)據(jù)集的目標(biāo)速度（第772行）。

給定目標(biāo)速度Vtarget，控制器使用以下公式計(jì)算所需的加速度：

公式中：

速度在內(nèi)部以m / s表示，系數(shù)Kp, Ki和?Kp3定義為使所需加速度AxSCrq無(wú)量綱（g）。?這些系數(shù)分別出現(xiàn)在帶有關(guān)鍵字SPEED_KP，SPEED_KI和SPEED_KP3的Echo文件中（圖23）。

關(guān)于集成控制

當(dāng)目標(biāo)速度具有恒定或緩慢變化的值時(shí)，積分控制會(huì)將速度誤差降至零?？v向速度的積分是縱向距離，因此，如果距離誤差Vx_IErr累積，速度將相應(yīng)地進(jìn)行調(diào)整。請(qǐng)注意，積分控制還增加了動(dòng)態(tài)的閉環(huán)控制系統(tǒng)，如果目標(biāo)速度發(fā)生較大變化，可能會(huì)導(dǎo)致過(guò)沖和不穩(wěn)定。為解決此問(wèn)題，如果速度Vxz_Fwd改變符號(hào)，則控制器始終將積分Vx_IErr重置為零。此外，控制器具有兩個(gè)用于處理其他情況以重置Vx_IErr的參數(shù)：OPT_AUTO_RESET_IC（圖23中的第767行）和VX_IERR_DEAD_SC（第776行）。僅當(dāng)SPEED_KI為非零時(shí)，這些參數(shù)才會(huì)顯示在Echo文件中。當(dāng)OPT_AUTO_RESET_IC = 1時(shí)，當(dāng)Vx_Err改變符號(hào)且Vx_IErr的幅度大于“死區(qū)”參數(shù)VX_IERR_DEAD_SC時(shí)，控制器將自動(dòng)將Vx_IErr重置為零。對(duì)于大多數(shù)示例，默認(rèn)值（OPT_AUTO_RESET_IC= 1，VX_IERR_DEAD_SC = 1m）效果很好。它們沒(méi)有鏈接到GUI控件，但是高級(jí)用戶可以通過(guò)其他黃色區(qū)域來(lái)更改它們。

獲得目標(biāo)速度

當(dāng)OPT_SC = 1、2或3時(shí)，目標(biāo)速度由SPEED_TARGET可配置函數(shù)使用其SPEED_TARGET_ID值與SPEED_ID_SC匹配的數(shù)據(jù)集作為常數(shù)或時(shí)間，位移或兩者的函數(shù)提供。當(dāng)OPT_SC = 4時(shí)，通過(guò)預(yù)覽車(chē)輛前方轉(zhuǎn)向控制器的路徑來(lái)獲得目標(biāo)速度。（僅當(dāng)轉(zhuǎn)向控制器處于激活狀態(tài)時(shí)，此選項(xiàng)才可用：OPT_DM>0。）在此模式下使用更多參數(shù)（圖24）。Echo文件此部分頂部的注釋提到了與速度控制相關(guān)的可配置函數(shù)：與SPEED_TARGET一起，還有函數(shù)SPEED_AX_BRAKE，SPEED_AX_THROTTLE，SPEED_AY_LEFT和SPEED_AY_RIGHT。這些函數(shù)的數(shù)據(jù)集與其他可配置函數(shù)一起按字母順序在Echo文件中列出。SC使用目標(biāo)路徑，基于以下考慮因素計(jì)算目標(biāo)速度：1. 目標(biāo)速度限制為使用SPEED_ID_SC參數(shù)標(biāo)識(shí)的數(shù)據(jù)集使用SPEED_TARGET函數(shù)定義的速度限制。

圖24.由INSTALL_SPEED_CONTROLLER命令創(chuàng)建的參數(shù)

2. 可以依次降低目標(biāo)速度，以使橫向加速度Ay保持在使用可配置函數(shù)SPEED_AY_LEFT和SPEED_AY_RIGHT分別為左轉(zhuǎn)和右轉(zhuǎn)指定的限制內(nèi)。這些可以是位移函數(shù)和速度函數(shù)。3. 在接近降低的速度以考慮實(shí)際制動(dòng)時(shí)，可能會(huì)降低目標(biāo)速度，以將組合的縱向和橫向加速度（分別為Ax和Ay）保持在指定范圍內(nèi)。減速極限是從可配置函數(shù)SPEED_AX_BRAKE（位移和速度的函數(shù)）獲得的。4. 在節(jié)氣門(mén)使用期間可能會(huì)降低目標(biāo)速度，以將縱向和橫向的組合加速度保持在指定的范圍內(nèi)。前向加速度限制是從可配置函數(shù)SPEED_AX_THROTTLE獲得的，該功能是位移和速度的函數(shù)。5. 可以通過(guò)使用參數(shù)OPT_SC_3D啟用路面坡度和垂直方向來(lái)調(diào)整可接受的加速度水平。?6. 基于參數(shù)OPT_SC_SKILL，可以通過(guò)三種方式之一確定橫向和縱向加速度的可接受組合，可以將其賦值為0、1或2（圖25）。

圖25.用于組合橫向和縱向加速度的三個(gè)級(jí)別

例如，圖26顯示了來(lái)自VS Visualizer的兩個(gè)曲線圖，用于ADAS場(chǎng)景中的車(chē)輛速度和加速度，該場(chǎng)景包括向右轉(zhuǎn)彎帶有綠色交通信號(hào)燈和美國(guó)的限速標(biāo)志，其速度指定為mi/h單位。頂部的圖顯示了控制器的目標(biāo)速度以及車(chē)速Vx（ISO / SAE前進(jìn)速度）和Vxz_Fwd。底部圖顯示了所需的加速度Ax_SCrq和實(shí)際加速度Ax。在這種情況下，SC處于路徑預(yù)瞄模式（OPT_SC = 4），最大目標(biāo)速度根據(jù)速度限制標(biāo)志進(jìn)行調(diào)整。在10s時(shí)減速至11 mi/h是基于加速度限制和路徑預(yù)瞄。通過(guò)使用轉(zhuǎn)向控制器的目標(biāo)路徑的水平幾何形狀以及路面高程來(lái)分析道路幾何形狀。對(duì)于用于圖24和圖26的示例，預(yù)瞄從車(chē)輛位置（SPEED_PREVIEW_START = 0）開(kāi)始，并且以1m（SPEED_PREVIEW_STEP）的間隔覆蓋100m（SPEED_PREVIEW）的距離。正在使用三個(gè)點(diǎn)的中弦偏差評(píng)估駕駛員路徑的曲率，而外部點(diǎn)之間的距離為4m（SPEED_CURV_LENGTH）。當(dāng)考慮3D表面特性（OPT_SC_3D = 1）時(shí)，將使用相同的采樣點(diǎn)來(lái)估計(jì)垂直曲率。

關(guān)于加速度控制

速度控制器具有加速控制模式（OPT_SC = 5），其中未使用用于生成Ax_SCrq的上述公式。而是可以通過(guò)VS Commands或通過(guò)導(dǎo)入（IMP_AX_SC）直接設(shè)置變量Ax_SCcmd。使用此選項(xiàng)時(shí)，沒(méi)有目標(biāo)速度，因此沒(méi)有涉及指定目標(biāo)速度或使用速度誤差的參數(shù)。?圖27顯示了OPT_SC = 5時(shí)Echo文件的SC部分如何顯示。早先看到的大多數(shù)參數(shù)（圖24）都消失了，但顯示了一個(gè)新參數(shù)：ACCEL_KP_SC（774行）。

在這種模式下，獲得Ax_SCrq（AxSCrq）的控制器方程式很簡(jiǎn)單：

公式中?KAcc?是參數(shù)ACCEL_KP_SC?和AxRd?是與道路路面屬性Ax_Rd平行的車(chē)輛的縱向加速度。

圖26.顯示ADAS場(chǎng)景的速度控制的圖

圖27.選擇加速控制時(shí)的Echo文件

圖28顯示了一個(gè)示例，該示例具有三個(gè)加速度，其中縱向加速度作為SC的命令被導(dǎo)入。

?根據(jù)需求加速度獲得節(jié)氣門(mén)開(kāi)度和制動(dòng)踏板深度

給定請(qǐng)求的加速度Ax_SCrq，SC生成制動(dòng)和動(dòng)力總成請(qǐng)求。如果安裝了動(dòng)力總成（OPT_PT> 0），則SC將使用油門(mén)請(qǐng)求動(dòng)力。?如前所述（請(qǐng)參見(jiàn)圖20），當(dāng)OPT_PT = 0時(shí)，將使用簡(jiǎn)化的動(dòng)力總成模型，其中僅涉及可用的動(dòng)力參數(shù)PMAX_SC以及后軸（對(duì)于CarSim為R_REAR_DRIVE_SC）或每個(gè)軸（R_DRIVE_SC）提供的驅(qū)動(dòng)比。（（1），R_DRIVE_SC（2），…對(duì)于TruckSim）。?在這種情況下，將為每個(gè)軸計(jì)算的驅(qū)動(dòng)扭矩并直接應(yīng)用。

圖28. OPT_SC = 5時(shí)的加速度變量圖

如果安裝了動(dòng)力總成，則在OPT_SC_ENGINE_BRAKING = 1時(shí)使用發(fā)動(dòng)機(jī)制動(dòng)。當(dāng)OPT_SC = 1、2、3或5時(shí)，制動(dòng)系統(tǒng)是可選的，并通過(guò)OPT_BK_SC參數(shù)來(lái)確定。如果OPT_BK_SC = 0，則SC的行為類似于典型的巡航控制選項(xiàng)；踩剎車(chē)時(shí)，SC被禁用。如果OPT_BK_SC = 0，則允許SC制動(dòng)。SC始終允許在路徑預(yù)覽模式下使用制動(dòng)器（OPT_SC = 4）。幾個(gè)SC參數(shù)用于確定制動(dòng)控制（圖29）。參數(shù)BK_PERF_SC是一個(gè)系統(tǒng)級(jí)系數(shù)，將車(chē)輛減速與主缸制動(dòng)控制壓力相關(guān)聯(lián)。假設(shè)SC是一個(gè)閉環(huán)控制器，則該系數(shù)不需要是完美的值-只是一個(gè)近似值。如果將制動(dòng)系統(tǒng)設(shè)置為使用踏板力作為主要輸入，則需要第二個(gè)系數(shù)將踏板力與主缸壓力相關(guān)聯(lián)：FPD_PERF_SC。SC可用的最大控制壓力由參數(shù)PBK_CON_MAX_SC指定。

圖29.與制動(dòng)相關(guān)的SC參數(shù)

在版本2018.1，發(fā)現(xiàn)涉及參數(shù)BK_PERF_SC的內(nèi)部用法的錯(cuò)誤。?在2018.0及更早版本中，系數(shù)乘以G（9.80665 m / s2）。假定該系數(shù)是一個(gè)近似值，結(jié)果表明，許多示例仿真都可以以任意一種方式執(zhí)行。但是，其他要求系數(shù)更緊密地表示系統(tǒng)行為。?在這些情況下，使用舊數(shù)據(jù)集時(shí)的首選解決方案是將值乘以G以復(fù)制舊行為。參數(shù)OPT_SC_2018提供了另一個(gè)選項(xiàng)，它將在內(nèi)部執(zhí)行乘法。在執(zhí)行版本間驗(yàn)證研究時(shí)，這可能會(huì)有所幫助。

使用目標(biāo)速度的速度(閉環(huán)):GUI界面

圖30顯示了用于根據(jù)時(shí)間和/或位移來(lái)指定目標(biāo)速度的界面。界面的頂部顯示了SPEED_TARGET可配置函數(shù)的數(shù)據(jù)集。底部顯示了用于車(chē)輛的閉環(huán)速度控制器的屬性。

圖30.速度目標(biāo)和閉環(huán)速度控制器參數(shù)

這是一個(gè)雙重用途的庫(kù)，與前面描述的“閉環(huán)轉(zhuǎn)向”庫(kù)相同。?它用于定義由移動(dòng)對(duì)象使用的SPEED_TARGET數(shù)據(jù)集，或用于涉及事件的高級(jí)仿真。?在這些情況下，不需要有關(guān)SC的信息。

第二個(gè)目的是設(shè)置大多數(shù)SC參數(shù)。

目標(biāo)速度

該界面具有用于設(shè)置可配置函數(shù)的典型控件，該函數(shù)涉及兩個(gè)獨(dú)立變量。?在使用函數(shù)SPEED_TARGET的情況下，計(jì)算出的變量是目標(biāo)速度，主要自變量是時(shí)間，次要自變量是位移。內(nèi)置的閉環(huán)速度控制器使用SPEED_TARGET函數(shù)，還用于仿真交通車(chē)輛，行人等的移動(dòng)物體。VS求解器最多支持200個(gè)SPEED_TARGET數(shù)據(jù)集。這些包括用戶ID號(hào)，可以幫助管理多個(gè)數(shù)據(jù)集的使用。

①目標(biāo)速度的函數(shù)類型下拉列表。與大多數(shù)可配置函數(shù)一樣，它可以是常量，系數(shù)，由一組數(shù)字指定的非線性表以及插值和外推方法的選擇，或者是VehicleSim瀏覽器參考手冊(cè)和VehicleSim解算器手冊(cè)中所述的符號(hào)方程式。如果將計(jì)算方法設(shè)置為除2D插值方法或符號(hào)方程式以外的任何方法，則將顯示其他控件以定義對(duì)位移的靈敏度②.

②用于指定目標(biāo)速度對(duì)位移靈敏度的控件。如果由頂部控件?①指定的函數(shù)類型不是2D函數(shù)或方程式，則將顯示附加控件，用于通過(guò)輔助函數(shù)指定位移對(duì)目標(biāo)速度的影響。這些選項(xiàng)包括常數(shù)，系數(shù)和幾種表格插值方法?？梢詫⑤o助函數(shù)的貢獻(xiàn)（歸因于位移）添加到主要函數(shù)的貢獻(xiàn)（歸因于時(shí)間）或相乘。

③用于設(shè)置用戶ID的下拉控件。此可配置函數(shù)包括用戶ID（關(guān)鍵字=SPEED_TARGET_ID）。ID可以自動(dòng)設(shè)置，也可以指定為999或更高的ID。VehicleSim瀏覽器參考手冊(cè)中介紹了有關(guān)為可配置函數(shù)設(shè)置和使用ID號(hào)的詳細(xì)信息。

閉環(huán)速度控制器的設(shè)置

SC的主要參數(shù)是通過(guò)界面下部的控件設(shè)置的。

④Use the closed-loop speedcontroller and show parameters復(fù)選框. 如果未選中此框，則不會(huì)顯示所有控件和更高的控件⑤（界面下部的所有內(nèi)容）。如果要?jiǎng)?chuàng)建SPEED_TARGET數(shù)據(jù)集而不影響內(nèi)置速度控制器，請(qǐng)取消選中此框。例如，SPEED_TARGET數(shù)據(jù)集可用于事件或用于控制移動(dòng)對(duì)象的速度。

選中后，將命令I(lǐng)NSTALL_SPEED_CONTROLLER寫(xiě)入Parsfile中，以確保已嵌入以下參數(shù)。

⑤比例增益系數(shù)Kp（關(guān)鍵字= SPEED_KP）。典型值約為0.5。將該值設(shè)置得較高會(huì)導(dǎo)致驅(qū)動(dòng)扭矩的調(diào)整速度更快。盡管此增益控制控制響應(yīng)的速率，但不會(huì)將速度誤差強(qiáng)制為零。為了使車(chē)速與目標(biāo)速度匹配，需要積分控制⑥。

⑥積分增益系數(shù)Ki（關(guān)鍵字= SPEED_KI）。當(dāng)目標(biāo)速度具有恒定或緩慢變化的值時(shí)，積分控制會(huì)將速度誤差降至零?？v向速度的積分是縱向距離，因此，如果距離誤差Vx_IErr累積，速度將相應(yīng)地進(jìn)行調(diào)整。當(dāng)目標(biāo)速度恒定時(shí)，典型的Ki值為0.5 -1。

⑦三次增益系數(shù)Kp3（關(guān)鍵字= SPEED_KP3）。?當(dāng)目標(biāo)速度和車(chē)輛速度之間存在較大差異時(shí)，非線性三次控制會(huì)產(chǎn)生積極響應(yīng)。?當(dāng)車(chē)速接近目標(biāo)速度時(shí)，立方效應(yīng)變?yōu)?/p>

微不足道。?對(duì)于恒定或緩慢變化的速度，可以將該系數(shù)的值設(shè)置為零。?對(duì)于更大的動(dòng)態(tài)速度變化，典型值為1.0。

⑧在速度控制中考慮發(fā)動(dòng)機(jī)制動(dòng)的選項(xiàng)（關(guān)鍵字= OPT_SC_ENGINE_BRAKING）。?當(dāng)仿真車(chē)輛包括完整的動(dòng)力總成時(shí)，使用當(dāng)前發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速（RPM）的發(fā)動(dòng)機(jī)特性估算節(jié)氣門(mén)。?選中此框時(shí)，還將檢查引擎表中的當(dāng)前速度和零油門(mén)，以便在低油門(mén)和制動(dòng)之間提供更好的過(guò)渡.

⑨在速度控制中包括制動(dòng)的選項(xiàng)（關(guān)鍵字= OPT_BK_SC）。?選中此框時(shí)，允許SC使用制動(dòng)器使車(chē)輛減速。

如果未選中此框，則會(huì)發(fā)生兩件事：（1）施加制動(dòng)會(huì)禁用速度控制，從而模仿巡航控制的典型行為。?（如果需要，可以使用“ VS事件”再次打開(kāi)速度控制。）?（2）速度控制器使用與加速相同的減速控制（通過(guò)節(jié)流閥或直接將扭矩施加到驅(qū)動(dòng)輪，這取決于車(chē)輛是否具有完整的或“最小”的動(dòng)力總成）。

⑩如果在較早版本（2018.0或更早版本）中設(shè)置了制動(dòng)性能參數(shù)?，則可以選擇縮放該參數(shù)。在舊版本中，控制器存在縮放錯(cuò)誤，在該錯(cuò)誤中，無(wú)意中將參數(shù)乘以G（9.80665）。如果選中此框，則將應(yīng)用舊的縮放比例。

?閉環(huán)控制器中使用的近似制動(dòng)系統(tǒng)性能（關(guān)鍵字= BK_PERF_SC）。該值將減速度與來(lái)自主缸的制動(dòng)壓力相關(guān)聯(lián)。控制器使用的反饋方法可以補(bǔ)償此參數(shù)中的誤差，因此通常大約需要一個(gè)估算值。（可以通過(guò)執(zhí)行帶開(kāi)環(huán)制動(dòng)控制的停止測(cè)試來(lái)確定。）僅在選中此框⑨時(shí)此字段才可見(jiàn)。

?制動(dòng)踏板力至主缸壓力增益（關(guān)鍵字= FPD_PERF_SC）。該值僅是一個(gè)合理的估計(jì)值，可以通過(guò)執(zhí)行帶開(kāi)環(huán)制動(dòng)控制的停止測(cè)試來(lái)確定。僅當(dāng)選中此框⑨時(shí)，此區(qū)域才可見(jiàn)。僅在“制動(dòng)系統(tǒng)”界面上選擇“踏板力”時(shí)，才使用此參數(shù)。

?閉環(huán)控制器允許的最大主缸壓力（關(guān)鍵字=PBK_CON_MAX_SC）。

?停止速度（關(guān)鍵字= VLOW_STOP）。?仿真持續(xù)進(jìn)行，直到出現(xiàn)幾種情況之一。?一種情況是絕對(duì)車(chē)速降至該閾值以下。

必須給最小速度一個(gè)小于初始車(chē)速或目標(biāo)速度的值。?為防止由于低速而導(dǎo)致仿真停止，請(qǐng)將閾值設(shè)置為負(fù)數(shù)（例如–1）。VLOW_STOP是模型參數(shù)，顯示在Echo文件頂部附近的區(qū)域中，標(biāo)題為“車(chē)輛初始化，限制和重力”。?可以從涉及速度控制或制動(dòng)的多個(gè)界面中設(shè)置此參數(shù)。

閉環(huán)速度VS位移GUI界面

該軟件的較舊版本具有單獨(dú)的選項(xiàng)，用于將目標(biāo)速度指定為時(shí)間或位移的函數(shù)（但不能同時(shí)使用兩者）。為了提供向后兼容性，包含了一個(gè)單獨(dú)的庫(kù)界面，該界面僅將目標(biāo)速度定義為位移的函數(shù)。?它的外觀幾乎與圖30所示的界面相同，但是在兩個(gè)方面有所不同：

它不包括涉及時(shí)間和位移的2D插值方法。

它不支持一維表函數(shù)，因此對(duì)時(shí)間不敏感。

使用此界面時(shí)，效果與為函數(shù)類型①選擇常量選項(xiàng)并將值設(shè)置為零，以及選擇Add選項(xiàng)②以組合時(shí)間和位移的一維函數(shù)的效果相同。

使用路徑預(yù)瞄速度閉環(huán)控制的GUI界面

速度控制器可以將目標(biāo)速度計(jì)算為參考目標(biāo)路徑中曲率的函數(shù)，并結(jié)合駕駛員的能力，技能以及可能的3D路面特性。這是通過(guò)“Control: Speed (Closed Loop) Using Path Preview”界面（圖31）完成的。使用此庫(kù)中的數(shù)據(jù)集時(shí)，SC設(shè)置為在路徑預(yù)瞄模式下運(yùn)行（OPT_SC = 4）。?在這種情況下，控制器會(huì)通過(guò)預(yù)瞄車(chē)輛前方的目標(biāo)路徑來(lái)計(jì)算目標(biāo)速度，如前面小節(jié)所述。

圖31.使用路徑預(yù)瞄進(jìn)行速度控制

該界面底部的用戶控件與其他界面上顯示的控件相同，并在前面的小節(jié)中進(jìn)行了描述（圖30和圖31中的項(xiàng)目（⑤?-??））。制動(dòng)控制是路徑預(yù)瞄模式的基礎(chǔ)，不能禁用；?因此，此界面上不存在用于禁用制動(dòng)器的復(fù)選框（圖30中⑨）。使用路徑預(yù)瞄選項(xiàng)進(jìn)行操作時(shí)，還不包括在達(dá)到最小速度時(shí)停止運(yùn)行的選項(xiàng)。?因此，不包括最小速度區(qū)域（圖30?）。

速度上限限制

①控制器設(shè)置的最大目標(biāo)速度是使用SPEED_TARGET可配置函數(shù)確定的，該函數(shù)可以從前面各節(jié)中描述的庫(kù)界面中進(jìn)行設(shè)置。?可以在此處使用常量創(chuàng)建數(shù)據(jù)集，也可以鏈接到隨目標(biāo)位移速度改變函數(shù)的數(shù)據(jù)集。?使用下拉控件在這些選項(xiàng)之間進(jìn)行選擇。

如果選擇了常量，則使用黃色區(qū)域指定值，如圖31所示。還需要一個(gè)ID來(lái)標(biāo)識(shí)將使用哪個(gè)SPEED_TARGET數(shù)據(jù)集。?使用下拉控件有兩個(gè)選項(xiàng)③。如果選擇了函數(shù)，則可使用鏈接從兩個(gè)庫(kù)之一中選擇一個(gè)數(shù)據(jù)集，以將目標(biāo)速度設(shè)置為位移的函數(shù)（例如，圖30）。閉環(huán)控制器增益（⑤?-??）是從鏈接的SPEED_TARGET數(shù)據(jù)集中讀取的，但將被從與“路徑預(yù)瞄”界面中的“目標(biāo)速度”相關(guān)聯(lián)的parsfile中讀取的增益值覆蓋。

③用于設(shè)置用戶ID的下拉控件。?此可配置函數(shù)包括用戶ID（關(guān)鍵字= SPEED_TARGET_ID）。ID可以自動(dòng)設(shè)置，也可以指定為999或更高的ID。VehicleSim瀏覽器參考手冊(cè)中介紹了有關(guān)設(shè)置和使用ID號(hào)用于可配置功能的詳細(xì)信息。

加速度限制：技術(shù)水平

用于確定目標(biāo)速度的加速度限制基于技術(shù)水平和技術(shù)限制。

?可以組合橫向和縱向加速度的三個(gè)技能級(jí)別的下拉列表，以便將它們與指定的加速度極限進(jìn)行比較。?這些被指定為技能級(jí)別0、1和2：

0 Ax和Ay不合并。?調(diào)整目標(biāo)速度以允許縱向或橫向加速，但絕不能同時(shí)加速。1 Ax和Ay使用直線組合，可以將橫向和縱向加速度進(jìn)行某種組合。?但是，組合加速度沒(méi)有像在純縱向或純橫向加速度中那樣利用足夠的可用摩擦力。2 Ax和Ay使用摩擦橢圓進(jìn)行組合，無(wú)論總加速度矢量的方向如何，均可始終使用可用摩擦。在預(yù)瞄路徑時(shí)用于組合橫向和縱向加速度的方法沒(méi)有考慮到將要發(fā)生的車(chē)輛的詳細(xì)動(dòng)態(tài)。?它們僅考慮路徑的幾何形狀和沿路徑遵循的速度。

由于動(dòng)態(tài)影響，車(chē)輛的實(shí)際加速度可能會(huì)超過(guò)指定的極限，特別是在設(shè)置了激進(jìn)極限并仿真了較寬的速度范圍時(shí)。

?復(fù)選框以說(shuō)明路面3D幾何形狀。當(dāng)橫向和縱向加速度可以與技能級(jí)別1或2結(jié)合使用時(shí)，此框可用。選中時(shí)，控制器會(huì)考慮沿目標(biāo)路徑的路面3D屬性：傾斜角，坡度角和曲率法線到表面。如果未選中，則僅考慮目標(biāo)路徑的水平曲率來(lái)計(jì)算目標(biāo)速度。

幾何的一些示例效果包括：?根據(jù)傾斜角度調(diào)整橫向加速度極限。轉(zhuǎn)入轉(zhuǎn)彎時(shí)允許較高的速度，轉(zhuǎn)出轉(zhuǎn)彎時(shí)需要較低的速度。?根據(jù)垂直道路曲率調(diào)整縱向加速度極限。下坡時(shí)允許更多的油門(mén)加速度，而上坡時(shí)則允許更多的制動(dòng)加速度。?根據(jù)垂直于路面的曲率調(diào)整加速度極限。當(dāng)彈簧壓縮增加垂直于路面的力時(shí)，允許較高的橫向和縱向加速度。當(dāng)減小垂直于表面的力時(shí)，必須使用較低的橫向和縱向加速度限制。

加速度限制：侵略型駕駛員

SC的侵略性由四個(gè)加速度限制（油門(mén)，制動(dòng)，左轉(zhuǎn)和右轉(zhuǎn)）定義。?四個(gè)限制中的每個(gè)都可以指定為常數(shù)或非線性可配置函數(shù)。提供了一個(gè)下拉列表，可以在這些選項(xiàng)之間進(jìn)行選擇（圖32）。

圖32.選擇一個(gè)常量或指向可配置函數(shù)界面的鏈接

如果選擇了常數(shù)，則會(huì)出現(xiàn)一個(gè)黃色區(qū)域（例如?）。?如果選擇了該函數(shù)，則會(huì)出現(xiàn)一個(gè)指向Generic Table庫(kù)的數(shù)據(jù)鏈接（例如?）。?稍后描述示例函數(shù)數(shù)據(jù)集（圖34）。使用可配置函數(shù)時(shí)，必須指定與加速度限制關(guān)聯(lián)的關(guān)鍵字（SPEED_AX_THROTTLE，SPEED_AX_BRAKE，SPEED_AY_LEFT或SPEED_AY_RIGHT）。右鍵單擊下拉控件，以查看與該控件關(guān)聯(lián)的關(guān)鍵字。例如，右鍵單擊油門(mén)下拉控件以查看關(guān)鍵字為SPEED_AX_THROTTLE（圖33）。四個(gè)可配置函數(shù)中的每個(gè)功能都有六個(gè)相關(guān)參數(shù)，可用于轉(zhuǎn)換功能中涉及的三個(gè)變量：測(cè)站，速度和加速度極限具有增益和偏移量。?這些在“Transforming an Acceleration Limit Shaping Function”小節(jié)中進(jìn)行了描述。

圖33.右鍵單擊以查看可配置函數(shù)的root關(guān)鍵字

?限制節(jié)氣門(mén)施加期間允許的縱向加速度。該限制可以指定為常數(shù)（關(guān)鍵字= SPEED_AX_THROTTLE_CONSTANT），也可以指定為非線性可配置函數(shù)（根關(guān)鍵字= SPEED_AX_THROTTLE）。

?限制制動(dòng)期間允許的縱向加速度。該限制可以指定為常數(shù)（關(guān)鍵字= SPEED_AX_BRAKE_CONSTANT），也可以指定為非線性可配置函數(shù)（根關(guān)鍵字= SPEED_AX_BRAKE）。

?限制左轉(zhuǎn)彎時(shí)允許的橫向加速度。該限制可以指定為常數(shù)（關(guān)鍵字= SPEED_AY_LEFT_CONSTANT）或非線性可配置函數(shù)（根關(guān)鍵字= SPEED_AY_LEFT）。

?限制在右轉(zhuǎn)時(shí)允許的橫向加速度。該限制可以指定為常數(shù)（關(guān)鍵字= SPEED_AY_RIGHT_CONSTANT），也可以指定為非線性可配置函數(shù)（根關(guān)鍵字= SPEED_AY_RIGHT）。

路徑預(yù)瞄長(zhǎng)度

目標(biāo)路徑的預(yù)瞄配置了四個(gè)長(zhǎng)度參數(shù)。

?用于計(jì)算線段中點(diǎn)曲率的路徑線段的長(zhǎng)度（關(guān)鍵字= SPEED_CURV_LENGTH）。控制器在考慮參考路徑的幾何形狀以及先前描述的橫向偏移目標(biāo)的情況下計(jì)算曲率（請(qǐng)參閱圖15）。如果使用較短的長(zhǎng)度，則控制器將感測(cè)高曲率的較短部分，并相應(yīng)降低目標(biāo)速度。如果使用較長(zhǎng)的長(zhǎng)度，則控制器將僅在持續(xù)轉(zhuǎn)彎時(shí)降低速度。一條道路的典型值為50 m。

指定的段長(zhǎng)度在內(nèi)部四舍五入為預(yù)瞄間隔的整數(shù)倍?。

?路徑預(yù)瞄開(kāi)始（SPEED_PREVIEW_START）。預(yù)瞄的參考路徑部分在車(chē)輛簧載質(zhì)量坐標(biāo)系原點(diǎn)（通常是前軸中心）的起點(diǎn)開(kāi)始此距離。將起點(diǎn)設(shè)置在車(chē)輛前方會(huì)在一定程度上補(bǔ)償車(chē)輛響應(yīng)中的動(dòng)態(tài)滯后。

指定的距離在內(nèi)部四舍五入為預(yù)覽間隔的整數(shù)倍?。

?路徑預(yù)瞄的總長(zhǎng)度（SPEED_PREVIEW）。這定義了參考路徑的預(yù)瞄部分。它應(yīng)該至少是從最大允許速度減速到指定極限加速度下最慢速度所需的距離。對(duì)于復(fù)雜的路徑以及激進(jìn)的加速度設(shè)置，較長(zhǎng)的距離有時(shí)會(huì)帶來(lái)更好的結(jié)果。

指定的距離在內(nèi)部四舍五入為預(yù)瞄間隔的整數(shù)倍?.

?用于計(jì)算預(yù)瞄路徑上的路徑曲率和目標(biāo)速度的時(shí)間間隔（SPEED_PREVIEW_STEP）。?其他三個(gè)長(zhǎng)度在內(nèi)部舍入為該值的整數(shù)倍。因此，它定義了其他長(zhǎng)度的分辨率。典型值為1或2 m。

附加控制

???????復(fù)選框以顯示兩個(gè)可選控件：黃色區(qū)域和雜項(xiàng)鏈接

其它項(xiàng)。使用它來(lái)添加VS命令，包括與SC相關(guān)的其他信息。

雜項(xiàng)鏈接。使用它來(lái)添加供SC使用的信息。

使用通用表界面

如果將一個(gè)或多個(gè)加速度極限（?-?）指定為速度的函數(shù)，則將鏈接到GenericTable庫(kù)。該界面（圖34）可用于表示VS求解器中使用的幾乎所有可配置函數(shù)。?在圖中，它用來(lái)表示SC中的油門(mén)加速極限。關(guān)鍵字用于識(shí)別函數(shù)。

①此注釋字段標(biāo)識(shí)其值由可配置函數(shù)計(jì)算的變量。該文本不會(huì)發(fā)送到VS Solver程序，而是會(huì)在界面上記錄內(nèi)容。

②必須設(shè)置函數(shù)的root關(guān)鍵字，數(shù)學(xué)模型才能將數(shù)據(jù)正確分配給可配置函數(shù)。通常，Echo文件是關(guān)鍵字的很好參考，因?yàn)楦P(guān)鍵字寫(xiě)在為每次運(yùn)行創(chuàng)建的Echo文件中。?對(duì)于“路徑預(yù)瞄”中的速度控制器，也可以通過(guò)右鍵單擊極限加速度的下拉控件來(lái)找到關(guān)鍵字（圖33）③。

VS規(guī)劃求解讀取的解析文件中寫(xiě)入的關(guān)鍵字會(huì)根據(jù)所選的計(jì)算類型進(jìn)行擴(kuò)展.

③下拉控件，用于指定與主要變量關(guān)聯(lián)的計(jì)算類型（常數(shù)，線性插值，2D表等）。?在此示例中，對(duì)位移沒(méi)有敏感度；相反，其限制是車(chē)速的函數(shù)。?因此，選擇常數(shù)選項(xiàng)并指定值1，以便可以將其乘以速度。

通過(guò)這些選擇，寫(xiě)入發(fā)送到VS解算器的parsfile中的關(guān)鍵字為SPEED_AX_THROTTLE_CONSTAN。

圖34 定義加速度限制是速度和位移的函數(shù)

④復(fù)選框，用于指示存在一個(gè)次級(jí)自變量（速度）。

⑤此注釋字段標(biāo)識(shí)可配置函數(shù)的輔助變量。該文本不會(huì)發(fā)送到VS Solver程序，而是會(huì)在界面上記錄內(nèi)容。

⑥第二個(gè)函數(shù)的Root關(guān)鍵字用于計(jì)算第二個(gè)獨(dú)立變量的效果。

⑦下拉控件，指定是將兩個(gè)函數(shù)相加還是相乘。

⑧下拉控件，用于指定與第二個(gè)變量關(guān)聯(lián)的計(jì)算類型（常數(shù)，線性插值等）；?在這種情況下，就是車(chē)速的差值函數(shù)。

通過(guò)圖中所示的選擇，發(fā)送到VS求解器的寫(xiě)入parsfile的文本行為SPEED_AX_THROTTLE_V_TABLE LINEAR.

⑨表格數(shù)據(jù)用于計(jì)算加速度限制.

變換加速度限制函數(shù)

用于定義加速度極限的四個(gè)可配置函數(shù)中的每個(gè)函數(shù)均包含六個(gè)參數(shù)，這些參數(shù)可用于轉(zhuǎn)換與該函數(shù)相關(guān)的三個(gè)變量。?這類似于可用于開(kāi)環(huán)控件的縮放比例，但是在這種情況下，擴(kuò)展到另一個(gè)維度。

公式中：
1. f是使用用戶界面上定義的方法的函數(shù)（例如，圖34中指定了2D線性插值）。2. S和V是界面上顯示并用于計(jì)算f的自變量（速度和位移）；依次將S定義為位移和兩個(gè)參數(shù)sstart和sscale的函數(shù)，將V定義為車(chē)速和兩個(gè)參數(shù)vstart和vscale的函數(shù);3. gain增益是應(yīng)用于函數(shù)的無(wú)量綱乘數(shù);4. offset?偏移量是應(yīng)用于函數(shù)的偏移數(shù)值.表7顯示了四個(gè)可配置函數(shù)的參數(shù)的命名約定，這些函數(shù)定義了SC的加速度極限，對(duì)應(yīng)于公式18中引用的六個(gè)參數(shù)。在表中，類型可以是AX_THROTTLE，AX_BRAKE，AY_LEFT或AY_RIGHT.

表7.加速度限制可配置函數(shù)的關(guān)鍵字命名約定

	關(guān)鍵字	類型例子=?AX_THROTTLE
Function	SPEED_type	SPEED_AX_THROTTLE
Gain	SPEED_?type_GAIN	SPEED_AX_THROTTLE_GAIN
Offset	SPEED_?type_OFFSET	SPEED_AX_THROTTLE_OFFSET
Sstart	SSTART_?type	SSTART_SPEED_AX_THROTTLE
Sscale	SSCALE_?type	SSCALE_SPEED_AX_THROTTLE
Vstart	VX_START_?type	VX_START_SPEED_AX_THROTTLE
Vscale	VX_SCALE_?type	VX_SCALE_SPEED_AX_THROTTLE

通常可以通過(guò)在“其它項(xiàng)”中設(shè)置縮放參數(shù)，將“通用表”界面（圖34）中的數(shù)據(jù)視為成形函數(shù)并進(jìn)行轉(zhuǎn)換。Control: Speed (Closed Loop) UsingPath Preview screen（?圖31）上的黃色字段區(qū)域。例如，設(shè)置VX_SCALE_SPEED_AX_THROTTLE = 1.2，將表中覆蓋的速度范圍乘以1.2，以將現(xiàn)有的加速度限制應(yīng)用于具有更高性能引擎的車(chē)輛。

與開(kāi)環(huán)制動(dòng)和節(jié)氣門(mén)命令的交互

使用SC不會(huì)禁用開(kāi)環(huán)制動(dòng)控制。如果指定了非零的開(kāi)環(huán)制動(dòng)命令，無(wú)論是通過(guò)使用內(nèi)置可配置函數(shù)的鏈接數(shù)據(jù)集，VS命令，使用制動(dòng)導(dǎo)入變量，還是通過(guò)其他方式，任何開(kāi)環(huán)制動(dòng)都將通過(guò)以下方式添加到命令中：閉環(huán)速度控制。油門(mén)也是如此。如果車(chē)輛指定了完整的動(dòng)力總成（而不是內(nèi)部的最小動(dòng)力總成），則所有對(duì)開(kāi)環(huán)節(jié)氣門(mén)的貢獻(xiàn)（內(nèi)置可配置功能，VS命令，導(dǎo)入變量等）都將從SC添加到節(jié)氣門(mén)命令中。這意味著可以將開(kāi)環(huán)控制與閉環(huán)速度控制一起使用，以增強(qiáng)閉環(huán)控制邏輯的性能，以仿真例如干預(yù)系統(tǒng)以補(bǔ)充或覆蓋人為駕駛員命令的控制系統(tǒng)。在VS事件之間在開(kāi)環(huán)和閉環(huán)控制之間進(jìn)行切換時(shí)，除非打算進(jìn)行此類增強(qiáng)，否則任何開(kāi)環(huán)控制都應(yīng)設(shè)置為零。

變速箱換擋控制

設(shè)置驅(qū)動(dòng)模式和擋位

在任何CarSim或TruckSim數(shù)學(xué)模型中，動(dòng)力總成都涉及多達(dá)18個(gè)前進(jìn)檔，空檔和倒檔。換檔過(guò)程取決于驅(qū)動(dòng)模式（關(guān)鍵字= MODE_TRANS）?？梢酝ㄟ^(guò)控制：換擋（開(kāi)環(huán)）界面及時(shí)指定驅(qū)動(dòng)模式（開(kāi)環(huán)）。驅(qū)動(dòng)模式的值具有以下含義：-1??倒擋0? ?空擋1???開(kāi)環(huán)模式。在此模式下，前進(jìn)檔位置（1至18）隨時(shí)間變化。換檔位置與時(shí)間的關(guān)系由另一個(gè)鏈接定義2-18 閉環(huán)變速模式直至指定檔位。例如，如果數(shù)字為4，則僅在齒輪1、2、3和4之間進(jìn)行換檔。當(dāng)開(kāi)環(huán)模式有效時(shí)（MODE_TRANS = 1），通過(guò)控制：換擋（開(kāi)環(huán)）屏幕將換檔位置（關(guān)鍵字= GEAR_TRANS）指定為時(shí)間的開(kāi)環(huán)功能。當(dāng)使用“Control: Shifting (Open Loop) 變速（開(kāi)環(huán)）”界面時(shí)，驅(qū)動(dòng)模式被強(qiáng)制為1.選擇閉環(huán)變速模式時(shí)，CarSim / TruckSim使用升檔和降檔時(shí)間表.

使用外部模型輸入控制變速箱?(Simulink, Driving Simulator, etc.)

在某些高級(jí)應(yīng)用中，變速控制輸入可以通過(guò)外部代碼（例如Simulink，外部C，VS命令）或硬件（例如駕駛模擬器）來(lái)計(jì)算?？梢苑謩e通過(guò)輸入變量IMP_MODE_TRANS和IMP_GEAR_TRANS修改或替換驅(qū)動(dòng)模式和換檔位置的內(nèi)部變量。可以在“I/O Channels: Import”界面上指定導(dǎo)入的變量。變速器選擇的檔位通過(guò)變量GearStat輸出。如果仿真汽車(chē)使用閉環(huán)變速，則可以通過(guò)導(dǎo)入變量IMP_MODE_TRANS在外部命令行駛模式。因此，為了僅使用外部命令，應(yīng)將內(nèi)部值設(shè)置為0（中性）。表8總結(jié)了用于閉環(huán)變速的外部輸入和輸出接口變量.

表8.用于閉環(huán)變速的外部導(dǎo)入/導(dǎo)出變量

變速箱位置	驅(qū)動(dòng)模式 (IMP_MODE_TRANS)	變速箱位置 IMP_GEAR_TRANS	變速箱擋位輸出 (GearStat)
Reverse	-1	0	-1
Neutral	0	0	0
Auto. shift 1st – highestgear	最高前進(jìn)擋	0	變速箱自動(dòng)選擇

另一方面，如果仿真汽車(chē)具有開(kāi)環(huán)變速，則可以通過(guò)導(dǎo)入變量IMP_GEAR_TRANS從外部命令變速位置External shift schedule。 在這種情況下，可以通過(guò)在動(dòng)力總成：變速箱（18檔或CVT）界面Powertrain: Transmission(18 Gears or CVT)（關(guān)鍵字= OPT_SHIFT_INTERNAL 0）的下拉列表中選擇外部換檔計(jì)劃來(lái)取消內(nèi)部計(jì)算的換檔位置。 表9總結(jié)了用于開(kāi)環(huán)移位的外部導(dǎo)入/導(dǎo)出變量。

閉環(huán)換擋控制

可以將任何CarSim或TruckSim數(shù)學(xué)模型中的動(dòng)力總成設(shè)置為使用液壓扭矩轉(zhuǎn)換器或機(jī)械離合器的表示形式。如果使用離合器，則使用控制信號(hào)來(lái)釋放和接合離合器。

表9.用于開(kāi)環(huán)變速的外部導(dǎo)入/導(dǎo)出變量

擋位	輸入驅(qū)動(dòng)模式 (IMP_MODE_TRANS)	輸入換擋位置 IMP_GEAR_TRANS	擋位位置輸出 (GearStat)
Reverse	0	-1	-1
Neutral	0	0	0
Forward	0	gear (1, 2, … )	gear (1, 2, … )

 

有兩種指定離合器控制信號(hào)的模式.

開(kāi)環(huán)離合器控制，由“控制：離合器（開(kāi)環(huán)）Control:Clutch (Open Loop)”界面指定和/或從Simulink或其他外部代碼導(dǎo)入。

只要變速箱換檔，就可以采用標(biāo)準(zhǔn)順序。序列是使用從兩個(gè)界面之一設(shè)置的參數(shù)定義的：

a.?????Clutch: Clutch ShiftingParameters (Closed Loop),

b.?????Clutch: Clutch Shifting Timelines (ClosedLoop).

通過(guò)鏈接到控制界面來(lái)選擇離合器控制模式，并將信息通過(guò)關(guān)鍵字OPT_CLUTCH_MODE傳遞到數(shù)學(xué)模型，對(duì)于開(kāi)環(huán)，該值為0；對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)置序列，該值為1.因?yàn)殡x合器控制與換檔緊密相關(guān)，所以通常將其鏈接到換檔控制界面，該界面可以是閉環(huán)（控制：變速（閉環(huán)）Control: Shifting (ClosedLoop）或開(kāi)環(huán)（控制：變速（開(kāi)環(huán)）Control: Shifting (Open Loop)）。

控制：離合器換擋時(shí)間軸（閉環(huán)）

“Control:ClutchShiftingTimelines(ClosedLoop)控制：離合器換擋時(shí)間軸（閉環(huán)）”界面（圖35）使用時(shí)間軸概念來(lái)定義換擋中涉及的事件，當(dāng)控制器接收到換擋命令時(shí)，時(shí)間軸開(kāi)始。VS求解器中的參數(shù)將被計(jì)算并提供給數(shù)學(xué)模型?？梢允褂昧硪粋€(gè)界面（圖36）直接設(shè)置參數(shù)。觸發(fā)換檔命令后，控制器將關(guān)閉油門(mén)并向離合器施加壓力，從而將離合器控制裝置提升至一體（完全分離）。當(dāng)離合器分離時(shí)，變速比將改變。然后，將離合器壓力中途釋放（控制降至0.5，或一半接合）并保持指定的時(shí)間，然后將其余方式釋放至零（完全接合）。

圖35.帶有閉環(huán)離合器換檔時(shí)間線的界面

此界面上的圖將“實(shí)時(shí)”更新，以顯示所有指定的控制更改如何及時(shí)關(guān)聯(lián)。每個(gè)曲線圖都是在通過(guò)開(kāi)環(huán)換檔控制或基于閉環(huán)升檔和降檔時(shí)間表進(jìn)行換檔的命令開(kāi)始的那一刻開(kāi)始的.相同的順序適用于升檔和降檔.

①此部分控制離合器的接合和分離。該圖顯示了如何在零（完全接合）和一個(gè)（完全脫離接合）之間調(diào)整控制信號(hào)。

②從發(fā)出換檔命令到離合器完全分離的時(shí)間。換檔命令發(fā)生時(shí)，離合器開(kāi)始脫開(kāi)。通常在換檔之前離合器已完全分離。

③從換檔命令開(kāi)始直到離合器重新接合為止的時(shí)間。通常這是在換檔之后。

④可以使離合器控制停留在半接合狀態(tài)。根據(jù)傳動(dòng)系統(tǒng)上的負(fù)載，節(jié)氣門(mén)設(shè)置和離合器扭矩（取決于控制信號(hào)），離合器可能會(huì)在此設(shè)置下打滑，從而產(chǎn)生更平滑的接合。如果用戶希望離合器不處于半接合狀態(tài)，請(qǐng)?jiān)诖俗侄沃休斎肓?。與此界面上指定的所有其他時(shí)間不同，此值定義了停留時(shí)間的持續(xù)時(shí)間，而不是停留時(shí)間。它始終位于離合器重新接合的中間。

⑤發(fā)出換檔命令后直至離合器再次完全接合的時(shí)間。

⑥本部分控制節(jié)氣門(mén)的關(guān)閉和打開(kāi)。該圖顯示了在換檔前的設(shè)置和零油門(mén)之間如何調(diào)節(jié)油門(mén)。換檔后，油門(mén)返回到換檔之前的設(shè)置，并且油門(mén)控制通過(guò)開(kāi)環(huán)或閉環(huán)設(shè)置返回到控制.

⑦從換檔命令到節(jié)氣門(mén)完全關(guān)閉的時(shí)間。在換檔命令發(fā)生時(shí)，節(jié)氣門(mén)開(kāi)始關(guān)閉。通常在換檔之前。

⑧從換檔命令起直到油門(mén)再次打開(kāi)的時(shí)間。通常這是在換檔之后。

⑨從換檔命令開(kāi)始直到油門(mén)恢復(fù)到換檔命令之前的時(shí)間。此后，節(jié)氣門(mén)控制將返回到換檔之前使用的任何控制（例如，開(kāi)環(huán)表或閉環(huán)速度控制）。

⑩此部分控制實(shí)際比率更改的時(shí)間。當(dāng)發(fā)生換檔命令時(shí)，將進(jìn)行比率更改，以使離合器脫開(kāi)并且節(jié)氣門(mén)關(guān)閉。表中的步驟僅指示比率更改的時(shí)間。它適用于升檔和降檔.

?從換檔命令到比率變化開(kāi)始的時(shí)間。

?低速自動(dòng)分離離合器（關(guān)鍵字= VLOW_CLUTCH）。制動(dòng)時(shí)，當(dāng)平均車(chē)輪速度降至該速度以下時(shí)，離合器將分離。從低啟動(dòng)速度加速時(shí)，如果啟動(dòng)速度低于此值，離合器將首先脫離，并根據(jù)此界面上的其他設(shè)置進(jìn)行接合。如果啟動(dòng)速度高于該速度，則在運(yùn)行開(kāi)始時(shí)離合器將接合.

控制器: 離合器換擋的參數(shù)(閉環(huán))

“控制：離合器換檔參數(shù)（閉環(huán)）”界面（圖36）是上一小節(jié)中顯示的替代界面。此圖顯示了定義移位順序的模型參數(shù).使用以下參數(shù)設(shè)置圖中所示的波形。

①換檔事件的延遲（關(guān)鍵字= T_GEAR_LAG）?？梢酝ㄟ^(guò)Powertrain: Upshift Schedule 和 Powertrain:DownshiftSchedule界面中的升檔和降檔表以閉環(huán)方式觸發(fā)換檔。實(shí)際的換檔事件被延遲此數(shù)值，以使節(jié)氣門(mén)減小并離合器接合。

②節(jié)氣門(mén)控制在換檔事件中保持零（完全接合）的持續(xù)時(shí)間（關(guān)鍵字= T_TH_ZERO_HOLD）。

③?在換檔事件中將油門(mén)減至零并保持的時(shí)間（關(guān)鍵字=T_TH_ZERO_TOTAL）。

④將油門(mén)從零恢復(fù)到原始控制水平所花費(fèi)的時(shí)間（不受換擋的影響）（關(guān)鍵字= T_TH_RETURN）。

⑤換檔事件中離合器控制完全斷開(kāi)的持續(xù)時(shí)間（關(guān)鍵字= T_CL_PRESS_HOLD）。

⑥在離合器釋放期間保持離合器半接合的時(shí)間（關(guān)鍵字= T_CL_HALF_HOLD）。

圖36.帶有閉環(huán)離合器變速參數(shù)的界面

⑦在換檔事件中，將離合器完全分離并保持分離所需的時(shí)間（關(guān)鍵字= T_CL_PRESS_TOTAL）。

⑧在換檔過(guò)程中使離合器接合所花費(fèi)的時(shí)間，包括使離合器半接合時(shí)所花費(fèi)的時(shí)間（關(guān)鍵字= T_CL_HALF_TOTAL）。

⑨低速自動(dòng)分離離合器（關(guān)鍵字= VLOW_CLUTCH）。制動(dòng)時(shí)，當(dāng)平均車(chē)輪速度降至該速度以下時(shí)，離合器將分離。從低啟動(dòng)速度加速時(shí)，如果啟動(dòng)速度低于此值，離合器將首先脫開(kāi)，并根據(jù)此屏幕上的其他設(shè)置進(jìn)行接合。如果啟動(dòng)速度高于該速度，則在運(yùn)行開(kāi)始時(shí)離合器將接合.

轉(zhuǎn)向控制的最優(yōu)控制方法

理論

該算法旨在為連續(xù)線性系統(tǒng)提供最優(yōu)控制:

其中x是n個(gè)狀態(tài)變量的數(shù)組，u是控制輸入，v是擾動(dòng)，yout是相關(guān)的輸出變量，A，B，C，D，E和H是常數(shù)系數(shù)的矩陣。?控制目標(biāo)是確定u的值，該u值使預(yù)測(cè)輸出yout(t)在某個(gè)預(yù)瞄時(shí)間T上與目標(biāo)ytarg(t)匹配。在車(chē)輛轉(zhuǎn)向控制的情況下，u為轉(zhuǎn)向，而v與懸架運(yùn)動(dòng)學(xué)特性和彈性學(xué)特性相關(guān)。

 

在以上等式中，A是n*n矩陣。通常，u，v和y可以是涉及多個(gè)控制，干擾和/或輸出變量的數(shù)組。但是，此推導(dǎo)僅考慮u，v和y為標(biāo)量的一種情況。B和H是n x 1矩陣，C是1 x n矩陣。還有一個(gè)進(jìn)一步的簡(jiǎn)化，即yout不明確地依賴u或v。因此，不使用D和E矩陣。對(duì)此分析所做的另一個(gè)簡(jiǎn)化假設(shè)是，控制u和干擾v在預(yù)覽時(shí)間T上保持恒定。如果系統(tǒng)在時(shí)間t = 0時(shí)具有初始條件xo，恒定的控制輸入u和恒定的擾動(dòng)v，則時(shí)間響應(yīng)為:

術(shù)語(yǔ)是一個(gè)稱為狀態(tài)轉(zhuǎn)換矩陣的n x n矩陣。矩陣中的每個(gè)系數(shù)都是時(shí)間變量i在時(shí)間t處與數(shù)值0處的狀態(tài)變量j線性相關(guān)的部分，通過(guò)數(shù)字積分計(jì)算得出。由于系統(tǒng)的初始條件為t = 0，因此狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣()與初始條件(xo)的乘積是長(zhǎng)度為n的數(shù)組，每個(gè)狀態(tài)變量的一部分在時(shí)間t處。稱為自由回復(fù)。公式21中的兩個(gè)積分定義了在時(shí)間間隔內(nèi)的恒定控制u和干擾v對(duì)每個(gè)狀態(tài)變量的強(qiáng)制響應(yīng)。聯(lián)合公式20和21，得到輸出變量?yout:

定義了一個(gè)控制響應(yīng)標(biāo)量g，將時(shí)間間隔t上的控制輸入u與時(shí)間t的輸出變量yout?相關(guān)。

 

定義了擾動(dòng)響應(yīng)標(biāo)量h，以將時(shí)間間隔t上的擾動(dòng)v與時(shí)間t的輸出變量y相關(guān)聯(lián)。

定義了一個(gè)具有n個(gè)元素的自由響應(yīng)數(shù)組F，以簡(jiǎn)化以下符號(hào)。F將時(shí)間0的狀態(tài)變量與時(shí)間t的結(jié)果輸出變量y關(guān)聯(lián).

注意，g（t）和h（t）通過(guò)積分與F（t）相關(guān):

使用新引入的術(shù)語(yǔ)重寫(xiě)的響應(yīng)方程為:

為了基于預(yù)瞄時(shí)間T確定最佳控制，定義了二次性能指標(biāo)J:

其中W（t）是任意加權(quán)函數(shù)。在此等式中，時(shí)間t相對(duì)于預(yù)覽間隔。在控制器視圖中，當(dāng)前時(shí)間始終為零，并且J基于對(duì)接下來(lái)的T秒的預(yù)測(cè)。如果u最小化J-變量yout（t）相對(duì)于目標(biāo)函數(shù)ytarget（t）的平方偏差，則它被認(rèn)為是最優(yōu)的。因?yàn)镴是二次的，所以當(dāng)導(dǎo)數(shù)?J/?u為零時(shí)，最小值最小?？梢酝ㄟ^(guò)將公式27代入28并取J相對(duì)于u的偏導(dǎo)數(shù)來(lái)找到使J最小的u值：

因此u的公式如下:

 

實(shí)際上，可以用預(yù)覽中m個(gè)間隔的有限求和來(lái)代替T上的積分:

其中公式31的時(shí)間相關(guān)性用索引i代替。此處的含義是，適用于F，g，h，W和ytarg的索引i是指時(shí)間t = i T / m時(shí)的值。

應(yīng)用

該解決方案涉及m個(gè)間隔的求和（m當(dāng)前編程為10）。對(duì)于給定的速度，間隔i和時(shí)間之間的關(guān)系是固定的（t = i T / m）。每次應(yīng)用轉(zhuǎn)向控制器時(shí)，都會(huì)提供xo?（四個(gè)狀態(tài)變量的當(dāng)前值）和確定每個(gè)預(yù)覽間隔的ytarg所需的信息。由于初始條件非零，陣列Fi中的自由響應(yīng)系數(shù)定義了在間隔i結(jié)束時(shí)車(chē)輛的橫向位置。盡管內(nèi)部2D車(chē)輛模型具有四個(gè)狀態(tài)變量，但軸系統(tǒng)的選擇簡(jiǎn)化了計(jì)算。圖11顯示，在轉(zhuǎn)向控制器的軸系中，x1（橫坐標(biāo)Y）和x2（偏航角y）的初始值相同為零。因此，在陣列Fi中僅需要兩個(gè)系數(shù)：f1i代表初始橫向速度（x 3），f2i代表初始橫擺率（x 4）。對(duì)于x3 = 1的初始值，系數(shù)f1i表示間隔i結(jié)束時(shí)的yout值。使用數(shù)值積分為i = 1，...，m計(jì)算值。除x3之外的所有狀態(tài)變量的初始值均設(shè)置為零，而x3則設(shè)置為1。然后從t = 0到t = T模擬2D模型，并將橫向位置的值保存在求和中使用的m個(gè)位置。重復(fù)該過(guò)程以確定f2i的值，除了2D模型的初始條件是x4 = 1且所有其他變量均為0。Fi中的自由響應(yīng)系數(shù)與公式26一起使用，以計(jì)算控制響應(yīng)系數(shù)gi和干擾系數(shù)hi。在數(shù)值積分過(guò)程中，使用第五個(gè)狀態(tài)變量（其導(dǎo)數(shù)只是yout）來(lái)計(jì)算yout的積分。公式32用于確定轉(zhuǎn)向控制。從該值中減去由于駕駛員以外的因素引起的前輪轉(zhuǎn)向的影響，即可得出駕駛員所需的轉(zhuǎn)向角uc（參見(jiàn)等式12，第16頁(yè)）。

線性二自由度(2D)車(chē)輛模型

具有前進(jìn)速度（Vx）和四個(gè)狀態(tài)變量的簡(jiǎn)化2D車(chē)輛模型用于預(yù)測(cè)車(chē)輛的運(yùn)動(dòng)。狀態(tài)變量是：x1 =轉(zhuǎn)向控制器軸系統(tǒng)中車(chē)輛重心的局部Y坐標(biāo)，x2 =相對(duì)于轉(zhuǎn)向控制器軸系統(tǒng)的車(chē)輛局部偏航角，x3 = Vy，即車(chē)輛軸心系統(tǒng)中質(zhì)心速度的橫向分量，x4 =橫擺角速度。?通過(guò)將局部偏航的余弦替換為1，并將局部偏航的正弦替換為局部偏航，可以對(duì)模型進(jìn)行線性化。然后，A，B和H矩陣為：

其中Cf和Cr是前后橋的輪胎轉(zhuǎn)彎剛度系數(shù)，M是車(chē)輛總質(zhì)量，a是從前橋到質(zhì)量中心的距離，b是從后橋到質(zhì)量中心的距離，Vx 是前進(jìn)車(chē)輛速度，f（Vx）是后轉(zhuǎn)向速度與前轉(zhuǎn)向角的比值，它是車(chē)速的函數(shù)，Izz是車(chē)輛偏航時(shí)的極慣性矩。

如果車(chē)輛單元具有兩個(gè)以上的軸并且前兩個(gè)軸是串聯(lián)懸架的一部分，則參數(shù)a是從質(zhì)量中心到兩個(gè)前軸的中點(diǎn)的距離。如果車(chē)輛的后軸不止一個(gè)，則參數(shù)b從質(zhì)心到與所有后軸的平均距離?？刂破魇褂玫馁|(zhì)量M是通過(guò)將靜態(tài)軸載荷相加得出的。如果車(chē)輛拖掛拖車(chē)，則牽引負(fù)載將增加M。偏航慣性Izz計(jì)算為a?b?M，因此，如果領(lǐng)先車(chē)輛拖曳掛車(chē)，偏航慣性Izz也將具有較大的值。感興趣的輸出變量是前軸的橫向位置。因此，當(dāng)車(chē)輛向前行駛時(shí)，將C矩陣定義為線性行為：C =[1? a0?0]?????????????????????????????????????????????????????????????? (34)

向后行駛時(shí)，后軸用作參考，C矩陣為:

C = [1? b0? 0]?????????????????????????????????????????????????????????????? (35)

速度敏感性

自由響應(yīng)Fi，控制響應(yīng)gi和擾動(dòng)響應(yīng)hi的系數(shù)都取決于等式33和34中所示的A和B矩陣中出現(xiàn)的前進(jìn)速度Vx。用于數(shù)值積分以計(jì)算這些系數(shù)的時(shí)間步必須相對(duì)于2D車(chē)輛模型的動(dòng)態(tài)性而言較小。確定該時(shí)間步長(zhǎng)的主要因素是公式33中的系數(shù)a33的大小；對(duì)于較低的速度，時(shí)間步長(zhǎng)設(shè)置為與該系數(shù)的大小成反比：[Cf + Cr] / [M Vx]轉(zhuǎn)向控制器代碼針對(duì)相距當(dāng)前車(chē)速約1％的多個(gè)速度計(jì)算系數(shù)Fi，gi和hi的值，并使用線性插值法以當(dāng)前車(chē)速估算其值。這提供了連續(xù)的轉(zhuǎn)向控制，而無(wú)需在主車(chē)輛仿真的每個(gè)時(shí)間步上運(yùn)行計(jì)算密集的數(shù)值積分。隨著車(chē)速的下降，方程式在數(shù)值上變得僵硬，需要較小的時(shí)間步進(jìn)行內(nèi)部數(shù)值積分。同樣，系統(tǒng)變得不那么動(dòng)態(tài)，更運(yùn)動(dòng)。如前所述，模型包括參數(shù)VLOW_DM來(lái)設(shè)置用于重新計(jì)算系數(shù)的最小速度。對(duì)于低于此設(shè)置的速度，車(chē)輛被控制為好像以速度VLOW_DM行駛.

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