CarMaker UsersGuide 翻譯 Chapter 2

Chapter 2 General Overview

2.1 System Description

2.1.1 The Virtual Vehicle Environment - VVE

2.1.2 The CarMaker Interface Toolbox - CIT

2.1.3 Real-Time vs. Office

2.1.4 CarMaker/Office

2.1.5 CarMaker/HIL

2.1.6 From MIL and SIL to HIL

2.2 Fields of Application

2.2.1 ECU Testing

2.2.2 Subsystem Testing

2.3 Summary

%%%%%%%%%
%%%%%%%%%

2.1.1 The Virtual Vehicle Environment - VVE

虛擬車輛是對實車的計算機模型化表示，虛擬車與其在現實世界中的對應車輛的行爲是大致相似的。對於Carmaker來說，虛擬汽車是由數學模型組成的，這些模型包含運動學方程、動力學方程以及以及定義多體系統的其他數學公式。
用要研究的車輛直接相關的數據對模型進行參數化。通過這種方法，Carmaker可以使用經過驗證的參數集來測試任何車輛是可能的，並通過更改車輛模型中使用的參數數據來輕鬆地在虛擬車輛之間切換。虛擬車輛包含真實車輛的所有部件，包括動力系統、輪胎、底盤和剎車等。通過硬件在環或軟件在環，將真實的汽車控制器(如ABS、ESP、ACC等)或軟件建模控制器集成到虛擬車輛中也很容易。
虛擬道路是對道路、軌道或路線進行數字化或計算機模型化，以模擬真實路線或專門爲測試而生成的路線。CarMaker可以通過以下兩種方式生成道路：

• 通過將單個road，如直道和彎道組合起來，形成一條更大的road。對於定義的每個road，都有一個指定的長度、寬度、角度、坡度、坡度、摩擦係數等可以指定。摩擦條紋，路肩，split mu conditions（不知道怎麼翻譯好），風力機，道路標記和障礙也可以配置。
• 利用採集的現有道路的數字化數據。通過這種方法，通過調查或其他方法獲得的測量數據包含在數據文件中，這些數據文件在仿真時被CarMaker讀取，當做道路或測試軌道。

虛擬駕駛員是計算機駕駛員，它模擬真實駕駛員的動作。一切正常情況下由真實駕駛員控制的事情，如方向盤的轉動、油門的踩動、剎車和離合器、手動變速器的換擋等，都是由虛擬駕駛員控制的。有兩種方法可以執行司機的行爲:

• 簡單控制——使用簡單控制，行爲可以預先指定在某個時間或距離做什麼操作。例如，你可以說，在Time=N0完全踩下離合器，在Time=N1踩下一半的油門，在Distance=X踩下90%的剎車，把方向盤向左轉10度。
• 使用IPGDriver，路線由一個智能計算機駕駛員控制，它試圖在測試軌道上維護這個路線，並可以提前規劃。司機可以修改在規定的範圍內操作。例如，一個司機可能有一個快或慢的反應時間，他可能想要保持一定的速度，他可能試圖儘可能快地去實現它，等等。

當虛擬車輛、虛擬道路和虛擬駕駛員一起使用時，我們用虛擬車輛環境(VVE)來指代它，虛擬車輛行駛在虛擬道路上被虛擬駕駛員“駕駛”。Figure 2.1是VVE的圖形表示。

2.1.2 The CarMaker Interface Toolbox - CIT

CarMaker系統的第二部分包括所有的用於管理VVE的工具。這些工具可以做這樣的事情：啓動和停止仿真，選擇車輛參數數據，定義車輛機動，顯示結果，以圖形或動畫的形式顯示進度，從VVE發送和接收消息等。我們稱這些工具the CarMaker Interface ToolBox (CIT). Figure 2.2 展示了 CIT 和 VVE的關係。

正如你從圖中所看到的，CIT可以被看作是一系列獨立的工具用於管理VVE。這些工具可分爲:

• 控制和直接訪問工具-控制仿真執行的操作(例如，啓動、停止等)，並允許某些部分的仿真直接由用戶控制(如直接變量訪問，信號故障)。
• 參數化工具——用於指定將在VVE中使用的參數
• 分析和可視化工具——允許在仿真期間或仿真之後查看和分析數據(例如創建動畫、繪製輸出量等)。
• 文件管理工具-創建，保存和修改定義仿真的文件，設置，輸出數據等。

2.1.3 Real-Time vs. Office

因爲使用CarMaker檢查不同的檢查對象，在實現VVE時也會採用不同的方法。這兩種方法是：

• Realtime–VVE實時的方法是在一臺計算機上仿真，這個計算機是在一個實時操作系統上運行。實時操作系統使VVE的執行具有確定性，VVE將在時間軸上運行，這個時間軸與現實世界的時間軸相對應的。如果VVE不能滿足實時仿真的標準，或者換句話說，不能滿足指定的時間期限，就會出現錯誤或警告。
• Office-使用Office方法，VVE在普通計算機上仿真。沒有辦法確保確定性的行爲，因爲運行中的VVE可能被具有更高優先級的應用程序阻塞或延遲，或者由於其他原因(取決於實現操作系統調度的方式)。在office仿真中，VVE可能使用更快、更慢或與真實世界時間軸相等的時間軸運行。

2.1.4 CarMaker/Office

當調查的對象是車輛子系統或軟件建模控制器(如2.2.1節ECU測試中所述)，並且不需要將其他硬件集成到VVE中時，應該使用office方法(如2.1.3節所述)。這種配置稱爲CarMaker/Office。Figure 2.3顯示了CarMaker/Office配置下的CIT和VVE。在CarMaker中CIT和VVE都在主機計算機 (Windows PC, Linux PC)上運行。沒有額外的硬件是必須的，因此圖中沒有顯示。

The CIT for CarMaker/Office

CIT由許多在主機上運行的工具(應用程序和實用程序)組成。主機可以是Windows PC或Linux PC。CIT包括以下內容：

• The CarMaker GUI
  -
  這是主要的圖形用戶界面,用於控制VVE的行爲，,選擇虛擬車輛參數數據、定義或選擇虛擬道路,設置虛擬駕駛員參數,定義或加載動作,打開CIT中的其他工具,和許多其他有用的操作。
• Vehicle Data Set Editor
  
  通過方便的用戶界面編輯車輛的任何參數。每個單獨的子模型類都可以在單獨的選項卡中編輯。
• IPGControl
  
  可視化和分析工具。IPG-CONTROL可以實時查看選定的輸出量，加載後仿真數據文件，並對結果進行繪圖和分析。
• IPGMovie
  -
  VVE的實時三維動畫。虛擬車輛在虛擬道路上執行指定的駕駛操作(由虛擬駕駛員執行)。有關IPGMovie的詳細信息，請參閱IPGMovie用戶指南。
• Instruments
  
  顯示最重要的儀表、刻度盤和車輛行駛狀態信息，如:踏板位置、方向盤角度、檔位選擇、點火、速度計、轉速計、ESP和ABS警示燈、剎車燈等
• DVA
  
  直接變量訪問允許通過用戶友好的圖形界面交互式地讀取和修改模擬量。
• ScriptControl
  
  測試自動化工具，它允許定義、編輯和執行腳本。CIT的所有功能都可以使用ScriptControl自動控制。
• TestManager
  

測試自動化的另一個實用程序。腳本和GUI共同創建和執行測試集。
仿真時間可以控制(加速或減速)。由於消除了實時約束，仿真可以按所需的速度執行(當然，這取決於所運行的主機的性能)。
除了上述工具之外，還可以創建用C/ C++或使用Tcl/Tk編寫的自定義工具。自定義工具可以使用由IPG設計的通信庫(APO)與VVE通信。有關更多信息，請參閱位於安裝目錄下的文件夾doc中的APO文檔。

The VVE for CarMaker

CarMaker/Office的VVE包括CarMaker可執行文件以及集成到VVE中的附加軟件模塊(如C/ C++或Simulink模型)。Figure 2.4顯示了CarMaker的可執行部分。

Comunication between the CIT and the VVE(CarMaker/Office)

CIT 和VVE的通信方式有很多，包括：

• Network communication–消息使用標準的TCP/IP協議來回傳遞。由IPG (APO庫)設計的專用庫用於打開TCP和UDP套接字，方便了主機上運行的CIT和VVE之間的通信。
• 信息文件數據庫模型參數文件(在CarMaker的語言中稱爲信息文件)在CIT和VVE之間共享。這是通過在一個目錄(CarMaker工作目錄)中啓動CIT和VVE來實現的。通過這種方式，由CIT編寫和修改的文件可以由VVE直接讀取，而VVE也可以編寫由CIT讀取的文件。
• 數據存儲——在任何給定的時間，VVE緩衝指定的數據量，並將其存儲在工作內存中。當用戶決定保存緩衝數據時，它將被存儲到硬盤上，並可以使用CIT提供的工具或其他應用程序(如Matlab)進行分析。

2.1.5 CarMaker/HIL

當調查的對象是硬件模塊或ECU時，real-time方法(如2.1.3節“real time vs. Office”所述)是必要的。在CarMaker系統中，這種配置稱爲CarMaker/HIL。全稱CarMaker with Hardware in the loop。圖2.5顯示了一個常見的CarMaker/HIL配置所涉及的硬件和軟件。

The CIT for CarMaker/HIL

在CarMaker/HIL爲CarMaker配置CIT和CarMaker/Office是一樣的，只是多了一些工具：

• FailSafeTester Dialog
  
  它控制故障安全測試儀的動作，故障安全測試儀能產生電氣故障在VVE中。
• Diagnostics GUI
  
  在這裏，您可以使用K-Line或can協議從ECU發送和接收信息。錯誤代碼可以讀取，十六進制命令可以發送到ECU的實現相關的事情。這是一個定製的解決方案，是爲特定的ECU設計的。

The VVE for CarMaker/HIL

在Figure 2.5中的盒子中標有VVE,展示了三種硬件,實際上，可以使用更多的硬件來模擬VVE，數百個控制器和硬件模塊可能集成到硬件配置中。此外，故障安全測試器是可選的，但它在ECU測試中可以發揮如此重要的作用。因此，爲了便於討論，我們稱一個VVE包括一個實時計算機、一個測試臺/ECU和一個故障安全測試硬件單元，標準CarMaker/HIL配置。

The Real-Time Computer

在標準的CarMaker/HIL配置中，實時計算機是VVE的核心。實時計算機的操作系統是Xenomai，它是一個功能齊全的基於Unix的實時操作系統(RTOS)。使用的硬件是：

• 主板:MEN (XENO), DSpace 1006 or Scalexio
• 處理器:Intel (Xeno), Power-PC (DSpace), AMD Opter (DSpace
• 網絡:Fast Ethernet
• I/O模塊:Analog I/O, Digital I/O, CAN bus, Frequency Generators, etc

CarMaker/HIL使用實時計算機運行的汽車製造商可執行文件,這是實時應用程序,包括所有虛擬車模型的數學模型和虛擬道路模型,虛擬駕駛員函數，通信程序，I / O驅動程序,和其他功能需要鏈接一起VVE的部分。Figure 2.6顯示了在實時計算機上運行的CarMaker可執行文件的部分。從圖中可以看出，CarMaker的可執行文件包含許多特性：

• 模擬道路、車輛和駕駛員。
• 網絡通信(用於向CIT發送和接受CIT消息)。
• 用於與外部硬件和ECU通信的硬件I/O(如數據採集、CAN總線、信號傳輸)。
• 文件I/O–用於記錄數據、存儲結果、讀取參數數據庫文件等。
• 其他功能-模擬VVE所需的其他內部軟件任務(例如系統特定的任務、清理等)。
  

Test Bench / ECU

在本文檔的上下文中，測試臺由一個或多個硬件設備和/或ECU組成，這些硬件設備和/或ECU已安裝在板上，並適當地佈線，以用於CarMaker/HIL系統。然後可以但不是必須將測試工作臺放在一個架子上，該架可以包含VVE的所有組件，包括實時計算機、故障安全測試器或集成到VVE中的其他硬件。Figure 2.7顯示安裝了ESP的試驗檯的基本原理圖。

FailSafeTester

故障安全測試儀是一種硬件設備，用於在VVE的電氣環境中產生故障條件。例如，可以對從ECU運行到實時計算機的信號進行短路、切斷或修改，從而允許對ECU進行性能測試，以檢測真實世界中可能發生的潛在故障。這種情況可能是由於磨損、安裝不當或其他一些影響所研究控制器電氣環境的因素造成的。Figure 2.8展示了FailSafeTester前面。

Communication between the CIT and the VVE (CarMaker/HIL)

• 網絡通信——使用標準的TCP/IP協議來回傳遞消息。由IPG (APO庫)設計的一個特殊庫用於打開TCP和UDP套接字，方便了CIT(運行在主機上)和實時計算機(VVE的核心)之間的通信。
• 信息文件數據庫模型參數文件(在CarMaker的術語裏稱爲InfoFiles)在CIT和VVE之間共享。這是通過使用NFS(網絡文件系統)來實現的，它允許實時計算機將文件系統掛載到主機上。這樣，由CIT編寫和修改的文件可以由VVE實時計算機直接讀取，而實時計算機也可以編寫由CIT讀取的文件。
• 數據存儲—在任何給定的時間，VVE緩衝區指定數據量並將其存儲在RAM中。當用戶決定保存緩衝數據時，它將被存儲到主機的硬盤上，並可以使用CIT提供的工具或其他應用程序(如Matlab)進行分析。
• 文件共享——以與共享InfoFile數據庫相同的方式共享其他文件，例如包含實時系統配置數據的文件

2.1.6 From MIL and SIL to HIL

在典型的ECU開發生命週期中，控制器通常以軟件模型開始，然後最終以硬件實現。在CarMaker體系中，這不是問題。具有軟件建模控制器的Office版本與具有實際ECU的實時版本之間存在無縫連續性。您只需對VVE進行一些更改，比如使用必要的I/O配置一臺實時計算機，並將實際控制器集成到系統中。一旦完成了這一步，使用office方法執行的所有測試都可以使用實時方法實現，並且在從一種方法到另一種方法的轉換過程中不會浪費時間。

2.2 Fields of Application

CarMaker作爲一種產品，通常有多種用途

2.2.1 ECU Testing

• 電子控制單元(ECU)測試-用於測試泵、傳感器、執行器等部件。以及它們各自的控制器，並將它們添加到虛擬車輛中。通過這種方式，通常安裝在真實車輛上的硬件可以在虛擬車輛中進行評估。這可以通過使用I/O卡物理連接到系統的實際ecu來實現。可以或其他一些方法。這種測試方法稱爲循環中的硬件(HIL)，因爲從虛擬車輛的角度來看，實際的硬件已經添加到系統中。另一種ECU測試可以使用軟件建模的控制器，這些控制器通過包括Simulink模型等工具添加到系統中。c代碼等在虛擬車上。這個測試過程稱爲循環中的軟件(SIL)，因爲從虛擬車輛的角度來看，系統中添加了一個軟件元素。

2.2.2 Subsystem Testing

• 子系統測試-旨在測試車輛子系統的性能，或子系統如何影響整個車輛。例如，可能阻尼器的特性已經在某種程度上改變了。一旦對虛擬車輛的阻尼器進行了更改，就可以運行模擬來確定更改如何影響車輛的處理。

CarMaker還可以應用於其他領域，但這兩個領域涵蓋了大多數應用

2.3 Summary

CarMaker系統由兩部分組成：

• 虛擬汽車環境(VVE)
• 接口工具箱(CIT)
  
  VVE模擬車輛、駕駛員和道路(包括風、障礙物、交通標誌等)，這些都是評估控制器或測試車輛或車輛子系統動力學所需的部件。
  CIT允許對VVE進行完全控制，包括模擬過程中的直接交互和控制、模擬前控制定義、模型參數數據庫(InfoFile)編輯、自動腳本編制和批處理文件創建、配置更改和其他功能。它們管理VVE的所有方面，並且根據調查的對象，可以使用不同的方法進行模擬。
  例如，如果正在對電子控制單元進行評估，則必須採用實時方法。在其他情況下，例如子系統測試，一個Office方法可能就足夠了。對於CarMaker系統，VVE和CIT的硬件和軟件配置取決於調查的對象，但是在辦公方式和實時方式之間進行切換是很簡單的。因此，從基於軟件的實現到ECU的實際硬件原型和硬件模塊的開發過程很容易進行，這些硬件模塊將在測試完成後安裝到真正的車輛上。例如，一個控制器可以在軟件中使用Matlab-Simulink建模，並與CarMaker集成，以測試各種算法的行爲。然後，一旦一個真正的原型控制器變得可用，它可以很容易地集成到CarMaker/HIL環境中，這使得控制器可以像安裝在真正的車輛上一樣進行測試。在實際車輛存在之前，控制器的性能就可以得到快速、簡單的評估和優化。測試可以根據需要持續多久。本文件的其餘部分詳細說明了CarMaker系統應如何使用。下一章將展示如何參數化虛擬車輛環境。

%%%%%%%%
%%%%%%%%

最後歡迎加入我們自動駕駛仿真QQ交流羣864462169一起交流，免費交流不收任何費用也希望大家可以積極分享自己的經驗，相互學習，一起提高。

本文翻譯內容是carmaker官方手冊，不做任何商業用途，如有侵權，請聯繫我刪除