CYBERNET 思渤科技 - 產品與服務 - 測試與測量 - VehicleSim 車輛相關動態模擬

一、架構

1. VS Commands

(1) 使用者定義函式

使用者現在可以使用 BEGIN_FUNCTION、END_FUNCTION 來自定義函式。

(2) 新的 Boolean 運算子

VS Commands 現在可以使用Boolean運算子(&, |, <, >, <=, >=, ==, ~=)來表示狀態，而原本的判斷運算子 GT(), AND() 等也依然可以使用。同時，一個新的if運算子，IF(x,y,z) 也在新版本中可以使用，例如，若 x 等於0則輸出 y，反之 x 不等於0的情況則輸出 z 的值，大幅增加 VS Command 的使用彈性。

(3) VS Events優化

DEFINE_EVENT 的語法現在已經被簡化為兩個，其中第二個語法則可選擇性使用。
DEFINE_EVENT formula [pathname]
Formula 的部分則是可以使用複雜的布林函數表示，也可以使用變數來表達。
而原本的 define_event 則被改為一個新的指令 MAKE_EVENT
MAKE_EVENT variable operator reference [pathname]
這樣的指令提供了與舊版的相容性，reference 則可以將使用者自訂的單位或變數轉換成內部使用的單位。同時也支援舊的DELETE_EVENTS 指令。

2. COM 介面

新增了四個 COM 指令：Run_Background, Run_dSPACE_Background, StopWindowsRun, Set_RundSPACE。
Run_Background 與 Run_dSPACE_Background 允許使用者讓模型於背景執行，StopWindowsRun 則可以停止模擬，而Set_rundSPACE 則可以在執行 Run_dsPACE.EXE 後執行暫停、停止、開始模擬。

3. Embedded Python

Python 3.6.5 (32、64位元) 現在已可被嵌入VehicleSim 的求解器中，新的語法可以讓使用者透過 Python 獲取 VS 中的圖表數據，同時也增進了除錯的能力。新的範例可以幫助使用者了解如何在 VehicleSim 中使用 Python，並支援 Windows、Linux 兩個作業系統。

4. 與外部環境以及 Simulink 串接的時間軸

在 CarSim 2018.1 版本以前，為了避免產生代數環的問題，CarSim 在第一個時間步階中並不進行計算，而是等待到第二個時間步階，外部環境開始輸入參數之後，才開始計算模擬，如此可以避免一些數值上不穩定的可能，但在新版本的 CarSim 修正了這個問題，使得模擬可以在第一個步階就開始計算，但同時也產生了一些問題，在使用新版本的 CarSim，執行舊的模型就會發生問題，由於代數環的問題，我們常常會使用在 Simulink 中的 "memory block" 來避免 Simulink 產生代數環的錯誤，但放到新版本的 CarSim 中，就會造成訊號的延遲。
新的 VS Command 指令可以幫助我們依照需求調整 CarSim 的計算方式，設定 OPT_SKIP_START=1，VehicleSim 的求解器就會依照舊的模式來計算。

二、數學模型
1. 內建電動馬達動力系統

新增一個電動馬達的動力驅動系統模型，此模型與2019.0所釋出的混動模型使用同樣的電動馬達模型，使用者現在可以在驅動介面透過下拉式選單選擇使用內燃機引擎、混動(引擎+馬達)或馬達作為動力來源選項，隨著選擇的不同，所連接的其他傳動組件的選項也會不同。兩個新的電動車範例也被新增在此次的 VehicleSim 2019.1 的改版中，使用者可透過範例了解如何使用新的電動馬達動力系統模型。

2. 閉迴路轉向控制器

CarSim 的閉迴路轉向控制器在此次的更新中新增了幾個功能：
(1)倒車控制

新的駕駛人模型現在可以跟隨倒車的路徑，但使用者需要設定負的目標車速以及需將換檔模式(Mode_Trans)設定為-1。而轉向的預視點起算位置，也從前軸被移至後軸。

(2)新的單點預視轉向控制器(Single Preview Point Controller)

使用者可將 OPT_DM 設定為3，即可使用新的單點預視轉向控制器，這個控制器可以直接將輪胎的轉向角指向預視點的位置，這樣的控制器也允許車輛在產生很大的側滑角時產生甩尾的行為。
新的指令 INSTALL_DM_OUTPUTS，設定輸出預視點的X、Y、Z座標，同時當 OPT_DM 被設定為3時，使用者可以透過IMP_X_DM、IMP_Y_DM從外部環境匯入預視點的位置。

(3)力矩控制器

CarSim 的駕駛人模型支援使用轉向力矩來操控方向盤，依照所需要的方向盤轉角來透過轉向力矩控制，在新版本中更新增了細節，可考慮施加力矩在轉向機構上的結果，透過設定的彈性係數與阻尼係數來計算轉向角度，增加了測試情境設計的真實性。

3. 閉迴路車速控制器

CarSim 的閉迴路車速控制器在此次的更新中新增了幾個功能：
(1)支援新的混動以及電動車輛
(2)加速度控制

使用 OPT_SC 5，可依照使用者透過 Ax_SCcmd 的指令，來設定車輛的目標加速度 Ax_Rd，可直接應用在 ADAS 或是自駕車的控制領域。

4. 不對稱性增強

(1)不對稱簧下質量增強

新版本中的簧下質量可再被細分為三個部分

a. 單邊非轉向相關的懸吊系統質量
b. 單邊轉向相關的懸吊系統質量
c. 可拆除的輪胎相關組件質量

而轉動慣量的部分，也被分成了兩個部分

a. 可拆除的輪胎組件
b. 可旋轉的懸吊組件

並依照三軸轉動的方向可以自行設定。

(2)初始化紀錄更新

更多的參數將被記錄在新版的紀錄文件中，可供使用者觀看並確認初始化的參數與狀態。

5. 轉向中間軸

新版本中使用者可用 ISHAFT_KIN 來設定轉向中間軸，用以定義扭力桿與轉向機柱的關係！

6. 轉向角度停止點

當在使用閉迴路轉向力矩控制器控制車輛的轉向行為時，有可能得到超過轉向角度範圍的結果，而這樣的結果可能會導致模擬崩潰，為了避免這樣的崩潰情形，在前軸的輪上現在可以定義兩個新的參數：A_STR_STOP_(L/R) 用以設定最大的轉向角，K_STR_STOP_(L/R) 用以設定轉向的剛性，以提供在最大角度時的抵抗力矩。

7. 感測器動態輸出

新增兩個參數 Jx_Si, Jy_Si (其中i為感測器的 ID)，使用者可透過這兩個參數來獲得縱向以及側向的加速度對應時間變化值(da/dt)。

8. 移動物件

移動物件可設定的選項在此次的更新中也被新增了。若使用者使用path來定義移動物件的位置，就可以使用這些新的移動物件設定功能。
(1)交通車輛的方向

在以往的版本中，移動物件的方向被定義為正(沿著 path 前進)與負(反方向前進)，在新版本中，移動物件的方向則可使用新的變數 OPT_DIRECTION 以及 OPT_DIR_OBJ 來設定。

(2)參考側向偏移的速度控制

在以往的版本中，移動物件的車速是透過其位置(station)對應時間的微分來求得的，但這在有側向偏移的情況下會產生些許的誤差，在新版本中考量了側向偏移的數值來計算移動物件的速度，可求得更精準的速度值。

(3)交通車輛的煞車燈

當移動物件被設定由速度或加速度來控制時，使用者可以使用 AX_BRK_OBJ_ON，來定義使煞車的作用的車速閥值，並透過 Bk_Obj_o 來觀看煞車燈作用的情形。

9. VS Roads 以及 VS Terrain

在新版本中，最大的 path 數量已從200條擴展至500條，同時 VS Roads 的數量也從100增加至200，設定摩擦力、高度變化、邊界的數量也同時增加了一倍。
VS terrain 現在已經完全支援 Windows 以及 Linux 的版本，現在可提供更大範圍的場景匯入。
VS Terrain 現在可以透過外部的 3D 資訊來轉換成 VS Terrain 檔案，適合用來製作諸如駕駛模擬器或是需要高擬真視覺呈現的模擬，同時也支援 VS Scene Builder 中的 3D 地形資訊，VS Scene 檔案中包含了地形上的所有資訊，如高度變化、摩擦力變化、滾動阻抗等。
當使用 VS Terrain 時：
(1)求解器需透過 VS_TERRAIN_FILE 指令來載入 .vsterrain 的檔案
(2)當載入完成，地形與車輛輪胎、移動物件等全部會透過 VS Terrain 的介面來連接
(3)記錄文件中將不會顯示任何與 VS Roadsc 相關的訊息
(4)CURRENT_ROAD_ID 需被設定為1
(5)任何使用 DEFINE_ROADS 指令生成的道路，都會產生錯誤，VS Roads不得與VS Terrain同時使用

10. VS/STI and TYDEX/STI – 64位元版本

VS/STI, TYDEX/STI 的輪胎現在支援64位元版本的 MATLAB/Simulink。

三、使用者介面
1. 車輛與移動物件的動畫更新

(1) 交通車輛的煞車燈

現在移動物件可以被設定帶有煞車燈，使用者只要透過速度或加速度來控制移動物件，就可以設定煞車燈。

(2) 本車倒車燈

當本車的換檔模式(Mode_Trans)設為-1時，即可顯示倒車燈

2. 多重移動物件

(1) 移動方向

使用者現在可以使用OPT_DIR_OBJ參數來定義物件沿著路線行走的方向。

(2) 兩次設定「初速」

在以往的版本中，CarSim 透過 EQ_OUT 來定義移動物件的速度，但在新的版本中，CarSim 同時還會透過 EQ_INIT，模擬步階開始計算動態前，先設定移動物件的速度，使整個交通流可以被更嚴謹的定義。

四、其他工具
1. VS Visualizer

在新版本中增進了 VS Visualizer 的效能：

在讀取大型場景時的載入速度提升了100倍，主要的效能提升在於匯入具有許多相對坐標系的物件時，能夠加快載入速度，但在小型場景的匯入時速度亦有提升
優化載入的過程，降低 VS Visualizer 在讀取時沒有回應的情形

2. VS Scene Builder

在新版本中新增了 VS Scene Builder 的功能：

所有的範例場景現在都包含了 VS Terrain file，現在放置的動畫物件、移動物件都會沿著實際的地形來移動
Zoom in 時動態調整路徑與圖像的顯示效果更新
OpenDRIVE 匯入優化
新的 OpenDRIVE 範例
OpenDRIVE 診斷：若匯入的 OpenDRIVE 格式有問題，將會出現警告視窗

3. VS Terrain Utility

4. VS Connect

(1) 時間同步優化

VS Connect S-function (Simulink)以及 Unreal Engine 插件優化，強化兩軟體的連結。

5. VehicleSim Unreal Engine 插件

CarSim 的 Unreal Engine 插件已更新至2019.1版本，在這個插件中，使用者可以透過 VS Connect 與外部模擬環境(ex: Simulink)連接，同時現在於 Unreal Engine 的 Blueprint中也可直接建立使用者要使用 VS Connect 連接的物件，而不再需要使用 C++ 來撰寫。新版本中也強化了 VS Connect 連結 Unreal Actor 的功能，優化整個同步模擬的效能。

6. VS 軟體開發套件

32位元與64位元的動態連結檔(DLL)以及64位元的 SO 檔，現在已經被新增到新版本的 VS SDK 中。