CarMaker入门第一课

1. 启动 Carmaker

在 Windows 中启动 CarMaker。开始 > 程序 > IPG > CarMaker 版本号 > Car-Maker。

在Linux中启动CarMaker。打开控制台 > 输入 "CM"

图1.1: 使用Windows打开CarMaker

一旦选择了CarMaker可执行文件，CarMaker软件就会打开：

图 1.2 CarMaker GUI主界面

用户首先看到的是CarMaker主GUI（主图形用户界面），如上图所示。这是CarMaker的控制中心，所有的功能和子窗口都可以通过它来访问。

现在，CarMaker已经准备好了，可以马上使用了。

2. 运行TestRuns 示例

在CarMaker中进行仿真驾驶，需要定义类似于实际试驾时的车辆与环境。比如定义车辆的类型、轮胎、驾驶员、测试赛道和驾驶员要执行的动作等。CarMaker 为这些要求提供了几个预定义的模型。这些模型和设置的组合就构成了所谓的TestRun。

2.1 究竟什么是TestRun？

CarMaker基于固定的模型（车辆、悬架、轮胎等），其属性（例如每个车身的质量或弹簧刚度的值）是可以改变的。

这意味着车身的数量和它们之间的自由度（DOF）已经定义好了，用户不需要自己去建模。如果用户希望扩展模型，建议使用CM4SL。

模型本身已经定义好了，但它们仍然需要根据环境进行参数化。为此，需要为每个模型手动加载一个所谓的数据集。参数化包括选择车辆、选择或设计道路、定义驾驶员类型以及定义车辆的控制操纵。在所有这些组件设置好之后，CarMaker就有了控制虚拟车辆环境（VVE）和仿真所需的信息。

所有这些设置都存储在VVE在仿真过程中使用的文件中。这个文件可以被保存、加载或编辑，我们称之为TestRun定义。TestRun文件具有普通文本文件的格式，可以用编辑器查看。

简而言之：TestRun代表了一个测试场景，其中所有的虚拟环境（车辆、驾驶员、轮胎等）的参数都被充分定义了。

标准的CarMaker安装包含了各种TestRun示例，其中包含了描述这些模型所需的所有数据。这使得新用户可以使用CarMaker工作，并立即了解该程序的其他主要功能。

2.2 加载一个预定义的虚拟车辆环境

第一次启动CarMaker时，需要创建一个包含所有TestRun数据的项目文件夹。在 CarMaker 主界面中选择 "文件">"项目文件夹">"创建项目 "即可完成。当将来再次启动CarMaker时，可以继续使用相同的项目文件夹，或者创建一个新的项目文件夹。无论哪种方式，都必须定义一个项目目录。

图 2.1 创建新的项目文件夹

在标有 "项目文件夹 "的字段中选择了项目目录的路径。可用的附加功能可以通过勾选附加框来激活。在本教程中，所有这些可用的附加功能都不需要选择。

现在，在定义了一个项目目录后，可以加载一个TestRun。

加载 TestRun "HandingCourse"。

在CarMaker GUI中，点击 "文件">"打开"，选择 "产品实例"，然后选择 "示例">"基本功能">"驾驶员模型">" HandingCourse "。

图2.2: 加载"SegmentBasedClosedTrack"

看一下CarMaker主界面，它现在具备了执行仿真所需的所有数据集。TestRun现在可以进行仿真了。

图2.3: 包含相关数据集的CarMaker GUI

2.3 运行仿真

现在，因为在CarMaker中加载了TestRun，所以成功执行仿真所需的所有数据都已经在具备。

开始仿真。点击CarMaker GUI中的绿色 "开始 "按钮。

仿真开始了。这可以通过注意以下几点来识别。

- 在IPGMovie中。当前仿真的动画正在运行，可以让用户观看。仿真结束后，可以以不同的速度重新播放仿真。

- 在CarMaker GUI中。在名为 "仿真计时器 "的框中，会显示计时器、汽车所覆盖的时间差，以及仿真的当前状态。

- 在 "仪表 "中。操作显示，特别是转速表，可以实时查看。

如果启动 CarMaker 时 IPGMovie 和 Instruments 没有自动弹出，可以通过点击主界面中的文件 > IPGMovie 和文件 > Instruments 来打开。

图2.4:在主图形用户界面、仪器和IPGMovie中显示正在运行的仿真结果

停止仿真。点击CarMaker GUI中的红色 "停止 "按钮。

IPGMovie 动画结束，仪器慢慢地静止，CarMaker GUI 中的所有其他显示都停止。

当需要在完成之前中止TestRun时，可以使用Stop按钮。其他方面，当TestRun自行结束时，仿真也会停止并返回到空闲状态，用户不需要手动结束。

下面的章节将进一步详细介绍仿真过程中发生的事情。

点击绿色的 "开始 "按钮，再次启动TestRun。

现在你可以观察CarMaker GUI、IPGMovie、仪器窗口和IPGControl，了解在活动仿真过程中这些显示的内容。

2.3.1 当前仿真的交互式视图

CarMaker提供了各种方法来观察仿真。本章将简要介绍其中的一些方法。最重要的方法将在后面的章节中再次介绍，"IPGControl"。

IPGMovie

通过IPGMovie，用户可以观看当前仿真的动画。

图2.5：IPGMovie中的仿真在线视图

在动画制作过程中，可以选择不同的视角和背景场景。尽管IPGMovie提供了多种视图和设计设置，但它不仅仅是一个动画制作工具。例如，当前的动画可以导出到文件中，以便在演示或推广中进一步使用。

CarMaker GUI

图2.6: CarMaker GUI界面

- Box（A）: 储存结果

CarMaker生成的结果通常保存到计算机RAM中的缓冲区。但是，也可以通过选择模式选项 "保存所有 "而不是 "只收集 "来保存到文件中进行进一步的分析。该框有助于控制和定义保存策略。

- Box (B): 仿真

在此框中，用户可以定义仿真速度：实时或比实时慢/快。最大选项可以使仿真速度达到当前PC硬件和活动软件所允许的速度。这可以是实时的40倍，记住，打开IPGMovie会对PC的性能产生影响，就像所有其他应用程序一样。

加快仿真速度可以节省时间，尤其是在使用自动测试运行时，往往会有大量的TestRuns依次进行。另一个特点是，在仿真过程中可以改变仿真速度。

另外，在这个框中，可以显示当前仿真的时间和距离。用户还可以收到有关仿真状态的信息。当仿真没有运行时，闲置，在开始阶段准备或仿真正在进行时运行。

观察IPGMovie在仿真速度为2x、Max和Realtime时的变化。

- Box(C): 车辆操纵

在 "创建你的第一个TestRun "一节中会有进一步的介绍，可以定义若干个操纵步骤，这些步骤都会在本节中显示。当前的操纵步骤用蓝色高亮显示，这样就可以清楚地看到当前正在仿真的是哪个步骤。

车辆仪表

Instruments是一个额外的显示屏，用于快速、直观地检查最重要的数据，并对驾驶员的操作进行概述。仪表的内容与真实车辆的仪表盘上所能看到的内容非常相似!

图2.7: 仪表 GUI

在仪器中显示的内容可以由用户选择性地进行个性化和扩展。为此，CarMaker提供了一个使用tcl/tk脚本语言的界面，使每个用户都能建立一个独立的GUI。

IPGControl

IPGControl是一个嵌入式工具，用于在线绘制仿真结果的各种图表。

打开IPGControl: 文件 > IPG控制

图2.8：IPG控制窗口

绘制车辆的速度和侧向加速度。IPGControl侧边栏>"Quanti- ties "字段>左键点击变量 "Car.v "和 "Car.ay"。

在CarMaker GUI中，开始仿真。

一段时间后，选择 "完全拟合"，以便在可用的图表区域内拟合图表。

2.3 IPGMovie 动画

点击绿色的 "开始 "按钮，再次仿真TestRun HandlingCourse。

IPGMovie提供了在线动画的功能。这意味着当前的仿真数据可以无延迟地提供，在仿真过程中直接显示虚拟世界。此外，通过加载外部的结果文件，在IPGMovie中仍然可以显示之前已经进行过的TestRun的动画。这就是所谓的脱机动画。

这里要介绍的第一个IPGMovie的功能是，在仿真过程中，用户可以使用鼠标来改变视角和放大、缩小。

改变视点。按下鼠标左键，将光标向所需方向移动。

缩放：按住鼠标中键，将光标上下移动或使用鼠标滚轮。

图 2.9 在IPGMovie中的不同视角

中止 Testrun。单击CarMaker主界面中的红色停止按钮。

仿真结束后（当TestRun结束或用户点击CarMaker主界面中的Stop but- ton后），可以使用控制栏中的光标在IPGMovie中重新播放动画。摄像机的视点仍可随时修改。

使用控制栏中的光标，在IPGMovie中再次观看上次仿真的动画。改变视点。

此外，IPGMovie还提供了各种有用的功能。

- 比较两种不同仿真的动画效果：在IPGMovie中进行两种不同设置的仿真，然后可以同时播放，可以对结果进行快速、直观的分析。

- 通过在IPGMovie窗口中的右键单击可访问各种选项。

- 在IPGMovie窗口中通过点击顶部菜单中的 "相机 "可选择不同的相机选项。此外，可定义多个个性化的摄像机视图。

- 通过顶部菜单中的场景选项，可选择各种选项。

- 导出动画中的视频或图片。文件 > 导出（DivX是一种可能导出的文件，但是只有在当前系统上安装了编解码器才有可能）。

- 查看轮胎受力情况。查看>显示>力，View > Show > Forces.。每个轮胎接触点处的彩色条形图代表三个方向或坐标系中每个方向的力。

对道路定义所做的所有修改都会在IPGMovie中显示。不过，首先需要对动画进行更新。这意味着至少需要启动和停止一次仿真。有关IPGMovie的更多信息，可在动画手册中找到。

2.4 数据分析

有几种方法来分析CarMaker仿真过程中产生的数据。IPG提供了自己的工具IPGControl，它是为查看和分析仿真数据而开发的，也可以独立使用。除此之外，还可以使用各种第三方工具如Excel或Matlab来进行数据分析。

2.4.1 IPGControl

本章将介绍如何使用IPGControl分析和绘制仿真结果。

IPGControl提供了一个在线结果管理应用程序的功能。这意味着可以毫不延迟地提供当前的仿真数据。仿真过程中可以直接播放图表。通过加载外部结果文件，用户还可以显示以前的TestRuns结果。这就是所谓的离线结果管理。每个新的结果源都会在选择窗口中的数据集列表中显示。保存在这些文件中的数据可以在另一张图中绘制出来。

下图中可以清楚地看到，可以绘制的数量非常多（仿真变量）。IPGControl允许用户对绘制的量进行操作，并改变轴的缩放比例，以便更有效地分析结果。

打开IPG控制

IPGControl通过CarMaker主图形用户界面中的文件菜单打开。

图2.10 IPGControl窗口

1.       主菜单

2.       图表

3.       侧边栏

使用侧边栏中的数据源，可以选择要在图中播放的结果文件。

选择要绘制的数量

图2.11 选择绘制图像的数量

首先，最重要的是，如果数据窗口中出现了一个以上的图，必须激活一个图进行编辑。只有这样，才能选择数量进行绘图。因此，左键单击一次所需的图表。

数量和参考数量可以从侧边栏中的数量列表中选择，也可以通过数量浏览器选择。点击并按住主菜单中的X或Y按钮，即可打开 "数量浏览器"。只需点击顶部菜单中的X/Y按钮一次，侧边栏中的数量列表就会在纵轴或横轴的使用范围内切换（见图2.11）。在搜索栏中的数量列表中应用了一个过滤器。通过点击条目字段旁边的红叉，可以取消过滤器。

可以通过在之前的列表（数量和参考数量）中重新选择数量，或者在数量浏览器中用红色的十字符号取消显示数量，或者在图表右侧的列表中双击数量本身，将数量从图表中删除。

在IPGControl中显示的数量也可以被称为用户可访问的数量（UAQ）。

使用主菜单

使用数据源下的下拉菜单，用户可以选择显示数据的来源。这可以是当前的仿真，也可以是以前的仿真结果文件。

此外，数据的采样率可以通过设置>采样率来定义。

通过选项 "图表">"添加窗口"，可以将更多的 "图表 "窗口添加到显示中。

图 2.12添加额外的图表窗口

与主窗口相比，各独立窗口可以有相同或独立的视图设置和数据源。侧栏配置、数据源和信号选择完全独立于主视图管理。

通过 "图表">"添加/删除图表 "选项，可以在数据窗口中添加或删除图表。

图2.13：在白色背景图下改变图上的采样率

图表的背景颜色可以通过 "设置">"图表背景">"白色 "将图表的背景颜色从黑色（默认值）改为白色。

图示窗口的功能

图2.14：图示窗口功能

调整图的功能。

- 在图表中间的右键单击 > 调整选项。以所需的方式将选定的曲线（或所有曲线，如果没有选定特定的曲线，则将全部曲线）拟合到图表中的可用空间。

- 在键盘上按Shift + x或只按x。改变x轴的比例。

- 按Shift + y或仅按y键：改变x轴的比例。改变所有y轴的比例。要只按Y轴的比例尺，需要先选择所需的曲线。

- 按 Ctrl + y 或 Ctrl + z。放大所有Y轴

- 在图中左击+移动鼠标。沿着所有的图轴移动图表。

- 按Shift + 鼠标滚轮。缩放活动的Y轴（如果没有活动轴：全部缩放）。

- 按Ctrl+鼠标滚轮。放大X轴

- 按Shift + Ctrl + 鼠标滚轮。放大所有Y轴

- 按向上和向下键。可同时移动所有的Y轴。要只移动一条Y轴，需要先选择所需的曲线。

- 按shift和向上或向下键。以较小的步长移动所有y轴。要只移动一个y轴，需要先选择所需的曲线。

- 按PageUp和PageDown键：移动x轴。

- 按下 "原点 "或 "结束"。跳转到图的开始/结束。

- 在图表上左键点击左键：激活图表。激活图表。

- 在数量名称上左击：选择数量。

- 在Y轴上左键点击：选择Y轴，并选择所有的Y轴。选择Y轴和所有归属到该轴上的数量。

- 按Ctrl并在Y轴或数量名称上左击：允许您同时选择多个数量。

- 按Ctrl + a: 选择所有图形

- 按Ctrl + o/l:+/- 偏移参考量。

- 按Ctrl + r。重新连接/加载/更新所选数据源（根据类型不同，重新连接/加载/更新所选数据源。

- 点击右键。打开一个图表/数量相关的上下文菜单。

- 向左点击一个数量名称，按住鼠标按钮，在图上拖动该数量，然后将其拖动到另一个相同单位类型的数量上（鼠标指针：|<- ）。显示在同一Y轴上的数量，与目标数量在同一单位类型的Y轴上的数量相同。

- 在使用与另一个数量轴相同的数量名称上向左点击，按住鼠标按钮，将该数量拖动到图中的空闲区域（鼠标光标：_|_）。在自己的（新的）y轴上显示该量。

- 在y轴上双击左键，打开一个轴参数对话框。打开一个轴参数对话框窗口。

- 在数量名称上左键双击：取消显示所选数量。

- 右键单击所选数量>颜色/单位：改变所选数量的颜色或单位。

练习：1.)

1.) 打开CarMaker GUI，加载TestRun SteadyStateCircular42m。CarMaker GUI > File > Open > Product Examples > Examples > VehicleDynamics > Handling > SteadyStateCircular42m

2.) 执行第一次仿真。

CarMaker GUI > 开始

3.) 打开IPGControl。添加图表。

主菜单 > 图表 > 添加图表

4.) 选择上图。

在图的中间点击一次

5.) 在选择的图中，选择X轴的时间和Y轴的车速和轮速。

- 主菜单>X参考量浏览器>时间

- 主菜单 > Y数量浏览器 > Car[S.Y]> Car.v

- 侧边栏 > Y数量> 搜索 > 写 "WheelSpd">按 "回车 "键

6.) 选择下图。

在图的中间点击一次

7.) 选择X轴的侧向加速度和Y轴的转向角度。

- 侧边栏 > X Ref.数量 > Car[A....G] > Car.ay 数量 > Car[A...G] > Car.ay

- 侧边栏 > Y 数量 > 转向 > Steer > Steer.WhlAng.

8.) 再次启动仿真。

CarMaker GUI > 开始

现在，曲线图正在进行在线绘制，也就是同步到仿真中。TestRun完成后，可以单独缩放曲线图，并在窗口内移动曲线。试着用两个不同的轴来做轮速。

2.4.2 替代方法

除了IPGControl之外，CarMaker还提供了其他结果管理工具的接口。

例如：Excel和Matlab。

微软Excel

结果文件可以直接保存为ASCII文件。用制表符分隔的数据，可以方便地导入到Excel表格中。

另一种可能是使用图表窗口中的鼠标右键将图表中的数据直接写入Excel文件，然后点击导出到文件。Excel文件格式，以及ASCII格式都可以使用。

MathWorks MATLAB

在运行CarMaker的MATLAB脚本后，可以使用Matlab中的一个特殊命令（cmread）将结果文件的内容加载到矩阵中。

因此，可以直接读取结果文件的内容，并在Matlab中绘制出结果文件的内容。

其他格式

除了以上提到的输出文件格式ERG和ASCII外，CarMaker可以直接以MDF格式存储仿真结果。这种流行的数据交换格式被许多后处理工具所接受。