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康謀分享 | 自動(dòng)駕駛聯(lián)合仿真——功能模型接口FMI(三)

來源:廣州虹科電子科技有限公司   2024年07月10日 17:09  

在之前的兩篇文章中(文末往期回顧中可查看),我們主要介紹了功能模型接口FMI的主要組成部分和一些使用場(chǎng)景,今天就以康謀自動(dòng)駕駛仿真軟件aiSim為例,來展示一下如何建立一個(gè)FMU并實(shí)現(xiàn)基于UDP和FMI聯(lián)合仿真(co-simulation)數(shù)據(jù)通信。


一、相關(guān)配置

OS:Ubuntu22.05

仿真軟件:aiSim 5.2.0


首先是要構(gòu)建所需要的FMU,在一些動(dòng)力學(xué)仿真軟件上,如CarSim,可以直接導(dǎo)出動(dòng)力學(xué)模型對(duì)應(yīng)的FMU文件,但本次我們基于C++從零構(gòu)建FMU文件。


需要編輯的6份文件分別是:

  • fmi_simple_car.cpp:根據(jù)FMI2.0標(biāo)準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)一個(gè)車輛模型

  • simple_car.h:車輛模型的頭文件

  • simple_car.cpp:車輛模型的實(shí)現(xiàn)文件

  • value_reference_ids.h:定義值應(yīng)用ID的頭文件

  • modelDescription.xml:定義FMU結(jié)構(gòu)的根文件

  • simple_car_fmu.json文件:用于將構(gòu)建的FMU文件映射到aiSim的車輛動(dòng)力學(xué)中(非構(gòu)建FMU所必須)


二、操作步驟

首先是fmi_simple_car.cpp文件主要包含了6個(gè)部分,最終實(shí)現(xiàn)為模擬控制一個(gè)簡(jiǎn)單的車輛模型,包括了實(shí)例化、設(shè)置參數(shù),執(zhí)行仿真步驟以及獲取和設(shè)置模型參數(shù)的功能。


頭文件:

  • include "fmi2Functions.h" (是FMI2.0標(biāo)準(zhǔn)的頭文件,請(qǐng)參考FMI)

  • include

  • include

  • include "simple_car.h"


1、實(shí)例化

實(shí)例化FMU,在之前的文章中我們以C語言為例,本次采用C++來做示范。

fmi2Component fmi2Instantiate(  

fmi2String /*實(shí)例名稱*/,

fmi2Type fmuType /*實(shí)例類型(ME/CO)*/,

fmi2String /*標(biāo)識(shí)符*/,

fmi2String /*資源位置*/,

const fmi2CallbackFunctions* /*回調(diào)函數(shù)*/,

fmi2Boolean /*是否可見*/,

fmi2Boolean /*是否啟用日志*/)

{/*此處可以與用判斷車輛實(shí)例是否在使用、檢查FMU的類型是ME模型交換還是CO聯(lián)合仿真、執(zhí)行實(shí)例化車輛*/

car_is_used = True; //預(yù)先設(shè)置的標(biāo)志變量,用于表示表示車輛是否正在使用

returen &only_one_car; //預(yù)先定義的全局SimpleCar對(duì)象only_one_car

}


2、FMU交互

實(shí)例化完成后,我們要實(shí)現(xiàn)一系列函數(shù)用于FMU交互的具體實(shí)現(xiàn),主要包含獲取和設(shè)置變量,執(zhí)行仿真步驟等。


① 獲取類型

獲取實(shí)數(shù),通過遍歷引用數(shù)組vr,獲取對(duì)應(yīng)的值并存儲(chǔ)。

fmi2Status fmi2GetReal(fmi2Component /*c*/, const fmi2ValueReference vr[], size_t nvr, fmi2Real value[]){

for (size_t i = 0; i<nvr; ++i)    {

value[i] = only_one_car.GetValue(vr[i]);  

}  

return fmi2OK;

}

同樣還能夠?qū)崿F(xiàn)獲取整數(shù)、布爾值和字符串值。


② 設(shè)置類型

設(shè)置實(shí)數(shù),同樣通過only_one_car.SetValue(vr[i], value[i])設(shè)置對(duì)應(yīng)的值。

fmi2Status fmi2SetReal(fmi2Component /*c*/, const fmi2ValueReference vr[], size_t nvr, const fmi2Real value[]){

for (size_t i = 0; i<nvr; ++i)    {

only_one_car.SetValue(vr[i], value[i]);

}

return fmi2OK;

}

同樣還能夠?qū)崿F(xiàn)獲取整數(shù)、布爾值和字符串值。


③ 執(zhí)行仿真

獲取實(shí)聯(lián)合仿真函數(shù)(CO),可以是根據(jù)之前實(shí)數(shù)和證書引入導(dǎo)數(shù)計(jì)算,又或是引入仿真步驟的執(zhí)行和取消數(shù),通過遍歷引用數(shù)組vr,獲取對(duì)應(yīng)的值并存儲(chǔ)。

比如執(zhí)行仿真步驟,其中DoStep將會(huì)在Simple_car.cpp中實(shí)現(xiàn):

fmi2Status fmi2DoStep(fmi2Component /*c*/, fmi2Real /*currentCommunicationPoint*/, fmi2Real communicationStepSize, fmi2Boolean /*newStep*/){    

log_to_file("fmi2DoStep()");    only_one_car.DoStep(communicationStepSize); 

return fmi2OK;

}

同樣還能夠?qū)崿F(xiàn)獲取整數(shù)、布爾值和字符串值。


3、初始化和釋放

除此之外,我們還需要注意在仿真過程中FMU實(shí)例的初始化和釋放。


比如我們可以簡(jiǎn)單的通過設(shè)置car_is_used= false實(shí)現(xiàn)實(shí)例的釋放,可以通過only_one_car = SimplerCar()來實(shí)現(xiàn)FMU的重置,其中SimplerCar類的具體實(shí)現(xiàn)在simple_car.cpp中。


以上就是基于FMI2.0實(shí)現(xiàn)車輛模型時(shí)所需的基本內(nèi)容,剩余的內(nèi)容我們將在后續(xù)的文章中進(jìn)行分享。

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