康谋分享 | 自动驾驶联合仿真——功能模型接口FMI（三）

在之前的两篇文章中（文末往期回顾中可查看），我们主要介绍了功能模型接口FMI的主要组成部分和一些使用场景，今天就以康谋自动驾驶仿真软件aiSim为例，来展示一下如何建立一个FMU并实现基于UDP和FMI联合仿真（co-simulation）数据通信。

 

一、效果预览

PC1 aiSim运行效果

 

PC2 读取FMU和UDP通讯

 

 

二、相关配置

OS：Ubuntu22.05

仿真软件：aiSim 5.2.0
 

首先是要构建所需要的FMU，在一些动力学仿真软件上，如CarSim，可以直接导出动力学模型对应的FMU文件，但本次我们基于C++从零构建FMU文件。

 

需要编辑的6份文件分别是：

fmi_simple_car.cpp：根据FMI2.0标准实现一个车辆模型

simple_car.h：车辆模型的头文件

simple_car.cpp：车辆模型的实现文件

value_reference_ids.h：定义值应用ID的头文件

modelDescription.xml：定义FMU结构的根文件

simple_car_fmu.json文件：用于将构建的FMU文件映射到aiSim的车辆动力学中（非构建FMU所必须）

 

三、操作步骤

首先是fmi_simple_car.cpp文件主要包含了6个部分，最终实现为模拟控制一个简单的车辆模型，包括了实例化、设置参数，执行仿真步骤以及获取和设置模型参数的功能。

 

头文件：

include "fmi2Functions.h" （是FMI2.0标准的头文件，请参考FMI官网）

include

include

include "simple_car.h"

 

1、实例化

实例化FMU，在之前的文章中我们以C语言为例，本次采用C++来做示范。

fmi2Component fmi2Instantiate( fmi2String /*实例名称*/, fmi2Type fmuType /*实例类型（ME/CO）*/, fmi2String /*唯一标识符*/, fmi2String /*资源位置*/, const fmi2CallbackFunctions* /*回调函数*/, fmi2Boolean /*是否可见*/, fmi2Boolean /*是否启用日志*/) {/*此处可以与用判断车辆实例是否在使用、检查FMU的类型是ME模型交换还是CO联合仿真、执行实例化车辆*/ car_is_used = True; //预先设置的标志变量，用于表示表示车辆是否正在使用 returen &only_one_car; //预先定义的全局SimpleCar对象only_one_car }

 

2、FMU交互

实例化完成后，我们要实现一系列函数用于FMU交互的具体实现，主要包含获取和设置变量，执行仿真步骤等。

 

① 获取类型

获取实数，通过遍历引用数组vr，获取对应的值并存储。

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; }

同样还能够实现获取整数、布尔值和字符串值。

 

② 设置类型

设置实数，同样通过only_one_car.SetValue(vr[i], value[i])设置对应的值。

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; }

同样还能够实现获取整数、布尔值和字符串值。

 

③ 执行仿真

获取实联合仿真函数（CO），可以是根据之前实数和证书引入导数计算，又或是引入仿真步骤的执行和取消数，通过遍历引用数组vr，获取对应的值并存储。

 

比如执行仿真步骤，其中DoStep将会在Simple_car.cpp中实现：

fmi2Status fmi2DoStep(fmi2Component /*c*/, fmi2Real /*currentCommunicationPoint*/, fmi2Real communicationStepSize, fmi2Boolean /*newStep*/){ log_to_file("fmi2DoStep()"); only_one_car.DoStep(communicationStepSize); return fmi2OK; }

同样还能够实现获取整数、布尔值和字符串值。

 

3、初始化和释放

除此之外，我们还需要注意在仿真过程中FMU实例的初始化和释放。

 

比如我们可以简单的通过设置car_is_used= false实现实例的释放，可以通过only_one_car = SimplerCar()来实现FMU的重置，其中SimplerCar类的具体实现在simple_car.cpp中。

 

以上就是基于FMI2.0实现车辆模型时所需的基本内容，剩余的内容我们将在后续的文章中进行分享。