Apollo和Carsim/TruckSim联合仿真

作者 | 书痴熊  编辑 | 汽车人

原文链接：https://zhuanlan.zhihu.com/p/676346557

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1. 背景

仿真在自动驾驶的研发中起到重要作用，能大大提高研发效率，也为算法的可靠性提供保障。百度Apollo系统是优秀开源的平台，适合想学习自动驾驶的朋友研究。Carsim/Trucksim是经典的汽车动力学仿真工具。

今天给大家分享的是通过Apollo和Trucksim的联合，实现本地的实时仿真。本文档适合于初学者搭建仿真平台，研究Apollo系统。

2. 架构设计

Apollo工程核心代码是C++实现，Trucksim的常用接口有simulink, python和C。本文先给出Apollo, simulink和Trucksim联合仿真的架构以及本套仿真存在的弊病。再讲Apollo和Trucksim的联合仿真。

2.1 Apollo, simulink和Trucksim方案

simulink和Apollo可通过ros通信，由于Apollo的消息数据格式是protobuf，而simulink的ros工具只支持标准的ros msg，因此可在Apollo中添加一个格式转换的节点。simulink调用Trucksim的方案网上资源很多，本人不再赘述。

simulink方案图

2.2 Apollo，rosbridge和Trucksim方案

建立QT工程，和Apollo工程通过websocket通信. Apollo工程里增加rosbridge(Apollo 5.0后版本使用cyber_bridge), 实现ros消息(或cyber消息)和websocket的互转。QT工程发挥websocket Client作用。QT用C++实现，并调用Trucksim的动态库，达到实时运行Trucksim的作用。

rosbridge方案图

3. 功能实现

3.1 Apollo, simulink和Trucksim方案

3.1.1 Simulink配置

Simulink的工具包中有ROS的支持包，配置ROS网络地址如图2所示。Hostname/IP Address和Port分别为ROS_MASTER_URI的地址和端口号，在上面的通信机制中有说明。

配置ROS网络地址

ROS subscriber接收interface的消息，因此Topic, Message type, Sample time要与interface中程序相对应。

配置ros subcribe

为了便于调试验证，现在MATLAB端启动ROS。配置过程如下：

MATLAB设置的指令：

>> setenv('ROS_MASTER_URI','http://192.168.103.122:11311')
>> setenv('ROS_IP','192.168.103.198')
>> rosinit('192.168.103.122')

3.1.2 TruckSim配置

1. 配置界面

Trucksim是向导式编程，参数配置界面：卡车选择5A Tractor(SS_SSS)，具体参数见图3.控制界面：Models选择simulink。

主界面

输入参数配置界面

输出参数配置界面

3.2 Apollo, rosbridge和Trucksim方案

3.2.1 apollo中配置rosbridge

rosbridge安装网上教程较多，本文不再赘述。

使用方法如下：

cd ros_pkgs_ws

catkin_make

启动rosbridge

source /apollo/ros_pkgs_ws/devel/setup.bash

PATH=/usr/local/miniconda2/bin:$PATH

roslaunch rosbridge_server rosbridge_websocket.launch

3.2.1 Qt工程配置说明

3.2.1.1 Qt和CMake版本信息

3.2.1.3 Apollo工程和QT工程的接口定义

/apollo/trucksim/pose

{"op":"publish",
"topic":"/apollo/tucksim/pose",
"msg":
 {
  "header":
 {"timestamp_sec":1572253610.76292,
 "sequence_num":77},
 "trucksimpose":
 {"XCG_TM":30.9964522249, // 单位：m
 "YCG_TM":0.657853758823, // 单位：m
 "ZCG_TM":1.00644079555, // 单位：m
 "YAW":-0.015505948987, // 单位：rad
 "VX":7.81497285565, // 单位：m/s
 "STEER_SW":2.84450684087, // 单位：rad
 "AV_Y":0.133153549217, // 单位：rad/s
 "GEARSTAT":5.0, // 无单位
 "XCG_TM2":22.5890979801, // 单位：m
 "YCG_TM2":-0.471483304991, // 单位：m
 "ZCG_TM2":2.08466406388, // 单位：m
 "YAW_2":-0.0253130178796, // 单位：rad
 "VY":0.326368169782, // 单位：m/s
 "DISTANCE":31.0034324244, // 单位：m
 "DELTA_YAW":-0.015505948987, // 单位：rad
 "DISTANCE_2":22.5940178822, // 单位：m
 "DELTA_YAW_2":-0.0253130178796 // 单位：rad/s
 }
 }
}

4. 使用心得

1. TruckSim模型离散时间补偿设置为0.001s，即模型更新频率为1000hz，选择每个步长更新两次的积分方法（如：AM-2, RK-2等）。

注释：
1）真车是一个高阶非线性连续系统，TruckSim通过固定时间步长离散系统来模拟真车，当模型步长选择较大时（如之前设置的0.01s），模型较不准；TruckSim模型是由悬架系统-动力系统-转向系统-制动系统-轮胎模型-空气动力学等系统构成的复杂系统，当其中一个或多个系统因为时间步长太大而很不准时，就会出现车抖动比较明显的现象。

2）模型更新频率设为1000hz是TruckSim官网推荐的，经验证，这个频率能解决车抖动问题。

1. 接口线程加载频率用定时器控制，加载调用simfile.sim，license和DLL的频率设置为1000hz，与Trucksim模型离散步长一致。

注释：
受3中积分方法决定，当选择每个步长更新两次的积分方法，VS_EXT_EQ_IN和VS_EXT_EQ_OUT更新频率是加载频率的2倍，为2000hz。

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