Apollo和Carsim/TruckSim聯合仿真
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1.背景
仿真在自動駕駛的研發中起到重要作用，能大大提高研發效率，也為算法的可靠性提供保障。百度Apollo系統是優秀開源的平臺，適合想學習自動駕駛的朋友研究。Carsim/Trucksim是經典的汽車動力學仿真工具。
今天給大家分享的是通過Apollo和Trucksim的聯合，實現本地的實時仿真。本文檔適合于初學者搭建仿真平臺，研究Apollo系統。
2. 架構設計
Apollo工程核心代碼是C++實現，Trucksim的常用接口有simulink, python和C。本文先給出Apollo, simulink和Trucksim聯合仿真的架構以及本套仿真存在的弊病。再講Apollo和Trucksim的聯合仿真。
2.1 Apollo, simulink和Trucksim方案
simulink和Apollo可通過ros通信，由于Apollo的消息數據格式是protobuf，而simulink的ros工具只支持標準的ros msg，因此可在Apollo中添加一個格式轉換的節點。simulink調用Trucksim的方案網上資源很多，本人不再贅述。
simulink方案圖
2.2 Apollo，rosbridge和Trucksim方案
建立QT工程，和Apollo工程通過websocket通信. Apollo工程里增加rosbridge(Apollo 5.0后版本使用cyber_bridge), 實現ros消息(或cyber消息)和websocket的互轉。QT工程發揮websocket Client作用。QT用C++實現，并調用Trucksim的動態庫，達到實時運行Trucksim的作用。
rosbridge方案圖
3. 功能實現
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網絡地址如圖2所示。Hostname/IP Address和Port分別為ROS_MASTER_URI的地址和端口號，在上面的通信機制中有說明。
配置ROS網絡地址
ROS subscriber接收interface的消息，因此Topic, Message type, Sample time要與interface中程序相對應。
配置ros subcribe
為了便于調試驗證，現在MATLAB端啟動ROS。配置過程如下：
MATLAB設置的指令：
>> 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
配置界面
Trucksim是向導式編程，參數配置界面：卡車選擇5A Tractor(SS_SSS)，具體參數見圖3.控制界面：Models選擇simulink。
主界面
輸入參數配置界面
輸出參數配置界面
3.2 Apollo, rosbridge和Trucksim方案
3.2.1 apollo中配置rosbridge
rosbridge安裝網上教程較多，本文不再贅述。
使用方法如下：
cd ros_pkgs_ws
catkin_make
啟動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工程配置說明
3.2.1.1 Qt和CMake版本信息
3.2.1.3 Apollo工程和QT工程的接口定義
/apollo/trucksim/pose
{"op":"publish",
"topic":"/apollo/tucksim/pose",
"msg":
{
"header":
{"timestamp_sec":1572253610.76292,
"sequence_num":77},
"trucksimpose":
{"XCG_TM":30.9964522249, // 單位：m
"YCG_TM":0.657853758823, // 單位：m
"ZCG_TM":1.00644079555, // 單位：m
"YAW":-0.015505948987, // 單位：rad
"VX":7.81497285565, // 單位：m/s
"STEER_SW":2.84450684087, // 單位：rad
"AV_Y":0.133153549217, // 單位：rad/s
"GEARSTAT":5.0, // 無單位
"XCG_TM2":22.5890979801, // 單位：m
"YCG_TM2":-0.471483304991, // 單位：m
"ZCG_TM2":2.08466406388, // 單位：m
"YAW_2":-0.0253130178796, // 單位：rad
"VY":0.326368169782, // 單位：m/s
"DISTANCE":31.0034324244, // 單位：m
"DELTA_YAW":-0.015505948987, // 單位：rad
"DISTANCE_2":22.5940178822, // 單位：m
"DELTA_YAW_2":-0.0253130178796 // 單位：rad/s
}
}
}4. 使用心得
- TruckSim模型離散時間補償設置為0.001s，即模型更新頻率為1000hz，選擇每個步長更新兩次的積分方法（如：AM-2, RK-2等）。
注釋：
1）真車是一個高階非線性連續系統，TruckSim通過固定時間步長離散系統來模擬真車，當模型步長選擇較大時（如之前設置的0.01s），模型較不準；TruckSim模型是由懸架系統-動力系統-轉向系統-制動系統-輪胎模型-空氣動力學等系統構成的復雜系統，當其中一個或多個系統因為時間步長太大而很不準時，就會出現車抖動比較明顯的現象。
2）模型更新頻率設為1000hz是TruckSim官網推薦的，經驗證，這個頻率能解決車抖動問題。
- 接口線程加載頻率用定時器控制，加載調用simfile.sim，license和DLL的頻率設置為1000hz，與Trucksim模型離散步長一致。
注釋：
受3中積分方法決定，當選擇每個步長更新兩次的積分方法，VS_EXT_EQ_IN和VS_EXT_EQ_OUT更新頻率是加載頻率的2倍，為2000hz。
原文鏈接：https://mp.weixin.qq.com/s/8QNp5iQebE3lPJzEgq_bOA
