
MATLAB Simulink在车辆运动学仿真中的应用:实时位置与车身姿态
在玩转自动驾驶算法之前,车辆运动学仿真是每个工程师必经的练手环节。今天咱们就用Simulink
搭建一个能实时输出车辆位置和姿态的运动学模型,手把手带你体验从零搭建到动态可视化的完整流程。
先说核心思路——基于自行车模型的运动学方程。这里有个关键公式得记牢:车辆位置变化量=速度*
cos(航向角)*Δt,纵向同理。在Simulink里咱们可以用Fcn模块直接实现:
```matlab
function [x_dot, y_dot, theta_dot] = fcn(v, delta, L)
beta = atan(tan(delta)/2); % 简化转向模型
x_dot = v * cos(theta + beta);
y_dot = v * sin(theta + beta);
theta_dot = (v / L) * sin(beta);
end
```
这段代码里的L是轴距参数,beta是等效转向角。注意这里用三角函数组合实现了航向角变化率的
计算,比直接套阿克曼转向更简单实用。
模型搭建时强烈推荐使用Bus Signal功能打包车辆状态。在Simulink Library里搜Bus Creator,
把x、y、theta、v、delta这几个信号打包成VehicleState总线,后续模块连线会清爽很多。我曾经有个项目
因为信号线太乱导致调试困难,血的教训啊!
姿态可视化有两个妙招:一是直接用Simulink自带的Vehicle Body 3DOF模块,二是自己写动画脚
本。推荐后者,在Model Properties的Callbacks里添加这段代码:
```matlab
function updateAnimation(~)
persistent carPlot;
if isempty(carPlot)
carPlot = plot(0,0,'ro','MarkerSize',10);
end
[x,y,theta] = getVehicleState(); % 从工作区读取数据
R = [cos(theta) -sin(theta); sin(theta) cos(theta)];
carShape = R*[1 -1 -1 1; 0.5 0.5 -0.5 -0.5];
set(carPlot,'XData',x+carShape(1,:),'YData',y+carShape(2,:));