线控转向系统 Carsim和Simulink联合仿真模型。
基于横摆角速度增益不变的变传动比模块。
图中分别为角阶跃工况 和 双移线工况 汽车对应的响应曲线，并且与Carsim自带的机械转向对比图。

这是一个非常专业的汽车动力学控制仿真需求。要实现线控转向（SBW）与 Carsim 的联合仿真，并验证基于横摆角速度增益不变的变传动比策略，你需要完成以下三个核心步骤：

Simulink 模型搭建：构建变传动比计算模块（核心算法）。
Carsim 设置：配置车辆模型并启用外部转向输入。
联合仿真与后处理：运行角阶跃和双移线工况，提取数据并绘制对比曲线。

自动创建 Simulink 模型框架。
生成核心的变传动比（VGR）S-Function 或 MATLAB Function 代码。
提供批量运行 Carsim 联合仿真的脚本。
自动绘制响应曲线对比图（包含您描述的角阶跃和双移线工况）。

📂 项目结构说明
请在 MATLAB 中创建一个文件夹，包含以下文件：
main_simulation.m (主程序：运行仿真、绘图)
sbw_vgr_logic.m (核心算法：变传动比计算)
run_carsim_co_sim.m (联合仿真接口脚本)

核心算法：变传动比逻辑 (sbw_vgr_logic.m)

这是实现“横摆角速度增益不变”策略的核心。
原理：理想状态下，横摆角速度 omega_r 与方向盘转角 delta_{sw} 的关系应为线性且增益恒定。
公式：omega_r = frac{v}{L(1+Kv^2)} cdot delta_{f}
我们需要反推前轮转角 delta_f，使得 frac{omega_r}{delta_{sw}} = G_{target} (常数)。

function delta_f = sbw_vgr_logic(delta_sw, v_x, vehicle_params)
% SBW_VGR_LOGIC 基于横摆角速度增益不变的变传动比计算
%
% 输入:
% delta_sw: 方向盘转角 (rad)
% v_x: 车速 (m/s)
% vehicle_params: 结构体，包含 L (轴距), K (稳定性因数) 等
%
% 输出:
% delta_f: 目标前轮转角 (rad)

% --- 1. 参数提取 ---
L = vehicle_params.L;       % 轴距 (m)
K = vehicle_params.K;       % 稳定性因数 (s^2/m^2)

% 防止除零或车速过低
if v_x = 1.0) = 0.05; 
    
elseif strcmp(scenario_name, 'DoubleLaneChange')
    % 双移线：正弦组合或标准ISO轨迹
    t_end = 10;
    dt = 0.01;
    time_vec = (0:dt:t_end)';
    % 简化正弦模拟双移线输入
    steer_input = 0.08 * sin(0.5 * time_vec) .* (time_vec  4 & time_vec  Carsim -> Vehicle。
拖入 CARSIM S-Function 模块。
双击配置，选择您的车辆模型 (.cpar)。
关键设置：在 External Inputs 中，勾选 Steering Angle (前轮转角)，取消勾选 Steering Wheel Angle (因为我们要自己算前轮转角)。

搭建控制逻辑 (SBW 核心)：
输入：使用 From Workspace 模块读取 t_in 和 steer_cmd (方向盘转角)。
Switch 模块：
输入1 (上)：来自 steer_cmd (机械模式，直接连通，需除以固定传动比 16 得到前轮角)。
输入2 (下)：来自 MATLAB Function 模块。
控制端：来自 Constant 模块 (sbw_enable_flag)。
MATLAB Function 模块：
双击编辑，粘贴 sbw_vgr_logic.m 中的核心代码逻辑。
输入端口：u1 (方向盘角), u2 (车速，从 Carsim 输出反馈回来)。
输出端口：y1 (计算后的前轮转角)。
反馈回路：从 Carsim 模块的输出端口引出 Vehicle Speed (vx)，连回 MATLAB Function 模块。

输出与示波器：
从 Carsim 模块输出 Yaw Rate, Lateral Acc, Y Position。
连接 To Workspace 模块，变量名分别设为 carsim_yaw_rate, carsim_ay, carsim_Y, carsim_time。
设置 Save format 为 Array 或 Structure with Time。

📊 预期结果分析

运行 main_simulation.m 后，您将看到四张图：

角阶跃 - 横摆角速度：
机械转向：在不同车速下（如果仿真中包含变速），响应峰值会有较大差异，可能存在超调。
线控转向：由于增益恒定，无论车速如何（在控制范围内），单位方向盘转角产生的横摆角速度应保持一致，响应曲线更平滑，驾驶员手感一致性更好。

双移线 - 横向位移：
线控转向：车辆在高速避障时，所需的驾驶员方向盘转角更小（高速时传动比变小），轨迹跟踪更精准，车身姿态更稳定。

CarSim 自带的 VS Visualizer（可视化后处理工具），显示的是一个“Quick Start Guide Example”仿真结果。图中包含 12 个子图，展示了车辆在某种工况（很可能是双移线或蛇形穿桩）下的动态响应：

横向位移轨迹
方向盘转角 / 手力
车身侧偏角、横摆角速度
车轮滑移角、垂向力
加速度、侧倾角等
✅ 1. MATLAB 脚本：从 CarSim 结果文件中提取数据并复现这 12 张图
✅ 2. Python + Matplotlib 版本（可选）
✅ 3. 如何配置 CarSim 输出这些信号
✅ 4. 自定义 VS Visualizer 布局模板（.vsl 文件结构说明）

🚀 方案一：MATLAB 脚本 —— 复现 VS Visualizer 的 12 子图

假设您的 CarSim 仿真已运行完毕，结果保存在 results.mat 或 CarSim 默认路径下。

%% reproduce_carsim_visualizer.m
% 复现 CarSim VS Visualizer 的 12 子图布局
% 假设数据已从 CarSim 导出到 MATLAB 工作区

clear; clc; close all;

%% 1. 加载 CarSim 仿真结果（示例：从 .mat 文件加载）
% 实际使用时，请替换为您的真实数据源
% 可通过 CarSim -> Tools -> Export to MATLAB 获取变量名
load(‘carsim_results.mat’); % 假设包含 time, Y, steer_ang, yaw_rate 等

time = linspace(0, 10, 1000)';
Y = 5 * sin(0.time) . (time5); % 横向位移
steer_ang = 0.1 * sin(0.8time); % 方向盘转角
handwheel_torque = 5 * sin(0.8time + pi/4); % 手力
yaw_rate = 0.3 * sin(0.8time); % 横摆角速度
roll_angle = 0.05 * sin(0.8time); % 侧倾角
lateral_acc = 0.8 * sin(0.8time); % 侧向加速度
long_speed = 20 + sin(0.3time); % 纵向速度
slip_angles = [0.02, -0.015] * sin(0.8time); % 前后轮滑移角
vertical_forces = [4000, 4000, 4000, 4000] + 50sin(0.8time); % 四轮垂向力
body_slip_angle = 0.03 * sin(0.8time); % 车身侧偏角
yaw_rate_sprung = 0.28 * sin(0.8time); % 簧上质量横摆角速度
roll_rate_sprung = 0.04 * cos(0.8time); % 簧上质量侧倾角速度
lat_accel_inst = 0.75 * sin(0.8time); % 瞬时侧向加速度

%% 2. 创建 4x3 子图布局（与 VS Visualizer 一致）
figure(‘Name’, ‘Reproduced CarSim VS Visualizer Layout’, ‘Color’, ‘w’, …
‘Position’, [100, 100, 1400, 900]);

titles = {
‘Lateral distance to path - m’ , ‘Steering wheel angle - deg’ , ‘Angle - deg’ , ‘Angle - deg’;
‘Lateral Tracking vs Station - m’ , ‘Steering Handwheel Angle - deg’ , ‘Road Wheel Steer Angle - Front’ , ‘Slip Angles Instant - deg’;
‘Lat. accel. inst. CO vehicle - g’ , ‘Roll, vehicle - deg’ , ‘Yaw rate (body-fixed), vehicle - deg/s’ , ‘Forces - N’;
‘Longitudinal speed - km/h’ , ‘Roll Angle of Sprung Masses vs. Time - deg’ , ‘Yaw Rate of Sprung Masses vs. Time - deg/s’ , ‘Vertical Forces - N’
};

% 注意：CarSim 原始图中部分标签有误或不完整，此处按常见物理量修正

for i = 1:4
for j = 1:3
subplot(4, 3, (i-1)*3 + j);

    switch (i-1)*3 + j
        case 1 % Lateral distance to path
            plot(time, Y, 'b-', 'LineWidth', 1.2); grid on;
            ylabel('m'); xlabel('Time - s');
            
        case 2 % Steering wheel angle
            plot(time, rad2deg(steer_ang), 'r-', 'LineWidth', 1.2); grid on;
            ylabel('deg'); xlabel('Time - s');
            
        case 3 % Road Wheel Steer Angle - Front (左前+右前)
            plot(time, rad2deg(slip_angles(:,1)), 'g-', 'LineWidth', 1.2); hold on;
            plot(time, rad2deg(slip_angles(:,2)), 'm--', 'LineWidth', 1.2); grid on;
            ylabel('deg'); xlabel('Time - s'); legend('Left', 'Right');
            
        case 4 % Slip Angles Instant (车身侧偏角)
            plot(time, rad2deg(body_slip_angle), 'k-', 'LineWidth', 1.2); grid on;
            ylabel('deg'); xlabel('Time - s');
            
        case 5 % Lateral Tracking vs Station (同第1图，重复？)
            plot(time, Y, 'b-', 'LineWidth', 1.2); grid on;
            ylabel('m'); xlabel('Time - s');
            
        case 6 % Steering Handwheel Angle (同第2图)
            plot(time, rad2deg(steer_ang), 'r-', 'LineWidth', 1.2); grid on;
            ylabel('deg'); xlabel('Time - s');
            
        case 7 % Road Wheel Steer Angle - Front (同第3图)
            plot(time, rad2deg(slip_angles(:,1)), 'g-', 'LineWidth', 1.2); hold on;
            plot(time, rad2deg(slip_angles(:,2)), 'm--', 'LineWidth', 1.2); grid on;
            ylabel('deg'); xlabel('Time - s');
            
        case 8 % Slip Angles Instant (同第4图)
            plot(time, rad2deg(body_slip_angle), 'k-', 'LineWidth', 1.2); grid on;
            ylabel('deg'); xlabel('Time - s');
            
        case 9 % Lat. accel. inst. CO vehicle - g
            plot(time, lateral_acc/9.81, 'c-', 'LineWidth', 1.2); grid on;
            ylabel('g'); xlabel('Time - s');
            
        case 10 % Roll, vehicle - deg
            plot(time, rad2deg(roll_angle), 'm-', 'LineWidth', 1.2); grid on;
            ylabel('deg'); xlabel('Time - s');
            
        case 11 % Yaw rate (body-fixed), vehicle - deg/s
            plot(time, rad2deg(yaw_rate), 'b-', 'LineWidth', 1.2); grid on;
            ylabel('deg/s'); xlabel('Time - s');
            
        case 12 % Forces - N (四轮垂向力)
            plot(time, vertical_forces(:,1), 'r-', 'LineWidth', 1.2); hold on;
            plot(time, vertical_forces(:,2), 'g-', 'LineWidth', 1.2);
            plot(time, vertical_forces(:,3), 'b-', 'LineWidth', 1.2);
            plot(time, vertical_forces(:,4), 'k--', 'LineWidth', 1.2); grid on;
            ylabel('N'); xlabel('Time - s'); legend('FL','FR','RL','RR');
            
        case 13 % Longitudinal speed - km/h
            plot(time, long_speed * 3.6, 'k-', 'LineWidth', 1.2); grid on;
            ylabel('km/h'); xlabel('Time - s');
            
        case 14 % Roll Angle of Sprung Masses vs. Time - deg
            plot(time, rad2deg(roll_angle), 'm-', 'LineWidth', 1.2); grid on;
            ylabel('deg'); xlabel('Time - s');
            
        case 15 % Yaw Rate of Sprung Masses vs. Time - deg/s
            plot(time, rad2deg(yaw_rate_sprung), 'b-', 'LineWidth', 1.2); grid on;
            ylabel('deg/s'); xlabel('Time - s');
            
        case 16 % Vertical Forces - N (同第12图)
            plot(time, vertical_forces(:,1), 'r-', 'LineWidth', 1.2); hold on;
            plot(time, vertical_forces(:,2), 'g-', 'LineWidth', 1.2);
            plot(time, vertical_forces(:,3), 'b-', 'LineWidth', 1.2);
            plot(time, vertical_forces(:,4), 'k--', 'LineWidth', 1.2); grid on;
            ylabel('N'); xlabel('Time - s');
    end
    
    title(titles{i,j}, 'FontSize', 9);
    set(gca, 'FontSize', 8);
end

end

sgtitle(‘Reproduced CarSim VS Visualizer - Quick Start Guide Example’, ‘FontSize’, 14, ‘FontWeight’, ‘bold’);

% 调整子图间距
tight_layout;

方法 1：通过 CarSim GUI 导出
在 CarSim 中运行仿真。
点击菜单：Tools → Export to MATLAB
选择要导出的信号（如 Y, STEER, YWAWRT, AY, ROLL, etc.）
点击 “Export”，生成 .mat 文件。
在 MATLAB 中 load(‘your_file.mat’) 即可使用。

方法 2：在 Simulink 中使用 To Workspace
如果您是通过 Simulink 联合仿真：
在 Simulink 模型中添加多个 To Workspace 模块。
连接到 Carsim S-Function 的输出端口。
设置变量名如 carsim_Y, carsim_steer, carsim_yaw_rate 等。
运行仿真后，这些数据会自动出现在 MATLAB 工作区。

🐍 方案二：Python 版本（Matplotlib + NumPy）

import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt

生成模拟数据（请替换为真实 CarSim 导出数据）
time = np.linspace(0, 10, 1000)
Y = 5 * np.sin(0.5time) * (time5)
steer_ang = 0.1 * np.sin(0.8time)
yaw_rate = 0.3 * np.sin(0.8time)
roll_angle = 0.05 * np.sin(0.8time)
lateral_acc = 0.8 * np.sin(0.8time)
long_speed = 20 + np.sin(0.3time)
slip_angles = np.array([0.02, -0.015]) * np.sin(0.8time)
vertical_forces = np.tile([4000], (4, len(time))) + 50np.sin(0.8time)
body_slip_angle = 0.03 * np.sin(0.8*time)

创建 4x3 子图
fig, axes = plt.subplots(4, 3, figsize=(16, 10))
titles = [
[‘Lateral distance to path - m’, ‘Steering wheel angle - deg’, ‘Angle - deg’],
[‘Lateral Tracking vs Station - m’, ‘Steering Handwheel Angle - deg’, ‘Road Wheel Steer Angle - Front’],
[‘Lat. accel. inst. CO vehicle - g’, ‘Roll, vehicle - deg’, ‘Yaw rate (body-fixed), vehicle - deg/s’],
[‘Longitudinal speed - km/h’, ‘Roll Angle of Sprung Masses vs. Time - deg’, ‘Yaw Rate of Sprung Masses vs. Time - deg/s’]
]

绘图函数
def plot_ax(ax, x, y, title, ylabel, color=‘b’):
ax.plot(x, y, color=color, linewidth=1.2)
ax.set_title(title, fontsize=9)
ax.set_ylabel(ylabel, fontsize=8)
ax.set_xlabel(‘Time - s’, fontsize=8)
ax.grid(True)
ax.tick_params(labelsize=7)

填充每个子图
plot_ax(axes[0,0], time, Y, titles[0][0], ‘m’)
plot_ax(axes[0,1], time, np.degrees(steer_ang), titles[0][1], ‘deg’, ‘r’)
plot_ax(axes[0,2], time, np.degrees(slip_angles[0]), titles[0][2], ‘deg’, ‘g’)

plot_ax(axes[1,0], time, Y, titles[1][0], ‘m’)
plot_ax(axes[1,1], time, np.degrees(steer_ang), titles[1][1], ‘deg’, ‘r’)
axes[1,2].plot(time, np.degrees(slip_angles[0]), ‘g-’, label=‘Left’)
axes[1,2].plot(time, np.degrees(slip_angles[1]), ‘m–’, label=‘Right’)
axes[1,2].set_title(titles[1][2], fontsize=9)
axes[1,2].set_ylabel(‘deg’, fontsize=8)
axes[1,2].legend(fontsize=6)
axes[1,2].grid(True)

plot_ax(axes[2,0], time, lateral_acc/9.81, titles[2][0], ‘g’, ‘c’)
plot_ax(axes[2,1], time, np.degrees(roll_angle), titles[2][1], ‘deg’, ‘m’)
plot_ax(axes[2,2], time, np.degrees(yaw_rate), titles[2][2], ‘deg/s’, ‘b’)

plot_ax(axes[3,0], time, long_speed*3.6, titles[3][0], ‘km/h’, ‘k’)
plot_ax(axes[3,1], time, np.degrees(roll_angle), titles[3][1], ‘deg’, ‘m’)
plot_ax(axes[3,2], time, np.degrees(yaw_rate), titles[3][2], ‘deg/s’, ‘b’)

第四行第三列补充垂向力（原图第12格）
ax_force = fig.add_subplot(4,3,12)
ax_force.plot(time, vertical_forces[0], ‘r-’, label=‘FL’)
ax_force.plot(time, vertical_forces[1], ‘g-’, label=‘FR’)
ax_force.plot(time, vertical_forces[2], ‘b-’, label=‘RL’)
ax_force.plot(time, vertical_forces[3], ‘k–’, label=‘RR’)
ax_force.set_title(‘Vertical Forces - N’, fontsize=9)
ax_force.set_ylabel(‘N’, fontsize=8)
ax_force.legend(fontsize=6)
ax_force.grid(True)

plt.suptitle(‘Reproduced CarSim VS Visualizer - Quick Start Guide Example’, fontsize=14, fontweight=‘bold’)
plt.tight_layout()
plt.show()

🧩 方案三：自定义 VS Visualizer 布局（高级用户）

📁 .vsl 文件本质是 XML 格式，可用文本编辑器查看其结构（不推荐手动编辑）。

✅ 总结
方案 适用场景 优点 缺点
MATLAB 脚本 科研论文、报告、自动化分析 精确控制样式、可批量处理 需手动映射信号名

Python 脚本 开源项目、跨平台、机器学习预处理 免费、生态丰富 CarSim 原生支持弱

VS Visualizer 手动布局 工程交付、快速预览 与 CarSim 无缝集成、交互性强 不可编程、难复用

🎁 Bonus：一键导出所有信号到 Excel（便于分享）

% export_to_excel.m
data_table = table(time, Y, rad2deg(steer_ang), rad2deg(yaw_rate), …
rad2deg(roll_angle), lateral_acc/9.81, long_speed*3.6, …
‘VariableNames’, {‘Time_s’, ‘Y_m’, ‘Steer_deg’, ‘YawRate_deg_s’, …
‘Roll_deg’, ‘LatAcc_g’, ‘Speed_kmh’});

writetable(data_table, ‘carsim_results.xlsx’);
disp(‘✅ 数据已导出至 carsim_results.xlsx’);