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汽车操纵稳定性虚拟试验系统的研究

王树凤  
【摘要】: 由于目前车辆性能仿真存在驾驶员模型难以建立,数据处理抽象,样机研制耗资大等不足,随着虚拟现实技术、虚拟样机等技术的发展,提出了车辆虚拟试验系统的解决方案。用虚拟环境来模拟复杂多变的环境,通过视觉、触觉、听觉等各种传感设备,用户既可以控制车辆模型,也可以体验车辆在各种工况下的性能,根据用户体验调节车辆的参数化模型,对其进行优化。本论文围绕虚拟现实技术,在车辆虚拟试验系统总体设计、操纵稳定性虚拟环境的建立以及虚拟试验的实现、用户与虚拟场景之间的交互、实车试验与仿真结果的对比等方面进行了探索性的研究工作,主要研究成果如下: 首先,针对目前性能仿真分析中存在的不足,根据虚拟试验系统的功能,遵循开放性、扩展性、重用性等原则,利用先进技术对系统进行了总体设计。分析了不同硬件配置(沉浸式、桌面)的虚拟试验系统,结合自身条件,成功建立了用于汽车操纵稳定性分析的桌面虚拟试验系统。 其次,根据车辆的操纵稳定性能以及桑塔纳轿车结构的特点,利用ADAMS成功建立了包含悬架系统、转向系统以及轮胎等结构的参数化三维实体结构整车模型,根据ADAMS的闭环仿真控制原理,对整车模型进行了闭环仿真分析以及可视化处理,为虚拟试验提供仿真数据。 第三,建立了包含虚拟环境的场景分层结构,采用面向对象的类模板机制开发了数据处理模块,有效地解决了虚拟车辆的运动和模型的分离问题,为车辆的行为控制提供了简洁有效的方法。为兼顾系统的真实性与实时性,在场景建模时采用纹理映射、LOD、实例等技术实现。 第四,把车辆的三维立体状态、参数仪表与虚拟场景结合起来,对视点变换、交互控制、碰撞检测等进行了处理,用户不仅可以分析汽车的变化状态,体验试验的过程,从中获得主观感受,还可以明确车辆状态的具体参数,有效解决了目前仿真分析中存在的不足。 最后,为验证系统的可信度,进行了汽车操纵稳定性的实车试验,对实车试验和虚拟试验进行了比较,结果表明车辆试验与虚拟试验的具有较好的一致性,虚拟试验能较好的反映实车试验。 由于车辆虚拟试验系统的研究是一项长期、复杂、艰巨而细致的工作,本文的研究工作仅仅是对其进行探索性的研究。


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