汽车操纵稳定性虚拟试验系统的研究

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。