汽车—驾驶员—环境闭环系统操纵稳定性虚拟试验技术的研究

基于虚拟现实技术（Virtual Reality）的虚拟试验技术（Virtual Experiment）是一种先进的计算 机仿真技术，它在“体验”试验过程，分析、理解仿真的结果，减少试验费用，缩短研究开发 时间等方面具有独特的优势，是科学界和工程界所关注的技术之一。汽车操纵稳定性是汽车智 能交通系统、汽车主动安全技术、汽车自动驾驶和车辆巡航技术的基础，而汽车操纵稳定性的 研究往往需要进行计算机仿真。把虚拟试验用于汽车操纵稳定性研究，则为车辆运动仿真提供 了一种新的研究方法，具有理论的深刻性和实际应用的双重意义。围绕着汽车操纵稳定性的虚 拟试验技术的研究，本文在设计与建立虚拟现实系统、开发虚拟试验平台、建立模糊汽车模型 和模糊神经网络驾驶员控制模型、试验与仿真结果的对比等方面进行了探索性的工作。主要研 究成果如下： 首先，本文提出了汽车操纵稳定性虚拟试验的概念，所谓虚拟试验就是把虚拟现实技术用 于汽车操纵稳定性的试验研究中，交互地改变诸如车辆参数、道路条件、驾驶员控制机理等试 验的条件和参数，模拟真实试验，以分析、验证理论和假设的正确性。在查阅了国内外大量文 献资料及研究动态的基础上，本文设计并建立了能满足本课题需要的一套桌面虚拟现实系统 （Desktop VR）。 然后，基于所设计的桌面虚拟现实系统（Desktop VR），笔者在Visual C++6.0和OpenGL 环境下，用面向对象的技术开发了“汽车操纵稳定性虚拟试验平台”，并在该试验平台上进行了 桑塔纳轿车（330K8DLOLSD1）操作稳定性典型路况（双移线、蛇行线）的虚拟试验（仿真试 验）。虚拟试验结果表明：虚拟试验能较好的虚拟再现实车试验的场景，参与者能交互地控制仿 真过程，使人们对车辆运动仿真的分析、理解变得更为容易。 第三，在汽车---驾驶员---环境闭环系统研究中，基于模糊逻辑理论，建立了通用的六因子 调整（自适应）模糊汽车模型。弥补了现有的汽车模型都是针对某一具体的车型而建立的不足。 这使得该汽车模型具有实用的价值，是在汽车建模型理论上和方法上的突破。 第四，提出了在自然坐标下的驾驶员前视预瞄轨迹的预瞄策略，给出了横向预瞄偏差的概 念，建立了基于横向预瞄偏差的驾驶员前视轨迹控制模型。与现行的驾驶员预瞄模型相比，该 模型物理意义清晰，分析计算简单、实用性强。基于模糊神经网络理论，建立了模糊神经驾驶 员控制模型，用BP网络实现了控制规则、隶属度函数的模糊映射。模糊神经驾驶员控制模型能 对驾驶员的知识进行学习和记忆，在一定程度上体现了驾驶员的智能行为。汽车模型和驾驶员 控制模型的研究为虚拟试验提供了试验数据。 最后，进行了汽车操纵稳定性的道路试验（包括单移线试验、双移线试验、蛇行线试验和 大回转试验）。为汽车模型、驾驶员控制模型提供了训练数据和检验数据，同时也为汽车操纵稳 定性的虚拟试验提供了运动数据。本文还进行了汽车操纵稳定性闭环试验试验结果与仿真结果 的对比，结论是：汽车试验的运动轨迹与汽车理论仿真的运动轨迹具有较好的一致性，我们所 建立的模糊汽车模型、模糊神经驾驶员控制模型和由其组成的汽车---驾驶员---环境闭环系统模 型是正确的和可行的。 本文的研究工作对虚拟现实在车辆工程中的其他应用研究、车辆驾驶模拟器、汽车自动驾 驶和车辆巡航技术的研究开发具有重要的参考价值和一定的理论指导意义。