2015/12/2 16:45:23 汽车操纵稳定性的虚拟试验的实现及应用

关于汽车操纵稳定性虚拟试验的概述:

现今进行操纵稳定性试验的常用评价方法有:蛇形线(蛇形穿杆)试验、移线试验、角阶跃试验、角脉冲试验等等;本系统只开发了蛇形线试验模块程序,为了便于今后系统性能的扩展,采用基于模块化的编程方法为其它操纵稳定性试验预留了接口。整个虚拟试验系统软件的开发是在VC++的编译环境下进行,调用WTK虚拟软件工具包以及LabVIEW指示型控件,并开了的位置跟踪器的接口程序。当软件系统与硬件系统都构建完成后,就可以进行车辆操纵稳定性虚拟试验。虚拟试验就是在用WTK创建的虚拟场景中,建立汽车的运动学模型,使用动力学仿真得到的数据结果驱动车辆运动,逼真的再现实际试验过程,在虚拟试验过程中,观察者可以使用立体眼镜、头盔和跟踪器来体验和感受立体视觉并和环境进行交互,汽车和环境的运动都是由WTK组织和调用相关函数来实现的。

虚拟试验系统软件功能的设计

   在综合考虑现今有的技术条件支撑下,平衡速度与效率,软件整体功能的设计思想是做到简练、实用。整个系统功能设计为6个小的功能子系统。分别说明如下:

   用户管理系统,包括用户登录、用户删除、用户注册;其中默认的有一个管理员用户,具有删除用户的权限。

   汽车构造系统,便于用户对汽车结构有一个总体认识,供用户浏览汽车的各个子系统,包括:前悬架、后悬架、发动机、传动系统、转向系统、轮胎、前后车桥、车架及车身等。

      显示方式为立体显示或者平面显示,当选择立体显示时,立体头盔,立体眼镜方可起作用,其通过下面的WTK函数进行设置WTuniverse_new(display_config, WTWINDOW一 DEFAULT);

   通过设置display_config参数来改变显示方式;设备选择,仿真试验开始对选择的设备端口进行扫描,如系统未检测到此交互设备,则以Windows消息框提示用户注意;请检测外设的连接线路等等。

  汽车虚拟仿真操作稳定性技术

   试验类型分为汽车操纵稳定性与汽车平顺性,稳定性又分为角阶跃试验、角脉冲试验、移线试验、蛇形线试验等,针对不同的试验,要求加载的外部激励以及运动数据也不一样。同样对于平顺性试验,主要是根据不同的路面进行平顺性试验,如工SO路面分为5个等级((A, B, C, D, E),其它的路面有波形路面、离散路面、比利时路面。参数设置主要是汽车试验车速的选择。

虚拟场景加载,当试验类型选择好之后,就需要进行虚拟场景加载,包括试验路面以及试验场周边环境的加载(天空、树木、草地、山脉等),当进行操纵稳定性试验时,还需加路面标桩;进行平顺性试验,需调用不同的路面数据文件来生成试验路面。场景加载WTK函数    虚拟汽车加载,包含几何模型的加载和运动模型的加载两部分,几何模型即汽车实体结构,而运动模型加载即对汽车动力学仿真试验曲线进行离散化采样,并运用链表的数据结构进行物理量建模。


   实车试验系统,包含两部分,一是虚拟仪表的载入,二是试验数据的处理,调用Matlab函数对试验数据的结果进行处理分析。

帮助文件系统,以PDF文件格式显示整个系统的帮助文件,包括虚拟试验系统的使用帮助、各个界面交互接口的功能介绍、相关帮助文件的链接。

   操纵稳定性虚拟试验系统的应用

   为了验证整个虚拟试验系统的工作稳定性、可靠性以及系统的运行特性,作者在该系统下进行了汽车蛇形线操纵稳定性虚拟试验。由于本系统研制的目的是为了对操纵稳定性试验提供一种全新的试验方法作初步的探讨,且由于时间及财力的限制,进行虚拟试验之前,并未进行实车操纵稳定性测试;因而也就未作实

  车测试数据的对比 

整个桌面虚拟现实系统;进行虚拟试验之前,将各种外围设备连接到台式电脑上对应的端口。本虚拟试验系统用到的外围设备有:头盔、跟踪器、空间球、数据手套等;并在系统中开发了跟踪器的接口程序。

汽车虚拟操作稳定性加载性研究

   系统运行的软件操作界面

  主界面功能菜单包括汽车结构、虚拟试验选择、观察方式、加载虚拟场景、开始试验、实车试验和帮助。

   其中虚拟试验选择包括汽车平顺性测试和操纵稳定测试两个选项。作者对汽车操纵稳定性作了全面的设计和研究。    

进了试验系统之后,选择操纵稳定性虚拟试验,弹出一个对话框,对该对话框进行设置,选择操纵稳定性的试验类型,本试验采用蛇形线试验,然后对蛇形线试验进行一些参数的设置,如车速、标桩距离的设置等。

  通过设置不同的试验类型或同一个试验类型不同的试验条件,用户可以体验不同的试验感觉,通过试验者的个人主观感受,可对车辆性能进行定性的评价。

而且通过观察方式的选择为每个试验提供最佳的观察视角。试验过程场景图如图通过对虚拟现实桌面系统进行操纵稳定实验,得出以下几条结论及感受:

   1)通过长时间连续进行操纵稳定性实验,每次实验测得的各种曲线数据基本一致,且实验者的主观感受前后实验基本相同;因而表明系统具有良好的可靠性,运行稳定特性好。

   2)汽车运行位姿数据的采集是通过现今成熟的机械系统虚拟样机软件ADAMS作动力学分析获得,从而能够保证系统具有较高的精确度。

   3)该系统运用了头盔跟踪器,专门开发了头盔跟踪器的控制软件模块,通过跟踪实验者头盔实际空间坐标和汽车实际运动姿态从而对实验者虚拟场景视点作相应的调整,通过此种方法,实验者具有较好的虚拟沉浸感。

   4)为了验证系统的不失真性,提取了系统仿真前后的侧倾角及横向加速度参数曲线作比较。

仿真前后同一参数曲线基本吻合因而此虚拟现实系统具有较好的准确性,失真性不高。

   该系统主要是用于操纵稳定性主观上的评价,利用传感交互设备与系统进行交互,充分发挥虚拟现实的3I特性(沉浸、交互、构想)。为了便于客观上进行操纵稳定性评价,现提供一些数据处理公式,由于时间的限制,并未将其编入系统,以程序的形式实现。因而也是今后需要完善的地方。    

本章探讨了虚拟试验系统软件功能的设计方法,阐述了虚拟实验系统的程序编制方法,并开发了蛇形线操纵稳定性试验的软件系统。最后,研究了虚拟实验系统的动态仿真,利用虚拟交互设备实现了与虚拟环境的交互操作。


 
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