2015/12/29 16:06:51 汽车动力学的虚拟驾驶模拟仿真

驾驶员对于汽车的正常行驶起到至关重要的作用。但是对于汽车仿真,很多情况下都没有考虑到驾驶员的影响因素。驾驶员操作习惯、操作时间延迟、驾驶员的判断都会对仿真过程的准确性产生很大影响。因此,本文建立了基于汽车动力学的驾驶模拟仿真系统。

汽车驾驶模拟仿真系统总体方案

要实现驾驶员与驾驶模拟系统的交互,就要构成如图所示的人机交互系统,包括汽车动力学模型、视景系统、声响系统、操作控制系统、数据存储系统、场景处理系统等。

驾驶模拟仿真中人通过操作硬件输入的信号包括了转向、加速和制动,驾驶员通过操纵响应硬件,实现与仿真系统的交互;场景系统不仅包括给人感官刺激的场景变换,还包括了动力学仿真的道路参数;实时系统内集成了数据采集及车辆动力学模型是计算仿真的核心。系统通过虚拟场景下,人车协同控制,进行车辆动力学模型的解算,分析研究相应车辆的性能。

汽车虚拟驾驶系统仿真模拟图

车辆动力学模型是系统的重要组成部分,也是仿真研究的重点。通过车辆动力学模型的运算,分析所研究车辆的性能。本文分析了一种 ISG 型混合动力汽车传动系统结构,并对主要部分进行了建模。

汽车驾驶模拟仿真系统关键技术及开发工具

根据汽车驾驶模拟仿真系统的系统要求及总体方案,需要解决的关键技术主要包括汽车动力学模型、视景仿真系统、头盔式显示器、仿真计算机、数据采集系统、数据存储系统、操作硬件等功能模块。

汽车动力学模型及仿真平台

汽车是一个复杂的多自由度非线性系统,对其进行运动学及动力学分析,需要建立能够反映实际汽车系统及工作状态的数学模型。对于汽车驾驶模拟仿真,汽车动力学模型是一个重要部分,汽车动力学模型精度的高低将直接影响驾驶模拟的真实感。而且,汽车动力学模型也是通过驾驶模拟仿真实现汽车系统研究的核心,根据研究目的,建立合理的汽车动力学模型。

汽车仿真模型,可以采用汽车领域专用的仿真软件,郑州大学通过 Car Sim、en DYNA 完成汽车建模并用于操纵稳定性方面的研究,建模过程非常简单,只需根据需要在软件中选择所需车型和修改相关参数即可;或者采用 Matlab/Simlink、Lab VIEW 等通用仿真分析软件,但需要掌握汽车各子系统的数学建模;也有采用 C/C++等编程语言进行开发的,但是对开发人员要求较高,不仅需要掌握汽车建模仿真,还要对编程语言能够熟练使用

驾驶员操作硬件

操作硬件是驾驶员与驾驶模拟器人机交互的桥梁,驾驶员根据仿真过程中车辆运动状态的变化,实时操作驾驶输入设备以控制车辆运行。包括对油门、转向盘、制动踏板、转向指示灯、喇叭等控制。

汽车虚拟仿真模型图

对于硬件的选取,一种是以实车的转向盘、踏板等硬件组装成为一个简易的驾驶操作系统,需要购置相关零部件,焊接到一个平台上,并安装传感器获取操作输入。另一种是以有游戏用的驾驶模拟输入设备为操作硬件,内置有测量操作产生电位变化的传感器,一般在 PC 上通过 USB 接口获取到数据。为简化系统和节约成本,本文采用益教教育用驾驶模拟输入设备。益教教育用驾驶模拟输入设备 BETOP C432Plus 如图 2.5 所示,具有数字和模拟两种信号输出模式,包括两个踏板、一个转向盘、一个换挡杆以及若干按钮。基本满足了本文对驾驶员输入的要求。另外内置有双振电动机,能够较真实地驾驶模拟时的振动感受。结构简单,底部吸盘便于固定位置。

驾驶模拟仿真流程

系统采用上下位机形式,显示屏幕采用两种方式,一种是普通显示屏显示,另一种头盔显示器显示。首先驾驶员观察虚拟场景中的汽车运动状态及道路状况操作游戏设备,下位机实时系统的数据采集模块采集到游戏设备的传感器信号,并输入给动力学模型进行解算,得到新时刻的汽车运动状态参数,通过网线传递给上位机视景软件,视景软件根据参数值的变化改变虚拟场景中汽车的运动姿态,显示在普通显示器和头盔式显示器上,驾驶员再根据此刻的车辆运动状态做出下一步骤的操作响应,整个过程形成闭环仿真。


 
QQ在线咨询
销售热线
0371-53302651