基于虛擬現實(shí)技術(shù)的汽車(chē)性能試驗系統的設計與開(kāi)發(fā)

　　1、引言

　　虛擬樣機技術(shù)以及虛擬現實(shí)技術(shù)的出現，改進(jìn)了傳統汽車(chē)設計以及試驗的方法。

　　利用虛擬樣機技術(shù)設計的數字化汽車(chē)同復雜多變的虛擬試驗環(huán)境結合起來(lái)，用真實(shí)駕駛員進(jìn)行仿真駕駛，以視、聽(tīng)、觸覺(jué)等作用于用戶(hù)，使之產(chǎn)生身臨其境的沉浸、交互感，人——車(chē)——環(huán)境融為一體，可直接感受汽車(chē)的振動(dòng)、傾斜、噪聲等效果，無(wú)危險和損壞進(jìn)行碰撞、翻傾等極限試驗,改進(jìn)了抽象的數值曲線(xiàn)仿真，突破了難以用數學(xué)模型來(lái)表達的錯綜復雜的駕駛員感受與反應等問(wèn)題,在設計的早期及時(shí)發(fā)現潛在的問(wèn)題，進(jìn)行調整修正、實(shí)現優(yōu)化，具有節省資金、可重復性、無(wú)風(fēng)險性等優(yōu)點(diǎn)。

　　典型的例子有：克萊斯勒新型汽車(chē)開(kāi)發(fā)周期由36個(gè)月縮短至24個(gè)月，福特公司也在1999年底宣布開(kāi)發(fā)出了全數字化轎車(chē)。奔馳汽車(chē)公司1998年之前已經(jīng)完成了數字化轎車(chē)樣機，并實(shí)現了較強的虛擬現實(shí)技術(shù)，可在設計階段對轎車(chē)的總體性能匹配和車(chē)身系統布置設計等進(jìn)行直觀(guān)、全面的仿真分析、評價(jià)和改進(jìn)。

　　因此本文在查閱大量資料的基礎上，進(jìn)行了汽車(chē)虛擬試驗系統的設計，并以操縱穩定性試驗為例進(jìn)行了開(kāi)發(fā)，經(jīng)實(shí)際試驗與虛擬試驗對比，虛擬試驗比傳統仿真數據處理具有更好的效果，人——車(chē)——環(huán)境融為一體，為研究車(chē)輛閉環(huán)系統提供了一個(gè)嶄新的方法。下面進(jìn)行詳細介紹。

　　2、系統結構設計

　　汽車(chē)虛擬試驗系統是一個(gè)復雜的系統，在設計時(shí)遵循先進(jìn)性、開(kāi)放性、可靠性等基本原則，基于面向對象的設計思想，采取層次化、模塊化、標準化的設計方法，使系統在保持功能實(shí)現的前提下，達到結構的合理化。

　　汽車(chē)虛擬試驗系統主要由輸入模塊、虛擬試驗模塊以及輸出模塊三部分組成，如圖1所示。把汽車(chē)模型導入到虛擬環(huán)境中，根據用戶(hù)的輸入控制命令，對汽車(chē)模型進(jìn)行運動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)分析，利用分析數據在虛擬場(chǎng)景中“虛擬再現汽車(chē)試驗過(guò)程”，用戶(hù)通過(guò)各種傳感器感受并體驗該車(chē)的性能，得出性能的評價(jià)，根據評價(jià)進(jìn)行修改模型參數，該過(guò)程可不斷重復，進(jìn)行汽車(chē)參數的修改，直至汽車(chē)獲得最優(yōu)性能。下面對其進(jìn)行簡(jiǎn)單描述。

　　1. 輸入模塊：主要是提供車(chē)輛、地面參數化模型等信息的輸入，在該模塊中，也可輸入實(shí)車(chē)試驗的數據，用于與虛擬試驗比較。

　　2. 虛擬試驗模塊：主要由動(dòng)力學(xué)分析模塊，接口模塊以及虛擬試驗運行模塊，動(dòng)力學(xué)分析模塊主要是根據車(chē)輛的參數化模型、駕駛員的行為實(shí)時(shí)計算車(chē)輛的性能參數，為虛擬試驗模塊提供仿真數據，虛擬試驗運行模塊主要是為用戶(hù)提供逼真的虛擬試驗環(huán)境，實(shí)現虛擬車(chē)輛在試驗過(guò)程中的各種狀態(tài)變化并將該信息反饋給用戶(hù)。接口模塊將車(chē)輛實(shí)時(shí)仿真運算部分、虛擬運行環(huán)境部分、傳感器等接口設備以及用戶(hù)有機連接成一體。

　　3. 性能評價(jià)模塊：在該模塊中，用戶(hù)綜合考慮不同工況下虛擬試驗的各種感覺(jué)體驗，對車(chē)輛的性能進(jìn)行評價(jià)，根據評價(jià)結果修改車(chē)輛模型的參數，進(jìn)行優(yōu)化設計。該方法突破了以往評價(jià)標準難以建立、指標很難確定、可視化差等不足。在該模塊中，也可對虛擬試驗與實(shí)車(chē)試驗的進(jìn)行對比，根據差別對車(chē)輛模型進(jìn)行修正。

　　3、虛擬試驗系統的開(kāi)發(fā)實(shí)例

　　作者以操縱穩定性的虛擬試驗為例進(jìn)行了開(kāi)發(fā)。首先利用ADAMS/Car軟件建立汽車(chē)的數字化虛擬樣機，并對其進(jìn)行了操縱穩定性仿真分析，虛擬試驗環(huán)境采用WTK（WorldToolKit）以及Visual C++實(shí)現，虛擬儀表部分采用NI公司的ComponentWorks組件實(shí)現。把動(dòng)力學(xué)分析的仿真數據傳送到虛擬環(huán)境中來(lái)形象、逼真的實(shí)現試驗，通過(guò)虛擬儀表來(lái)準確的顯示數據的變化情況。采用人機交互技術(shù)，使用戶(hù)不僅有視覺(jué)感官上的體驗，還可以通過(guò)AGC---Viewer G立體觀(guān)測系統，沉浸到虛擬試驗環(huán)境中，真正體驗汽車(chē)性能，從 而進(jìn)行汽車(chē)性能評價(jià)。