1鸠珠、引言

　　虛擬樣機(jī)技術(shù)以及虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的出現(xiàn)汇径，改進(jìn)了傳統(tǒng)汽車設(shè)計(jì)以及試驗(yàn)的方法坚浩。利用虛擬樣機(jī)技術(shù)設(shè)計(jì)的數(shù)字化汽車同復(fù)雜多變的虛擬試驗(yàn)環(huán)境結(jié)合起來(lái)，用真實(shí)駕駛員進(jìn)行仿真駕駛猛计，以視唠摹、聽(tīng)、觸覺(jué)等作用于用戶奉瘤，使之產(chǎn)生身臨其境的沉浸勾拉、交互感，人——車——環(huán)境融為一體盗温，可直接感受汽車的振動(dòng)藕赞、傾斜、噪聲等效果卖局，無(wú)危險(xiǎn)和損壞進(jìn)行碰撞斧蜕、翻傾等極限試驗(yàn),改進(jìn)了抽象的數(shù)值曲線仿真，突破了難以用數(shù)學(xué)模型來(lái)表達(dá)的錯(cuò)綜復(fù)雜的駕駛員感受與反應(yīng)等問(wèn)題,在設(shè)計(jì)的早期及時(shí)發(fā)現(xiàn)潛在的問(wèn)題砚偶，進(jìn)行調(diào)整修正批销、實(shí)現(xiàn)優(yōu)化，具有節(jié)省資金蟹演、可重復(fù)性风钻、無(wú)風(fēng)險(xiǎn)性等優(yōu)點(diǎn)。典型的例子有：克萊斯勒新型汽車開(kāi)發(fā)周期由36個(gè)月縮短至24個(gè)月酒请，福特公司也在1999年底宣布開(kāi)發(fā)出了全數(shù)字化轎車缎选。奔馳汽車公司1998年之前已經(jīng)完成了數(shù)字化轎車樣機(jī)，并實(shí)現(xiàn)了較強(qiáng)的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)陕牲，可在設(shè)計(jì)階段對(duì)轎車的總體性能匹配和車身系統(tǒng)布置設(shè)計(jì)等進(jìn)行直觀否胜、全面的仿真分析、評(píng)價(jià)和改進(jìn)芒极。

　　因此本文在查閱大量資料的基礎(chǔ)上忽愧，進(jìn)行了汽車虛擬試驗(yàn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，并以操縱穩(wěn)定性試驗(yàn)為例進(jìn)行了開(kāi)發(fā)户挟，經(jīng)實(shí)際試驗(yàn)與虛擬試驗(yàn)對(duì)比脑苫，虛擬試驗(yàn)比傳統(tǒng)仿真數(shù)據(jù)處理具有更好的效果，人——車——環(huán)境融為一體中痴，為研究車輛閉環(huán)系統(tǒng)提供了一個(gè)嶄新的方法舱踊。下面進(jìn)行詳細(xì)介紹。

　　2疮窟、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

　　汽車虛擬試驗(yàn)系統(tǒng)是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)膳膝，在設(shè)計(jì)時(shí)遵循先進(jìn)性、開(kāi)放性鬼癣、可靠性等基本原則陶贼，基于面向?qū)ο蟮脑O(shè)計(jì)思想，采取層次化待秃、模塊化拜秧、標(biāo)準(zhǔn)化的設(shè)計(jì)方法，使系統(tǒng)在保持功能實(shí)現(xiàn)的前提下章郁，達(dá)到結(jié)構(gòu)的合理化腹纳。

　　汽車虛擬試驗(yàn)系統(tǒng)主要由輸入模塊、虛擬試驗(yàn)?zāi)K以及輸出模塊三部分組成驱犹，如圖1所示嘲恍。把汽車模型導(dǎo)入到虛擬環(huán)境中，根據(jù)用戶的輸入控制命令雄驹，對(duì)汽車模型進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)佃牛、動(dòng)力學(xué)分析，利用分析數(shù)據(jù)在虛擬場(chǎng)景中“虛擬再現(xiàn)汽車試驗(yàn)過(guò)程”医舆，用戶通過(guò)各種傳感器感受并體驗(yàn)該車的性能俘侠，得出性能的評(píng)價(jià)，根據(jù)評(píng)價(jià)進(jìn)行修改模型參數(shù)彪饺，該過(guò)程可不斷重復(fù)钦将，進(jìn)行汽車參數(shù)的修改促弯，直至汽車獲得最優(yōu)性能。

　　1. 輸入模塊：主要是提供車輛阱纷、地面參數(shù)化模型等信息的輸入诲厚，在該模塊中，也可輸入實(shí)車試驗(yàn)的數(shù)據(jù)辞唤，用于與虛擬試驗(yàn)比較蔽曙。

　　2. 虛擬試驗(yàn)?zāi)K：主要由動(dòng)力學(xué)分析模塊，接口模塊以及虛擬試驗(yàn)運(yùn)行模塊为巾，動(dòng)力學(xué)分析模塊主要是根據(jù)車輛的參數(shù)化模型家澈、駕駛員的行為實(shí)時(shí)計(jì)算車輛的性能參數(shù)，為虛擬試驗(yàn)?zāi)K提供仿真數(shù)據(jù)彰朴，虛擬試驗(yàn)運(yùn)行模塊主要是為用戶提供逼真的虛擬試驗(yàn)環(huán)境蚀比，實(shí)現(xiàn)虛擬車輛在試驗(yàn)過(guò)程中的各種狀態(tài)變化并將該信息反饋給用戶。接口模塊將車輛實(shí)時(shí)仿真運(yùn)算部分据智、虛擬運(yùn)行環(huán)境部分子擅、傳感器等接口設(shè)備以及用戶有機(jī)連接成一體。

　　3. 性能評(píng)價(jià)模塊：在該模塊中贝咙，用戶綜合考慮不同工況下虛擬試驗(yàn)的各種感覺(jué)體驗(yàn)样悟，對(duì)車輛的性能進(jìn)行評(píng)價(jià)，根據(jù)評(píng)價(jià)結(jié)果修改車輛模型的參數(shù)庭猩，進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)窟她。該方法突破了以往評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)難以建立、指標(biāo)很難確定蔼水、可視化差等不足震糖。在該模塊中，也可對(duì)虛擬試驗(yàn)與實(shí)車試驗(yàn)的進(jìn)行對(duì)比趴腋，根據(jù)差別對(duì)車輛模型進(jìn)行修正吊说。

　　3、虛擬試驗(yàn)系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)實(shí)例

　　作者以操縱穩(wěn)定性的虛擬試驗(yàn)為例進(jìn)行了開(kāi)發(fā)优炬。首先利用ADAMS/Car軟件建立汽車的數(shù)字化虛擬樣機(jī)颁井，并對(duì)其進(jìn)行了操縱穩(wěn)定性仿真分析，虛擬試驗(yàn)環(huán)境采用WTK（WorldToolKit）以及Visual C++實(shí)現(xiàn)蠢护，虛擬儀表部分采用NI公司的ComponentWorks組件實(shí)現(xiàn)雅宾。把動(dòng)力學(xué)分析的仿真數(shù)據(jù)傳送到虛擬環(huán)境中來(lái)形象、逼真的實(shí)現(xiàn)試驗(yàn)恃姨，通過(guò)虛擬儀表來(lái)準(zhǔn)確的顯示數(shù)據(jù)的變化情況擅锁。采用人機(jī)交互技術(shù)，使用戶不僅有視覺(jué)感官上的體驗(yàn)宴今，還可以通過(guò)AGC——-Viewer G立體觀測(cè)系統(tǒng)母谋，沉浸到虛擬試驗(yàn)環(huán)境中幽州，真正體驗(yàn)汽車性能，從而進(jìn)行汽車性能評(píng)價(jià)堰哗。

　　下面以車輛的操縱穩(wěn)定性閉環(huán)試驗(yàn)中的單移線試驗(yàn)為例進(jìn)行說(shuō)明匙戚，利用ADAMS/Car,作者建立了某汽車的數(shù)字化模型,并根據(jù)單移線試驗(yàn)方法（如軌跡、速度等）設(shè)計(jì)了控制文件飘具，在車輛動(dòng)力學(xué)仿真過(guò)程中猴试，該文件控制車輛使其沿著規(guī)定的路線行駛鲁压，然后從仿真分析結(jié)果中提取操縱穩(wěn)定性的主要特征參數(shù)（如方向盤(pán)轉(zhuǎn)角载易、橫擺角速度，側(cè)傾角和側(cè)向加速度等）的數(shù)據(jù)佣棠，配合單移線試驗(yàn)的場(chǎng)景來(lái)動(dòng)態(tài)觀察車輛本身以及參數(shù)的變化颈墅。為使用戶精確的知道汽車運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的具體參數(shù)變化，增加了虛擬儀表的功能雾袱，利用虛擬儀表來(lái)配合虛擬場(chǎng)景恤筛，動(dòng)態(tài)顯示汽車在仿真過(guò)程中各個(gè)參數(shù)的變化。為更加逼真的實(shí)現(xiàn)場(chǎng)景的沉浸感芹橡，開(kāi)發(fā)了雙視口的立體場(chǎng)景顯示效果毒坛，通過(guò)AGC——ViewerG立體觀測(cè)系統(tǒng)，可沉浸在虛擬的試驗(yàn)場(chǎng)景中林说，感覺(jué)煎殷、體驗(yàn)試驗(yàn)過(guò)程。

　　4腿箩、小結(jié)

　　隨著虛擬樣機(jī)以及虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在汽車行業(yè)的應(yīng)用與發(fā)展豪直，在汽車的設(shè)計(jì)與試驗(yàn)研究方面取的了很大的發(fā)展。采用多體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)分析軟件獲取車輛性能參數(shù)珠移，虛擬實(shí)現(xiàn)車輛性能的試驗(yàn)系統(tǒng)弓乙，可完全實(shí)現(xiàn) “室內(nèi)虛擬試驗(yàn)”，是未來(lái)虛擬樣機(jī)系統(tǒng)的擴(kuò)展钧惧，通過(guò)連接一些控制設(shè)備暇韧，與虛擬場(chǎng)景相結(jié)合，可使用戶感覺(jué)到汽車的振動(dòng)叮歧、側(cè)偏吕得、側(cè)傾等運(yùn)動(dòng)，可以把人的主觀感受加入到評(píng)價(jià)車輛性能中來(lái)忆颇，具有很強(qiáng)的實(shí)際意義浴誉。隨著計(jì)算機(jī)、圖像技術(shù)卿截、傳感器等技術(shù)的發(fā)展孝速，汽車虛擬試驗(yàn)技術(shù)具有良好的發(fā)展前景赛虽。

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