基于虛擬現實技術的汽車性能試驗系統(tǒng)的設計與開發(fā)
1、引言
利用虛擬樣機技術設計的數字化汽車同復雜多變的虛擬試驗環(huán)境結合起來，用真實駕駛員進行仿真駕駛，以視、聽、觸覺等作用于用戶，使之產生身臨其境的沉浸、交互感，人——車——環(huán)境融為一體，可直接感受汽車的振動、傾斜、噪聲等效果，無危險和損壞進行碰撞、翻傾等極限試驗,改進了抽象的數值曲線仿真，突破了難以用數學模型來表達的錯綜復雜的駕駛員感受與反應等問題,在設計的早期及時發(fā)現潛在的問題，進行調整修正、實現優(yōu)化，具有節(jié)省資金、可重復性、無風險性等優(yōu)點。
典型的例子有：克萊斯勒新型汽車開發(fā)周期由36個月縮短至24個月，福特公司也在1999年底宣布開發(fā)出了全數字化轎車。奔馳汽車公司1998年之前已經完成了數字化轎車樣機，并實現了較強的虛擬現實技術，可在設計階段對轎車的總體性能匹配和車身系統(tǒng)布置設計等進行直觀、全面的仿真分析、評價和改進。
因此本文在查閱大量資料的基礎上，進行了汽車虛擬試驗系統(tǒng)的設計，并以操縱穩(wěn)定性試驗為例進行了開發(fā)，經實際試驗與虛擬試驗對比，虛擬試驗比傳統(tǒng)仿真數據處理具有更好的效果，人——車——環(huán)境融為一體，為研究車輛閉環(huán)系統(tǒng)提供了一個嶄新的方法。下面進行詳細介紹。
2、系統(tǒng)結構設計
汽車虛擬試驗系統(tǒng)是一個復雜的系統(tǒng)，在設計時遵循先進性、開放性、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(tǒng)在保持功能實現的前提下，達到結構的合理化。
汽車虛擬試驗系統(tǒng)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。把汽車模型導入到虛擬環(huán)境中，根據用戶的輸入控制命令，對汽車模型進行運動學、動力學分析，利用分析數據在虛擬場景中“虛擬再現汽車試驗過程”，用戶通過各種傳感器感受并體驗該車的性能，得出性能的評價，根據評價進行修改模型參數，該過程可不斷重復，進行汽車參數的修改，直至汽車獲得最優(yōu)性能。下面對其進行簡單描述。
1. 輸入模塊：主要是提供車輛、地面參數化模型等信息的輸入，在該模塊中，也可輸入實車試驗的數據，用于與虛擬試驗比較。
2. 虛擬試驗模塊：主要由動力學分析模塊，接口模塊以及虛擬試驗運行模塊，動力學分析模塊主要是根據車輛的參數化模型、駕駛員的行為實時計算車輛的性能參數，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提供逼真的虛擬試驗環(huán)境，實現虛擬車輛在試驗過程中的各種狀態(tài)變化并將該信息反饋給用戶。接口模塊將車輛實時仿真運算部分、虛擬運行環(huán)境部分、傳感器等接口設備以及用戶有機連接成一體。
3. 性能評價模塊：在該模塊中，用戶綜合考慮不同工況下虛擬試驗的各種感覺體驗，對車輛的性能進行評價，根據評價結果修改車輛模型的參數，進行優(yōu)化設計。該方法突破了以往評價標準難以建立、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車試驗的進行對比，根據差別對車輛模型進行修正。
3、虛擬試驗系統(tǒng)的開發(fā)實例
作者以操縱穩(wěn)定性的虛擬試驗為例進行了開發(fā)。首先利用ADAMS/Car軟件建立汽車的數字化虛擬樣機，并對其進行了操縱穩(wěn)定性仿真分析，虛擬試驗環(huán)境采用WTK（WorldToolKit）以及Visual C++實現，虛擬儀表部分采用NI公司的ComponentWorks組件實現。把動力學分析的仿真數據傳送到虛擬環(huán)境中來形象、逼真的實現試驗，通過虛擬儀表來準確的顯示數據的變化情況。采用人機交互技術，使用戶不僅有視覺感官上的體驗，還可以通過AGC---Viewer G立體觀測系統(tǒng)，沉浸到虛擬試驗環(huán)境中，真正體驗汽車性能，從 而進行汽車性能評價
