基于汽车动力学的虚拟驾驶模拟仿真.pdf

Research on Driving Simulation Based on
Vehicle Dynamics




A Thesis Submitted to Chongqing University
in Partial Fulfillment of the Requirement for the
Master’s Degree of Engineering
By
Wang Lei

Supervised by Prof. Yang Yalian
Specialty: Vehicle Engineering



College of Mechanical Engineering of
Chongqing University, Chongqing China.
May,2014
中文摘要

摘要

汽车是人机协同控制的复杂系统,要保障汽车的安全运行,驾驶员必须时刻
结合道路的变化情况,对汽车进行人机协同控制。因此,汽车仿真必须从人-车-
路系统层面进行研究。而汽车驾驶模拟器是实现汽车人机交互式仿真的最有效工
具之一。目前,国内外汽车生产厂商及研究院校都对驾驶模拟仿真技术展开广泛
研究。
驾驶模拟仿真最主要的特点就是沉浸性和交互性。虚拟现实技术结合了实时
三维计算机图形技术、立体显示技术、观察者头部、手部跟踪技术、触觉反馈以
及声响系统技术等。为使用者提供了视觉、听觉、触觉等等多层面信息,让使用
者产生身临其境的感觉。被广泛应用于医学、娱乐、军事、工业虚拟设计、建筑
设计等领域。而虚拟现实技术在驾驶模拟研究中的应用,也使得仿真过程沉浸感、
交互性更强。
针对汽车驾驶的人机交互特性,本文基于汽车动力学以及 NI 实时仿真平台搭
建了研究型驾驶模拟器。并应用此系统,对一种混合动力汽车进行数学建模及燃
油经济性分析。主要完成以下工作:
①根据驾驶模拟仿真国内外研究现状及已具备的试验条件,确定了系统设计
方案和性能要求,对关键技术进行了分析,选取了驾驶模拟仿真系统开发工具,
对系统工作原理进行了阐述。
②通过游戏引擎及三维建模软件建立了驾驶模拟仿真系统的视景软件,引入
头戴式眼镜显示器 Oculus Rift 观察视景,实现虚拟场景的平面显示器和头戴式眼
镜显示器两种观察方式。
③分析 NI 实时测控系统的总体架构,各子系统软硬件组成及功能。通过 NI
实时系统和驾驶模拟输入设备搭建了驾驶模拟仿真系统,包括 NI PXIe8108 实时控
制器、PXI7842R 数据采集卡、北通 BETOP C432Plus 游戏输入设备。保证了仿真
过程的实时性。
④用 NI LabVIEW 编程语言编制建立了车辆动力学模型,并通过数据库技术
使仿真过程与视景系统相结合,实现仿真过程与三维动画实时视景系统的数据交
互。
⑤系统集成,选取虚拟试验场一段道路进行测试,得到仿真数据,并对比普
通显示器和头盔显示器试验效果。
通过以上研究工作,在仿真过程引入了驾驶模拟操纵,实现了人在环路的人
机交互式仿真,为驾驶过程中人和汽车协同控制仿真和极端工况下的仿真,提供
I
重庆大学硕士学位论文
了一种安全、可靠的人-车协同控制仿真环境。

关键词:驾驶模拟,汽车动力学,Unity 3D,LabVIEW


























II
英文摘要

ABSTRACT

Automobile is human-machine controlled plex system, to ensure driving
safely, the driver must control automobile accord to change of road condition all the
time. Thus, automobile simulation should be researched from human-vehicle-road
system level. Driving simulator is one of the most effective ways to realize
human-machine interactive simulation. Currently, automobile manufacturers and
scientific research inst