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汽车模拟器车辆动力学仿真软件的设计

作　者: 苏光磊
导　师: 姜洪洲
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 机械电子工程
关键词: 汽车动力学虚拟视景仿真实时性软件设计
分类号: TP391.9
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 140次
引　用: 2次
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内容摘要

汽车模拟器是一种能够逼真模拟汽车驾驶动作,提供实车驾驶感觉的仿真设备。它可以用来进行车载设备测试以及驾驶员的模拟训练,复现现实中难以重复的驾驶状态以及进行驾驶行为、疲劳、药物对驾驶的影响等方面的研究。汽车模拟器车辆动力学仿真软件利用车辆动力学、虚拟视景仿真技术对汽车的动力学性能进行研究并对汽车驾驶进行模拟。汽车模拟器车辆动力学仿真软件可作为汽车模拟器前期设计的人机接口,在硬件设备没有设计出来之前进行理论的验证工作。这样,不仅能降低系统的开发成本、缩短开发周期,而且对于研制低成本的汽车模拟器有着广泛的应用前景。本文结合汽车模拟器的实际应用对仿真软件进行了需求分析,确定了软件运行环境和开发工具;明确了软件的开发流程;分别使用Matlab/Simulink和Vortex建立了汽车动力学模型;实现了虚拟视景仿真系统的开发及其关键技术的应用;验证了UDP/IP协议通讯的实时性;探讨了实现汽车模拟器软件仿真功能的两种不同方法的优缺点。本系统以Visual C++作为软件开发平台,利用Multigen Creator建立三维模型,Vega创建虚拟仿真实时应用程序,结合在Simulink和Vortex中创建的汽车动力学模型,完成了汽车模拟器车辆动力学仿真软件的开发。其中,方法一以Simulink汽车动力学模型为核心,调用Vega API函数创建视景系统,采用xPC实时系统将汽车动力学模型的求解与虚拟视景的图形渲染独立开来,采用UDP/IP协议完成两者之间的数据通讯。方法二则充分利用Vortex强大的物理引擎实现汽车模拟器软件仿真的功能。最后对以两种不同方法建立的仿真软件进行了调试和运行。经过软件调试表明,该软件可行。开发出的软件能够在虚拟环境中比较真实地模拟汽车的运动。该软件不仅对汽车动力学模型的验证和改进具有一定的参考价值,而且对于汽车模拟器的开发具有一定的借鉴意义。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
第1章绪论  9-15
  1.1 课题来源及研究目的和意义  9-10
  1.2 国内外研究现状及发展趋势  10-13
    1.2.1 国内外车辆动力学模型的研究现状  10-11
    1.2.2 国内外视景仿真技术的研究现状  11-13
  1.3 本课题的主要研究内容  13-15
第2章车辆动力学仿真软件需求分析  15-24
  2.1 汽车模拟器的系统组成  15-16
  2.2 车辆动力学仿真软件的设计要求  16-17
    2.2.1 车辆动力学仿真软件的性能要求  16-17
    2.2.2 车辆动力学仿真软件的功能要求  17
  2.3 车辆动力学仿真软件的构成  17
  2.4 软件开发环境  17-21
    2.4.1 操作系统及编程语言  18
    2.4.2 虚拟视景系统开发环境  18-20
    2.4.3 多体动力学虚拟仿真系统Vortex  20-21
  2.5 软件的开发方案及流程  21-23
    2.5.1 车辆动力学仿真软件的开发方案  21-22
    2.5.2 车辆动力学仿真软件的开发流程  22-23
  2.6 本章小结  23-24
第3章车辆动力学模型的建立  24-40
  3.1 Simulink建立汽车模型  24-32
    3.1.1 车身模型  25
    3.1.2 发动机模型  25-26
    3.1.3 制动系模型  26-27
    3.1.4 轮胎模型  27-29
    3.1.5 车轮旋转模型  29-30
    3.1.6 辅助计算模块  30-32
  3.2 Vortex建立汽车模型  32-37
    3.2.1 建立坐标系  33
    3.2.2 创建汽车底盘  33
    3.2.3 配置驱动系  33-35
    3.2.4 创建轮胎和悬架模型  35
    3.2.5 创建汽车控制模块  35-37
  3.3 动力学模型仿真  37-39
  3.4 本章小结  39-40
第4章虚拟视景仿真系统的开发  40-53
  4.1 三维模型建模  40-44
    4.1.1 汽车三维模型建模  40-43
    4.1.2 虚拟场景建模  43-44
  4.2 场景配置和驱动关键技术  44-49
    4.2.1 地形匹配和碰撞检测  45-47
    4.2.2 多通道窗口配置  47-48
    4.2.3 汽车运动的实现  48-49
  4.3 虚拟场景的实时驱动  49-52
    4.3.1 基于MFC的Vega应用的结构分析  50-51
    4.3.2 Vega实时应用的建立  51-52
  4.4 本章小结  52-53
第5章系统实时性的验证  53-59
  5.1 系统传输延迟  53
  5.2 数据传输的实时性验证  53-57
    5.2.1 网络通讯的选择  53-54
    5.2.2 数据传输实时性验证方法  54
    5.2.3 调试及验证过程  54-56
    5.2.4 测试结果分析  56-57
  5.3 提高系统实时性方案  57-58
  5.4 本章小结  58-59
第6章车辆动力学仿真软件的设计  59-67
  6.1 系统功能的实现  59-63
    6.1.1 第一部分的实现  59-62
    6.1.2 第二部分的实现  62-63
  6.2 软件运行效果  63-64
  6.3 两种方法的对比  64-66
  6.4 本章小结  66-67
结论  67-68
参考文献  68-71
附录  71-74
致谢  74

汽车模拟器车辆动力学仿真软件的设计

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