基于虚拟现实的汽车平顺性仿真试验系统及其关键技术研究

论文摘要

汽车平顺性是现代高速度、高舒适性车辆的一个主要性能指标。为了高效地评价汽车的平顺性能，本文依托浙江大学院长基金项目“基于虚拟现实与虚拟仪器的测试与诊断技术研究”，借助现代计算机技术，构建了基于虚拟现实的汽车性能仿真试验系统框架，围绕着汽车平顺性虚拟试验若干关键问题展开探索性研究。具体研究内容如下： 第一章为绪论。阐述了课题研究的背景并从路面特性、试验评价方法、汽车平顺性的改进等三个方面回顾了汽车平顺性的国内外研究现状；分析了虚拟现实技术在汽车工业中尤其在汽车试验中的研究现状；引入了课题的主要研究内容。 第二章为基于虚拟现实的汽车仿真试验系统设计。本章基于开放、重用和集成的原则，对能够融合汽车诸多性能试验并能够进行综合性能评价的一体化系统进行了研究，它是汽车平顺性虚拟试验研究的基础。在概述汽车试验技术的发展和传统的试验方法的基础上，阐明了汽车虚拟试验方法产生的必然，并重新定义了虚拟试验方法的概念和应用特点；基于相似理论和虚拟现实技术，采用面向对象的仿真技术、软件复用技术、分布交互仿真技术等先进的软件设计思想和方法，对汽车虚拟试验系统进行了分析和设计，构建了汽车虚拟试验系统的一体化集成仿真平台。 第三章进行了随机路面模型研究。在介绍路面频域模型和几种时域路面模型的基础上，研究了随机路面的ARMA模型，建立了路面的AR(p)模型，根据某D级路面的标准路面谱，模拟再现了其路面位移功率谱；在对非平稳随机过程广义谱密度分析的基础上，导出了非平稳随机过程功率谱密度存在的充要条件，计算了Wiener过程的功率谱密度，并用Wiener过程模拟生成了非平稳随机路面；基于小波理论，对非平稳随机过程的路面激励进行了一维离散二进小波分解，有效地把路面激励信号中的平稳成分与非平稳成分、低频成分与高频成分等分离开。 第四章，汽车平顺性建模分析与研究。针对汽车行驶平顺性进行了振源分析，分析了车体的振动形式以及人体对振动的反应，介绍了汽车平顺性评价方法。在综合考虑在路面、发动机和动力传动系统的联合激励下，建立了某汽车的九自由度整车简化振动模型和动力传动系模型，导出了有关数学模型、系统激励谱矩阵和系统振动响应等，并建立Simulink仿真模型，进行了平顺性分析，得出了汽车相关位置的加速度信号的功率谱密度，验证了所建模型的正确性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究课题的提出
• 1.2 汽车平顺性的国内外研究现状
• 1.2.1 路面特性的研究
• 1.2.2 试验评价方法的研究
• 1.2.3 汽车平顺性的改进研究
• 1.3 虚拟现实技术在汽车工业中的研究现状
• 1.3.1 虚拟现实技术概述
• 1.3.2 虚拟现实技术在汽车试验中的研究现状
• 1.4 论文的主要研究内容
• 1.5 本章小结
• 第二章 基于虚拟现实的汽车仿真试验系统设计
• 2.1 引言
• 2.2 汽车的虚拟试验方法
• 2.2.1 汽车试验技术的发展概况
• 2.2.2 汽车的虚拟试验方法
• 2.3 虚拟试验系统设计基础
• 2.3.1 相似理论
• 2.3.2 先进的软件设计思想和技术的应用
• 2.4 汽车虚拟试验系统设计
• 2.4.1 汽车虚拟试验系统的硬件设计
• 2.4.2 汽车虚拟试验系统的软件设计
• 2.5 本章小结
• 第三章 随机路面模型研究
• 3.1 引言
• 3.2 路面不平度的频域模型
• 3.2.1 路面不平度的功率谱
• 3.2.2 路面对四轮汽车的输入谱
• 3.3 路面不平度的时域模型
• 3.3.1 时域路面模型概述
• 3.3.2 基于ARMA模型随机路面模拟
• 3.4 非平稳随机路面研究
• 3.4.1 非平稳随机过程的功率谱
• 3.4.2 非平稳随机路面模拟
• 3.5 非平稳随机路面的小波分析
• 3.5.1 小波分析理论
• 3.5.2 非平稳随机路面的小波分析
• 3.6 本章小结
• 第四章 汽车平顺性建模分析与研究
• 4.1 引言
• 4.2 汽车平顺性评价指标
• 4.2.1 汽车振动形式
• 4.2.2 汽车振源分析
• 4.2.3 人体对振动的反应
• 4.2.4 汽车平顺性评价方法
• 4.3 汽车平顺性建模
• 4.3.1 九自由度整车力学模型的建立
• 4.3.2 数学模型的建立
• 4.3.3 动力传动系统模型构建
• 4.3.4 激励谱矩阵
• 4.3.5 振动响应
• 4.4 某汽车的仿真分析
• 4.4.1 九自由度模型参数的确定
• 4.4.2 仿真分析
• 4.5 本章小结
• 第五章 汽车平顺性仿真试验的虚拟样机技术研究
• 5.1 引言
• 5.2 ADAMS软件及其分析和计算方法
• 5.2.1 ADAMS软件模块
• 5.2.2 ADAMS的分析和计算方法
• 5.2.3 虚拟样机建模仿真的基本过程
• 5.3 整车参数化多体模型建立和平顺性分析
• 5.3.1 建立参数化多体模型的基本步骤
• 5.3.2 路面激励下整车虚拟样机模型构建和平顺性分析
• 5.3.3 路面和发动机联合激励下的整车模型和平顺性分析
• 5.4 本章小结
• 第六章 基于虚拟现实的汽车平顺性仿真试验系统开发
• 6.1 引言
• 6.2 虚拟环境开发平台WTK
• 6.2.1 WTK概述
• 6.2.2 WTK的仿真流程
• 6.2.3 WTK层次化虚拟场景结构
• 6.2.4 汽车平顺性虚拟试验系统对象类设计
• 6.3 汽车平顺性虚拟试验环境建模和交互
• 6.3.1 虚拟场景的构建
• 6.3.2 汽车平顺性虚拟试验的双目立体视觉实现
• 6.3.3 虚拟试验场景的交互和漫游
• 6.4 面向视景仿真的桌面VR系统开发
• 6.4.1 系统层次结构
• 6.4.2 系统基本配置
• 6.4.3 系统用户界面设计与实现
• 6.5 本章小结
• 第七章 总结与展望
• 7.1 全文总结
• 7.2 工作展望
• 参考文献
• 攻博期间发表的论文及参加的科研项目
• 致谢