基于虚拟现实技术的车辆四轮转向性能的仿真研究

论文摘要

四轮转向（Four-wheel Steering,简称4WS）技术是具有广阔应用前景的先进技术,它作为提高汽车操纵稳定性的一种有效手段已得到了广泛的认可。它可以提高汽车转向的灵活性,稳定性和安全性。本论文结合现代汽车工业向信息化、虚拟化发展的趋势,提出了研制“基于虚拟现实技术的汽车四轮转向仿真系统”,并进行了相关软件的开发。然而,在现有的汽车转向技术的研究多以确定性模型为基础,没有充分考虑汽车转向系统所包含的丰富的不确定性因素和非线性因素。本文在充分分析汽车非线性因素和不确定性因素的基础上,通过引入汽车四轮转向系统力学模型和驾驶员调节模型,以及汽车后轮转向对系统的影响,建立了人—车—路五自由度的汽车四轮转向非线性闭环模型。该模型由于考虑比较全面,因而更接近于汽车转向的实际情况,具有一定的代表性。运用虚拟现实技术虚拟仿真汽车四轮转向的真实情况。本文结合汽车的结构参数,运用虚拟现实的3DS MAX建模工具,建立虚拟车辆的计算机可视化模型；并建立了虚拟环境计算机可视化模型和环境约束控制条件模型；建立车辆力学模型；运用图形合成处理和虚拟条件约束控制技术实现汽车四轮转向的全过程。该系统软件用Visual C++6.0进行编制,图形处理用OpenGL实现,成本低廉、使用效果良好,具有较高的应用价值。本文中采用的力学模型以及控制算法相对简单。随着后续力学模型的研究和实车试验的进行,力学模型将进一步改进。同时,系统中的车辆模型和环境模型的数量较少,需要进一步的扩充。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题的背景
• 1.2 四轮转向技术及虚拟现实技术的发展概况
• 1.2.1 四轮转向技术的发展及现状
• 1.2.2 虚拟现实技术的发展概况
• 1.3 课题的研究意义
• 1.4 论文研究的内容
• 第2章 汽车四轮转向系统概述
• 2.1 四轮转向系统的分类
• 2.1.1 按驱动和控制后轮的方式分类
• 2.1.2 按照控制后轮转向方式分类
• 2.2 汽车四轮转向机构转向过程分析
• 2.3 四轮转向汽车的转向特性
• 2.3.1 4WS系统的低速转向特性
• 2.3.2 4WS系统的高速转向特性
• 2.4 本章小结
• 第3章 四轮转向系统非线性模型的建立
• 3.1 影响汽车运动的非线性因素
• 3.1.1 轮胎的受力及模型分析
• 3.1.2 驾驶员模型分析
• 3.2 不确定性因素分析
• 3.3 汽车四轮转向系统模型研究
• 3.3.1 4WS系统二自由度模型
• 3.3.2 4WS系统三自由度模型
• 3.3.3 人—车—路闭环非线性模型
• 3.4 本章小结
• 第4章 汽车四轮转向系统控制方法研究
• 4.1 四轮转向控制的发展与目标
• 4.1.1 四轮转向控制的发展
• 4.1.2 四轮转向控制的目标
• 4.2 传统的四轮转向控制方法
• 4.3 四轮转向控制方式分析
• 4.4 四轮转向控制方式的选取
• 4.5 本章小结
• 第5章 虚拟现实仿真系统建模
• 5.1 虚拟现实系统的模型构成
• 5.2 虚拟现实建模
• 5.3 OpenGL介绍
• 5.3.1 OpenGL的功能
• 5.3.2 OpenGL工作方式
• 5.3.3 OpenGL绘制过程
• 5.3.4 OpenGL程序结构
• 5.4 真实感图形的实现
• 5.4.1 创建有真实感的虚拟模型
• 5.4.2 图形变换
• 5.4.3 视口变换
• 5.4.4 虚拟现实的制作工具
• 5.5 虚拟模型的显示
• 5.5.1 3D图形OpenGL的显示
• 5.5.2 其他类型图形OpenGL的显示
• 5.6 本章小结
• 第6章 几何造型及场景的建立
• 6.1 几何造型
• 6.1.1 几何模型的绘制与存储
• 6.1.2 几何模型建立
• 6.2 三维场景的建立
• 6.3 虚拟环境中的音效系统
• 6.3.1 加入ActiveX控件
• 6.3.2 声音播放的实现
• 6.4 本章小结
• 第7章 基于虚拟现实技术的车辆四轮转向仿真系统
• 7.1 仿真系统的虚拟建模
• 7.2 四轮转向仿真系统控制的实现
• 7.3 车辆四轮转向过程操作
• 7.4 本章小结
• 第8章 总结与展望
• 参考文献
• 致谢