复杂驾驶环境下闭环模拟驾驶系统构建及操纵特性研究

论文摘要

近年来我国的汽车行业有了长足的发展,与此同时车辆的安全性也日益受到人们的关注。与车辆行驶安全性紧密相关的就是车辆的操纵稳定性,而传统研究方法需要用到很多传感器、测试设备和数据采集装置,通过大量的实车实验,来获得研究所需要的数据和信息;同时,对实车进行极限条件下的实验有很大的风险。这无疑造成了研发周期的延长,效率的降低,成本的提高等诸多弊端。如果采用人-车-路闭环模拟驾驶系统代替实车实验对车辆的行驶状态进行仿真分析,就能够克服实车实验的缺点,带来巨大的效益。针对传统开发型模拟驾驶系统的成本高、教学型驾驶模拟器忽略车辆动力学特性并且驾驶环境单一的缺点。本文以桌面虚拟现实技术为基础,构建了一套低成本的能够仿真复杂驾驶环境的人车路闭环模拟驾驶系统。主要做了以下工作:利用汽车操纵动力学相关知识对车辆动力学模型进行程序实现;运用三维建模软件建立了汽车的三维模型;运用光照模型、纹理映射等技术提高了虚拟场景中模型的显示效果;运用分形理论和数字高程模型实现了地形及道路环境模型的建立;运用外部引用和实例化技术等场景显示优化技术,降低了系统资源的占用提高了图形显示效率;通过场景显示与视景驱动程序、虚拟车辆的显示及动力学仿真程序的实现,完成了闭环模拟驾驶系统的构建。应用该模拟驾驶系统,从车辆匀速过弯的行驶状态和路面摩擦系数的变化对车辆行驶的影响两方面分别进行了理论分析和模拟驾驶,通过对车辆行驶状态数据的分析,说明该闭环模拟驾驶系统能够为车辆操纵动力学特性研究提供数据来源,同时为研究人-车-路闭环系统特性提供虚拟仿真的平台。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 研究背景及意义
• 1.1.1 研究背景
• 1.1.2 研究意义
• 1.2 虚拟驾驶系统的研究现状
• 1.3 汽车操纵动力学的研究现状
• 1.4 本文主要研究内容
• 2 仿真车辆动力学模型的建立
• 2.1 车辆结构参数及坐标系统的建立
• 2.1.1 车辆结构参数
• 2.1.2 坐标系统的确立
• 2.2 车轮运动学模型
• 2.3 车辆动态载荷分配的计算
• 2.3.1 动态载荷在前后轴的分配
• 2.3.2 垂直载荷在两侧车轮的分配
• 2.4 轮胎模型
• 2.5 悬架模型
• 2.6 发动机负荷特性建模
• 2.7 本章小结
• 3 虚拟驾驶环境的构建
• 3.1 汽车三维模型生成技术
• 3.2 汽车三维模型显示处理技术
• 3.3 三维地形生成
• 3.4 三维道路生成
• 3.4.1 设计车速
• 3.4.2 车道宽度
• 3.4.3 圆曲线半径的计算
• 3.4.4 道路的最小半径与超高
• 3.4.5 超高缓和段设计与布置
• 3.4.6 道路线形分布
• 3.5 道路及环境显示优化技术
• 3.6 本章小结
• 4 模拟驾驶系统实现
• 4.1 场景显示与视景驱动程序实现
• 4.2 虚拟汽车的动态显示及其动力学仿真程序实现
• 4.3 闭环模拟驾驶系统组成
• 4.4 本章小结
• 5 模拟驾驶系统在汽车操纵动力学仿真分析中的应用
• 5.1 匀速过弯时车辆行驶状态的理论分析
• 5.2 车辆匀速过弯过程的模拟驾驶
• 5.3 路面摩擦系数的变化对轮胎影响的理论分析
• 5.4 车辆在不同摩擦系数路面上的模拟驾驶
• 5.5 本章小结
• 6 结论
• 6.1 总结
• 6.2 展望
• 致谢
• 参考文献