虚拟现实技术在汽车操纵稳定性试验中的应用.pdf

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第三部分系统仿真435虚拟现实技术在汽车操纵稳定性试验中的应用王树凤柴山焦学健（山东理工大学交通与车辆工程学院，山东，淄博，255049）摘要：

随着虚拟样机以及虚拟现实技术的发展，在汽车行业引起了一场革命，本文把虚拟现实技术应用到车辆的操纵稳定性能试验中来，建立了桌面虚拟试验系统，通过试验数据驱动虚拟环境中的车辆，实现了操纵稳定性试验的虚拟再现。

通过立体视觉设备，驾驶员可以沉浸到环境中来，真正实现了驾驶员车辆环境的无缝结合，突破了目前车辆性能评价的方式，为车辆性能的研究提供了一种新方法。

关键词：

虚拟现实；汽车；操纵稳定性试验TheApplicationofVirtualRealityonVehcileHandlingandStabilityExperimentShufengWangShanChaiXuejianJiao（ShanDongUniversityofTechnology，Zibo，Shandong，255049）Abstract：

WiththedevelopmentofthevirtualprototypingandvirtualReality,thevehicleindustryhasahugechange。

Inthispaper,thevirtualRealitytechnologyisappliedintovehiclehandlingandstabilityexperiment.Usingexperimentdatatocontrolthemotionofvehicleinvirtualenvironment,thehandlingandstabilityvirtualexperimentisrealized,thetestvehiclemovesinvirtualenvirnomentlikeactualvehiclemovesintestfield.UsingAGC-ViewerGstereohardware,userscanimmerseinvirtualexperimentenvironment.Itisprovedthatthevirtualrealitytechnologyisanewmethodofstudyingvehicleperformance.Keywords：

VirtualReality；Vehicle；HandlingandStabilityExperiment1引言目前车辆性能仿真分析的评价一般使用仿真结果的数据、曲线进行定量评价，根据经验判断车辆的性能，不仅无法直观的了解车辆性能，而且也没有把驾驶员在性能试验中的主观感受加入到评价中。

虚拟样机技术以及虚拟现实技术的出现，改进了传统汽车试验的方法。

利用虚拟样机技术设计的数字化汽车同复杂多变的虚拟试验环境结合起来，用真实驾驶员进行仿真驾驶，人、车与环境融为一体，改进了抽象的数值曲线仿真，突破了难以用数学模型来表达的错综复杂的驾驶员感受与反应等问题，以视、听、触觉等作用于用户，使之产生身临其境的沉浸、交互感，可逼真的实现试验。

利用虚拟现实技术，作者建立了基于桌面虚拟现实系统的操纵稳定性能虚拟试验系统，利用车辆试验数据在虚拟试验场中驱动车辆，逼真的再现了试验。

通过立体眼镜，用户可体验试验过程中车辆的侧谝、侧倾等运动，实现了驾驶员车辆环境融为一体，突破了以往仿真结果以数据、曲线的表达形式。

系统仿真技术及其应用第7卷4362基于桌面的汽车操纵稳定性虚拟现实系统根据具体条件，建立了汽车操纵稳定性的桌面虚拟现实系统，主要由图形工作站和立体观测系统组成，其中AGC-ViewerG立体观测系统由控制器、有线液晶立体显示光闸眼镜，红外无线液晶立体显示光闸眼镜组成，如图1所示。

表1列出了该系统的主要硬件以及开发所需要的主要软件。

作者首先利用动力学仿真软件对汽车进行了操纵稳定性仿真分析，获取车辆仿真的试验数据，把车辆动力学分析的仿真数据传送到虚拟环境中驱动车辆运动，来逼真的实现汽车操纵稳定性试验的再现，用户通过AGC-ViewerG立体观测系统，沉浸到虚拟试验环境中，真正体验不同参数下的汽车操纵稳定性能，从而对汽车性能评价。

另外，也可利用实车试验数据来驱动虚拟环境中的车辆，从而可以比较动力学仿真分析的结果是否与实际结果是否一致。

表1桌面虚拟试验系统的组成及开发工具主要硬件主要软件图形工作站：

双CPU，SCSI硬盘接口图形加速卡：

E&SLightning1200专业图形加速卡立体设备：

AGC-ViewerG立体观测系统Windows2000,VC+6.0（开发系统）WordToolKit（虚拟场景开发）3DS，WTKmoder（虚拟场景建模）车辆位置整车车体结构前左轮胎轮胎转动轮胎结构其他三个轮胎节点根节点转换节点几何节点转换节点转换节点几何节点车轮在整车中的位置子节点图1AGC-ViewerG立体观测系统图2简单车辆的建模结构3操纵稳定性虚拟试验的实现3.1虚拟环境的建模为使系统具有良好的的扩展性、可重用性，在整个虚拟试验场景的建模中，采用面向对象的方法和分层模块化结构进行设计，利用树形结构组织虚拟场景，通过仿真引擎进行渲染，有效地解决了虚拟车辆的运动和几何模型的分离问题，为虚拟车辆的行为控制提供了简洁有效的方法。

由于汽车运动是我们主要关心的焦点，为了能在虚拟环境中显示汽车在操纵稳定性试验中的运动规律，下面以图2来说明一个简单车辆模型的结构情况，在该模型中车身可以相对整车运动，轮胎也可以相对车辆进行旋转等运动，其关键就是控制模型中的转换节点。

在目前阶段，汽车操纵稳定性的试验中主要考虑了汽车的偏移、侧倾、转向等信息，对汽车进行了模块化行为建模，其结构图类似于图2所示，主要是控制各个转换节点的运动情况，使其与真实情况一致。

车辆几何体的建模就是在简单多边形基础上使用纹理映射的方法，通过设定颜色、材质以及光照条件增加场景的真实感。

在虚拟试验环境中，对场景进行诸如光照、雾化、纹理映射等处理，来增加场景的真实性。

另外，为了兼顾场景的真实性以及渲染的实时性，在开发过程中主要采取多边形简单化、纹理映射，LOD、mipmapping、Instance等技术提高系统的实时性。

3.2汽车操纵稳定性虚拟试验的实现汽车操纵稳定性的虚拟试验就是用操纵稳定性试验第三部分系统仿真437过程中的数据（包括汽车动力学计算数据和实际试验的数据）驱动虚拟环境中的汽车模型，把其在试验过程中的各种状态变化映射到计算机屏幕上，借助于虚拟现实技术的各种设备以及交互手段，使用户产生“身临其境”的感觉。

其过程如图3所示。

利用方向盘转角、侧倾角、横向加速度等数据驱动虚拟汽车，使其在虚拟场景中运动，实现虚拟试验的过程。

实现的关键就是协调好汽车各部件之间的运动，使其与真实的汽车试验运动相同。

为使用户精确理解汽车运动过程中具体参数变化，增加了虚拟仪表的功能，利用虚拟仪表来配合虚拟场景，动态显示汽车在仿真过程中各个参数的变化；为更清楚的观察汽车在行驶过程中的变化，如轮胎的变化，车辆的恻倾等，增加了汽车模型界面，该界面与行使过程同步，其界面如图4所示。

为更加逼真的实现场景的沉浸感，开发了双视口的立体场景显示效果（利用WorldToolKit可很方便的进行立体视觉的开发）。

可通过AGC-ViewerG立体观测系统，可沉浸在虚拟的操纵稳定性试验场景中，通过周围场景的变化体验试验过程中汽车的偏移、侧倾等运动变化。

把汽车的三维运动状态、虚拟场景、参数仪表结合起来，在虚拟试验过程中，用户不仅可通过场景的变化获得主观感受，还可获得汽车状态的精确数据信息，而且参数变化与汽车三维状态对应，极大的方便了汽车性能的研究。

仿真分析数据模型计算产生汽车各个时刻的数据处理数据形成参数的数据链表x,y汽车的X，Y坐标方向盘转角roll侧倾角1前左轮转角驱动车辆x,y汽车运动roll车身运动方向盘变化1前左轮变化虚拟试验实现视觉、听觉交互等功能实现数据空间图形空间图3汽车操纵稳定性虚拟试验原理以及数据映射流程图4单移线试验过程中场景、仪表以及汽车状态的显示4结束语针对目前汽车性能仿真中存在的仿真数据处理不直观、无法获得试验过程中的主观感受等不足，把虚拟现实技术引入到汽车操纵稳定性试验中，建立了桌面虚拟试验系统。

在虚拟试验过程中，用户不仅可以获得汽车状态的精确数据信息，通过立体视觉设备，可以沉浸到环境中，通过场景和车辆的变化获得主观感受，进而对汽车性能进行评价。

利用虚拟现实技术，改进了目前车辆性能评价的不足，极大的方便了汽车性能的研究，为系统仿真技术及其应用第7卷438车辆性能的研究提供了一种新方法。

参考文献1汪成为，高文，王行仁，灵境技术的理论、实现及应用，北京：

清华大学出版社，19962杨宝民，朱一宁编著，分布式虚拟现实技术及其应用，北京：

科学出版社，20003王树凤，余群，车辆虚拟试验系统的实现，农业机械学报，2002，33（3），4-74熊坚，曾纪国，宋健，汽车操纵稳定性虚拟仿真的研究，汽车工程，2002，24（5）：

430-433