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摘要：汽車動力學(xué)模型在模擬駕駛系統(tǒng)中的作用很大，它可以給學(xué)員提供有如真實駕車的感覺，要達(dá)到逼真的視景仿真和操縱仿真結(jié)果，就需要建立仿真模型并對模型進(jìn)行仿真實驗。分析介紹了在設(shè)計基于虛擬現(xiàn)實技術(shù)的汽車模擬駕駛系統(tǒng)中進(jìn)行動力學(xué)分析和仿真所需建立的相關(guān)動力學(xué)模型。

關(guān)鍵詞：虛擬現(xiàn)實；汽車模擬駕駛；汽車動力學(xué)；模型；仿真

1引言

開發(fā)汽車模擬駕駛系統(tǒng)具有重大的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益。它可取代駕駛培訓(xùn)中學(xué)員實車訓(xùn)練中的部分科目和內(nèi)容以及研究道路行駛的安全狀況，有利于駕駛培訓(xùn)正規(guī)化、科學(xué)化和規(guī)范化，減少交通事故的發(fā)生率，并具有節(jié)能、安全、經(jīng)濟(jì)、高效等優(yōu)點。在汽車模擬駕駛系統(tǒng)的開發(fā)中，為了盡量達(dá)到實車的駕駛效果，則利用計算機技術(shù)、控制技術(shù)和聲像技術(shù)來模擬汽車駕駛及其行駛環(huán)境，所以需要建立逼真的仿真模型。模擬駕駛系統(tǒng)中要求仿真的內(nèi)容很多,而建立并實現(xiàn)汽車模擬駕駛的汽車動力學(xué)模型是研制汽車模擬駕駛系統(tǒng)的前提。要做好汽車動力學(xué)仿真,建立正確的動力學(xué)模型是關(guān)鍵。筆者在汽車模擬駕駛系統(tǒng)研究過程中,基于汽車動力學(xué)知識和計算機控制技術(shù),采用動力學(xué)和運動學(xué)分析方法對汽車所受的力進(jìn)行研究，將得出的動力學(xué)數(shù)學(xué)模型通過實驗建模用于汽車模擬駕駛系統(tǒng)的仿真，開發(fā)了適合我國交通國情和道路狀況的汽車模擬駕駛系統(tǒng)。此系統(tǒng)主要通過模擬駕駛艙和計算機生成汽車行駛過程中虛擬的視景、音響等駕駛環(huán)境，將仿真的實驗數(shù)據(jù)發(fā)送給視景計算機，驅(qū)動視景變化，視景計算機對車輛運動進(jìn)行碰撞檢測，將碰撞結(jié)果反饋給主機進(jìn)行所受外力的計算，將計算結(jié)果以脈沖信號的形式發(fā)送給下位機，下位機通過電機控制模擬駕駛座椅搖動及振動來達(dá)到模擬駕駛的效果。下面僅就動力學(xué)仿真方面內(nèi)容進(jìn)行論述。

2汽車運行狀態(tài)的受力分析

汽車在行駛過程中,不僅受發(fā)動機驅(qū)動力影響,還要克服各種阻力等，而汽車的動力性又是汽車各種性能中最基本、最重要的一種性能，要建立汽車模擬駕駛系統(tǒng)的動力學(xué)模型需應(yīng)用計算機對汽車的動力學(xué)性能進(jìn)行模擬仿真，最關(guān)鍵的問題就在于計算是否與實際情況相符合。通過數(shù)學(xué)公式所以建立適當(dāng)?shù)摹⒎蠈嶋H的模型，對于精確描述汽車動力系統(tǒng)的運動狀態(tài)，提高仿真模擬精度是非常重要的。以下是對汽車在不同情況下的受力分析。

汽車在起動時,受到水平方向發(fā)動機的驅(qū)動力F1,靜摩擦力Ff,空氣阻力(小)Fw,坡度阻力Fi(上坡時為阻力,下坡時則轉(zhuǎn)化為動力,坡度為零時此力為零,下同)，加速阻力Fj。

汽車在運行過程中受到發(fā)動機的驅(qū)動力Ft，滾動阻力Ff,空氣阻力Fw,坡度阻力Fi,加速阻力Fj,在運動過程中踩剎車時還受制動力Fb。加速阻力Fj與制動力Fb不會同時存在。

汽車在剎車時的受到發(fā)動機的驅(qū)動力Ft，滾動阻力Ff,空氣阻力Fw,坡度阻力Fi，地面制動Fb，F(xiàn)h(huán)手剎制動力Fh(huán)(手剎拉起時)作用。當(dāng)汽車發(fā)生碰撞時，碰撞外力為Fo，是從視景計算機的碰撞檢測中計算得到的。

3車輛動力學(xué)仿真運動模型的建立

車輛運動模型主要包括勻速運動、勻變速運動、摘空擋后滑行、踏下離合器踏板后車輛滑行等模型，在模擬駕駛系統(tǒng)的開發(fā)過程中，采用了動力學(xué)和運動學(xué)分析方法對汽車行駛過程進(jìn)行研究，得出其動力學(xué)數(shù)學(xué)方程，利用數(shù)學(xué)公式以及后面采用的試驗方案進(jìn)行仿真并檢驗其仿真度。下面僅討論勻變速運動和滑行的模型。

3.1勻變速運動

汽車的操縱性、穩(wěn)定性是汽車的重要性能之一，下面僅就六自由度汽車操縱動力學(xué)模型中汽車行駛包括加速行駛、

5結(jié)論

文章分析介紹了作者在開發(fā)基于虛擬現(xiàn)實技術(shù)的汽車模擬駕駛系統(tǒng)中進(jìn)行的動力學(xué)分析和仿真所需建立的相關(guān)動力學(xué)模型，為開發(fā)汽車模擬駕駛系統(tǒng)提供了有益的參考。在模擬駕駛系統(tǒng)中利用基于力學(xué)分析的動力學(xué)模型進(jìn)行仿真，其加速度的產(chǎn)生、發(fā)動機轉(zhuǎn)速的計算完全模擬力學(xué)、動力學(xué)過程；通過上述的建模方法在實驗過程中所建立的模型經(jīng)適當(dāng)修正后用于汽車模擬駕駛器上運行效果良好，有身臨其境的感覺，通過視景計算機產(chǎn)生的視景圖像不產(chǎn)生抖動，運動流暢，基本能夠真實仿真汽車的運行。

參考文獻(xiàn)

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［3］劉德貴.費景高動.動力學(xué)系統(tǒng)數(shù)字仿真算法［M］.北京:科學(xué)出版社，2000.

［4］［德］Hans-PeterWillumeit著.孫逢春譯.車輛動力學(xué)模擬及其方法［M］.北京:北京理工大學(xué)出版社，1998.