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　　1、引言

　　虛擬樣機技術以及虛擬現實技術的出現，改進了傳統汽車設計以及試驗的方法。

　　利用虛擬樣機技術設計的數字化汽車同復雜多變的虛擬試驗環境結合起來，用真實駕駛員進行仿真駕駛，以視、聽、觸覺等作用于用戶，使之產生身臨其境的沉浸、交互感，人——車——環境融為一體，可直接感受汽車的振動、傾斜、噪聲等效果，無危險和損壞進行碰撞、翻傾等極限試驗,改進了抽象的數值曲線仿真，突破了難以用數學模型來表達的錯綜復雜的駕駛員感受與反應等問題,在設計的早期及時發現潛在的問題，進行調整修正、實現優化，具有節省資金、可重復性、無風險性等優點。

　　典型的例子有：克萊斯勒新型汽車開發周期由36個月縮短至24個月，福特公司也在1999年底宣布開發出了全數字化轎車。奔馳汽車公司1998年之前已經完成了數字化轎車樣機，并實現了較強的虛擬現實技術，可在設計階段對轎車的總體性能匹配和車身系統布置設計等進行直觀、全面的仿真分析、評價和改進。

　　因此本文在查閱大量資料的基礎上，進行了汽車虛擬試驗系統的設計，并以操縱穩定性試驗為例進行了開發，經實際試驗與虛擬試驗對比，虛擬試驗比傳統仿真數據處理具有更好的效果，人——車——環境融為一體，為研究車輛閉環系統提供了一個嶄新的方法。下面進行詳細介紹。

　　2、系統結構設計

　　汽車虛擬試驗系統是一個復雜的系統，在設計時遵循先進性、開放性、可靠性等基本原則，基于面向對象的設計思想，采取層次化、模塊化、標準化的設計方法，使系統在保持功能實現的前提下，達到結構的合理化。

　　汽車虛擬試驗系統主要由輸入模塊、虛擬試驗模塊以及輸出模塊三部分組成，如圖1所示。把汽車模型導入到虛擬環境中，根據用戶的輸入控制命令，對汽車模型進行運動學、動力學分析，利用分析數據在虛擬場景中“虛擬再現汽車試驗過程”，用戶通過各種傳感器感受并體驗該車的性能，得出性能的評價，根據評價進行修改模型參數，該過程可不斷重復，進行汽車參數的修改，直至汽車獲得最優性能。下面對其進行簡單描述。

　　1. 輸入模塊：主要是提供車輛、地面參數化模型等信息的輸入，在該模塊中，也可輸入實車試驗的數據，用于與虛擬試驗比較。

　　2. 虛擬試驗模塊：主要由動力學分析模塊，接口模塊以及虛擬試驗運行模塊，動力學分析模塊主要是根據車輛的參數化模型、駕駛員的行為實時計算車輛的性能參數，為虛擬試驗模塊提供仿真數據，虛擬試驗運行模塊主要是為用戶提供逼真的虛擬試驗環境，實現虛擬車輛在試驗過程中的各種狀態變化并將該信息反饋給用戶。接口模塊將車輛實時仿真運算部分、虛擬運行環境部分、傳感器等接口設備以及用戶有機連接成一體。

　　3. 性能評價模塊：在該模塊中，用戶綜合考慮不同工況下虛擬試驗的各種感覺體驗，對車輛的性能進行評價，根據評價結果修改車輛模型的參數，進行優化設計。該方法突破了以往評價標準難以建立、指標很難確定、可視化差等不足。在該模塊中，也可對虛擬試驗與實車試驗的進行對比，根據差別對車輛模型進行修正。

　　3、虛擬試驗系統的開發實例

　　作者以操縱穩定性的虛擬試驗為例進行了開發。首先利用ADAMS/Car軟件建立汽車的數字化虛擬樣機，并對其進行了操縱穩定性仿真分析，虛擬試驗環境采用WTK（WorldToolKit）以及Visual C++實現，虛擬儀表部分采用NI公司的ComponentWorks組件實現。把動力學分析的仿真數據傳送到虛擬環境中來形象、逼真的實現試驗，通過虛擬儀表來準確的顯示數據的變化情況。采用人機交互技術，使用戶不僅有視覺感官上的體驗，還可以通過AGC---Viewer G立體觀測系統，沉浸到虛擬試驗環境中，真正體驗汽車性能，從而進行汽車性能評價。

　　下面以車輛的操縱穩定性閉環試驗中的單移線試驗為例進行說明，利用ADAMS/Car,作者建立了某汽車的數字化模型,并根據單移線試驗方法（如軌跡、速度等）設計了控制文件，在車輛動力學仿真過程中，該文件控制車輛使其沿著規定的路線行駛，然后從仿真分析結果中提取操縱穩定性的主要特征參數（如方向盤轉角、橫擺角速度，側傾角和側向加速度等）的數據，配合單移線試驗的場景來動態觀察車輛本身以及參數的變化。為使用戶精確的知道汽車運動過程中的具體參數變化，增加了虛擬儀表的功能，利用虛擬儀表來配合虛擬場景，動態顯示汽車在仿真過程中各個參數的變化。為更加逼真的實現場景的沉浸感，開發了雙視口的立體場景顯示效果，通過AGC--ViewerG立體觀測系統，可沉浸在虛擬的試驗場景中，感覺、體驗試驗過程。圖2為動力學仿真分析結果（速度為100km/h），圖3為虛擬單移線試驗過程中的仿真場景與虛擬儀表變化。

　　4、小結

　　隨著虛擬樣機以及虛擬現實技術在汽車行業的應用與發展，在汽車的設計與試驗研究方面取的了很大的發展。采用多體系統動力學分析軟件獲取車輛性能參數，虛擬實現車輛性能的試驗系統，可完全實現 “室內虛擬試驗”，是未來虛擬樣機系統的擴展，通過連接一些控制設備，與虛擬場景相結合，可使用戶感覺到汽車的振動、側偏、側傾等運動，可以把人的主觀感受加入到評價車輛性能中來，具有很強的實際意義。隨著計算機、圖像技術、傳感器等技術的發展，汽車虛擬試驗技術具有良好的發展前景。