[發明專利]一種汽車ABS虛擬現實仿真系統

有效

• 申請號: 201110349210.8
• 申請日: 2011-11-08
• 公開（公告）號: CN102426425A
• 公開（公告）日: 2012-04-25
• 發明（設計）人: 李紅波;吳渝;張寅奇;薛亮;李銀國
• 申請（專利權）人: 重慶郵電大學
• 主分類號: G05B17/02
• 分類號: G05B17/02
• 代理公司: 重慶市恒信知識產權代理有限公司 50102
• 代理人: 劉小紅

技術領域

?本發明涉及汽車控制系統，尤其涉及一種汽車虛擬現實仿真系統。

背景技術

虛擬現實技術(Virtual?Reality，簡稱VR)，自1962年Moton?Heilig發明實感全景仿真機開始，受到極大的關注，并很快應用于傳統制造業，為產品研發、設計、制造及性能測試提供了一種全新的解決方法，極大提高產品開發效率、縮短開發周期、降低開發費用，避免開發實際產品所帶來的風險。目前在國外，虛擬現實技術已經在汽車工業領域得到了廣泛的應用。

汽車ABS作為車輛高速行駛狀態下制動以及緊急制動時保證車輛穩定性和安全性最重要的裝置，其功能的試驗必須要經過實車道路測試，但是實車道路測試需要前期大量的準備工作，對場地條件及試驗設備要求很高，資金投入大，要求試驗人員具備豐富的經驗，而且由于一次試驗成本太高也不可能反復多次進行試驗。基于此，在ABS實車試驗之前，能夠用計算機模擬仿真的方法來檢測ABS的工作情況，盡可能提前排除隱患完善功能設計就十分必要。傳統的模擬仿真方法是借助MATLAB/SIMULINK等工具進行數值模擬，輸入車輛參數以及路況等環境參數，測試結果以參數曲線的形式表現，對于一般的工程技術人員以及高級技師來說不夠直觀，也更難于理解，仿真效果交互性不夠強，因此，借助計算機設計出與真實車輛一樣的三維實體車輛模型，并將計算結果通過動畫展現出來，人們就可以利用感性經驗從整體上去分析車輛ABS的工作性能。

申請號為200710069926.6的發明專利申請“面向訓練的汽車駕駛模擬機實現方法”?屬于虛擬現實技術在虛擬駕駛中的應用，沒有對現實汽車中的實際行駛狀態進行模擬，不適用ABS性能試驗。宋昱在其碩士學位論文“車輛防抱死系統控制策略與仿真”中完成了一種ABS硬件在環仿真方案，使用VRML虛擬現實建模語言建立汽車虛擬試驗場景，借助Matlab虛擬現實工具箱將虛擬場景和其仿真平臺進行數據通信，能夠進行虛擬演示，但其缺陷在于：VRML文件需要VRML瀏覽器解釋執行，復雜的三維模型將降低瀏覽器速度，因此不能使用精細復雜的三維模型，削弱了虛擬現實技術真實感的特性，使用的VRML瀏覽器并非主流瀏覽器，系統可移植性弱；虛擬試驗場景與仿真平臺耦合太強，虛擬現實在該ABS硬件在環仿真方案中成為了一種輔助的展現手段，并沒有形成一套功能完備的汽車ABS虛擬現實仿真系統。

發明內容

針對現有技術存在的上述缺陷，本發明所要解決的技術問題是：設計一種完備的汽車ABS虛擬現實仿真系統，完成ABS性能測試，將ABS仿真過程可視化，同時又能將重要的參數的仿真數據繪制成曲線并保存在文本中，為ABS制動性能的評價提供可靠的判斷依據。

本發明解決上述技術問題的技術方案是：設計一種汽車ABS虛擬現實仿真系統，該系統包括虛擬仿真系統、ABS仿真臺架和模型資源。

ABS仿真臺架完成仿真數據的采集，并將仿真數據和控制信號上傳虛擬仿真系統；虛擬仿真系統加載模型資源建立虛擬汽車和模擬試驗道路，設置通信方式。

虛擬仿真系統中汽車功能模塊讀取全局變量值，根據全局變量值計算世界坐標系下各個坐標軸方向車身的平動速度和位移，以及在車身局部坐標系下繞各個坐標軸的旋轉角速度和角位移、車輪角速度和角位移，根據車身的平動位移、角位移移動和旋轉虛擬汽車，根據車輪角速度使車輪繞汽車滾動軸滾動，根據方向盤轉角值使轉向輪繞轉向軸轉動；虛擬仿真系統中仿真界面展現模塊根據虛擬汽車的上述狀態繪制仿真曲線；虛擬仿真系統建立虛擬攝像機獲取虛擬汽車位置，根據虛擬汽車位置、虛擬攝像機向量建立虛擬攝像機觀察矩陣，根據攝像機觀察矩陣通過3D圖形引擎進行取景變化，繪制流水線對虛擬汽車運行狀態進行渲染。

虛擬仿真系統中汽車功能模塊讀取全局變量值，根據全局變量值的計算方法具體包括：如果收到油門信號，則計算車輪驅動力矩；如果收到制動信號，則計算車輪制動力矩；根據虛擬仿真系統中汽車功能模塊定義的車輛質量和路面摩擦系數計算路面提供的橫向摩擦力和縱向摩擦力；根據車輪所受橫向摩擦力、縱向摩擦力、驅動力矩或制動力矩以及車速、輪速、方向盤轉角值，計算虛擬汽車在世界坐標系下各個坐標軸方向的平動速度和位移以及在車身局部坐標系下繞各個坐標軸的旋轉角速度和角位移，根據車輪所受縱向摩擦力、驅動力矩或者制動力矩計算出車輪角速度和角位移。

虛擬攝像機向量包括：虛擬攝像機的位置向量、虛擬攝像機的觀察向量、虛擬攝像機的右向量、虛擬攝像機的上向量。建立虛擬攝像機觀察矩陣具體包括：