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六自由度车辆模拟器运动模拟原理解析
发布时间:2021-11-09 09:49

  六自由度平台具有刚度好、定位精度高、承载能力大的特点,已广泛应用于车辆运动模拟中。高频振动由抖振座椅实现,座椅激振器采用液压例服激振器,车辆模拟器运动模拟原理如图所示,共分为个环节:路面和地形建模;车辆实时动力学模型;参数滤波分解;动感模拟算法;六自由度平台运动变换及运动学反解;六自由度平台和抖振座椅运动实现。

  1、路面和地形建模,车辆是在路面(地面)上运动的,路面不但是乘员视觉观察的主要对象,同时也是车辆运动最主要的外界激励,车辆实时动力学模块釆用三维虚拟路面和地形模型,因此路面和地面模型能否真实反映出路面的特性是车辆模拟器视景模拟、动力学模型研究、运动和振动模拟、方向盘路感反馈模拟、噪声模拟准确性的前提。

  2、车辆实时动力学模型,车辆实时动力学模型根据路面模型、驾驶员操纵输入信号(如转向盘转角、油门踏板转角、制动踏板转角等)进行车辆状态的实时解算,得到车辆的运动学、动力学参数,如速度、加速度、角速度、角加速度、车辆悬架状态、转向盘反馈力等。车辆实时动力学模型在满足实时性的同时应尽可能的提高解算的精确性,视景系统、声效模拟系统、操纵模拟系统、触感反馈系统、仪器仪表模拟系统都要从车辆动力学模型中获取数据,车辆实时动力学模型是车辆模拟器的核心。

  3、参数滤波分解,由于车辆高、低频运动分别由六自由度平台和抖振座椅模拟,因此必须将车辆实时动力学解算出来的参数在车辆坐标系的垂向进行高低频分解。

  4、动感模拟算法,由于六自由度平台运动空间的限制,使其不能完全模拟车辆的运动,必须使用动感模拟算法,又称动感模拟算法(,将车辆的运动学参数(加速度、角速度)进行滤波、限幅等一系列处理。即使车辆动力学模型解算出的数据再准确,如果动感模拟算法处理不当,会使得六自由度平台的运动和期望的的运动相差很大,甚至形成的错误的运动暗示,造成模拟器疾病和不适,达不到模拟的效果,因此,动感模拟算法是运动模拟的关键。

  5、平台运动变换及运动学反解,由于动感模拟算法的输入可以是车辆质心的运动学参数,也可以是车辆上其它点的运动学参数,因此必须依据车辆、模拟器座舱、平台三者之间的关系进行运动变换,然后求取平台的运动学反解,得到六个液压分支的伸长量,平台运动变换及运动学反解是平台运动控制的输入参照条件。

  6、六自由度平台和抖振座椅运动实现,平台的软件硬件系统根据六个液压缸的伸长量,控制液压缸的运动,进而得到上平台的运动,抖振座椅实现车辆垂向高频运动,车辆乘员感受模拟座枪及座椅的运动,实现车辆运动的模拟,六自由度平台和抖振座椅运动实现是车辆模拟器运动模拟的保障。

  上述六个环节环环相扣、缺一不可,各环节相互协同完成车辆运动的模拟。才能模拟车辆真实运行工况下车辆乘员体验到的运动振动感觉、视觉、听觉、触觉等外部刺激,营造一个逼真的、沉浸感强的模拟环境。

关键词: 六自由度车辆模拟器,运动模拟原理
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