一、引言 虛擬樣機技......



一、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
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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
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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。
二、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。

三、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。

（a）側偏位移變化
（b）方向盤轉角、橫擺角速度、側向加速度的變化
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。
四、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。