[发明专利]一种多维可调汽车转向操纵模拟与测试系统的视景控制方法

摘要

本发明公开了一种多维可调汽车转向操纵模拟与测试系统的视景控制方法，系统组成包括：模拟驾驶台架，为模拟转向操纵提供布局可调的硬件平台，并模拟汽车驾驶路感，为转向操纵提供实时可调力反馈；数据采集与控制系统，实时采集转向盘转角、转矩信号，并输出电机控制信号；上位机系统，同数据采集与控制系统进行实时通讯，并通过显示设备为模拟转向操纵提供三维虚拟视景。本发明通过集成软、硬件系统，同步模拟真实汽车转向盘的路感以及实车驾驶的视觉场景，并实现硬件布局、力反馈、驾驶视景等影响转向操纵感受的多维实验条件可调，为转向操纵模拟实验研究提供实验平台。

主权项

一种多维可调汽车转向操纵模拟与测试系统的视景控制方法，所述多维可调汽车转向操纵模拟与测试系统包括：模拟驾驶台架、数据采集与控制系统、上位机系统；所述模拟驾驶台架包括：由水平板和倾斜板构成的“L”型底座(1)、汽车座椅(2)、踏板(3)、转向器支架(4)和转向器，其中，所述转向器由路感电机(5)、双膜片联轴器(6)、转向柱(7)及转向盘(8)依次连接而成；所述数据采集与控制系统包括：角度编码器(9)、扭矩传感器(10)、直流电机驱动模块及其相连的多功能数据采集卡(11)；所述上位机系统包括：计算机主机(12)和显示设备(13)；所述显示设备(13)用于实时显示汽车驾驶的虚拟场景；在所述“L”型底座(1)的水平板的末端设置有可调汽车座椅(2)；在所述可调汽车座椅(2)的前方设置有踏板(3)；在所述“L”型底座(1)的倾斜板顶部设置有转向器支架(4)；在所述转向器支架(4)上设置有所述转向器；在所述路感电机(5)上设置有角度编码器(9)；在转向柱(7)和转向盘(8)之间设置有所述扭矩传感器(10)；在所述“L”型底座(1)的前方设置有所述上位机系统；由所述角度编码器(9)获取所述转向盘(8)的转角信号，并通过所述多功能数据采集卡(11)传递给所述计算机主机(12)用于更新所述虚拟场景中汽车的横摆角速度；由所述计算机主机(12)根据所接收到的转角信号判断控制逻辑后，通过所述多功能数据采集卡(11)输出相应的驱动信号给所述直流电机驱动模块，用于驱动所述路感电机(5)；由所述扭矩传感器(10)获取所述转向盘(8)的转矩，即所述路感电机(5)的输出转矩，并通过所述多功能数据采集卡(11)传递给所述计算机主机(12)进行存储；从而完成汽车转向操纵的模拟与测试；其特征是，所述视景控制方法按如下步骤进行：步骤1、利用式(1)设置虚拟场景与实物之间的比例值λ，从而构建汽车驾驶的虚拟场景：$\mathrm{\λ}=\frac{W^{\′}}{W}=\frac{w^{\′}}{w}=\frac{{v_x}^{\′}}{v_x}---\left(1\right)$式(1)中，W表示实际车道宽度，W'表示虚拟车道宽度，w为实车宽度，w'为汽车模型宽度，v_x为实车车速，v'_x为模拟车速；步骤2、利用式(2)所示的二自由度车辆动力学模型，获得实车质心的侧向速度v和横摆角速度r：$\left[\begin{array}{c}\stackrel{\·}{v}\\ \stackrel{\·}{r}\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cc}-\frac{1}{m}\left(\frac{2C_f+2C_r}{v_x}\right)& -\frac{1}{m}(\frac{2l_f{C}_f-2l_r{C}_r}{v_x}+{\mathrm{mv}}_x)\\ -\frac{1}{I_z}\left(\frac{2l_f{C}_f-2l_r{C}_r}{v_x}\right)& -\frac{1}{I_z}\left(\frac{2{l_f}^2{C}_f+2{l_r}^2{C}_r}{v_x}\right)\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}v\\ r\end{array}\right]+\left[\begin{array}{c}\frac{2C_f}{m}\\ \frac{2l_f{C}_f}{I_z}\end{array}\right]\frac{\mathrm{\θ}}{\mathrm{\γ}}---\left(2\right)$式(2)中，m为实车质量，v_x为实车的实时车速，θ为实车的转向盘转角，C_f、C_r分别为实车前、后轮的线性侧偏刚度，l_f、l_r分别为实车质心至前、后轴的距离，I_z为实车绕竖直轴的转动惯量，γ为实车转向系统传动比，分