下载
加入VIP
  • 专属下载特权
  • 现金文档折扣购买
  • VIP免费专区
  • 千万文档免费下载

上传资料

关闭

关闭

关闭

封号提示

内容

首页 “虚实”相结合的汽车模拟驾驶器的研发

“虚实”相结合的汽车模拟驾驶器的研发.doc

“虚实”相结合的汽车模拟驾驶器的研发

烧掉的记事本
2018-04-04 0人阅读 举报 0 0 暂无简介

简介:本文档为《“虚实”相结合的汽车模拟驾驶器的研发doc》,可适用于综合领域

“虚实”相结合的汽车模拟驾驶器的研发“虚实”相结合的汽车模拟驾驶器的研发第l卷第期o~月山东交通学院JOURNALOFSHANDONGJIA(YIDNGUNIVERSITYVNoJimO"虚实''相结合的汽车模拟驾驶器的研发桑勇,刘(北京航空航天大学自动化科学与电气工程学院,北京刚,黄克正~山东大学机械工程学院,山东济南)摘要:详细阐述了基于VRML,JAVA等技术开发的"虚实"相结合的汽车模拟驾驶器的体系结构及基本原理,对其硬件设计,三维实时仿真和音频仿真的实现机理作了说明,建立了汽车的运动学模型并给出了确定任意时刻汽车所处空间位置的算法,最后用实例论证了研发成果关键词:汽车模拟驾驶器VRMLJAVA虚实结合中图分类号:U文献标识码:A文章编号:()一OO一o中国个人轿车拥有量的大幅度提高,造成汽车驾驶培训资源短期内相对紧张,导致对汽车模拟驾驶器的需求上升传统的汽车模拟驾驶器缺少真实感,造价高,不利于应用普及"虚实"相结合的汽车模拟驾驶器系统把"虚拟的三维场景"与"真实汽车"有机的结合在一起,让"真实汽车"驾驭在"虚拟的三维场景"中,并能实时反映其中的数据,做到"虚"中有"实","实"中有"虚",实现"虚","实"相映的效果,具有真实感强,可靠稳定,造价低,"零费用"培训等优点体系结构及基本原理汽车模拟驾驶器主要由硬件系统,三维实时仿真系统和信息处理系统部分组成如图所示,硬件系统包括真实汽车驾驶室(由报废汽车改装)及相应的操纵装置和传感器,数据采集卡(采集驾驶操作过程中的开关,模拟信号),服务器,投影仪,显示屏等三维实时仿真系统主要实现路标,路线,行人,障碍物等三维路况场景的生成信息处理系统完成图汽车模拟驾驶器的体系结构操作信号的采集处理,并实时计算汽车在虚拟空间的状态(空间位置,角度,速度,加速度等)汽车模拟驾驶器的基本原理是:首先,服务器通过数据采集卡采集驾驶员的当前操作,根据采集到的数据和当前汽车的运动状态来计算未来瞬间汽车的位移,速度,加速度等运动参数,并在汽车仪表盘上显示出来然后,三维虚拟场景根据未来瞬间汽车的运动参数,实时地做出相应的连续变化,通过投影仪把三维虚拟场景投影到驾驶员正前方的屏幕上,并且保证投影面积略大于驾驶员的视角面积,让驾驶员感觉到自己真正处在虚拟的三维空间中最后,信息处理系统根据驾驶员的指令,恰当地模拟汽车启动,运行,鸣笛,紧急刹车,超车等声音,并根据虚拟空间的实际车速来控制电动机从而实现汽车的轻微颠簸通过这种"虚实"结合的方式,让驾驶员在视觉,听觉,触觉上体验到最大的真实感实现机理硬件系统的实现车体可以采用报废轿车进行改造,根据操作机构特点,把操作机构划分为开关量机构和连续的模拟收稿日期作者简介:桑勇(一),男,山东泰安人,北京航空航天大学博士研究生,主要研究方向为机电波一体化第期桑勇等:"虚实"相结合的汽车模拟驾驶器的研发量机构手刹车,点火开关,挡位,离合器踏板等归为开关量机构,方向盘,油门踏板,脚刹踏板等归为模拟量机构采用路开关量和路模拟量的输入输出数据采集卡,实现数据的采集工作,并设计独立的光电隔离装置将速度表,发动机转速表,状态指示等仪表进行改装,设计相应的控制装置实时接收信息处理服务器的当前状态数据,并通过仪表实时表现出来三维实时仿真系统的设计三维虚拟场景的组成三维虚拟场景要与实际交通路况信息相符合,最大化地刻画人们现实生活的画面,主要由行驶路线,交通标志和标线,交通设施和交通背景组成行驶路线分为直线道,弯线道,爬坡道,下坡道等交通标志和标线是设置在道路上的各种提示牌,提醒牌,行驶交通标线和专门为驾驶培训与考核制作的标线等交通设施主要包括道路隔离栏,隔离带等交通背景包括道路两旁周围景物(如:花,草,树,建筑物等)和道路上过往车辆与行人构建虚拟场景所采用的技术…使用JAVA和VRML(VirtualRealityModelinglanguage,虚拟现实造型语言)两种编程语言来构建动态,连续,交互的虚拟场景JAVA是Sun公司推出的新一代面向对象程序设计语言,它是基于一些开放和流行的标准,技术和协议,比如XML,JAVA和基础设施标准H】,SLL和LDAP等VRML规范是在年月VRML结构组(VGA)决定采纳SiliconGraphics公司(SGI)的"MovingWdds"方案之后确定下来的VRML的基本元素是结点,结点是组成D场景的基本元素,大约定义了多个结点,利用这些我们可以简单,轻松地创建虚拟的三维空间虚拟场景与外部世界的连接虚拟场景与外部世界的连接是通过JAVA与VRML的通信接口来实现的JAVA程序和VRML的访问都是基于客户服务器模式(BrowserServer),JAvA和VRML提供了丰富的接口用于接收输入和与浏览器通信目前针对VRML主流编程是基于JAVA,JAVAScript,特别是JAvA语言的益成熟将为VRML实时动态交互提供良好的程序环境J采用了JAVA语言对SGI公司提供的VRML的外部API类包进行开发此包提供了基本的VRML节点的生成,获取及通信方法利用JAvAApplet可以完成仿真控制的运行,收集仿真统计数据等通常的仿真功能,还可以完成动态地添加,删除和驱动仿真实体等功能通过对VRML浏览器EAI(ExternalAuthoringInterface,外部编程接口)进行编程,允许VRML世界与他对象沟通音频仿真与车体微震动模拟音频仿真主要是模拟出环境噪声,汽车启动,运行,刹车等发出的所有声音,并实现对这些声音的混音与控制,力求达到良好的混音效果和较高的响应速度根据汽车在实际行驶过程中产生的声音类型,把声音分为单次型,单次复合型,纯循环型,循环复合型,触发型,随机型等单次型的声音只播放一次,不进行循环,如点火启动时刻的噪音等单次混合型的声音会产生音量,音频的改变,这些声音只是播放一次不进行循环,如紧急刹车,碰撞,超车哨声等纯循环型的声音,不改变音量和音频,声音播放只是周期性的循环,如汽车鸣笛声等循环复合型的声音,也是改变音频,声量,如运行过程中随发动机转速的改变引起噪声的音频和声量的改变等触发型的声音是伴随着汽车位置的改变而产生的,它与周围的环境有很大的关系,如附近汽车的鸣笛声,人群的嘈杂声等随机型声音主要指距视点较远的地方发出的,它是随机型的,声强较弱,是系统内的辅助声音,如远方的发动机声,鸟鸣声等因此现实中的各种声音和噪声,都能够在汽车模拟驾驶器中再现出来,给驾驶员听觉上的真实感汽车车体的微震动模拟实现方式是在汽车原有发动机的位置安置一个发动机,并由它带动一个起振器来模拟汽车正常驾驶时车身的振动,发动机的转速取决于挡位和油门的大小,由信息处理系统统一控制汽车空间位置的算法在实际操作汽车模拟驾驶器当中,汽车实体不运动,但它在虚拟场景中的速度大小和运动方向是时刻在变化的,并通过场景中视点的相对变化体现出来其基本运动方式主要是平面行驶和上下坡行驶山东交通学院ooff月第l卷两种,如图的,两点所示平面行驶时速度矢量可以在XOZ平面内分解为沿OX,OZ轴线方向的,l,,上下坡行驶时速度矢量则要在三坐标轴方向分解为,l,,l,汽车行驶过程中,汽车速度的变化与汽车的驱动力,滚动阻力,坡度阻力,风阻力有关l,根据汽车行驶过程中力的平衡关系,汽车行驶过程中运动学模型为J:rtt一=jd=Jo意(fFFglFr)d,=,y,z,式中t为汽车启动后行驶的时间为,y,z上的某一分速度,ntisg为重力加速度为旋转质量转换系数G为整车总重圈行驶速度分解图量FFFF分别为驱动力,滚动阻力,坡度阻力,风阻力在X,Y,Z轴上的轴向分力,J『v采用离散时间近似方法来计算汽车在任意时刻空间位置与上一时刻空间位置的关系,充分考虑到计算机的计算能力,选取合适的时间常数yO盖G盖G盖GF一F一FFw,)dt】dtFd,一FF一Fwr)dt】dtF也一F一F一F)dt】dt式中,,,为调整系数,根据上述函数关系可以编写程序,确定任意时刻汽车在世界坐标系中的具体位置和汽车行驶的当前方向开发实例O年中国汽车市场的需求量预计在万辆左右,增长幅度有望保持在,,同时还有万辆车将被淘汰这意味着一年将有O多万人取得驾照,势必造成驾校资源紧张,并且国家驾考政策将进一步提高考试难度,强化安全驾驶技能,为此,我们开发了汽车模拟驾驶器系统汽车模拟驾驶器系统某个驾驶场景如图所示,操作本汽车驾驶系统,可以模拟驾校的全部训练课程,如原地驾驶:可以实现仪表,开关的识别与使用,操作驾驶操纵装置(方向盘,离合器踏板,变速杆,油门踏板,制动踏板),发动机的启动还可以进行基础驾驶:起步,换挡,制动,转向,停车,""字型路线前进,直线与曲线穿桩,倒车入库等圈汽车行驶过程中的场景图制定了汽车模拟驾驶器系统与数据采集系统通信时共同遵守的数据传输格式,协议具体说明见表在实际的操作过程中,为了减少误操作,系统自动给出出错警告和操作步骤提示,基于操作步骤的软逻辑设计方法见图,即:要求操作者严格按照汽车驾驶步骤来操作,出现任何差错都要给出警告和提示结论汽车模拟驾驶器采用"虚实"结合的方法,实现了真车驾驶,并能在视觉,听觉,触觉上获得与实车相同的感觉具有真实感强,造价低廉,安全稳定,"零费用"培训,不受时空限制等优点,大部分的训练都可用它来代替实车进行,可以大大提高汽车驾驶培训的质量和效率目前还需要对下面两个方面作进,,,一,,,,,,,后后yZ,,,一=,,,,,,,,后后yZ,,,一第期桑勇等:"虚实"相结合的汽车模拟驾驶器的研发一步的研究:)改进空间位置算法,减少计算机工作量从而降低计算机硬件配置)该模拟驾驶器不能模拟由障碍造成的大幅度颠簸以及车体倾斜,还应该增加一个液压驱动系统来实现这个功能表通信协议数据格式的说明图基于驾驶操作的逻辑设计方法参考文献:汪兴谦VRML与JAVA编程实例讲解M北京:中国水利水电出版社,O:BOBGUSTAVSONJavaforDandVRMLwoadJEMediaPmfemional,,(O):DOBBRUIZMANTheVirtualRealityModelinglll{孵andJAVAAssociationfor~tingMachiIleryJConmamicafionsftheACM,,():TVEI'III,JKOBZA,cKOEIIJNGJAVABasedSir~,bnionfortheWorlddewa,jComlputel'spResearch,,():KRZYSZIY)FwAL(zK,WOJCIECHCEHARyXVRMLforAdvancedVirtualRealityAppucoflsCner【JIEEEc叫ter,OO,():o,蔡忠法,章安元汽车模拟驾驶模型与仿真的研究J浙江大学(工学版),OO,():RODGER,KOUICHIMATSUDAJAVA及VRML开发三雏图形M北京:电子工业出版社,:熊光楞控制系统仿真与模型处理M北京:科学出版社:钙一OntheDevelopmentofVirtualActualAutomobileDrivingSimulatorSANGYong,LIUGang,HUANGKezheng(hodA眦眦lfi,lSdmmandc由En,跏增E砸哪,萌~,hod胁抽删咖,咖,Jnan,m)Abstract:Thispaperelaboratesonthesystematicstructureandworkingprincipleofavirtualactualautomobiledrivingsim~atorwhichhasbeendevelopedbasedonVRMLandJAVAAlso,ithaspresentedtheh卸【d恤design,threedimensionsrealtimesim~ationandtherealizationmechanismofaudiosimulation,then,buihanautomobileSkinematicmodel,giventhealgorithmfordeterminingautomobileSpositioninspacetime,andfinally,testifiedthedevelopmentresulttl~nghanexampleKeywords:automobilearivingsimulatorVRMLJAVAvirtualactualassociatedesign(责任编辑:杨秀红)

用户评价(0)

关闭

新课改视野下建构高中语文教学实验成果报告(32KB)

抱歉,积分不足下载失败,请稍后再试!

提示

试读已结束,如需要继续阅读或者下载,敬请购买!

文档小程序码

使用微信“扫一扫”扫码寻找文档

1

打开微信

2

扫描小程序码

3

发布寻找信息

4

等待寻找结果

我知道了
评分:

/11

“虚实”相结合的汽车模拟驾驶器的研发

VIP

在线
客服

免费
邮箱

爱问共享资料服务号

扫描关注领取更多福利