1、引言

本文在查阅大量资料的基础上，进行了汽车虚拟试验系统的设计，并以操纵稳定性试验为例进行了开发，经实际试验与虚拟试验对比，虚拟试验比传统仿真数据处理具有更好的效果，人——车——环境融为一体，为研究车辆闭环系统提供了一个崭新的方法。下面进行详细介绍。

2、系统结构设计

汽车虚拟试验系统是一个复杂的系统，在设计时遵循先进性、开放性、可靠性等基本原则，基于面向对象的设计思想，采取层次化、模块化、标准化的设计方法，使系统在保持功能实现的前提下，达到结构的合理化。

汽车虚拟试验系统主要由输入模块、虚拟试验模块以及输出模块三部分组成，如图1所示。把汽车模型导入到虚拟环境中，根据用户的输入控制命令，对汽车模型进行运动学、动力学分析，利用分析数据在虚拟场景中“虚拟再现汽车试验过程”，用户通过各种传感器感受并体验该车的性能，得出性能的评价，根据评价进行修改模型参数，该过程可不断重复，进行汽车参数的修改，直至汽车获得最优性能。下面对其进行简单描述。

1. 输入模块：主要是提供车辆、地面参数化模型等信息的输入，在该模块中，也可输入实车试验的数据，用于与虚拟试验比较。

2. 虚拟试验模块：主要由动力学分析模块，接口模块以及虚拟试验运行模块，动力学分析模块主要是根据车辆的参数化模型、驾驶员的行为实时计算车辆的性能参数，为虚拟试验模块提供仿真数据，虚拟试验运行模块主要是为用户提供逼真的虚拟试验环境，实现虚拟车辆在试验过程中的各种状态变化并将该信息反馈给用户。接口模块将车辆实时仿真运算部分、虚拟运行环境部分、传感器等接口设备以及用户有机连接成一体。

3. 性能评价模块：在该模块中，用户综合考虑不同工况下虚拟试验的各种感觉体验，对车辆的性能进行评价，根据评价结果修改车辆模型的参数，进行优化设计。该方法突破了以往评价标准难以建立、指标很难确定、可视化差等不足。在该模块中，也可对虚拟试验与实车试验的进行对比，根据差别对车辆模型进行修正。

3、虚拟试验系统的开发实例

作者以操纵稳定性的虚拟试验为例进行了开发。首先利用ADAMS/Car软件建立汽车的数字化虚拟样机，并对其进行了操纵稳定性仿真分析，虚拟试验环境采用WTK（WorldToolKit）以及Visual C++实现，虚拟仪表部分采用NI公司的ComponentWorks组件实现。把动力学分析的仿真数据传送到虚拟环境中来形象、逼真的实现试验，通过虚拟仪表来准确的显示数据的变化情况。采用人机交互技术，使用户不仅有视觉感官上的体验，还可以通过AGC---Viewer G立体观测系统，沉浸到虚拟试验环境中，真正体验汽车性能，从而进行汽车性能评价。

下面以车辆的操纵稳定性闭环试验中的单移线试验为例进行说明，利用ADAMS/Car，作者建立了某汽车的数字化模型，并根据单移线试验方法（如轨迹、速度等）设计了控制文件，在车辆动力学仿真过程中，该文件控制车辆使其沿着规定的路线行驶，然后从仿真分析结果中提取操纵稳定性的主要特征参数（如方向盘转角、横摆角速度，侧倾角和侧向加速度等）的数据，配合单移线试验的场景来动态观察车辆本身以及参数的变化。为使用户精确的知道汽车运动过程中的具体参数变化，增加了虚拟仪表的功能，利用虚拟仪表来配合虚拟场景，动态显示汽车在仿真过程中各个参数的变化。为更加逼真的实现场景的沉浸感，开发了双视口的立体场景显示效果，通过AGC--ViewerG立体观测系统，可沉浸在虚拟的试验场景中，感觉、体验试验过程。图2为动力学仿真分析结果（速度为100km/h），图3为虚拟单移线试验过程中的仿真场景与虚拟仪表变化。

（a） 侧偏位移变化

（b）方向盘转角、横摆角速度、侧向加速度的变化

图2 单移线试验主要参数的变化轨迹

图3 虚拟单移线试验过程中的仿真场景与虚拟仪表变化

4、小结

随着虚拟样机以及虚拟现实技术在汽车行业的应用与发展，在汽车的设计与试验研究方面取的了很大的发展。采用多体系统动力学分析软件获取车辆性能参数，虚拟实现车辆性能的试验系统，可完全实现 “室内虚拟试验”，是未来虚拟样机系统的扩展，通过连接一些控制设备，与虚拟场景相结合，可使用户感觉到汽车的振动、侧偏、侧倾等运动，可以把人的主观感受加入到评价车辆性能中来，具有很强的实际意义。随着计算机、图像技术、传感器等技术的发展，汽车虚拟试验技术具有良好的发展前景。