基于虚拟样机的电传动履带车辆性能仿真

建立和分析履带车辆动力学数学模型;应用多体动力学软件RecurDyn建立履带车辆动力学模型及地面模型,通过MATLAB/Simulink建立驱动电机控制系统模型,联合动力学模型与控制系统模型构建完整的整车虚拟样机;利用该虚拟样机对整丰的运动学及动力学分析,并与实车试验数据对比,验证了整车虚拟样机模型仿真的正确性,为电传动履带车辆的研发提供了新的试验方法.     

全虚拟无人车辆自主导航仿真系统的研究与实现

以履带式车辆为研究对象，建立了相应的车辆运动学模型和动力学模型，并采用虚拟现实技术，用一辆虚拟车辆在虚拟环境中的驾驶性能仿真了无人车辆在实际环境中的驾驶性能，使操作者能身临其境地观察到无人车辆的各种运动状态。该系统逼真、形象，可以方便地进行诸如路径规划和路径跟踪等各种高层智能操作的仿真，并可以对操作结果做出评价。     

某型履带式自行火炮直线行驶性能仿真研究

采用计算机仿真技术,建立某型履带车辆的虚拟样机,对履带车辆的直线行驶性能进行了仿真研究。首先利用ADAMS仿真软件建立其虚拟样机,并通过与设计数据比较对样机进行初步验证;然后通过行驶仿真试验测得行驶阻力系数,同时得到了车速与路面条件对履带车辆行驶性能的影响规律,确定了履带车辆在各种路面行驶的合理车速;最后,以履带车辆通过2.5m宽壕沟为例,研究了履带车辆在克服各种障碍时的动力学性能。结果表明,应用履带车辆虚拟样机,履带车辆行驶过程中的动力学性能可以得到很好的预测。     

面向CAD组件模型的多体系统虚拟原型实现技术研究

针对虚拟样机意义下的机械多体系统性能分析,研究开发了面向CAD集成建模与多体动力学仿真的虚拟原型D3MECHS.对比国产三维CAXA-CAD和SolidWorks-CAD,研究了直接从产品虚拟原型中的零件设计模型和装配模型获取多体系统物理性能属性和多体系统空间拓扑结构的理论和方法,提出工程分析模型EAM和CAD-OpenGL虚拟原型可视化和动态仿真算法,提出并实现完整的面向对象机械虚拟原型仿真框架.通过多体手册算例检验,表明D3MECHS实现方案的可行性.     

基于疲劳孕育过程的闭环驾驶系统特性研究

为了揭示驾驶动作、车辆行驶状态与驾驶员疲劳孕育过程之间的联系,为驾驶员疲劳早期预警提供理论依据,构建了一套涵盖驾驶员疲劳孕育过程的驾驶员模型。采用预瞄—跟随理论推导出预瞄神经网络权值的解析表达,得出神经网络权值仅与车辆本身的动力学参数有关而与驾驶路径无关的结论。利用人体疲劳特征符合Sigmoid函数的高低增益区的数学特性推导出了驾驶员神经反应时间、动作反应时间与疲劳度之间的定量关系。以双移线、垂直弯道两种路况为例,对疲劳孕育过程中驾驶员操作动作及车辆行驶状态变化进行仿真,结果显示与已有的试验研究结论相符,从而证明提出模型的正确性。     

虚拟公路上过往车辆产生及其行驶行为控制研究

提出新的控制过往车辆的跟车、超车、换车道和无障碍行驶行为的算法,该算法是通过感知车道线的位置和类型、过往车辆相对于周围车辆安全性距离及其变化、周围车辆灯光与喇叭声信号以及应用交通规则来控制过往车辆的行驶行为;提出一种自动选择过往车辆在虚拟公路上合适的初始位置的算法,这种选择受到虚拟公路上其它车辆的位置、主车驾驶员的视觉、主车的行驶方向和道路的单向通行性的约束。这些算法在我们所研制的智能化高速公路驾驶仿真虚拟环境建模器IVEHMDS中进行了实验,实验结果表明这些算法是有效的和具有良好的实时性。     

基于虚拟样机技术的舵系统动力学仿真研究

针对某型导弹舵系统研制过程中的技术难题,提出利用机械动力学分析软件ADAMS和控制系统仿真软件MATLAB联合建立舵系统动力学虚拟样机模型的方法,使用地面物理试验数据校正了该虚拟样机模型,通过大量的虚拟试验预估了复杂环境下舵系统的展开性能、锁紧性能以及操纵稳定性能,获得了较为完整的虚拟试验数据,为该舵系统设计提供了一定的基础技术支持。     

驾驶员状态模型研究

驾驶行为研究对新型车辆研发和提高交通系统智能性、安全性具有重要意义,建模与仿真技术是驾驶行为研究的主要方法。为提高驾驶行为建模与仿真的可信度,根据认知科学的研究成果,提出了基于驾驶员状态的驾驶行为模型。选择的驾驶员状态变量包括:视觉特性、注意力、疲劳程度、决策效率、风险态度和操纵时延。在驾驶行为机制的基础上,分析了影响驾驶员状态的外部环境和内部因素。根据已有的驾驶模拟器操纵数据和驾驶员生理心理数据,使用BP神经网络标定驾驶员状态模型中的参数,建立了驾驶员状态模型。通过仿真实验,验证了驾驶员状态模型的可信性,使驾驶行为模型的输出更加真实。     

机械系统的刚-柔耦合模型建模方法研究

为了实现虚拟样机的精确建模,采用了虚实混合建模方法。使用机械系统三维造型软件、有限元分析软件以及多体系统动力学仿真软件建立了曲柄滑块机构刚-柔耦合虚拟样机模型。结合相应的物理样机实验,并用有关实验数据修正虚拟样机模型,分析结果表明采用虚拟样机得出的结果与实验测试结果具有较好的一致性。为机械系统刚-柔耦合混合仿真虚拟模型的构建,探索了一种可行的方法。     

动态载荷作用下半刚性沥青路面动力响应分析

基于功能化虚拟样机和有限元技术,提出一种精确车辆动态载荷作用下半刚性沥青路面响应的分析方法,可实现轮胎动、静载荷在半刚性沥青路面上的精确加载,从而准确预测路面疲劳寿命。基于车辆动力学原理,在ADAMS平台构建重型货车-路面高精度虚拟样机模型,通过实车平顺性实验验证其正确性;在B级路面输入下,通过仿真获得各轴动载荷变化规律;基于弹性层状体系理论构建半刚性沥青路面的3-D粘弹性有限元模型,在同时考虑车辆载荷动态性、移动性及轮胎矩形印迹的基础上,分别分析单、双轮载荷作用下的路面响应。仿真表明水平应力的交变变化是半刚性沥青路面破坏的主要因素,而且所研究重型货车的后轴双轮造成的路面疲劳断裂破坏比前轴单轮增加了192%。     

复杂装备维修训练通用仿真系统

提出了一个用于复杂装备维修训练的桌面虚拟系统,可以练习某些特定组件的维修拆卸.利用动态链接库实现了系统模块化的软件体系结构,保证了数据的封装和模块化.通过用户化过程设置了用于拆卸顺序规划和VR环境3D模型的数据库,在友好的用户界面的引导之下,用户通过在虚拟环境中的漫游和实时更新的维修信息的帮助下了解全部维修过程.系统能够在生成合理的拆卸顺序和确定配件方面提供智能辅助,而且原型系统提供了针对CAD模型文件的数据接口,系统可以被看作是一个"外壳".通过用户化工作将3D模型转化成系统可以接受的VRML格式,这样就可以非常容易地针对不同的维修任务建立虚拟环境.与沉浸式和增强型VR系统相比,这套桌面VR原型系统的硬件需求不会使训练任务局限于某个训练房间或特定的使用者.对于维修训练来说是一个便携、经济的解决方案.     

航空发动机半物理仿真试车系统的设计研究

针对研发中航空发动机试车具有危险度高、操作难度大等问题,应用增强现实技术,设计了集试车操作培训、试车过程分析和典型性能故障模拟等功能于一体的半物理仿真试车系统。在分析发动机模型响应快速、计算准确和对人的操作高度仿真等特点的基础上,系统介绍了异地分布式仿真系统架构设计、发动机系统计算模型可视化和三维视景系统试车数据3D实时可视化等关键问题的研究和实现方法,为其他领域中数字化生产提供了理论和方法基础。     

虚拟现实在坦克机动性虚拟试验中的应用技术研究

长久以来坦克的实地试验耗费人力物力巨大,虚拟试验的引入解决了这个问题。主要研究了虚拟环境中军用车辆特别是坦克机动性虚拟试验时动力学模型的建立,建立了虚拟环境下坦克的实时动力学模型,并且描述了整个虚拟试验视景仿真系统的组成及其实现过程,通过对模型的实际检验说明坦克机动性虚拟试验可以很好的模拟坦克的实地机动性试验。     

电动汽车无刷直流电机驱动系统实时仿真

在设计开发电动汽车的过程中，采用实时数字仿真可实现并行工程，缩短开发时间，节约开发费用。基于方框图建模工具Simulink建立无刷直流电机驱动系统模型，采用dSPACE实时仿真环境自动生成控制器及被控对象模型实时代码。实时仿真系统具有与实际系统的硬件接口，可以与实际控制器或电机系统直接相连，构成硬件在回路仿真测试或快速控制原型系统。实时仿真与真实系统实验结果表明，实时仿真器与实际系统的响应特性无明显差别，在开发和测试阶段可以代替实际电机系统进行实时闭环测试。     

基于Unity3D的水下机器人半实物仿真系统

基于Unity3D研制了一种由地面控制终端、机器人本体和三维仿真系统3部分组成的水下机器人半实物仿真系统,为水下机器人开发过程中的性能测试、控制算法分析和人员操作培训提供了仿真和测试平台。该系统采用同一地面控制终端作为三维仿真系统和机器人控制系统的统一指令输入源,以实现虚拟对象和机器人本体的同步工作,可对系统进行实时监测、调参。采用多目视觉技术对机器人位置采集,对传感器数据进行卡尔曼滤波处理。机器人运动仿真试验结果表明,机器人实际运动路径和仿真规划路径基本相同,该系统动态响应性和控制系统同步性较好。     

虚拟座舱实时视景仿真系统的设计与实现

本文首先阐述了虚拟现实技术在虚拟座舱视景仿真领域的应用，并通过三维可视数据库对物体及地形场景进行了建模，然后利用实时开发应用程序对场景动画进行驱动，最后实现了虚拟座舱的实时视景仿真系统。该系统可以完全满足虚拟座舱实时性的要求，为研究座舱仿真系统的视景实时生成问题提出了新的解决方案。     

电传动履带车辆驱动系统建模与转向特性研究

为准确分析某电传动履带车辆转向特性，运用现代设计理论与方法—协同仿真与虚拟样机技术，借助动力学分析软件RecurDyn／Track—HM和控制系统分析软件Matlab／Simulink仿真平台，建立了整车行动部分三维多体动力学模型和控制系统模型。以不同车速υ、不同转向半径R下的转向特性为例，对其进行了理论分析与协同仿真分析，并通过与理论计算和试验结果对比验证了模型的正确性。该方法对深入了解整车的转向特性以及试验调试策略具有重要指导意义，可进一步缩短研制周期，降低研究成本，同时为履带车辆电驱动系统动态特性的深入研究提供了一条新的思路。     

液压设备虚拟样机设计平台研究

分析虚拟样机技术在液压设备设计中应用的可行性,开发出基于SolidEdge、Ansys、Matlab、Access等功能软件,能完成元件选型、二维系统原理图和工程图、三维模型图设计、辅助装配、性能仿真、三维虚拟产品网络发布等功能的液压设备虚拟样机设计平台软件,并将其应用于攀枝花钢铁集团公司液压中心柱塞式伺服液压缸试验系统设计,结果表明该平台软件能有效缩短开发周期、提高设计质量。     

虚拟自主汽车智能驾驶行为模型的研究及实现

通过对智能驾驶行为的特点分析，提出了一种更符合实际情况的虚拟自主汽车智能驾驶行为模型。将复杂的驾驶行为分为五个单元，即感知单元、情感单元、碰撞避免单元、决策单元和操作单元，每个单元都代表一定驾驶行为，考虑了人的性格、心情、驾驶经验和驾驶技能等因素，并各自有其模糊变量和模糊规则。另外，该模型将自主汽车的3D模型与驾驶行为模型分开，使其更具通用性。并基于此模型，利用EON Reality^TM虚拟现实软件开发了一部具有激进型驾驶行为的虚拟自主汽车。应用结果表明：该模型通用、有效，为模拟驾驶器提供更加丰富、完善的虚拟交通场景，同时也可为无人驾驶汽车提供智能行为模型，尤其是碰撞避免单元的增加为汽车安全驾驶提供了有效的预警模型。