【技术实现步骤摘要】
一种基于驾驶操作数据实时采集的车辆运行仿真计算系统
本专利技术属于车辆与道路交通安全领域，涉及一种车辆运行仿真系统，具体涉及一种基于驾驶操作数据实时采集的仿真车辆运行计算系统。
技术介绍
驾驶操作数据实时采集技术和车辆动态实时仿真技术是车辆运行仿真系统仿真实时性、高效性与精确性的基础。基于实时操作数据采集的车辆运行仿真系统现阶段已经普遍应用于驾驶培训、新车型开发、道路交通安全仿真等各型驾驶模拟器中。目前厂商采用的数据采集卡大多针对于单一某一方面的信号数据采集，很少有公司能够提供软硬件相结合且专门用于汽车驾驶操作数据实时采集的数据采集卡，同时数据采集卡所使用的数据采集系统成本高昂，使一部分科研团体或个人难以接受。虽然基于单片机的数据采集系统成本相对前者较低，但存在开发周期长、储存用量有限、不利于用户对数据进行整体分析等缺点。汽车驾驶模拟器中开发型汽车驾驶模拟器主要服务于车企与研究机构，仿真度较高但价格高昂，而价格相对低廉的训练型汽车驾驶模拟器主要服务于驾驶操作培训及安全教育，仿真度难以达到科研技术要求。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种基于驾驶操作数据实时采集的车辆运行仿真计算系统及实现方法，解决了现有的汽车驾驶操作数据实时采集存在数据单一、成本高的缺陷。为了达到上述目的，本专利技术采用的技术方案是：本专利技术提供的一种基于驾驶操作数据实时采集的车辆运行仿真计算系统，该车辆运行仿真计算系统的输入端连接LogitechG29驾驶模拟器；其中，该车辆运行仿真计算系统包括数据实时采集与存储子系统、车辆动力学实时解算子系统、系统仿真逻辑控制子系统和车辆运行参数...
【技术保护点】
1.一种基于驾驶操作数据实时采集的车辆运行仿真计算系统，其特征在于，该车辆运行仿真计算系统的输入端连接Logitech G29驾驶模拟器；其中，该车辆运行仿真计算系统包括数据实时采集与存储子系统、车辆动力学实时解算子系统、系统仿真逻辑控制子系统和车辆运行参数动态输出子系统，其中，驾驶操作数据实时采集与存储子系统用于采集Logitech G29驾驶模拟器中各项模拟操作数据信息，并把采集到的数据信息传输到车辆动力学实时解算子系统；车辆动力学实时解算子系统用于实时计算出仿真过程中车辆运行的各项运动参数，并把计算所的数据信息传输到系统仿真逻辑控制子系统；系统仿真逻辑控制子系统用于将接收到的数据进行仿真模拟，并将模拟所得的数据信息传输到车辆运行参数动态输出子系统；车辆运行参数动态输出子系统用于将仿真过程中驾驶操作数据及车辆运行状态参数进行实时输出显示、保存与动态示意图。
【技术特征摘要】
1.一种基于驾驶操作数据实时采集的车辆运行仿真计算系统，其特征在于，该车辆运行仿真计算系统的输入端连接LogitechG29驾驶模拟器；其中，该车辆运行仿真计算系统包括数据实时采集与存储子系统、车辆动力学实时解算子系统、系统仿真逻辑控制子系统和车辆运行参数动态输出子系统，其中，驾驶操作数据实时采集与存储子系统用于采集LogitechG29驾驶模拟器中各项模拟操作数据信息，并把采集到的数据信息传输到车辆动力学实时解算子系统；车辆动力学实时解算子系统用于实时计算出仿真过程中车辆运行的各项运动参数，并把计算所的数据信息传输到系统仿真逻辑控制子系统；系统仿真逻辑控制子系统用于将接收到的数据进行仿真模拟，并将模拟所得的数据信息传输到车辆运行参数动态输出子系统；车辆运行参数动态输出子系统用于将仿真过程中驾驶操作数据及车辆运行状态参数进行实时输出显示、保存与动态示意图。2.根据权利要求1所述的一种基于驾驶操作数据实时采集的车辆运行仿真计算系统，其特征在于，驾驶操作数据实时采集与存储子系统包括驾驶操作数据实时采集与预处理模块和驾驶操作数据管理模块，其中，驾驶操作数据实时采集与预处理模块用于采集LogitechG29驾驶模拟器中的数据信息，并把采集到的数据进行预处理，之后传输到驾驶操作数据管理模块，驾驶操作数据管理模块将接收到的数据进行实时输出显示、保存及绘制曲线。3.根据权利要求1所述的一种基于驾驶操作数据实时采集的车辆运行仿真计算系统，其特征在于，LogitechG29驾驶模拟器通过USB连接计算机，计算机通过DirectXSDK的DirectInput组件与该车辆运行仿真计算系统连接。4.根据权利要求1所述的一种基于驾驶操作数据实时采集的车辆运行仿真计算系统，其特征在于，驾驶操作数据实时采集与预处理模块用于采集LogitechG29驾驶模拟器中的方向盘转角、制动踏板行程、油门踏板行程、离合器踏板行程、档位操纵杆以及点火开关状态，并对采集到的数据进行中值滤波预处理，得到转向盘转角、转向盘角速度、转向盘角加速度、加速踏板位移、加速踏板线速度、加速踏板线加速度、离合踏板位移、离合踏板线速度、离合踏板线加速度、制动踏板位移、制动踏板线速度和制动踏板线加速度。5.根据权利要求1所述的一种基于驾驶操作数据实时采集的车辆运行仿真计算系统，其特征在于，车辆动力学实时解算子系统包括转向系模块、发动机模块、传动系模块、制动系模块、悬架模块、车身模块和轮胎地面力学模型解算模块，其中，转向系模块用于通过所建立的转向系模型将采集到的驾驶模拟器的转向盘角位移参数θ转化为实际仿真车辆的前轮转角参数δ，具体地，所建立的转向系模型的数学表达式为式(1)：δ＝θ/is0(1)其中，δ为前轮转角参数，deg；θ为方向盘角位移参数，deg；is0为转向系总角传动比；发动机模块用于通过所建立的连续油门开度发动机扭矩输出计算模型将采集到的驾驶模拟器油门踏板行程x和点火开关状态转化为发动机的输出扭矩Te1并将其传递到传动系，建立的连续油门开度发动机扭矩输出计算模型的数学表达式为式(6)：Te1＝156.7+0.06323n-(9.227e-06)n2-(7.013e-11)n3(6)其中，Te1为发动机输出扭矩，N·m；n为发动机转速，r/min；传动系模块用于根据采集到的驾驶模拟器离合踏板行程Lclu、挡位信息及发动机输出扭矩Te1，通过所建立的传动系扭矩输出计算模型，得到输入到仿真车辆驱动轮的扭矩；其中，传动系扭矩输出计算模型的数学函数如式(9)：Treout＝TGeoutgiRegieRe(9)其中，Treout为传动系扭矩，N·m；iRe为主减速器传动比；ieRe为主减速器传动效率；TGeout为变速器输出扭矩；制动系模块用于根据采集到的驾驶模拟器制动踏板行程Lblu，通过所建立的制动系制动力矩计算模型，得到作用于仿真车辆各车轮的制动器制动力矩；其中，制动系制动力矩计算模型的数学表达式：Tfbout＝Tboutgβ(11)Trbout＝Tboutg(1-β)(12)其中，Tbout为整车制动器制动力矩，Tbmax为整车制动器最大制动力矩，Lblu为任意时刻制动踏板行程，BLb1为制动踏板空行程，BLbmax为制动踏板最大行程，Tfbout为前轴制动器制动力矩，Trbout为后轴制动器制动力矩，β为制动器制动力分配系数；车身模块用于根据悬架传递到车身的力，通过所建立的车身模型进行计算，得到车身质心在车辆坐标系下的姿态角和在地面坐标系下的速度等车辆瞬时运动状态信息；具体地：首先，建立六自由度的车身动力学模型，采用SAEJ1954规则规定的标准车辆坐标系XBYBZB，并假设车身为均匀刚体且左右对称，受力点为车身质心OB；则各个参数关系如下式(13)：其次，令车身质心OB在地面固定坐标系下的绝对速度矢量和绝对角速度矢量分别为和则和在车身坐标系下的坐标分别为式(14)和式(15)：接着，得到车身质心加速度在车辆固定坐标系XBYBZB中的坐标表达式为式(16)：接着，根据达朗贝尔原理，且令车身质量为MB，则得到如下方程式(17)：接着，令车身绕XB，YB，ZB轴的转动惯量分别为IBx，IBy，IBz，则由欧拉动力学方程得到如下方程式(18)：最后，根据上式(17)、(18)给出的六个方程和坐标系转换，求出车身质心在车辆坐标系和地面坐标系下的绝对加速度和角加速度，然后通过积分计算求得车身质心在车辆坐标系下的姿态角和在地面坐标系下的位置等车辆瞬时运动状态信息；悬架模块利用悬架运动学模型构建车身与车轮间的运动约束关系；轮胎地面力学模型解算模块采用Fiala轮胎模型计算得到车辆的位置和速度...
【专利技术属性】
技术研发人员：魏朗，乔洁，刘永涛，赵俊玮，邢亚山，方腾源，李旋，韩天园，
申请(专利权)人：长安大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61
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