车辆驾驶模拟器控制系统的设计与实现

摘要

车辆驾驶模拟器是一种能够实现模拟汽车运行性能、令使用者获得实车驾驶感受的仿真设备，主要用于汽车研发、交通安全、驾驶培训等领域。车辆驾驶模拟器的控制系统包括踏板、排档等操控部件冉勺状态采集模块、车载仪表及其控制模块、方向盘回正力矩控制模块等。该控制系统需要实时获取驾驶员的操纵动作数据，实现仪表及方向盘回正力矩控制，是驾驶员与仿真系统实现交互的重要基础。其性能直接影响模拟器的实时性与真实感。
　　本文在分析车辆驾驶模拟器控制系统需求的基础上，设计、开发了一套基于C8051F系列MCU的控制系统。该控制系统实现了各类操纵动作数据的实时采集、数据前端处理、仪表控制以及方向盘回正力矩控制等功能。论文的主要工作如下：
　　1.研究了车辆驾驶模拟器的系统结构，对其中控制系统的功能进行了详细分析。将其分为数据采集、驱动控制两部分，在此基础上选择MCU并对系统进行了整体设计。
　　2.设计了系统的硬件电路，内容包括MCU外围电路、信号调理电路、仪表驱动电路、方向盘回正电机驱动电路、通讯电路等。其中，通过比较不同类型低通滤波器的特性、模拟量信号不同隔离方法的性能，选择二阶巴特沃斯低通滤波器、HCNR200线性光耦设计模拟量信号调理电路；实现了微型步进电机驱动仪表指针；设计了H桥电路驱动方向盘回正电机；比较多种与上位机的通讯方式，实现了RS-232、RS-485两类通讯电路设计。完成了上述电路原理图设计、PCB板制作及调试。
　　3.设计了MCU的软件系统。完成了数据采集、通讯、仪表控制等模块的开发以及上位机通讯模块的开发，进行了软、硬件联合调试。
　　4.将所设计、开发的控制系统在车辆驾驶模拟器系统中进行了应用。针对应用中出现的干扰问题进行分析，设计多种优化方案并进行了实验，使该问题得到了较好的解决。
　　通过车辆驾驶模拟器上的实际验证，证明该系统达到设计目标，能够实现实时数据采集、驱动控制等各类功能，具有精度较高、稳定可靠、不占用上位机资源等特点。