基于六自由度Stewart平台的汽车驾驶模拟器研究

摘要

随着汽车工业的飞速发展，有关汽车驾驶模拟器的研究愈来愈受到人们的重视。汽车驾驶模拟器可用于对驾驶行为和运动性能进行研究，也可用于对驾驶员的培训。其相关研究工作在室内就可以完成，对场地和设备要求较低，这不仅大大缩短了研究时间并降低了研究成本，而且也更加安全、方便。而六自由度Stewart平台由于其优异的运动特性，可以方便地作为一个驾驶模拟执行机构。这使得它越来越广泛的应用于汽车驾驶模拟器中。
　　 本文旨在对六自由度Stewart平台进行研究，以使其运动能够真实的模拟汽车的运动，从而让坐在其上的驾驶员产生身临其境的驾驶感觉。
　　 本文首先简要的介绍了汽车驾驶模拟器的组成，导入了六自由度Stewart平台反解模型并对平台的工作空间问题进行了分析。该部分主要是为后面的研究奠定理论基础。
　　 其次对体感算法进行了研究。因为传统的经典体感算法存在着种种缺陷，本文设计了一种新的最优体感算法，仿真结果表明该算法和经典体感算法相比，能得到更合理的平台运动学参数，可以使平台有更逼真的模拟效果。
　　 再次对六自由度Stewart平台进行了虚拟样机建模与仿真，其主要目的是在平台正式运行之前检验其运动学参数是否合理，防止产生干涉等问题。同时让人能够直观的观察到平台的运动，从而更好的校验平台的控制策略。
　　 接着使用LabVIEW8.6编写了汽车驾驶模拟器的控制软件，该软件的主要作用是综合控制驾驶舱系统、计算机控制系统和视景仿真系统。它在整个驾驶模拟器中起到关键的作用。
　　 最后是进行驾驶模拟器的安装与调试，其主要目的是验证体感算法的正确性和检验控制软件的功能。实验结果表明体感设法设计合理，控制软件方便实用，六自由度Stewart平台能够较好的完成驾驶仿真任务。

目录

文摘

英文文摘

第一章 绪论

1.1 引言

1.2 研究的目的和意义

1.3 国内外研究现状和应用情况

1.3.1 研究现状

1.3.2 应用情况

1.4 本文的主要内容

1.5 本文的结构

第二章 汽车驾驶模拟器的基本原理

2.1 汽车驾驶模拟器的构成

2.2 六自由度Stewart平台介绍

2.2.1 平台的发展现状和研究热点

2.2.2 平台的工作原理

2.3 相关数学基础

2.3.1 位置表示

2.3.2 平移变换

2.3.3 旋转变换

2.3.4 坐标变换

2.3.5 RPY角表示

2.4 位置反解

2.4.1 平台坐标系及坐标变换

2.4.2 平台位置反解

2.5 工作空间

2.6 本章小结

第三章 六自由度Stewart平台体感算法研究

3.1 体感模拟的原理

3.1.1 人体感知原理

3.1.2 体感模拟的依据

3.2 体感评价模型

3.2.1 耳石模型

3.2.2 半规管模型

3.3 相关坐标系及其变换

3.4 经典体感算法

3.5 改进的最优体感算法

3.6 仿真实例

3.7 本章小结

第四章 六自由度Stewart平台虚拟样机建模与仿真

4.1 虚拟样机技术及SolidWorks简介 29

4.2 六自由度Stewart平台虚拟样机建模

4.2.1 推杆模型

4.2.2 电动缸模型

4.2.3 下平台模型

4.2.4 上平台模型

4.3 平台各部件的装配

4.3.1 配合与约束的添加

4.3.2 静态干涉检查

4.4 六自由度Stewart平台虚拟样机仿真

4.4.1 使用虚拟样机进行仿真的必要性

4.4.2 仿真实例

4.5 本章小结

第五章 汽车驾驶模拟器控制软件开发

5.1 LabVIEW简介

5.2 软件总体需求分析

5.3 各任务模块分析

5.3.1 逻辑判断

5.3.2 通信

5.3.3 状态监控

5.3.4 基础命令

5.3.5 控制算法

5.3.6 人机交互

5.3.7 数据记录

5.4 软件程序编写

5.5 程序中的若干关键技术

5.6 本章小结

第六章 汽车驾驶模拟器的安装与调试

6.1 实验设备的选型与安装

6.2 实验

6.2.1 实验1

6.2.2 实验2

6.3 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文

致谢