文献综述

题目：面向汽车性能试验的3D虚拟建模与仿真

1. 概述

现代汽车是一种大批量生产、结构复杂，但汽车性能要求极高的产品，任何设计缺陷都将导致严重后果，因此必须通过汽车试验来发现汽车在制造和使用过程中的薄弱环节，以保证汽车的性能。汽车道路试验是考核和评价汽车质量的最终技术措施和手段。汽车试验场是专供汽车道路试验用的场所。世界各大汽车公司都有自己的汽车试验场。这些试验场由高速环形跑道、标准坡道、水平直线性能路、蛇形路面等组成，以完成滑行试验、爬坡试验、蛇形试验等的基本试验，可深入了解汽车在实际使用过程中的各种现象，改正缺陷提高汽车的品质与市场竞争力。

随着控制技术和计算机的高速发展，汽车虚拟试验也得到了巨大的进步。汽车模拟器是一种能够正确模拟汽车驾驶动作，并在主要性能上获得与实车驾驶相同感觉的仿真设备。它具有安全性高，再现性好，方便经济等优点，可用于汽车的科研、驾驶模拟教学、驾驶技能的考核等。学校实验室有自行开发的汽车驾驶模拟器，目前可以做些基本的试验，如：加速试验、滑行试验、制动试验等简单的试验，但是缺乏更专业的试验场景，例如实际试验场上的蛇形试验、爬坡试验等。为了充分利用学校资源、提高学校教学质量以及本专业学生的动手能力，本设计通过三维建模技术进一步完善汽车模拟器的虚拟试验场，能够用完善后的虚拟试验场做更加专业的试验。

利用3d建模技术，通过在3DSMAX上建立与实际试验场相应地形环境和路况信息的虚拟试验场，然后导入到Unity3D中仿真，利用此虚拟试验场在驾驶模拟器上进行试验，具有十分重要的现实意义。若能够顺利地进行，那么本设计就符合要求。虚拟试验场有着不受环境影响、试验效率高等诸多特点。

1. 国内外同类研究概况

2.1国外的发展状况

汽车性能包括动力性、制动性、操纵稳定性等多种性能，是汽车非常重要的利用效率的结构特征，因此用于评价汽车性能的试验场必须配备尽可能多样化的行驶路线和路面。如高速环形跑道、操稳路面、动态广场、ABS路面等。目前，国际上水平最高最具代表性的试验场有：德国大众汽车公司的Ehra-Lessien汽车试验场、西班牙的IDIADA汽车试验场、英国的MIRA汽车试验场、日本的JARI汽研所。这些无论是试验场地的建设、试验设备的配备、试验人员的素质等等，都位于世界的先进水平。

20世纪80年代之后，汽车的运动性能已经在很大程度上得到了提升。于是，对于汽车模拟器的开发就到了一个“人-车-环境”的系统安全性分析阶段，这也逐渐成为了汽车虚拟试验的主要研究内容。因此，汽车模拟器中的3d虚拟试验场也经历了一个从无到有、再到精细的过程。1991 年，美国加利福尼业大学^[1]开发了 Smart Path 软件，该软件具有公路三维建模和汽车虚拟驾驶的功能，使用者可以通过鼠标和键盘来操纵汽车在公路上行驶。同年，日本马自达汽车公司^[2]研制了跑车开发型驾驶模拟器，采用高级仿真计算机系统和图形处理硬件系统，生成的虚拟试验场场景复杂逼真。1998年德国 BIamp;T 公司^[3]开发的 CARD/1 软件中的 DRIVESIM 模块提供了实时三维动画漫游道路设计检查功能，主要是为配合其它道路设计模块使用。挪威 Via Nova 公司^[4]于 2000 年开发的 Nova Point 软件具有数字地形数据和公路设计数据三维建模功能并提供了实时的地景漫游，该软件不具有仿真实验和仿真评价的功能，其优点只是具有了实时漫游的功能，而不再是三维动画。2006年，美国内布拉斯加大学的研究人员^[5]，为了研究公路两侧交通工程设施的安全性，建立了“人-车-环境”三维模型、汽车对路侧安全设施的碰撞模型并进行了仿真试验，该系统有着较完善的仿真实验方案和仿真评价策略，其重点在于路侧安全设施的改善，因此对公路护栏、边坡、边沟等设计有指导作用。

由美国公路交通安全管理局^[6]资助建造的位于 IOWA 大学的驾驶仿真系统NADS，该系统由 6 自由度的驾驶模拟舱和具有 360 度视角的可视化系统两部分组成，主要用于研究交通系统中人-车-路(环境)间的相互作用。目前主要的研究包括不同年龄驾驶人(青年、老年)驾驶行为的比较研究、无线通讯设备对驾驶行为的影响研究、驾驶人在事故中的操作行为研究等，该系统侧重于对 ITS 系统的研究和汽车安全的评价。