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1、汽车驾驶模拟器操纵系统的设计学 生： 指导老师： 学 院：机电工程学院摘要本文介绍了汽车驾驶模拟器的操纵机构的设计，变速操纵机构的工作原理，传感器的选择及其霍尔开关相关知识。在本课题的开发中，笔者研究的内容主要包含了汽车驾驶模拟器、变速操纵机构和传感器等几个模块。这些模块对整个系统的功能、效果、成本等有着重要有决定作用。关键词：汽车驾驶模拟器 变速操纵机构 传感器 AbstractThis paper presents a vehicle driving simulator of the manipulation of design, speed manipulation of the wor
2、k of principle, the choice of sensor and the Hall switch knowledge. In the development of this topic, the author of the study include the main vehicle driving simulator, speed sensor and control agencies, and several other modules. These modules of the whole system functions, performance, cost, etc.
3、 have an important role in a decision.Key words：Vehicle driving simulator Speed control bodies Sensors 前言汽车，作为一种交通工具，影响和改变着人们的生活；作为一种产业，汽车制造业的发展直接推动着国民经济的发展；作为一项科技成果，汽车的设计和研制凝聚着科技工作者和产业工人的智慧与劳动。汽车的发展推动着人类社会的发展。随着国民经济的高速增长，人民生活水平的不断提高，汽车行业近年来发展迅猛，截止2007年，我国的民用汽车保有量超过3160万辆。汽车性能的提高，各种新技术在汽车上的应用，道路条件的改
4、善，使汽车的行驶速度大大提高，这些情况使公路交通呈现出车辆高速化、车流密集化和驾驶员非密集化的特点。汽车已经越来越多地进入人们的生活，汽车驾驶也成为人们提高工作效率和生活质量的一项基本技能。汽车的进一步普及，必将带动驾驶技术的普及。这就要求人们利用先进的手段对驾驶员进行培训，对驾驶员进行模拟驾驶训练，提高驾驶技能以减少在现实中存在的安全隐患。同时，通过模拟驾驶训练，可以使初学者了解汽车各操纵机构的使用方法及其协调配合，为实际驾驶训练打下一个坚实的基础。因此，基于分布式虚拟现实技术的汽车驾驶模拟器研究具有理论和实际意义，其研究开发具有诱人的前景。但是还存在开发技术含量低，汽车视景与操纵动作脱节、
5、迟后，“沉浸感”、“交互性”与“实时性”不强，价格偏高的不足。还没有真正意义上的一种大众化的、容易普及的汽车驾驶模拟器产品。本研究课题为“汽车驾驶模拟器操纵系统的设计”。驾驶员对操纵装置进行操作，产生的挡位信号通过数据采集系统传输给计算机系统中的汽车整车动力学模型进行快速实时运算，从而真实的模拟出汽车的行驶。随着计算机技术的飞速发展, 驾驶模拟器将不断地得到完善, 仿真精度和逼真度不断提高, 按其用途将来的发展方向是：（1）用于新产品的设计、开发研究开发型汽车驾驶模拟器可以对新车型或引进车型进行包括临界、极限工况的全工况仿真试验,以分析、预估和评价汽车的操纵稳定性、安全性、制动性、动力性和燃料
6、经济性；为设计师提供新车型结构参数匹配的最优方案；为引进车型的国产化进行性能比较和分析。(2）用于人机工程的研究可用于对驾驶员行为、驾驶员心理和生理特征及车型的驾驶适应性的统计分析,为车辆的人性化设计提供依据。（3）用于交通安全教育和驾驶员培训要达到训练驾驶员的目的, 应选择高性能的硬件平台,研制高级软件开发工具,创建更为丰富、逼真的视景；选择必须的自由度模拟行车体感；控制操纵系统能模拟更为逼真的手感和力感。目录第一章 FBS-08型汽车驾驶模拟器简介5第二章 汽车驾驶模拟器操纵系统的总布置82.1 离合器操纵系统的功用和要求82.2 制动器操纵系统的功用和要求82.3 加速操纵系统的功用和要
7、求92.4 变速器操纵系统的功用和要求92.5 转向操纵系统的功用和要求10第三章 汽车驾驶模拟器操纵机构的设计123.1 设计要求123.2 主要操纵机构的设计133.3 操纵机构的设计20第四章 汽车驾驶模拟器传感器的选择244.1 传感器简介244.2 传感器的选择25总 结29致 谢30参考文献31第一章 FBS-08型汽车驾驶模拟器简介在我国，随着经济的迅速发展,行车高速化、驾驶员非职业化是必然趋势。但是，由于我国人口众多，交通设施状况也还不尽人意，因而行车困难程度比较高，发生交通事故的概率也很大，尤其是新驾驶员发生事故的比例占50%以上。这说明，在我国驾驶员的培训还没有达到很好的效
8、果，驾驶员的素质有待进一步提高。另一方面，实车培训驾驶员需耗费昂贵的油料，还要加上大量的车辆维修费等，而且新驾驶员因操纵不当而给生态环境带来噪音、废气等污染也比熟练驾驶员高得多。这些问题都是非常现实的，迫切需要解决。为解决以上各种矛盾，针对性地开发出FBS-07型汽车驾驶模拟器。FBS-08型汽车驾驶模拟器（Vehicle Simulator）是一种能正确模拟汽车驾驶动作，获得实车驾驶感觉的仿真设备，故又称为汽车模拟驾驶仿真系统。是一种既能提高驾驶员水平,又降低各种费用的最为有效的训练工具。由于它集成了传感器技术、计算机技术、三维实时动画技术、计算机接口技术、人工智能技术、数据通信技术、网络技
9、术、多媒体技术、等先进技术。以计算机仿真和计算机三维成像等高技术为核心，能够模拟汽车驾驶的运行环境和操作效果,受训人员可以有驾驶汽车的真实感觉。显然，汽车驾驶模拟器具有节能、安全、经济和培训不受时间、气候、场地的限制,训练效率高、培训周期短等优点。将它广泛用于车辆驾驶培训,非常适合中国市场需求。在国外，汽车驾驶模拟器的研究开始较早，汽车驾驶模拟器作为培训工具在发达国家早已普遍运用，日本政府在1970年就以正式法律规定，汽车驾驶学校必须装备汽车驾驶模拟器。美国在上一世纪70年中期就有500多所汽车驾驶学校装备了汽车驾驶模拟训练器，大多数欧洲国家也相继制定了使用汽车驾驶训练模拟器的法规。然而，在国
10、内，在驾驶模拟器方面的研究起步较晚，经历了一个从引进国外产品到自行研制的较漫长的发展过程。一些公司开发了汽车驾驶训练模拟器，但与国际先进水平相比，有较大的差距。还存在着开发技术含量低，汽车视景与操纵动作脱节、滞后，“沉浸感”，“交互性”，与“实时性”不强，价格偏高等不足。FBS-08型汽车驾驶模拟器是基于分布式虚拟现实技术的特点，虚拟现实技术是用高科技手段如高速图形计算机、头盔显示器或其他三维视觉通道、维位置跟踪器和立体声音响等构造出一种人工环境，它具有模仿人的视觉、听觉、触觉等感知功能的能力，具有使人可以亲身体验沉浸在这种虚拟环境中并与之相互作用的能力。虚拟现实技术具有以下四个重要特征：多感
11、知性。所谓多感知性就是指除了一般计算机所具有的视觉感知外，还有听觉感知、力觉感知、触觉感知、运动感知等，理想的虚拟现实就是应该具有人所具有的感知功能。存在感。又称临场感。它是指用户感到作为主角存在于模拟环境中的真实程度。理想的虚拟环境应该达到使用户难以分辨真假的程度。交互性。交互性是指用户对虚拟环境内物体的可操作程度和从环境得到反馈的自然程度（包括实时性）。例如，用户可以用手去直接抓取环境中的物体，这时手有握住东西的感觉，并可以感觉物体的重量，视场中的物体也随手的移动而移动。自主性。它是指虚拟环境中物体依据物理定律动作的程度。例如，用户使用驾驶模拟器驾驶虚拟汽车时，用脚踩刹车时就有汽车停住并有
12、一定惯性的感觉，视场中的物体也随汽车的行驶而向后移动。分布式虚拟现实技术（DVR）是基于网络的虚拟环境，在这个环境中，位于不同物理环境位置的多个用户或多个虚拟环境通过网络相联结，每个用户在一个虚拟现实环境中，通过计算机与其他用户进行交互，并共享信息。设计和实现DVR系统时，必须考虑以下网络信息因素：网络带宽，它是虚拟世界大小和复杂度的一个决定因素。当参加者增加时，带宽需要也随着增加。分布机制，它直接影响系统的可扩充性。其中多播机制能为驾驶模拟器系统提供一对多和多对多的消息发布服务。延迟响应，虚拟环境交互和动态特性的因素是延迟。如果要使分布式环境仿真真实世界，则必须实时操作，从而增加真实感。对于
13、DVR系统中的网络延迟可以通过使用专用联结、对路由器和交换技术进行改进、快速交换接口和计算机等来缩减。可靠性，在增加通信带宽和减少通信延迟这两方面进行折中时，这要考虑通信的可靠性问题。可靠性由具体的应用要求来决定。有些协议有较高的可靠性，则传输速度慢，反之亦然。第二章 汽车驾驶模拟器操纵系统的总布置2.1 离合器操纵系统的功用和要求1功用（1）保证汽车平稳起步汽车起步之前，驾驶员先踩下离合器踏板，将离合器分离，使发动机与传动系断开，再将变速器挂上档，然后缓速松开离合器踏板，使离合器逐渐接合。在离合器逐渐接合过程中，发动机所受阻力矩也逐渐增加，故应同时逐渐踩下加速踏板，增加发动机的输出功率，使发
14、动机的转速始终保持在最低稳定转速以上而不熄火。由于离合器的接合紧密程度逐渐增大，驱动轮的转矩便逐渐地增加，到牵引力足以克服起步阻力时，汽车即开始平稳起步并逐步加速。保证变速器换档时工作平顺在汽车行驶过程中，为了适应不断变化的行驶条件，变速器需要经常换用不同档位工作。普通齿轮式变速器的换档一般是通过拨动换档机构来实现的，使原用档位的齿轮副退出啮合，另一档位的齿轮副进入工作。在换档前必须踩下离合器踏板，中断动力传递，然后再进行换档操作，便于使原用档位的啮合齿轮副脱开，同时有可能使新档位啮合齿轮副的啮合部位的速度逐渐趋于相等（同步），这样，进入啮合时的冲击可以大为减轻。2要求（1）能实现渐进接合。（
15、2）分离迅速彻底,接合柔和平顺。（3）工作可靠，操纵轻便。2.2 制动器操纵系统的功用和要求1功用（1）保证汽车减速或停车汽车以一定的车速行驶时具有一定的动能。随着汽车行驶速度的不断提高，要使行驶中的汽车减速或停车，就必须强制地对汽车施加一个与汽车行驶方向相反的制动力，驾驶员根据道路和交通等情况对制动力进行控制，以实现一定程度的强制制动，使汽车减速或停车。（2）保证汽车下坡时维持稳定的车速汽车在下长坡时，在重力的作用下，有不断加速到危险程度的趋势，此时应控制制动力将车速限制在一定的安全值以内，并保持稳定。（3）保证汽车原地可靠停车当汽车停下来后，需要可靠的停车（包括在坡道上停车），使汽车可靠地驻留原地不动。2要求（1）具备使行驶中的汽车减速或停车的行车制动器（脚制动）。（2）具备使已停驶的汽车驻留原地不动的驻车制动器（手制动）。（3）行车制动器制动力的大小应在一定范围内逐渐变化，驻车制动器则无此必要。(4)工作可靠，操纵轻便。2.3 加速操纵系统的功用和要求1功用汽车在一定的使用条件下需要加速前进或超车时，需要增加发动机的输出功率，对于汽油发动机是加大节气门的开度，对于柴油发动机是增加喷油泵的供油量。驾驶员根据需要，踩下加速踏板，增加发动机的输出功率。2要求（1）发动机的输出功率的大小应在一定范围内逐渐变
