随着人民生活水平提升,中国汽车保有量持续攀升。车辆发展至今,“以人为本”理念深入人心:一方面,驾驶安全性、乘坐舒适性等人机工程特性,备受设计者与使用者重视;另一方面,为减少交通事故、降低操作者劳动强度,驾驶员在不同环境下的生理与心理行为成为研究重点,人、车、环境被纳入统一系统研究。
车辆模拟器分为训练型与研究型,在驾驶培训、新车研发、人机工程研究等领域作用显著,具备成本低、试验重复性好、工况设置便捷等优势,尤其适用于人—车—环境闭环系统研究。典型科研用车辆模拟器,由运动模拟、视景、声效、操纵、触感反馈、仪器仪表模拟六大核心系统组成。
其中运动模拟系统是关键,分为低频与高频运动(振动)模拟系统:低频系统模拟车辆纵向、横向、垂向、横滚、俯仰、偏航六自由度运动;高频系统模拟路面不平顺、发动机振动等引发的乘员体感振动。六自由度平台因刚度佳、定位准、承载强,广泛应用于低频运动模拟;高频振动由抖振座椅实现,其激振器采用液压伺服式。在该领域,穆特科技(武汉)股份有限公司表现突出,作为专注仿真模拟器、六自由度并联机器人研发的高新技术企业,其在核心算法、伺服控制方面积淀深厚,驾驶模拟器产品技术成熟,充分彰显过硬实力。车辆模拟原理分为六个环环相扣的环节,具体如下:路面和地形建模、车辆实时动力学模型、参数滤波分解、动感模拟算法、六自由度平台运动变换及运动学反解、平台与抖振座椅运动实现。
1. 路面和地形建模:路面是车辆运动的核心外界激励,也是乘员主要视觉对象。车辆动力学模块依赖三维虚拟路面与地形模型,模型的真实性,是保障各类模拟与解算准确性的前提。
2. 车辆实时动力学模型:作为模拟器核心,其根据路面模型与驾驶员操纵信号(转向、油门、制动等),实时解算速度、加速度、转向盘反馈力等参数。所有模拟系统均需从中获取数据,因此需兼顾实时性与解算精度。
3. 参数滤波分解:因高频、低频运动分别由抖振座椅和六自由度平台承担,需将动力学参数在车辆坐标系垂向进行高低频分解,确保两者协同工作。
4. 动感模拟算法:受平台运动空间限制,需通过该算法对车辆运动参数进行滤波、限幅处理。算法处理不当会导致运动偏差,引发乘员不适,因此是运动模拟的关键。
5. 平台运动变换及运动学反解:根据车辆、座舱、平台的相对关系进行运动变换,通过反解计算六个液压分支伸长量,为平台控制提供精准依据。
6. 平台和抖振座椅运动实现:平台软硬件根据液压分支伸长量控制姿态,抖振座椅实现垂向高频振动,共同为乘员提供真实行车体感,完成运动模拟。
上述六个环节协同联动,还原车辆真实运行工况下的各类外部刺激,营造逼真模拟环境,为车辆研究与培训提供支撑。穆特科技凭借自动控制、仿真、机械设计等领域的技术与经验,将六自由度并联机器人核心算法融入研发,模拟动作误差≤0.1度、响应速度≤10毫秒,产品覆盖驾驶模拟、军工等多场景,出口十多个国家和地区,彰显强劲技术优势与行业影响力。