车辆操纵稳定性虚拟试验系统的开发(附件)
摘 要 随着个人计算机的普及和信息技术的发展，基于各种信息技术运用的互联网教学呈现一种蓬勃发展的局势。网络教学时间地点灵活，学员可以自己选择感兴趣的课程学习，并积极参与网络讨论，分享笔记和学习经验，这样促进了学员的学习热情。更重要的是，网络学习资源可以重复使用，并且利用网络这一平台广泛传播，降低学生学习成本。本文使用MATLAB GUI完成了交互式程序设计，制作了《汽车理论》课程虚拟试验系统软件。该系统研究了汽车的操纵稳定性。汽车操纵稳定性虚拟部分围绕二自由度汽车运动微分方程绘制了角阶跃输入后的输出响应曲线和伯德图。该软件的界面友好，可以直观显示各参数对汽车操纵稳定性能的影响，比较两款车型之间的差异，可以辅助《汽车理论》的教学。本文对MATLAB GUI制作有指导意义。开发《汽车理论》课程虚拟试验系统，使用该系统对汽车操纵稳定性模拟试验，直观地显示试验结果，分析汽车的设计是否合理。
目 录
第一章 项目研究的意义和目的 1
1.1课题研究的意义 1
1.2课题研究的目的和内容 1
1.3国内外概况 1
第二章 研究工具介绍 3
2.1MATLAB软件介绍 3
2.2MATLAB基本功能 3
2.3MATLAB优点分析 3
第三章 汽车操纵稳定性的介绍 4
3.1操纵稳定性的定义 4
3.2汽车操纵稳定性的评价指标 4
3.3方向盘角阶跃输入下的时域响应分析 4
3.4模型的建立 5
3.5汽车转向盘角阶跃输入下的瞬态响应图 6
3.6汽车转向盘角阶跃输入下横摆角速度频率响应特性图 7
第四章 汽车操纵稳定性虚拟试验的制作 9
4.1图形用户界面设计步骤 9
4.2《汽车理论》虚拟试验系统系统层次的划分 9
4.3系统的制作 9
第五章 运行效果和总结 15
5.1运行效果 15
结束语 18
致 谢 19
参考文献 20
第一章 项目研究的意义和目的
1
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: #351916072#
.1课题研究的意义
《汽车理论》是车辆工程专业学员的专业核心课，是一门理论和实践紧密结合的课程。该课一方面需要学员在课堂中学习了解相关的理论只是，另一方面也需要通过实践获得感性认识，加深和巩固对理论知识的理解。但是《汽车理论》课程的实验一般在车辆极限行驶状态下展开，而实验有一定的难度和危险性，实验费用也过高，因此开发虚拟试验系统是很好的选择。当下全国各大学基本都有自己的互联网教学系统。以大学为例，有尔雅通识课、精品课程和课程中心这三个网站供同学线上学习。但是比着普通教学，高校的网络教学在一定的层面又显示出互动性不足的弊端，因为网络教学存在教和学上的时间差，学生往往不能及时与教师沟通，而且在一些涉及到试验及动手操作的部分课程学习上效果非常不佳。
随着个人计算机的普及和信息技术的发展，基于各种信息技术运用的互联网教学呈现一种蓬勃发展的局势。二零一二年起美国各大知名大学陆陆续续建立基于互联网的学习平台。起初高校只是独立将优质学习资源放在互联网上，后来兴起了诸如Coursera的课程平台，系统地整合了高校学习资源，为互联网的使用者提供了一整套学习的方案，网民可以利用这一方案自学完大学内某一学科的全部内容。大型开放式网络课程逐步走向成熟，一些平台可以给完成学习并通过审核的学员发布权威认证的合格证书，而一些大型企业也开始认同这一资质。网络教学时间地点灵活，学员可以自己选择感兴趣的课程学习，并积极参与网络讨论，分享笔记和学习经验，这样促进了学员的学习热情。更重要的是，网络学习资源可以重复使用，并且利用网络这一平台广泛传播，降低学生学习成本。
1.2课题研究的目的和内容
开发《汽车理论》课程虚拟试验系统，使用该系统对汽车操纵稳定性模拟试验，直观地显示试验结果，分析汽车的设计是否合理，以提高《汽车理论》课堂教学效率，促进学生对抽象化知识的理解。
本研究首先用MATLAB建立出二自由度汽车模型。利用所建立起来的模型，输入几款车型的参数，输出“系统在角阶跃输入后的时域响应”的相关图形，要求同学对其中某款汽车的输出特性进行分析，并且在以往所学习的汽车结构相关知识的基础之上，设计一个结构改进方案。最后将改进后的参数输入到数学模型中，对其操纵稳定性重新进行分析，通过分析，对所设计的改进方案进行评价。
1.3国内外概况
美国的 ROBCAD 公司是很早就进行虚拟试验开发的公司，并且花费了相当大资金和人力，终于在 20 世纪 80 年代开发出了一套机器人虚拟模拟和设计试验系统。本虚拟试验系统的最大特点就是不仅可以进行机器人的模拟仿真，还可以进行结构设计和编程。这个试验系统已经被多个世界 500 强公司采用，比如德国大众、美国福特公司等。它的这些概念从提出到今天有十多年了，外国最先提出来虚拟实验的概念，耗资巨大，尤其在教育方面，虚拟实验运用较多。当然发达国家的很多企业在虚拟试验的应用也取得了很大的进步，而且能够为虚拟仪器技术的研究和系统的开发提供必要的硬件条件。美国的 ROBCAD 公司是很早就进行虚拟试验开发的公司，并且花费了相当大资金和人力，终于在二十世纪八十年代开发出了一套机器人虚拟模拟和设计试验系统。本虚拟试验系统的最大特点就是不仅可以进行机器人的模拟仿真，还可以进行结构设计和编程。这个试验系统已经被多个世界五百强公司采用，比如德国大众、美国福特公司等。MIT在机器人、人工智能、计算机图形学以及动画的研究上一直充当开路先锋的角色。这些技术都服务于虚拟现实系统，并且一九八五年MIT成立了自己的媒体实验室,开始对虚拟环境进行研究。后又建立的 BOLIO 测试系统，主要用于图像仿真技术的试验。当下全世界范围内实力雄厚的汽车企业都有自己研发的虚拟系统。例如美国GM汽车公司、FORD汽车公司、日本的丰田、尼桑、马自达汽车公司、德国BENZ汽车公司、大众汽车公司、都有开发过汽车性能虚拟开发系统。美斯特工业系统公司研制了虚拟测试实验室(Virtual Test Lab)系统。该系统通过虚拟传感器可以收集到不同试验条件下研究对象的各项动力学特性数据。
我国对于这项研究起步比较晚，其中中国农业大学的王树凤和王国权对此做了大量研究。目前一些高校和企业单位已建立了虚拟实验系统。清华大学利用 Vegas 软件，构建了虚拟驾驶仿真实验平台，可以实现体验亲身体验汽车驾驶，十分逼真的模拟了汽车驾驶知识，并且向学生开放了自主、开放性的实验，可以满足不同条件下的驾驶。西南交通大学一直致力于工程漫游方面的虚拟系统研究，并且一直紧随全球虚拟仿真领域的先进技术的步伐，并且成功开发出了多个具有世界先进技术含量的虚拟现实产品。
第二章 研究工具介绍
2.1MATLAB软件介绍
MATLAB是由美国Mathworks公司开发的一款商业数学软件，经过三十多年的补充与更新换代，现在已经发展到8代的版本。MATLAB是一个包含众多工程计算和仿真功能的庞大软件系统，是当今最流行的的计算和仿真之一。
2.2MATLAB基本功能
目 录
第一章 项目研究的意义和目的 1
1.1课题研究的意义 1
1.2课题研究的目的和内容 1
1.3国内外概况 1
第二章 研究工具介绍 3
2.1MATLAB软件介绍 3
2.2MATLAB基本功能 3
2.3MATLAB优点分析 3
第三章 汽车操纵稳定性的介绍 4
3.1操纵稳定性的定义 4
3.2汽车操纵稳定性的评价指标 4
3.3方向盘角阶跃输入下的时域响应分析 4
3.4模型的建立 5
3.5汽车转向盘角阶跃输入下的瞬态响应图 6
3.6汽车转向盘角阶跃输入下横摆角速度频率响应特性图 7
第四章 汽车操纵稳定性虚拟试验的制作 9
4.1图形用户界面设计步骤 9
4.2《汽车理论》虚拟试验系统系统层次的划分 9
4.3系统的制作 9
第五章 运行效果和总结 15
5.1运行效果 15
结束语 18
致 谢 19
参考文献 20
第一章 项目研究的意义和目的
1
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: #351916072#
.1课题研究的意义
《汽车理论》是车辆工程专业学员的专业核心课，是一门理论和实践紧密结合的课程。该课一方面需要学员在课堂中学习了解相关的理论只是，另一方面也需要通过实践获得感性认识，加深和巩固对理论知识的理解。但是《汽车理论》课程的实验一般在车辆极限行驶状态下展开，而实验有一定的难度和危险性，实验费用也过高，因此开发虚拟试验系统是很好的选择。当下全国各大学基本都有自己的互联网教学系统。以大学为例，有尔雅通识课、精品课程和课程中心这三个网站供同学线上学习。但是比着普通教学，高校的网络教学在一定的层面又显示出互动性不足的弊端，因为网络教学存在教和学上的时间差，学生往往不能及时与教师沟通，而且在一些涉及到试验及动手操作的部分课程学习上效果非常不佳。
随着个人计算机的普及和信息技术的发展，基于各种信息技术运用的互联网教学呈现一种蓬勃发展的局势。二零一二年起美国各大知名大学陆陆续续建立基于互联网的学习平台。起初高校只是独立将优质学习资源放在互联网上，后来兴起了诸如Coursera的课程平台，系统地整合了高校学习资源，为互联网的使用者提供了一整套学习的方案，网民可以利用这一方案自学完大学内某一学科的全部内容。大型开放式网络课程逐步走向成熟，一些平台可以给完成学习并通过审核的学员发布权威认证的合格证书，而一些大型企业也开始认同这一资质。网络教学时间地点灵活，学员可以自己选择感兴趣的课程学习，并积极参与网络讨论，分享笔记和学习经验，这样促进了学员的学习热情。更重要的是，网络学习资源可以重复使用，并且利用网络这一平台广泛传播，降低学生学习成本。
1.2课题研究的目的和内容
开发《汽车理论》课程虚拟试验系统，使用该系统对汽车操纵稳定性模拟试验，直观地显示试验结果，分析汽车的设计是否合理，以提高《汽车理论》课堂教学效率，促进学生对抽象化知识的理解。
本研究首先用MATLAB建立出二自由度汽车模型。利用所建立起来的模型，输入几款车型的参数，输出“系统在角阶跃输入后的时域响应”的相关图形，要求同学对其中某款汽车的输出特性进行分析，并且在以往所学习的汽车结构相关知识的基础之上，设计一个结构改进方案。最后将改进后的参数输入到数学模型中，对其操纵稳定性重新进行分析，通过分析，对所设计的改进方案进行评价。
1.3国内外概况
美国的 ROBCAD 公司是很早就进行虚拟试验开发的公司，并且花费了相当大资金和人力，终于在 20 世纪 80 年代开发出了一套机器人虚拟模拟和设计试验系统。本虚拟试验系统的最大特点就是不仅可以进行机器人的模拟仿真，还可以进行结构设计和编程。这个试验系统已经被多个世界 500 强公司采用，比如德国大众、美国福特公司等。它的这些概念从提出到今天有十多年了，外国最先提出来虚拟实验的概念，耗资巨大，尤其在教育方面，虚拟实验运用较多。当然发达国家的很多企业在虚拟试验的应用也取得了很大的进步，而且能够为虚拟仪器技术的研究和系统的开发提供必要的硬件条件。美国的 ROBCAD 公司是很早就进行虚拟试验开发的公司，并且花费了相当大资金和人力，终于在二十世纪八十年代开发出了一套机器人虚拟模拟和设计试验系统。本虚拟试验系统的最大特点就是不仅可以进行机器人的模拟仿真，还可以进行结构设计和编程。这个试验系统已经被多个世界五百强公司采用，比如德国大众、美国福特公司等。MIT在机器人、人工智能、计算机图形学以及动画的研究上一直充当开路先锋的角色。这些技术都服务于虚拟现实系统，并且一九八五年MIT成立了自己的媒体实验室,开始对虚拟环境进行研究。后又建立的 BOLIO 测试系统，主要用于图像仿真技术的试验。当下全世界范围内实力雄厚的汽车企业都有自己研发的虚拟系统。例如美国GM汽车公司、FORD汽车公司、日本的丰田、尼桑、马自达汽车公司、德国BENZ汽车公司、大众汽车公司、都有开发过汽车性能虚拟开发系统。美斯特工业系统公司研制了虚拟测试实验室(Virtual Test Lab)系统。该系统通过虚拟传感器可以收集到不同试验条件下研究对象的各项动力学特性数据。
我国对于这项研究起步比较晚，其中中国农业大学的王树凤和王国权对此做了大量研究。目前一些高校和企业单位已建立了虚拟实验系统。清华大学利用 Vegas 软件，构建了虚拟驾驶仿真实验平台，可以实现体验亲身体验汽车驾驶，十分逼真的模拟了汽车驾驶知识，并且向学生开放了自主、开放性的实验，可以满足不同条件下的驾驶。西南交通大学一直致力于工程漫游方面的虚拟系统研究，并且一直紧随全球虚拟仿真领域的先进技术的步伐，并且成功开发出了多个具有世界先进技术含量的虚拟现实产品。
第二章 研究工具介绍
2.1MATLAB软件介绍
MATLAB是由美国Mathworks公司开发的一款商业数学软件，经过三十多年的补充与更新换代，现在已经发展到8代的版本。MATLAB是一个包含众多工程计算和仿真功能的庞大软件系统，是当今最流行的的计算和仿真之一。
2.2MATLAB基本功能
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