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汽车虚拟驾驶的车辆设计与3dsmax建模毕业论文

 2020-02-17 11:02  

摘 要

互联网思维深刻地影响了现代人类,虚拟平台的搭建就是依托于互联网思维的广泛应用。对于汽车工业来讲更是如此,虚拟现实的融合,让汽车虚拟驾驶有了可能,汽车的仿真,汽车各项参数的研究都离不开计算机里对虚拟汽车模型的研究。这方面的研究涉及整车设计、道路设计、人物设计、环境设计、动力设计等。关键问题包括如何在虚拟环境中获得研究所需要的模型,如何优化所选择的模型,如何导入所需要的模型,如何合理驱动所需要的模型,涉及到汽车研究的动力学、车身、发动机等领域。

本文通过3dsmax对模型进行建模和仿真处理,并处理材质和优化网格,使输出的模型适配于UNITY平台,能够对车辆进行实时仿真运算,实现动态仿真和结果输出。经过数款车型的设计实践,证明基于3dsmax和Unity的汽车动态仿真是可行的。

关键词:3dsmax,Unity,虚拟现实,动力学

Abstract

Internet thinking has deeply influenced modern people. The establishment of virtual platform is based on the extensive application of Internet thinking.This is especially true for the automobile industry. The integration of virtual reality makes virtual driving possible. The study of automobile simulation and various parameters is inseparable from the study of virtual automobile model in the computer.This research involves vehicle design, road design, character design, environment design, dynamic design, etc.Key issues include how to obtain the required model in the virtual environment, how to optimize the selected model, how to import the required model, and how to reasonably drive the required model, which involves the dynamics, body, engine and other fields of automotive research.

In this paper, 3dsmax is used for modeling and simulation processing of the model, as well as material processing and mesh optimization, so as to adapt the output model to Unity platform, which can carry out real-time simulation operation on the vehicle, and achieve dynamic simulation and result output.Through the design practice of several models, it is proved that the car dynamic simulation based on 3dsmax and Unity is feasible.

Keywords: 3dsMax ;Unity; virtual reality ; dynamics

目 录

第1章 绪论 1

1.1 研究背景 2

1.2 研究目的与意义 3

1.3 国内外发展现状 4

1.4 本章小结 4

第2章 车辆动力学理论基础 5

2.1车辆发动机基础 5

2.2 汽车理论基础 7

2.3汽车构造对仿真模型的影响 8

2.4 本章小结 9

第3章 3dsmax和Unity简介 10

3.1 3dsmax建模思路简介 10

3.2 Unity平台搭建思路 11

3.3本章小结 12

第4章 3dsmax的车辆建模和unity的仿真平台搭建 12

4.1 3dsmax车辆建模准备 13

4.2 Unity汽车模型导入 14

4.3车辆模型在Unity中的动力学 15

4.4 本章小结 16

第5章 总结和展望 17

参考文献 18

致谢 19

第1章 绪论

互联网已经深刻地影响了广大人民群众衣食住行的各方各面,在互联网模式的深刻应用下。近些年,移动支付、网络游戏、共享单车、虚拟现实技术、互联网金融、电竞行业、互联网安全等方方面面的快速崛起,预示着信息产业的革命将会是下一个时代最重要的方向。在互联网与社会深度融合的时代当口,虚拟现实技术将独领风骚,互联网加的思路运用到汽车产业上。

虚拟驾驶表面上听起来玄乎其玄,其实是可看、可感、可用、可调的。它利用MAX、Unity等软件为基础,相关的高科技硬件设备为辅助,作为当代的一种高科技手段让参与者在虚拟或者说电脑计算机所营造的的驾驶场景中,用虚拟场景营造出的近似于真实现场效果的视听盛宴和模拟体感的汽车驾驶虚拟体验。也可以称之为汽车仿真驾驶,中将有相当多的技术突破口,每解决一个,都将是巨大的技术突破。其中以硬件为基础的,汽车虚拟驾驶座椅,汽车虚拟驾驶硬件产品。包括,显示设备,生成设备,图传设备,运算设备,等一系列设备作为基础。即时三维图像生成技术,广角视野显示技术等技术虽然不是本文研究的重点,但是确是实现虚拟驾驶不可或缺的一些技术储备,有了这些技术支撑,本文所研究的汽车建模才能和虚拟场景中的环境适配,才能景行后续仿真工作。

但是,从模型到驱动也不是一帆风顺的,还需要大量适配于自己所编写程序的一套流程和方法,这就是本文所研究的重点,即如何将MAX中的模型成功地导入到Unity中作为虚拟物体进行仿真分析。通过仿真分析,就能够在虚拟场景中进行各种各样汽车车辆动力学的研究和实验。现实场景中的绝大多数实验场景很难进行准确模拟,但是在虚拟环境中,这些将会变得可实现。通过在虚拟场景中,输入各项基础参数,在进行实时的动态模拟,就可以即时生成各项性能参数。通过各项性能参数的获取,就可以进行理论教学和实际试验。汽车设计的的各项参数就可以让相关汽车从业者进行参数认定。同时,也可作为教学平台。

1.1研究背景

第一辆汽车问世于十九世纪,距今已有将近一百多年历史,汽车产业伴随着我国国民经济的不断发展而呈现出井喷般的爆发式增长。汽车产业从业人群已突破三千万人,极大的带动了相关上下游企业的发展,这其中,为国民就业率以及税收等更方面社会的命脉产业做出了巨大的贡献。

汽车产业对上下游产业经济的快速拉动,是其他所有产业所不可比拟的,汽车产业往往可以带动一方经济发展,能够带动一地的产业变革。这样的例子不胜枚举,例如早年我国经济还处在极端脆弱的时期,由于国家战略,将汽车厂二汽建在十堰,这个鄂西北的边陲小镇因而得以腾飞。在上世纪七八十年代,十堰的经济总量一度位居全国二十几位,这就是产业带来的经济的拉动作用。这样巨大的拉动作用,也只有汽车产业能够实现这样的跨越式发展,其他的产业或多或少的都没有这么巨大的作用。

所以,国家重视汽车产业,这是非常重要的战略决策,通过汽车产业的聚集,往往可以拉动整个社会和地区的产业转型。汽车产业所带来的的各项知识行业人才的聚集,也使得当地的经济安康稳定发展。

研究发现,二十世纪初,随着二汽总部搬往武汉沌口,十堰,作为二汽的老基地老厂区,消费能力下降,居民生活水平下降严重,其中很大一部分原因在于二汽的离开,带走了大量的相关上下游企业,直观上看是税收的下降,当地政府在民生投入上的拨款减少明显。其实最深层的原因是,汽车产业所配套,或者直白点叫做,所养活的大量上下游企业的利润的下滑,让整个十堰地区的民营消费能力下降。

作为事物的另一方面,汽车在研发中关键一步,实验,将是制约汽车研发的瓶颈所在。汽车试验不同于其他各种在化学实验室里的实验,汽车试验需要耗费大量的燃油,人力物力财力,最终所得的结果反而可能和预期大相径庭。所以,开发一种虚拟环境中的实验系统,就显得额外重要。

虚拟环境的搭建不光有实验的作用,它还可以在其他领域发挥出重要的惠及民生的巨大作用。随着科技水平,和任命生活质量的不断上升,汽车保有量越来越大。环境污染问题迫在眉睫,能源短缺问题也市场引发各大国之间的争端。在大量的环境问题中,全球越来越重视温室气体所引发的全球变暖问题,各个国家都在高度重视温室气体对整个全球的大气环境所引发的巨大影响。六种常见的温室气体都与汽车的派出的废气息息相关。如一氧化碳、二氧化硫、含铅化合物等,苯并芘及固体颗粒、碳氢化合物等相关化合物对于环境的影响将会是不可想象的。所以作为汽车研发中的重要一环,实验,就需要一种实验平台能够更加清洁简单的进行各项实验研究,同时方便后续者进行简单的深入研究。

虚拟驾驶作为一种替代于实际汽车驾驶的存在,将会在未来无人驾驶领域发挥出难以想象的巨大作用。驾驶员可以足不出户,就能够控制外面行驶在道路上的各种车辆,这是虚拟驾驶的一个方面的应用前景。

另一方面,在虚拟环境中进行的形形色色的汽车动态仿真实验,让实验员可以更清洁更搞笑,更直接的进行汽车的各项试验。同时,汽车虚拟平台的搭建,也为外来人进行汽车相关参数的学习提供了一个更加简单更加直接的方式方法和途径。作为汽车专业的学生而言,汽车实验平台,可以让同学们不在受制于相关实验器材的限制,自由发挥自己天马心行空的想象力和创造力。同时,虚拟测试平台极大的自由度,也为参与者提供了一个更加自由环境,从而能够实现更多其他的具有创造性的实验结果。

1.2 研究目的与意义

现阶段正是互联网与当下社会环境深度融合的关键时期,各国在信息领域领域里抢滩登陆,在信息领域里进行角逐,其根源在于制造业的提升,信息产业于当前制造业的融合,能够迅速是我国从低端制造走向高端制造。而其中,制造业的关键一环就是汽车制造,汽车制造是制造业中最普遍,影响范围最广,涉及领域最多,牵动上下游企业商家最多的一个领域。汽车产业的重要性不言而喻,但是随着近几十年我国经济特备是汽车产业的飞速发展,到如今,汽车产业已明显进入疲软发展态势,各项经济增长点缺乏,所以汽车产业亟待与互联网产业进行深度融合,只有深度融合,吸取互联网的各项优点,才能在下一轮的汽车增长上有所突破。

我国在5G技术上的领先态势,也给以美国为首的西方国家以很大的精神压力,5G传输的重要性不言而喻。但是5G对于未来最为重要的一项突破,就是可以实现汽车的自动驾驶,那么,在5G即技术到来的关键时期,虚拟现实、虚拟驾驶的重要性就凸显出来了。只有在虚拟平台上进行全平台监控,全平台实时操控,才能将5G时代提供给我们的巨大便利体现出来。

现阶段5G时代的到来,就是这项关键虚拟平台搭建的重要意义,从长远来看,以后的物联网时代的到来,将会十分深刻地改变现存的各项现实世界中所存在的各项方式方法。虚拟现实实验仿真平台的搭建就显得迫在眉睫,通过导入大量的汽车模型进行仿真运算,实时渲染计算出大量相关数据和实验参数,将会比在现实中进行各项汽车实验产生更大的经济效益同时产生更小的成本,同时,虚拟环境的普适性,也为将来大量进行汽车模拟仿真提供了平台基础。

1.3 国内外发展现状

虚拟现实技术与传统行业相融合地越来越紧密,这与互联网加的普及有莫大的关系。美国特斯拉集团,通用汽车、欧洲宝马奔驰、雷诺雪铁龙。日本的日产、丰田本田汽车公司,以及最近涌现出的大量民营汽车公司,包括蔚来、比亚迪等一系列汽车厂商都在往这个方向发展。

尤其是美国特斯拉汽车公司最为显著。作为一家总部在硅谷的高科技企业,特斯拉投入巨资在自动驾驶、虚拟驾驶方面的研究。美国tesla汽车公司的出现极大地推动了汽车虚拟平台的发展。通过虚拟平台的搭建,各大汽车厂商就可以在虚拟环境中进行汽车的各项试验参数的测定。2018年9月,大众汽车公司就推出测试虚拟辅助驾驶系统,这项测试延续测试数百万公里,但最终所花费的时长仅需24小时。

我国要想从汽车大国发展为汽车强国,研发强国,首先就需要大力投入虚拟现实平台的搭建。而未来汽车产业的相关工作,都将深度地于虚拟现实平台进行融合,两者之间的碰撞将会迸发出难以预料的发展空间。

1.4 本章小结

互联网深刻地改变我们的生活时,虚拟现实平台的搭建将会带来深刻的产业变革,将会引发新一轮的产业技术革命。虚拟现实技术与汽车产业的深度融合,将会带来更为深远的发展前景,将会给汽车产业提供一个新的经济增长模式。因此,本文基于上述理念进行了相关的学习和研究。包括学习研究3dsmax建模的相关知识,动手实际操作建立模型,梳理和整理汽车模型,网格优化,广泛了解各类模型间的差异、优劣及相应处理办法。初步学习C#语言编写思路和方法,参与部分程序语言的编写和调试,以及相关汽车基础理论的研究应用。通过前面深入而基础的学习研究,形成了自己的一套模型导入流程的途径和方法。

第2章 车辆动力学理论基础

2.1 车辆发动机基础

发动机是汽车的核心部件,发动机的理论基础决定了整车的动力系统是否合适,发动机动力曲线等相关参数对于整车的影响不言而喻,发动机的性能指标、发动机相关换气过程、发动机的废气在循环涡轮增压……还涉及燃烧与燃烧化学,发动机万有特性曲线等相关重要参数规律的研究与实现途径

发动机的负荷特性

发动机的特性涉及发动机的转速和发动机的负荷,通过研究输出功率,转矩对发动机转速,负荷的影响规律,形成一系列曲线图,依靠这些曲线图,进行动力学仿真模拟分析。

发动机负荷特性描述了这样一种工况,当发动机转速不变化时,当驾驶员缓慢调节油门的开度变化,得到各项发动机参数随负荷也可以称之为转矩所变化的曲线的规律。

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图2.1 发动机负荷特性曲线

发动机速度特性曲线

发动机速度特性是指发动机的主要相关的性能指标,比如转矩、友好功率等随发动机的实时转速所形成的变化规律。具体的现实场景就是,当汽车再沿着阻力变化的道路上进行心事时。如果给油的节气门位置不变,转速事变随着路况的改变而发生相应变化,这是的发动机是按照速度特性曲线去工作的,这既是速度特性曲线的意义所在。

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图2.2 速度特性曲线

万有特性曲线

前面所述的负荷特性,速度特性等相关描述特性曲线都只能在某一特定的相对理想化的工作状态中,比如转速保持不变,油门开度由驾驶员保持相对的稳定状态。如果有事需要全面表示出发动机各项各项性能参数的特性曲线,有时候需要这样的特性曲线来表达,对于那些工况范围变化极大的需要分析各工况下的发动机各项参数的变化规律,此时就需要万有特性曲线的规律来指导汽车的驱动。

图2.3 万有特性曲线

2.2 汽车理论基础

汽车动力性理论基础(包含轮胎与地面相关动力学问题的拓展)

在虚拟平台中的汽车驱动与实际课本上学的汽车理论的汽车动力学问题有所不同。汽车虚拟平台中,例如Unity平台中,脚本是通过抓取项目文件夹中的车轮参数进行对整车的控制和驱动。这其中涉及非常多的汽车动力学相关知识。

Unity平台中汽车车轮组件是由两组控制参数同时对汽车的运动进行控制和驱动,包括车轮组件和悬架组件。其中包含非常多的相关参数的输入和调节。包括车轮阻尼率,即为汽车悬架在弹跳过程中的阻尼参数对虚拟平台上模型运动的影响效能。

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