摘要汽车驾驶模拟器是一种用于汽车产品开发、“人—车—环境”交通特性研究或驾驶培训的重要工具。
近年来，由于具有安全性高、再现性好、可开发性强、成本低等显著特点，研究开发驾驶模拟器已经成为国内外一个重要发展方向。
本文在查阅国内外大量资料的基础上，结合老师的研究课题主要对六自由度汽车驾驶模拟器液压系统部分进行设计。
六自由度汽车运动模拟器采用液压伺服阀控制液压缸来驱动模拟平台的运动，以实现汽车驾驶模拟器运动姿态模拟。
本文主要进行机械机构的设计、液压伺服系统设计、液压泵站设计和液压缸的设计等。
通过模拟器的机构设计和驱动液压伺服系统设计，结合电气系统能够实现汽车在不同运行状态的模拟，当驾驶员坐在驾驶舱系统的座椅上进行模拟驾驶时，完全能够感受到实际汽车驾驶的各种体感，为实车训练驾驶提供了可替代的模拟平台；本设计也为今后的进一步研究及其在娱乐模拟器、动感电影等产业的实际推广和应用方面奠定了基础。
关键词：汽车驾驶模拟器六自由度运动平台液压伺服系统运动姿态控制AbstractThe Automobile-driving i an important tool which used for the development of auto mobile product and the study of the transportation characteristics of “man-car-environment”or the driver training .In recent years, the study of the automobile-driving simulator used for development has become an important development direction in the world because of the notable characteristics of high safety, well reappearance of scene, easy to develop and low cost.This article is based on searching the large quantity of information about at home and abroad, and combines with the tea cher’s research task which mainly designs the part of 6-dof driving Simulator of hydraulic system .The 6-dof motion simulator adopts valves of hydraulic servo to control actuator to drive the movement of driving simulation platform, and to achieve the movement posture simulation of the automobile driving simulator. This article is mainly about the designing of machine, the system of hydraulic servo, hydraulic pump station, and actuator and so on.According to the designing of agencies of simulator and hydraulic servo system, it can combines the electrical system which can bring out the imitation of cars in different movement conditions, when the driver simulating drive on the seat of cockpit system, you can feel the feeling of driving a true car, and it also offer the simulator platform which can be replaced for true driving training. At the same time, this designing is also establishes for the further researches and the practice extension and use.Keywords:Driving-automobile simulator, 6-dof of motion platform, the system of hydraulic servo, the control of campaign attitude目录1绪论 (1)引言 (1)国内外发展现状 (2)1.2.1国内外研究和发展概述 (2)1.2.2驾驶模拟器的应用和发展 (3)课题任务 (5)论文的主要研究内容 (5)2 运动学及力学分析 (6)六自由度运动模拟器机构位置反解 (6)2.1.1坐标系的建立 (6)2.1.2广义坐标定义 (6)2.1.3坐标变换矩阵 (7)2.1.4液压缸铰支点坐标的确定 (8)2.1.5位置反解 (10)六自由度运动模拟器机构位置正解 (11)静力学分析 (11)3 机械及液压部分设计 (12)运动模拟平台的设计 (12)3.1.1液压缸内壁D活塞杆直径d的计算 (12)3.1.2液压缸壁厚和外径的计算 (14)3.1.3缸盖壁厚的确定 (14)3.1.3液压缸工作行程的确定 (15)3.1.4缸体长度的确定 (15)3.1.5液压系统的计算 (15)液压泵站 (17)铰链的设计 (18)执行机构单元组成 (21)电液伺服控制单元与液压系统 (22)反馈单元 (23)4 电气部分设计 (24)电气原理及接口设计 (24)4.1.1MCS-51系列单片机的引脚及其功能 (24)4.1.2单个电液伺服液压缸位置控制电路设计 (26)4.1.3扩展电路 (26)电气原理图 (27)5 结论 (28)本文结论 (28)本文研究工作的不足 (28)参考文献 (29)致谢 (30)1绪论引言驾驶模拟器是一种用于汽车产品开发、“人－车－环境”交通特性研究或驾驶培训的重要工具。
由于具有安全性高、再现性好、可开发性强、成本低等显著特点，近年来，研究开发型驾驶模拟器已成为国际上的一个重要发展方向。
驾驶模拟器一般由硬件和软件两部分组成。
以计算机成像的大型模拟器为例，其硬件系统一般包括驾驶舱、计算机、投射仪、显示屏、运动液压系统等，软件系统包括道路环境的计算机实时动画生成，汽车行驶动态仿真，声响模拟，网络控制，操作平台等。
基本原理是由安装在驾驶舱的传感器将驾驶员的操纵信号传递到主控计算机，由主控计算机中的汽车模型软件计算出车辆瞬间的运动位置及姿态，再将车辆运动参数不断地传到计算机图形工作站，由图像软件生成对应的连续变化的道路视景图，最后再由投射仪将视景图投射到驾驶舱正前方的屏幕上，以此同时，由主控计算机控制液压系统，使驾驶舱产生一定的运动，并模拟汽车噪声，给驾驶员一个接近真实的驾车感觉。
这种模拟器规模大、造价高，主要用于汽车新产品的开发。
如Daimler-Benz 公司80 年代建成的具有六个自由度的世界上规模最大的模拟器、美国交通部93 年在IOWA 大学建立的大型驾驶模拟器、我国吉林大学汽车动态模拟国家重点实验实97 年研制的我国第一台大型驾驶模拟器ADSL等。
另外一种模拟器规模比较小，有的采用了静止的驾驶舱，极大地降低了成本。
这类模拟器主要用于道路交通的研究，在欧洲和日本应用比较多。
如日本大板产业大学通过近30 年的研究、不断开发完善的用于驾驶员行为研究的小型液压式驾驶模拟器、瑞典VDI 80 年代投资建成的具有大的侧向位移的驾驶模拟器、日本汽车研究所（JARI）93 年建成的带有体感模拟系统的驾驶模拟器，英国利兹大学1997 年开发成功的固定式汽车驾驶模拟器等。
还有一种驾驶模拟器更为简单，只是用于驾驶培训。
国内外都有较多产品。
这种模拟器一般不能进行二次开发，因而不能用于研究。
研究型的汽车驾驶模拟器主要应用于汽车动力学研究和道路交通问题的研究两个方面。
一般说来，大型模拟器主要用于汽车动力学性能的研究；而中小型模拟器，更多的是用于研究道路交通问题。
近年来，随着虚拟现实(VR)技术的迅速发展，在汽车驾驶模拟系统开发的过程中引入了虚拟现实技术。
虚拟现实技术自1989 年美国计算机科学家JaronLanier 提出后，发展十分迅速，并广泛应用于军事、航空航天、自动控制、医疗康复、教育娱乐等各个领域。
虚拟现实的本质是客观事物在计算机上的一种仿真实现，“是一种由计算机全部或部分生成的多维感觉环境，给参与者产生各种感官信息，如视觉、听觉、触觉等，使参与者有身临其境的感觉，能体验、接受和认识客观世界中的客观事物”，虚拟现实具有“沉浸(Immersion)－交互(Interaction)－构想(Imagination)”三个基本特征。
虚拟现实技术应用于汽车驾驶模拟系统中，就是通过计算机产生汽车行驶过程中的虚拟视景、音响效果和运动仿真，使驾驶员沉浸到虚拟驾驶环境中，并有实车驾驶的感觉，驾驶员根据虚拟驾驶环境提供的视觉、听觉、触觉感受，构想其驾驶动作，操纵模拟驾驶舱中的操纵机构，计算机根据驾驶员的操作状态，改变汽车在虚拟环境中的状态，其过程的不断循环，构成驾驶员－虚拟驾驶环境之间的交互作用，实现汽车的虚拟驾驶，从而体验、认识和学习现实世界中的汽车驾驶。
基于虚拟现实技术的汽车驾驶模拟系统极大地提高了系统的主动性、交互性和沉浸感等性能，给驾驶员更逼真的驾驶环境，对驾驶模拟器的各种应用提供了更为逼真的效果。
国内外发展现状1.2.1 国内外研究和发展概述早在七十年代，美国等一些发达国家就把汽车驾驶仿真系统作为一种较为先进的汽车仿真工具广泛应用于产品设计开发、车辆和交通评价以及作为驾驶员培训工具应用于驾驶员培训中心。
因此，不仅一些高等院校开发驾驶模拟系统，很多著名的汽车公司也投巨资开发驾驶模拟系统。
这些模拟系统主要是面向产品开发和性能评价的，因而技术先进，造价也相对较高。
例如，1985 年奔驰汽车公司首先建立了世界上规模最大的具有六个自由度的模拟器，并成功的应用于系列化高速轿车的开发中。