[发明专利]一种用于汽车模拟器中的汽车与地形交互仿真方法

权利要求书

1.一种用于汽车模拟器中的汽车与地形交互仿真方法，其特征在于，具体步骤如下：

1)生成基于符号距离函数的地形

首先根据用户输入设置山脊线的位置，而后根据符号距离函数的定义计算整个区域的SDF值，依次对计算所得的SDF值进行取反、平移操作，生成整个区域的高度值，再对生成的高度值进行随机扰动，得最终区域高度值，并生成最终区域地形；

2)汽车驾驶模拟器中汽车与地形交互仿真

计算汽车驾驶模拟器中汽车的四个轮胎位置，如式(4)～(5)所示，

再根据所得的每个轮胎位置计算每个轮胎与步骤1)所得地面接触的高度值，并将每个轮胎与步骤1)所得地面的高度值作为轮胎地面高度输入值，输入至汽车悬架垂向运动的10自由度汽车模型进行汽车姿态计算，如式(6)所示，与垂向受力和力矩计算如式(7)～(9)所示；

式(4)～(9)中，a_x,a_y,a_z、F_x,F_y,F_z分别为X，Y，Z轴方向的加速度和合外力；为绕X，Y，Z轴的角加速度；M_p，M_q，M_r绕X，Y，Z轴的合外力矩；I_xx，I_yy，I_zz汽车绕X，Y，Z轴的转动惯量；m为汽车质量；Fs_i为悬架Z方向受力；C_i，K_i为悬架的阻尼系数和刚度系数；K_ti为轮胎的刚度系数；z_b，分别为车身质心处的垂向位置、速度和加速度；z_wi、分别为车轮位置、垂向速度和加速度；z_bi、为汽车车身悬架处的垂向位置、速度；x_i、y_i分别为X，Y方向力臂；H(x,y)_i为轮胎与地面接触位置处地面高度；

最后在计算周期内，重复计算轮胎与地面接触位置及地面高度差值，并同时更新汽车姿态，即实现汽车与地形交互仿真。

2.根据权利要求1所述的一种用于汽车模拟器中的汽车与地形交互仿真方法，其特征在于，步骤1)中，符号距离函数SDF定义如下所示：

其中，φ(x,y)为符号距离函数定义，Ω为边界；

步骤1)中，生成整个区域的高度值计算如式(2)所示：

Φ(x,y)＝H₀-φ(x,y) (2)

其中，Φ(x,y)为经过变换的符号距离函数，H₀为需要设置的高度值偏移量；

步骤1)中，最终区域高度值计算如式(3)所示；

H(x,y)＝Φ(x,y)+noise(x,y) (3)

其中，noise为噪声函数，并采用随机噪声，目的在于增加高度值的多样性，避免过于平滑的高度场；H为基于符号距离函数的地形函数，通过该函数可得到任意位置的高度值。