CN101034501A - 互动式汽车驾驶案例教学与考试系统和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种互动式汽车驾驶案例教学与考试系统和方法，其中，该系统包括：车身与支架子系统，用于操作人员实现模拟驾驶，设置有各种操作部件；信号采集子系统，用于采集操作部件的运动数据及操作人员的运动信号；视景子系统，用于将路谱展现给操作人员，并用于根据汽车动力学模型和采集到各操作部件的运动数据控制路谱中被操作人员所操作的车辆的运动，并展现给操作人员。本发明能实现驾驶场景的再现，仿真度高，拥有大量的交通事故案例和险情处置方案，对驾驶技能可进行科学和客观的测量与评价。
Description
技术领域
本发明涉及汽车驾驶模拟和测评，特别是一种互动式汽车驾驶案例教学与考试系统和方法。
背景技术
我国目前汽车保有量已达2700多万辆，并正以每年15％的速度飞速增长。而最近国家取消了对小排量经济型小汽车的限制，有专家预测到十一五末我国汽车保有量将达到5500万辆。汽车保有量的迅猛增长，汽车交通安全事故也急剧增加。
为了提高驾驶的熟练度，驾驶人员有必要进行一定的训练和评测，然而如果全部进行实际的训练和评测，则需要花费大量的金钱和场地，同时由于驾驶人员的巨大数量，有可能需要等待较长的时间才能参加类似的训练和评测。
因此有必要提供一种系统和方法，其能实现驾驶场景的再现，仿真度高，拥有大量的交通事故案例和险情处置方案，对驾驶技能可进行科学和客观的测量与评价。
发明内容
本发明的目的在于提供一种互动式汽车驾驶案例教学与考试系统和方法，能在逼近真实车辆驾驶感受的同时，进行交通事故案例教学，同时完成对驾驶者的事故倾向性测评。
为了实现上述目的，本发明提供了一种互动式汽车驾驶案例教学与考试系统，包括：
车身与支架子系统，用于操作人员实现模拟驾驶，设置有各种操作部件；
信号采集子系统，用于采集操作部件的运动数据及操作人员的运动信号；
视景子系统，用于将路谱展现给操作人员，并用于根据汽车动力学模型和采集到各操作部件的运动数据控制路谱中被操作人员所操作的车辆的运动，并展现给操作人员。
上述的互动式汽车驾驶案例教学与考试系统，其中，还包括：
事故倾向性测评子系统，用于根据采集到各操作部件的运动数据和/或操作人员的运动信号和/或路谱中被操作人员所操作的车辆的运动生成评判操作人员的驾驶行为及驾驶技能的测评结果。
上述的互动式汽车驾驶案例教学与考试系统，其中，所述车身与支架子系统还设置有仪表，所述信号采集子系统还用于根据采集到的车身与支架子系统的操作部件的运动数据驱动车身与支架子系统的仪表进行显示。
上述的互动式汽车驾驶案例教学与考试系统，其中，所述信号采集子系统包括：
操作部件传感器，用于采集操作人员对车身与支架子系统的操作部件进行操作后各操作部件的运动数据；和
操作人员运动传感器，用于采集操作人员的运动信号，获取操作人员的驾驶状态。
上述的互动式汽车驾驶案例教学与考试系统，其中，所述操作部件传感器为线位移传感器。
上述的互动式汽车驾驶案例教学与考试系统，其中，所述视景子系统包括：
路谱生成及保存模块，用于设计、保存按照不同路况级别选择使用发生在不同路基上的交通事故案例构成的路谱；
虚拟汽车控制模块，用于根据采集到各操作部件的运动数据和汽车动力学模型生成车辆在真实环境中的相同操作的行为；
成像模块，用于利用图像生成平台生成道路、场景以及路谱中被操作人员所操作的车辆的运动后输出；
显示模块，用于将成像模块中生成的道路、场景以及路谱中被操作人员所操作的车辆的运动通过影像展现给操作人员。
上述的互动式汽车驾驶案例教学与考试系统，其中，所述视景子系统还包括：
音频指引单元，用于通过声音指引操作人员对操作部件进行操作；及
监控单元，用于监控车身与支架子系统的内部状况及操作人员的状况。
上述的互动式汽车驾驶案例教学与考试系统，其中，所述路谱为根据不同路况级别选择使用发生在不同路基上的交通事故案例而构成的路谱。
为了更好的实现本发明的目的，本发明还提供了一种汽车驾驶模拟方法，其中，包括：
步骤A，向操作人员通过视频展示一路谱；
步骤B，操作人员根据该路谱，同时还可结合操作指引对车身与支架子系统的操作部件进行操作；
步骤C，信号采集子系统采集操作人员对车身与支架子系统的操作部件进行操作后各操作部件的运动数据，并采集操作人员的视线运动信号；
步骤D，视景子系统根据采集到各操作部件的运动数据和汽车动力学模型控制路谱中被操作人员所操作的车辆的运动，并展现给操作人员。
上述的汽车驾驶模拟方法，其中，还包括：
步骤E，根据采集到各操作部件的运动数据和/或操作人员的视线运动信号和/或路谱中被操作人员所操作的车辆的运动生成评判操作人员的驾驶行为及驾驶技能的测评结果。
上述的汽车驾驶模拟方法，其中，所述路谱为根据不同路况级别选择使用发生在不同路基上的交通事故案例而构成的路谱。
本发明的互动式汽车驾驶案例教学与考试系统和方法通过投影机和柱形幕显示预先以交通事故案例编制而成路谱，操作人员在由车身与支架子系统构成的模拟驾驶操作工位上，模拟驾驶汽车进行应对处理。并通过采集到各操作部件的运动数据和/或操作人员的视线运动信号分析操作人员在处理道路情况过程中所表现出来的驾驶行为过程，进而，对驾驶者的事故倾向性进行客观综合评价，并有针对性地提出预防措施。
附图说明
图1为本发明的互动式汽车驾驶案例教学与考试系统的结构示意图；
图2为本发明的汽车驾驶模拟方法的流程示意图。
具体实施方式
为方便本发明的描述，在此先对本发明所涉及到的一些概念进行说明。
道路元素，包括机动车、非机动车、人物、道路障碍、交通警察指挥手势信号、交通信号与标志等。
路基，是指没有道路元素的道路，其可以采用一定的分类方式将其分为城市道路、分向道路、混合道路、夜间道路、雨天道路、泥泞路、冰雪路、雾天路、山区道路、高速公路等。
路况，是指道路交通状况，按道路元素的多少与密集度可分为简单路况、一般路况、复杂路况。同时路况又可分常规路况和险情路况两种，所谓常规路况是指道路元素均按交通法规的要求设置与运行的路况；险情路况是指设有事故案例中违法设置与运行的道路元素的路况。
路谱，通过在路基上设置道路元素而构成的各种路况的驾驶情境。
如下所示，为其中的一种路谱的设置的举例说明。
| 照明条件 | 良好 | 道路类型 | 城市主干道 | 交通控制方式 | 标志标线 |
| 道路线型 | 平直路 | 天气条件 | 阴天 | 路口路段类型 | 三支分叉路 |
| 路面类型 | 水泥 | 地形条件 | 平原 | 车行道设置横断面 | 分向式 |
| 路面条件 | 干燥 | 路宽 | 14米 | 车行道宽 | 3.5米 |
根据上表中的各种交通条件，选定对应的路基，并在路基上添加道路元素后即可得到对应的一条路谱。
本发明的互动式汽车驾驶案例教学与考试系统如图1所示，包括车身与支架子系统、信号采集子系统、视景子系统和事故倾向性测评子系统，其中：
车身与支架子系统，用于操作人员实现模拟驾驶，其中设置有各种操作部件，如方向盘、转向柱、离合踏板总成及油门踏板总成等；同时还包括各种仪表等，该仪表根据操作人员对操作部件的操作产生对应的指示信号，在此，该车身与支架子系统可以为真车驾驶室；
信号采集子系统，用于采集操作人员对车身与支架子系统的操作部件进行操作后各操作部件的运动数据，并用于采集操作人员的运动信号；同时还可用于根据采集到的车身与支架子系统的操作部件的运动数据驱动车身与支架子系统的仪表显示；
视景子系统，用于将路谱展现给操作人员，并用于根据汽车动力学模型和采集到各操作部件的运动数据控制路谱中被操作人员所操作的车辆的运动，并展现给操作人员；该被操作人员所操作的车辆的运动与真实车辆在真实环境下被同样的动作操作所产生的运动相同；
事故倾向性测评子系统，用于根据采集到各操作部件的运动数据和/或操作人员的运动信号和/或路谱中被操作人员所操作的车辆的运动评价操作人员的驾驶行为、驾驶技能等。
本发明的汽车驾驶模拟方法如图2所示包括如下步骤：
步骤A，向操作人员通过视频展示一路谱；
步骤B，操作人员根据该路谱，同时还可结合操作指引对车身与支架子系统的操作部件进行操作；
步骤C，信号采集子系统采集操作人员对车身与支架子系统的操作部件进行操作后各操作部件的运动数据，并采集操作人员的视线运动信号；
步骤D，视景子系统根据采集到各操作部件的运动数据和汽车动力学模型控制路谱中被操作人员所操作的车辆的运动，并展现给操作人员；该被操作人员所操作的车辆的运动与真实车辆在真实环境下被同样的动作操作所产生的运动相同；
步骤E，根据采集到各操作部件的运动数据和/或操作人员的运动信号和/或路谱中被操作人员所操作的车辆的运动评价操作人员的驾驶行为、驾驶技能等。
下面对本发明的系统和方法进行进一步详细的描述。
车身与支架子系统包括真车的车身总成、上下支架、踏台等组成，在本发明的具体实施例中采用现实中的汽车驾驶室，如大车型采用东风153驾驶室总成，即道路上可见的大型货车的驾驶室。
信号采集子系统包括：
操作部件传感器，用于采集操作人员对车身与支架子系统的操作部件进行操作后各操作部件的运动数据；和
操作人员运动传感器，用于采集操作人员的运动信号，如视线跟踪器、头部跟踪器等，获取操作人员的驾驶状态；
操作部件传感器在本发明的具体实施例中采用线位移传感器，与三踏板和转向机构机械连接，实现各操作部件的运动数据的采集。
当然，也可以采用其他形式的位置传感器来实现操作部件运动数据的采集。
其中操作部件传感器采集连续的操作部件运动数据通过A/D转换为数字信号后输出给其他子系统进行处理。
上述的视线跟踪器可以是采用红外跟踪人眼的运动情况的期间，判断视觉焦点。
视景子系统包括：
路谱生成及保存模块，用于设计、保存按照不同路况级别选择使用发生在不同路基上的交通事故案例构成的路谱；该路谱的多样化可以实现各种驾驶情景和交通事故案例自由设计；
虚拟汽车控制模块，用于根据采集到各操作部件的运动数据和汽车动力学模型生成车辆在真实环境中的相同操作的行为；
成像模块，用于利用图像生成平台生成道路、场景以及路谱中被操作人员所操作的车辆的运动后输出；同时，还可用于在道路和场景中添加特技效果，如雨天效果、雪天效果、阳光效果、灯光光晕特效等，让景物生成更加逼真；在此，该图像生成平台可以是0penGL、DirectX等多种类型的图像生成平台；
显示模块，用于将3维成像模块中生成的道路、场景以及路谱中被操作人员所操作的车辆的运动通过影像展现给操作人员，在本发明的具体实施例中采用3台LCD超视角投影机及柱形幕来实现，柱型屏幕的型式为柱体表面的一部分，屏幕展平为一矩形，车身与支架子系统布置于柱型幕轴心附近，结合投影机，形成接近180度的环视效果，使操作人云在虚拟的交通环境中，真切感受到身临其境的驾驶效果。
当然，也可以采用球形幕或方形幕结合投影机来实现。
该路谱生成及保存模块中包括道路位置/交通标志生成器和路面描述生成器，用于简便直观的编辑生成路基，再根据道路和场景加入场景发生条件，最终生成所需的路谱。
当然，该视景子系统还可以包括：
音频指引单元，用于通过声音指引操作人员进行操作；及
监控，用于监控车身与支架子系统的内部状况及操作人员的状况，可以采集图像、视频、声音等。
利用该路谱设计及保存模块，可以：
构建各种道路情景和再现交通事故的过程情景；
实现多种驾驶图示，如向左侧变更行车道、向右侧变更行车道、避让左侧情况、避让右侧情况、兼顾道路两侧情况的通过、交叉点直行、交叉点右转弯、交叉点左转弯、会车、超车、让超车、铁路道口的通过等；
设定场地障碍科目，用户可根据场地障碍数据库设计训练场地，如设定连续障碍路、单边桥、直角转弯、侧方停车位、上坡路定点停车与坡道起步、限速通过限宽门、百米加减档、起伏路(凹凸路)驾驶、曲线驾驶、斜位停车、公路划线调头、“8”字形路、“N”字形路、双边桥、横断路、渐窄门、涉水路、小巷倒车、沿线倒车、弧线倒车、正倒车库、侧倒车库、快速移位长距离倒车、车前定位、车中定位、车后定位、高架桥、通过卵石路段、通过倾斜路段、自顶端站台上、下铁路平车、自侧面站台上、下铁路平车、自临时站台上、下铁路平车、倒车尾靠货台驾驶、倒车侧靠货台驾驶、前进侧靠货台驾驶、倒车挂装与牵装倒库、进倒平板驾驶等。
上面已经提到，事故倾向性测评子系统用于根据采集到各操作部件的运动数据、操作人员的运动信号(驾驶状态)、以及视景子系统的驾驶过程客观评价操作人员的驾驶行为、驾驶技能等。该客观评价操作人员的驾驶行为、驾驶技能等的行为最后可以文档的形式存在。
下表为操作人员的驾驶行为及该驾驶行为对应的被操作人员所操作的车辆的运动的一个举例说明。
| 序号 | 项目 | 内容 |
| 1 | 转向盘 | 转动的方向、时机、速度、幅度 |
| 2 | 变速杆 | 档位 |
| 3 | 离合器踏板 | 工作状态(分离或结合) |
| 4 | 加速踏板 | 放松时机 |
| 5 | 制动踏板 | 踩踏时机与程度 |
| 6 | 驻车制动器操纵杆 | 工作状态(放松或拉紧) |
| 7 | 转向灯 | 工作状态(左转、右转、未开) |
| 8 | 喇叭 | 使用情况 |
| 9 | 灯光 | 使用情况 |
| 10 | 安全带 | 使用情况 |
| 11 | 车速 | 状态 |
| 12 | 车辆行驶状况 | 运行轨迹 |
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (11)
1.一种互动式汽车驾驶案例教学与考试系统，其特征在于，包括：
车身与支架子系统，用于操作人员实现模拟驾驶，设置有各种操作部件；
信号采集子系统，用于采集操作部件的运动数据及操作人员的运动信号；
视景子系统，用于将路谱展现给操作人员，并用于根据汽车动力学模型和采集到各操作部件的运动数据控制路谱中被操作人员所操作的车辆的运动，并展现给操作人员。
2.根据权利要求1所述的互动式汽车驾驶案例教学与考试系统，其特征在于，还包括：
事故倾向性测评子系统，用于根据采集到各操作部件的运动数据和/或操作人员的运动信号和/或路谱中被操作人员所操作的车辆的运动生成评判操作人员的驾驶行为及驾驶技能的测评结果。
3.根据权利要求1或2所述的互动式汽车驾驶案例教学与考试系统，其特征在于，所述车身与支架子系统还设置有仪表，所述信号采集子系统还用于根据采集到的车身与支架子系统的操作部件的运动数据驱动车身与支架子系统的仪表进行显示。
4.根据权利要求1或2所述的互动式汽车驾驶案例教学与考试系统，其特征在于，所述信号采集子系统包括：
操作部件传感器，用于采集操作人员对车身与支架子系统的操作部件进行操作后各操作部件的运动数据；和
操作人员运动传感器，用于采集操作人员的运动信号，获取操作人员的驾驶状态。
5.根据权利要求4所述的互动式汽车驾驶案例教学与考试系统，其特征在于，所述操作部件传感器为线位移传感器。
6.根据权利要求1或2所述的互动式汽车驾驶案例教学与考试系统，其特征在于，所述视景子系统包括：
路谱生成及保存模块，用于设计、保存按照不同路况级别选择使用发生在不同路基上的交通事故案例构成的路谱；
虚拟汽车控制模块，用于根据采集到各操作部件的运动数据和汽车动力学模型生成车辆在真实环境中的相同操作的行为；
成像模块，用于利用图像生成平台生成道路、场景以及路谱中被操作人员所操作的车辆的运动后输出；
显示模块，用于将成像模块中生成的道路、场景以及路谱中被操作人员所操作的车辆的运动通过影像展现给操作人员。
7.根据权利要求6所述的互动式汽车驾驶案例教学与考试系统，其特征在于，所述视景子系统还包括：
音频指引单元，用于通过声音指引操作人员对操作部件进行操作；及
监控单元，用于监控车身与支架子系统的内部状况及操作人员的状况。
8.根据权利要求1或2所述的互动式汽车驾驶案例教学与考试系统，其特征在于，所述路谱为根据不同路况级别选择使用发生在不同路基上的交通事故案例而构成的路谱。
9.一种汽车驾驶模拟方法，其特征在于，包括：
步骤A，向操作人员通过视频展示一路谱；
步骤B，操作人员根据该路谱，同时还可结合操作指引对车身与支架子系统的操作部件进行操作；
步骤C，信号采集子系统采集操作人员对车身与支架子系统的操作部件进行操作后各操作部件的运动数据，并采集操作人员的视线运动信号；
步骤D，视景子系统根据采集到各操作部件的运动数据和汽车动力学模型控制路谱中被操作人员所操作的车辆的运动，并展现给操作人员。
10.根据权利要求9所述的汽车驾驶模拟方法，其特征在于，还包括：
步骤E，根据采集到各操作部件的运动数据和/或操作人员的视线运动信号和/或路谱中被操作人员所操作的车辆的运动生成评判操作人员的驾驶行为及驾驶技能的测评结果。
11.根据权利要求9或10所述的汽车驾驶模拟方法，其特征在于，所述路谱为根据不同路况级别选择使用发生在不同路基上的交通事故案例而构成的路谱。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| C56 | Change in the name or address of the patentee |
Owner name: BEIJING SUNHEART SIMULATION TECHNOLOGY LTD. Free format text: FORMER NAME: BEIJING SUNHEART SIMULATION TECHNOLOGY LTD. |
|
| CP01 | Change in the name or title of a patent holder |
Address after: 100085, room 1110, building C, Ka Wah building, No. 9, 3rd Street, Haidian District, Beijing Patentee after: Beijing Sunheart Simulation Technology Co., Ltd. Address before: 100085, room 1110, building C, Ka Wah building, No. 9, 3rd Street, Haidian District, Beijing Patentee before: Beijing Sunheart Simulation Technology Ltd. |
|
| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right |
Denomination of invention: Interactive automobile driving case teaching and examination system and method Effective date of registration: 20140813 Granted publication date: 20120718 Pledgee: Haidian Beijing science and technology enterprise financing Company limited by guarantee Pledgor: Beijing Sunheart Simulation Technology Co., Ltd. Registration number: 2014990000655 |
|
| PLDC | Enforcement, change and cancellation of contracts on pledge of patent right or utility model | ||
| PC01 | Cancellation of the registration of the contract for pledge of patent right |
Date of cancellation: 20160617 Granted publication date: 20120718 Pledgee: Haidian Beijing science and technology enterprise financing Company limited by guarantee Pledgor: Beijing Sunheart Simulation Technology Co., Ltd. Registration number: 2014990000655 |
|
| PLDC | Enforcement, change and cancellation of contracts on pledge of patent right or utility model | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20120718 Termination date: 20200308 |