CN101419757B - 快速可拆装式虚实两用模拟驾驶系统 - Google Patents
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Abstract
一种快速可拆装式虚实两用模拟驾驶系统，包括：数据采集模块、车载显示模块、主控模块，其中：所述数据采集模块包括多个传感器和与所述传感器相连接的可编程逻辑控制器，用于捕获实车的动作并转换为数字形式的数据并存储；所述主控模块，包括系统平台模块和与系统平台模块通讯连接的数据处理模块和图形引擎模块、数据库模块。本发明提供的快速可拆装式虚实两用模拟驾驶系统，采用附加型改造方案，所有部件采用模块化设计，数据采集模块在实车上经简单安装即可完成，而车载显示模块设计为快速拆装式，可在短时间内完成实车与模拟器之间的功能转换。
Description
技术领域
本发明涉及汽车模拟驾驶技术领域，特别涉及模拟驾驶系统。
背景技术
目前市场上现有的模拟驾驶系统多采用自行设计的驾驶器外壳、驾驶舱内部结构，采用了部分实车的部件，显示场景为普通二维显示。这种模拟驾驶器在实际使用过程中，往往反映出驾驶手感不佳、模拟器驾驶与实车驾驶存在较大的差异、模拟效果不够理想等问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种快速可拆装式虚实两用模拟驾驶系统。
本发明采用如下技术方案：
一种快速可拆装式虚实两用模拟驾驶系统，包括：数据采集模块、车载显示模块、主控模块，其中：
所述数据采集模块包括多个传感器和与所述传感器相连接的可编程逻辑控制器，所述传感器用于捕获实车的动作，所述PLC获取各传感器的状态值转换为数字形式的数据并存储；
所述主控模块，包括系统平台模块和与系统平台模块通讯连接的数据处理模块和图形引擎模块、数据库模块，所述数据处理模块与所述可编程逻辑控制器通讯连接，用于读取和处理所述存储的数据，并对这些数据进行分类判别，分离出控制信号和传感器数值，针对控制信号作相应的显示处理；对传感器数值做数据处理，计算出车辆发动机的转速和应该行驶的速度，并转为控制场景变化的数据，交由所述图形引擎模块；所述图形引擎模块根据提供的数据实现场景的变化，同时获取场景中已定义的事件，将这些事件告知系统平台模块，由其作相应的处理，同时将最终的场景画面做动态渲染并输出；所述系统平台模块用于维护、处理和协调所述主控模块中的各个模块之间的数据交换和事件；所述数据库模块用于维护多种数据并记录用户的驾驶信息以及场景和车辆的配置参数；
车载显示模块，包括投影机组件、背投幕组件、支架及遮光组件，所述投影机组件与所述图形引擎模块的输出相连接，所述背投幕组件用于投影机组件输出图像显示，所述支架及遮光组件用于固定背投幕组件和投影机组件，并将固定背投幕组件固定于实车的引擎盖上。
作为本发明的一种改进，所述主控模块中还包括与所述系统平台模块相连接的错误处理模块，用于记录及处理用户驾驶过程中的错误，在相应的界面中作提示或是场景中作处理。
作为本发明的又一改进，所述主控模块中还包括与所述系统平台模块相连接的音效模块，用于维护如场景音效、车辆控制音效、错误提示以及事件音效，音效的处理由所述系统平台模块响应各个所述主控模块中各个模块的要求而进行。
作为本发明的再一改进，所述主控模块中还包括与所述系统平台模块相连接的用户界面模块，用于与用户进行交互，让用户方便选择需要进行的模拟驾驶以及系统设定，所述系统平台模块根据用户的设定而调用相应的模块。
作为本发明的再一改进，所述多个传感器中包括多个开关型传感器和多个连续脉冲型传感器，所述开关型传感器用于捕获实车的手制动、变速器、安全带、车门的动作，实车中的点火开关、运行开关、转向灯、喇叭、前照灯、雨刮器的控制电路与所述可编程逻辑控制器相连接，所述连续脉冲型传感器用于采集方向盘、离合、油门、刹车的信号。
作为本发明的再一改进，所述实车中的点火开关为一独立安装的开关。
作为本发明的再一改进，在所述实车中的点火开关、运行开关、转向灯、喇叭、前照灯、雨刮器的控制电路与所述可编程逻辑控制器之间还包括一虚实信号切换开关。
本发明提供的快速可拆装式虚实两用模拟驾驶系统，采用附加型改造方案，所有部件采用模块化设计，数据采集模块在实车上经简单安装即可完成，而车载显示模块设计为快速拆装式，可在短时间内完成由实车到模拟器的转变，或是从模拟器到实车的转变。
附图说明
图1为本发明快速可拆装式虚实两用模拟驾驶系统实施例结构示意图；
图2为本发明实施例中数据采集模块结构示意图。
具体实施方式
如图1所示，一种快速可拆装式虚实两用模拟驾驶系统，包括数据采集模块、车载显示模块、主控模块，其中：
所述数据采集模块包括多个传感器和与所述传感器相连接的可编程逻辑控制器(PLC)，所述传感器用于捕获实车的动作，所述PLC获取各传感器的状态值转换为数字形式的数据并存储；
所述主控模块，包括系统平台模块和与系统平台模块通讯连接的数据处理模块和图形引擎模块、数据库模块，所述数据处理模块与所述可编程逻辑控制器(PLC)通讯连接，用于读取和处理所述存储的数据，并对这些该数据进行分类判别，分离出控制信号和传感器数值，针对控制信号类，如点火、车门、前照灯、左右转向灯等，作相应的显示处理；对传感器数值类，如转向数值、离合数值、油门数值，做数据处理，并转为控制场景变化的数据，例如结合档位信息、油门数据、离合数值、刹车状态等，计算出车辆发动机的转速和应该行驶的速度，并转为控制场景变化的数据，并交由所述图形引擎模块；所述图形引擎模块根据提供的数据实现场景的变化，如加速、减速、转向等，同时获取场景中已定义的一些事件，例如碰撞、限速、红绿灯事件等，将这些事件告知系统平台模块，由其作相应的处理，同时将最终的场景画面做动态渲染，并输出；所述系统平台模块用于维护、处理和协调所述主控模块中的各个模块之间的数据交换和事件；所述数据库模块用于维护多种数据，例如用户信息、车辆参数、道路数据、气候参数等，并记录用户的驾驶信息以及场景和车辆的配置参数，例如分数、错误驾驶记录等，
车载显示模块，包括投影机组件、背投幕组件、支架及遮光组件，所述投影机组件与所述图形引擎模块的输出相连接，所述背投幕组件用于投影机组件输出图像显示，所述支架及遮光组件用于固定背投幕组件和投影机组件，并将固定背投幕组件固定于实车的引擎盖上，驾驶者在驾驶室内可以透过前窗玻璃看到场景画面，画面实时响应操作者的动作。
依据所需建立的场景，本实施例中选择3DMAX作为场景主要的制作工具，虚拟现实造型语言(Virtual Reality Modeling Language，VRML)作为内嵌场景的控制语言编辑工具。
其中，所述主控模块中还包括与所述系统平台模块相连接的错误处理模块，用于记录及处理用户驾驶过程中的错误，并提示相应的界面或是场景中的处理，让驾驶着能在练习驾驶的过程中得到相应的帮助和指导。
其中，所述主控模块中还包括与所述系统平台模块相连接的音效模块，用于维护如场景音效、车辆控制音效、错误提示以及事件音效，例如撞车、刹车等，音效的处理由所述系统平台模块响应各个所述主控模块中各个模块的要求而进行。
其中，所述主控模块中还包括与所述系统平台模块相连接的用户界面模块，用于与用户进行交互，让用户方便选择需要进行的模拟驾驶，例如道路的选择、天气的选择，以及一些系统设定，根据用户的需要告知所述系统平台模块调用相应的模块。由于驾驶场景是模拟驾驶系统的主要输出和表现，驾驶场景的选择和设计须符合驾驶培训的教学要求，要能体现各种状况下驾驶的特殊性。本实施例中主要选择了五种道路条件：城市道路、高速公路、乡村道路、山区道路、考场道路，并选择了五种天气状况：晴天、雪天、雨天、夜晚、雾天，道路条件。
依据2007[477]《中华人民共和国机动车驾驶员培训教学大纲》的相关教学要求，模拟驾驶系统的信号采集项目如表1所示：
表1传感器的采集信号
| 序号 | 名称 | 类型 | 用途 | 采集形式 |
| 1 | 点火开关 | 开关 | 模拟器、场景程序运作开始 | 开关量，采集设备捕获后转为数字量输出 |
| 2 | 运行开关 | 开关 | 正常行驶状态 | 开关量，采集设备捕获后转为数字量输出 |
| 3 | 离合器 | 脉冲计数器 | 离合器为实车离合器，能明显结合、分离、半联动状态，通过程序实现状态转变。 | 连续脉冲，采集设备捕获后转为数字量输出 |
| 序号 | 名称 | 类型 | 用途 | 采集形式 |
| 4 | 手制动 | 开关 | 两种状态，驻车和非驻车，半坡起步时，按照手制动放掉的时间及离合器、油门的时间联合计算判断正确性。 | 开关量，采集设备捕获后转为数字量输出 |
| 5 | 油门 | 脉冲计数器 | 采集油门的变化数值，以脉冲计数器输出 | 连续脉冲，采集设备捕获后转为数字量输出 |
| 6 | 刹车 | 脉冲计数器 | 采集刹车的变化数值，以脉冲计数器输出 | 连续脉冲，采集设备捕获后转为数字量输出 |
| 7 | 变速器 | 开关组 | 7个开关信号，0空档1-5前进档；6倒车挡 | 开关量，采集设备捕获后转为数字量输出 |
| 8 | 方向盘 | 脉冲计数器 | 具备正负720度的旋转脉冲计数，以数字量输出，以正负号判别正反转，角度值由程序内部算法进行校正 | 连续脉冲，采集设备捕获后转为数字量输出 |
| 9 | 转向灯 | 开关组 | 三种状态，左转向灯亮，右转向灯亮，转向灯都不亮 | 开关量，采集设备捕获后转为数字量输出 |
| 10 | 喇叭 | 开关 | 开关量，有按下和松开两种状态，喇叭的模拟由主控程序实现 | 开关量，采集设备捕获后转为数字量输出 |
| 11 | 安全带 | 开关 | 驾驶过程中需检测安全带的状态 | 开关量，采集设备捕获后 |
| 转为数字量输出 | ||||
| 12 | 车门 | 开关 | 驾驶过程中需检测车门的状态 | 开关量，采集设备捕获后转为数字量输出 |
| 转为数字量输出 | ||||
| 13 | 前照灯 | 开关 | 两种状态开启和关闭 | 开关量，采集设备捕获后转为数字量输出 |
| 14 | 雨刮器 | 开关组 | 具有高速、低速和关闭三种状态 | 开关量，采集设备捕获后转为数字量输出 |
由于采用了实车，其中的雨刮器、前照灯、喇叭、点火开关、转向灯开关都可直接才用实车的信号，仅需简单的线路改造即可。从表1可以看出，传感器类型主要分为两类：开关型和连续脉冲型。
其中，所述多个传感器中包括多个开关型传感器和4个连续脉冲型传感器，所述开关型传感器用于捕获实车的手制动、变速器、安全带、车门的动作，实车中的点火开关、运行开关、转向灯、喇叭、前照灯、雨刮器的控制电路与所述可编程逻辑控制器相连接，即实车中的点火开关、运行开关、转向灯、喇叭、前照灯、雨刮器的开关信号可直接从实车的控制电路中获取。所述4个连续脉冲型传感器分别用于采集方向盘、离合、油门、刹车四项信号。
进一步地，在所述实车中的点火开关、运行开关、转向灯、喇叭、前照灯、雨刮器的控制电路与所述可编程逻辑控制器之间还包括一虚实信号切换开关。以便在实车信号和模拟驾驶信号之间切换。
为提高模拟驾驶系统的安全性，所述实车中的点火开关为一独立安装的开关。该开关可以采用与实车相同的规格，以模拟实车启动和行驶的状态。
图2为数据采集模块结构示意图，图中共包含了以下七大块内容：
(1)档位控制传感器组，包含前进档五个，倒档一个，共六个开关信号传感器；
(2)实车传感器组，包含前照灯、手刹、喇叭、点火、启动、左转向灯、右转向灯、雨刮高速、雨刮低速，共九个开关信号传感器；
(3)其它传感器，车门、安全带，共两个开关信号传感器；
(4)主控设备传感器组，包含刹车、油门、离合、方向盘，共四个光栅增量式编码器；
(5)系统控制开关，包含复位、返回，共两个开关信号传感器；
(6)电源，直流电源，输入交流220V，输出直流24V，供可编程逻辑控制器使用；
(7)可编程控制器(台达DVP-64EH)，具有32out/32in接口。
Claims (7)
1.一种快速可拆装式虚实两用模拟驾驶系统，其特征在于包括：采用模块化设计的数据采集模块、车载显示模块和主控模块，其中：
所述数据采集模块包括多个传感器和与所述传感器相连接的可编程逻辑控制器，所述传感器用于捕获实车的动作，所述可编程逻辑控制器获取各传感器的状态值转换为数字形式的数据并存储；
所述主控模块，包括系统平台模块和与所述系统平台模块通讯连接的数据处理模块、图形引擎模块和数据库模块，所述数据处理模块与所述可编程逻辑控制器通讯连接，用于读取和处理所述存储的数据，并对该数据进行分类判别，分离出控制信号和传感器数值，针对控制信号作相应的显示处理；对传感器数值做数据处理，计算出车辆发动机的转速和应该行驶的速度，并转为控制场景变化的数据，交由所述图形引擎模块；所述图形引擎模块根据提供的数据实现场景的变化，同时获取场景中已定义的事件，将这些事件告知系统平台模块，由其作相应的处理，同时将最终的场景画面做动态渲染并输出；所述系统平台模块用于维护、处理和协调所述主控模块中的各个模块之间的数据交换和事件；所述数据库模块用于维护多种数据并记录用户的驾驶信息以及场景和车辆的配置参数；
快速可拆装式的车载显示模块，包括投影机组件、背投幕组件、支架及遮光组件，所述投影机组件与所述图形引擎模块的输出相连接，所述背投幕组件用于投影机组件输出图像显示，所述支架及遮光组件用于固定背投幕组件和投影机组件，并将所述背投幕组件固定于实车的引擎盖上。
2.根据权利要求1所述的快速可拆装式虚实两用模拟驾驶系统，其特征在于：所述主控模块中还包括与所述系统平台模块相连接的错误处理模块，用于记录及处理用户驾驶过程中的错误，并提示相应的界面或是场景中的处理。
3.根据权利要求1所述的快速可拆装式虚实两用模拟驾驶系统，其特征在于：所述主控模块中还包括与所述系统平台模块相连接的音效模块，用于维护场景音效、车辆控制音效、错误提示以及事件音效，音效的处理由所述系统平台模块响应所述主控模块中各个模块的要求而进行。
4.根据权利要求1所述的快速可拆装式虚实两用模拟驾驶系统，其特征在于：所述主控模块中还包括与所述系统平台模块相连接的用户界面模块，用于与用户进行交互，让用户方便选择需要进行的模拟驾驶以及系统设定，所述系统平台模块根据用户的设定而调用相应的模块。
5.根据权利要求1所述的快速可拆装式虚实两用模拟驾驶系统，其特征在于：所述多个传感器中包括多个开关型传感器和多个连续脉冲型传感器，所述开关型传感器用于捕获实车的手制动、变速器、安全带、车门的动作，实车中的点火开关、运行开关、转向灯、喇叭、前照灯、雨刮器的控制电路与所述可编程逻辑控制器相连接，所述连续脉冲型传感器用于采集方向盘、离合、油门、刹车的信号。
6.根据权利要求5所述的快速可拆装式虚实两用模拟驾驶系统，其特征在于：所述实车中的点火开关为一独立安装的开关。
7.根据权利要求5所述的快速可拆装式虚实两用模拟驾驶系统，其特征在于：在所述实车中的点火开关、运行开关、转向灯、喇叭、前照灯、雨刮器的控制电路与所述可编程逻辑控制器之间还连接有一虚实信号切换开关。
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