CN102087507B - 互动型汽车驾驶模拟器的电子控制系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种互动型汽车驾驶模拟器的电子控制系统及方法，其中系统包括：主控板，用于获取驾驶员的操纵数据，并对操作数据进行处理，生成控制信号，并通过第一接口电路将控制信号传送给主控计算机，并由主控计算机根据控制信号，对模拟器视景系统中汽车的动态状态和位置进行控制；力反馈板，通过第二接口电路与主控板连接，用于获取方向盘的转向角度、转向力矩的模拟信号及电机控制信号，并通过第二接口电路传送给主控板，并由主控板再传送给主控计算机，由主控计算机根据模拟信号和电机控制信号对方向盘及电机进行控制。本发明的方案可以使模拟器的模拟功能更强大。
Description
技术领域
本发明涉及汽车驾驶模拟器的控制技术，特别是指一种互动型汽车驾驶模拟器的电子控制系统及方法。
背景技术
汽车驾驶模拟器是一种能正确模拟汽车的驾驶操纵动作，获得实车驾驶感觉的仿真系统。目前的汽车驾驶模拟器集合了传感器、计算机三维实时动画、计算机接口、人工智能、数据通信、网络、多媒体等多种先进技术，主要用于驾驶员的培训，也可以对微观交通进行仿真，对汽车的控制特性进行研究。汽车驾驶模拟器具有安全性高、再现性好的特点。利用驾驶模拟器来进行研究和训练，可方便地模拟各种道路环境、天气状况，分析汽车的技术性能指标，从而可以节省大量的自然资源，具有很高的经济价值。
在汽车驾驶模拟器中，传感控制系统的性能直接影响到整个汽车驾驶模拟系统的交互性和实时性，是衡量汽车驾驶模拟器实用性能的重要指标。传感控制系统主要由各种传感器、数据采集和处理系统、以及接口电路等组成。其中，数据采集和处理系统是整个传感控制系统的核心。目前，很多汽车驾驶模拟器采用数据采集卡实现操纵数据的采集，这种基于数据采集卡的数据采集和处理系统成本相对较高，采集模拟量时不是很稳定，必须在仿真程序中采用专门的算法对模拟量进行处理，同时接口的数量也很有限，这为后续的开发带来了一些困难。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种互动型汽车驾驶模拟器的电子控制系统及方法，以使模拟器的模拟功能更强大，具有更逼真的模拟实车环境，降低生产成本低，提高产品的成品率，使维修更方便，学员更容易在模拟学习中掌握实际驾驶中的感觉。
为解决上述技术问题，本发明的实施例提供一种互动型汽车驾驶模拟器的电子控制系统，包括：
主控板，用于获取驾驶员的操纵数据，并对所述操作数据进行处理，生成控制信号，并通过第一接口电路将所述控制信号传送给主控计算机，并由所述主控计算机根据所述控制信号，对所述模拟器视景系统中汽车的动态状态和位置进行控制；
力反馈板，通过第二接口电路与所述主控板连接，用于获取方向盘的转向角度、转向力矩的模拟信号及电机控制信号，并通过所述第二接口电路传送给所述主控板，并由所述主控板再传送给所述主控计算机，由所述主控计算机根据所述模拟信号和电机控制信号对方向盘及电机进行控制。
其中，所述主控板包括：
三踏板电路，用于采集驾驶员的刹车踏板、油门踏板、离合踏板操纵数据；
可编程控制器CPLD，用于采集驾驶员的点火、组合开关、变速器、安全带及手制动的操纵数据，并进行仪表显示控制；
主控处理器，与所述三踏板电路和CPLD连接，用于获取所述操纵数据，并对所述操纵数据进行处理，生成控制信号，并通过所述主控处理器上的所述第一接口电路将所述控制信号传送给主控计算机。
其中，所述主控板还包括：
电源管理电路，分别与所述CPLD和所述主控处理器连接，用于提供电压和电流；
档位变速器电路，与所述CPLD连接，用于实时采集换档位置数据，并将所述换档位置数据传送至所述CPLD，由所述CPLD再传送至所述主控处理器；
组合开关电路，与所述CPLD连接，用于采集实车组合开关以及点火开关的操作数据，并传送至所述CPLD，由所述CPLD再传送至所述主控处理器；
仪表驱动电路，与所述CPLD连接，用于对LED背光灯和仪表进行控制。
其中，所述三踏板电路采用非接触式直线位移传感器；所述档位变速器电路采用红外对射管传感器。
其中，所述档位变速器电路采用8对红外对射管确定档位位置，其中，在变速箱中每个档位上变速杆位置两侧设置一对红外对射管，其中一只红外对射管负责红外线发射，另一只负责红外线接收。
其中，所述第一接口电路为RS422接口电路。
其中，所述力反馈板包括：
编码器信号采集电路，用于采集方向盘的转向角度、转向力矩的模拟信号；
电机驱动-H桥电路，用于输出电机控制信号；
力反馈处理器，分别与所述编码器信号采集电路和所述电机驱动-H桥电路连接，并通过所述第二接口电路与所述主控板连接，用于获取所述编码器信号采集电路采集的方向盘的转向角度、转向力矩的模拟信号和所述电机驱动-H桥电路采集的电机控制信号，并通过所述第二接口电路传送给所述主控板。
其中，所述力反馈板还包括：
电源模块，与所述力反馈处理器连接，用于提供电压和电流；
电流检测电路，与所述力反馈处理器连接，用于对所述力反馈处理器进行电流检测，将电压信号转换为频率信号。
其中，所述编码器信号采集电路采用A/D采样，用运算放大器LM358放大信号。
其中，所述第二接口电路为RS232接口电路。
其中，所述三踏板电路包括：
连接器，连接到传感器；所述连接器具有第一引脚、第二引脚和第三引脚，其中，第一引脚与第一电容器连接，所述第一电容器的另一端接地并与一集成运算放大器的端连接；所述连接器的第二引脚与第一电阻连接；所述连接器的第三引脚接地；
第二电容器的一端接电源，另一端接地；所述第一电容器对传感器电源进行滤波，所述第二电容器对所述连接器传输过来的信号进行滤波；
二极管的一端接地，另一端接电源；
所述第一电阻的另一端与运算放大器的正极连接，该运算放大器的负极与该运算放大器的输出端连接，该运算放大器的输出端与第二电阻连接；所述第一电阻、所述二极管限制电压输入范围；
第三电容器与运算放大器连接，为所述运算放大器的电源进行滤波；
第二电阻还与第三电阻连接、第三电阻的另一端接地；
所述第二电阻和所述第三电阻组成分压电路，对输入到ADC器器件的电压降幅；
所述第二电阻还与所述ADC器件连接；
第四电容器与所述ADC器件连接，对ADC输入信号进行滤波。
本发明的实施例还提供一种互动型汽车驾驶模拟器的电子控制方法，应用于互动型汽车驾驶模拟器的电子控制系统，所述系统包括：主控板和力反馈板，所述方法包括：
所述主控板获取驾驶员的操纵数据，并对所述操作数据进行处理，生成控制信号；
所述主控板通过第一接口电路将所述控制信号传送给主控计算机，并由所述主控计算机根据所述控制信号，对所述模拟器视景系统中汽车的动态状态和位置进行控制；
所述力反馈板获取方向盘的转向角度、转向力矩的模拟信号及电机控制信号；
所述力反馈板通过所述第二接口电路传送给所述主控板，并由所述主控板再传送给所述主控计算机，由所述主控计算机根据所述模拟信号和电机控制信号对方向盘及电机进行控制。
本发明的上述技术方案的有益效果如下：
上述方案通过主控板根据驾驶员的操纵数据生成控制信号，并传送给主控计算机，并由所述主控计算机根据所述控制信号，对所述模拟器视景系统中汽车的动态状态和位置进行控制；以及力反馈板获取方向盘的转向角度、转向力矩的模拟信号及电机控制信号并传送给所述主控板，并由所述主控板再传送给所述主控计算机，由所述主控计算机根据所述模拟信号和电机控制信号对方向盘及电机进行控制，可以使模拟器的模拟功能更强大，具有更逼真的模拟实车环境，降低生产成本低，提高产品的成品率，使维修更方便，学员更容易在模拟学习中掌握实际驾驶中的感觉。
附图说明
图1为本发明的互动型汽车驾驶模拟器的电子控制系统结构框图；
图2为图1所示系统中的主控板的组成框图；
图3为汽车驾驶模拟器主要的控制框图；
图4为红外档位检测板原理框图；
图5为主控板的功能原理框图；
图6为图1所示系统中的力反馈板的组成框图；
图7为力反馈板的具体实施例结构图；
图8为本发明的电子控制系统的一具体实现方式架构图；
图9为主控板的一具体实现方式图；
图10为三踏板信号采集电路；
图11为编码器角度信号采集电路；
图12为电机驱动-H桥电路。
具体实施方式
为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。
汽车驾驶模拟器是一种能正确模拟汽车的驾驶操纵动作，获得实车驾驶感觉的仿真系统。目前的汽车驾驶模拟器集合了传感器、计算机三维实时动画、计算机接口、人工智能、数据通信、网络、多媒体等多种先进技术，主要用于驾驶员的培训，也可以对微观交通进行仿真，对汽车的控制特性进行研究[1]。汽车驾驶模拟器具有安全性高、再现性好的特点。利用驾驶模拟器来进行研究和训练，可方便地模拟各种道路环境、天气状况，分析汽车的技术性能指标，从而可以节省大量的自然资源，具有很高的经济价值。
在汽车驾驶模拟器中，传感控制系统的性能直接影响到整个汽车驾驶模拟系统的交互性和实时性，是衡量汽车驾驶模拟器实用性能的重要指标。传感控制系统主要由各种传感器、数据采集和处理系统、以及接口电路等组成。其中，数据采集和处理系统是整个传感控制系统的核心。目前，很多汽车驾驶模拟器采用数据采集卡实现操纵数据的采集，这种基于数据采集卡的数据采集和处理系统成本相对较高，采集模拟量时不是很稳定，必须在仿真程序中采用专门的算法对模拟量进行处理，同时接口的数量也很有限，这为后续的开发带来了一些困难。而基于单片机的数据采集系统虽然开发周期较长，但成本相对较低，接口的可扩展性好，同时，模拟量和开关量的预处理工作也可以由单片机来完成，完全可以满足模拟器系统的交互性和实时性要求。下面介绍汽车驾驶模拟器单片机系统的设计思路。
在模拟汽车运动时，传感器采集驾驶员的操纵数据，通过接口电路对这些信号进行放大和滤波，并对其中的模拟信号进行A/D转换，最后单片机系统将控制信号通过RS232接口传送给主控计算机。在仿真程序中，计算机根据控制信号、汽车的运动状态、驾驶操作规则等来控制视景系统、音响系统、仪表系统、评价系统。利用单片机系统驱动程序中相应的功能函数，可以将单片机系统采集的信号转换为控制汽车运动状态和位置的参数。当驾驶员进行模拟驾驶时，单片机系统采集的数据会根据驾驶员的驾驶操作实时地发生变化，从而实现对驾驶模拟器视景系统中汽车运动状态和位置的控制，控制系统的精度由仿真程序内部的算法保证。
汽车驾驶过程的基本操纵部件是方向盘、油门、离合器、刹车和档位，另外还有点火开关、转向指示灯等辅助性操纵部件。与实车驾驶相同，这些操纵部件的协同工作可以对虚拟视景中的汽车模型进行控制，驾驶训练者与视景的变化是实时的、交互的。驾驶训练者对操纵部件的操作通过传感器被系统感知后，系统经过处理和运算得到汽车模型的控制参数，最后根据这些参数控制视景系统的渲染输出，驾驶训练者就在虚拟视景中实时地观察到所驾驶车辆的运行情况。
如图1所示，为本发明的互动型汽车驾驶模拟器的电子控制系统框图，该系统主要包括：
主控板，用于获取驾驶员的操纵数据，并对所述操作数据进行处理，生成控制信号，并通过第一接口电路将所述控制信号传送给主控计算机，并由所述主控计算机根据所述控制信号，对所述模拟器视景系统中汽车的动态状态和位置进行控制；其中，所述第一接口电路为RS422接口电路；
力反馈板，通过第二接口电路与所述主控板连接，用于获取方向盘的转向角度、转向力矩的模拟信号及电机控制信号，并通过所述第二接口电路传送给所述主控板，并由所述主控板再传送给所述主控计算机，由所述主控计算机根据所述模拟信号和电机控制信号对方向盘及电机进行控制；其中，该第二接口电路为RS232接口电路。
其中，主控板的组成如图2所示，所述主控板包括：
三踏板电路，用于采集驾驶员的刹车踏板、油门踏板、离合踏板操纵数据；
可编程控制器CPLD，用于采集驾驶员的点火、组合开关、变速器、安全带及手制动的操纵数据，并进行仪表显示控制；
主控处理器，与所述CPLD连接，用于获取所述三踏板电路采集的操纵数据和所述CPLD采集的操纵数据，并对所述操纵数据进行处理，生成控制信号，并通过所述主控处理器上的所述第一接口电路将所述控制信号传送给主控计算机。
进一步地，所述主控板还包括：
电源管理电路，分别与所述CPLD和所述主控处理器连接，用于提供电压和电流；
档位变速器电路，与所述CPLD连接，用于实时采集换档位置数据，并将所述换档位置数据传送至所述CPLD，由所述CPLD再传送至所述主控处理器；
组合开关电路，与所述CPLD连接，用于采集实车组合开关以及点火开关的操作数据，并传送至所述CPLD，由所述CPLD再传送至所述主控处理器；
仪表驱动电路，与所述CPLD连接，用于对LED背光灯和仪表进行控制。
如图3所示，汽车驾驶模拟器主要的控制框图，其中汽车驾驶模拟器主要有方向盘、离合器、制动器、油门、6个档位、手刹等信号需要采集，使用的传感器包括开关传感器、位移传感器、角位移传感器三类。方向盘采用角位移传感器；离合器、刹车、油门采用位移传感器；点火、手刹、换档等采用开关传感器。
其中，传感器的选择，主要考虑以下几个方面：
方向盘的转向角度：采用实车转向机，内含磁角传感器、力矩传感器；
离合器、刹车、油门三踏板：采用非接触式直线位移传感器；
档位变速器电路：采用红外对射管传感器；其中所述档位变速器电路采用8对红外对射管确定档位位置，其中，在变速箱中每个档位上变速杆位置两侧设置一对红外对射管，其中一只红外对射管负责红外线发射，另一只负责红外线接收，变速杆在换档过程中，将会遮挡相应档位的红外接收管，从而完成信号采集，原理如图4所示。
其他：全部采用实车部件，包括方向盘、组合开关、手制动(手刹)、安全带。
在硬件电路设计方面：
如图5所示，为主控板功能原理框图：汽车驾驶模拟器传感控制系统需要完成开关量和模拟量的采集与处理，指示灯与仪表的显示控制，以及与主控计算机之间进行数据传输等功能。根据以上要求，主控芯片选用32位高性能Cortex-M3内核的ARM单片机及CPLD，ARM单片机负责三踏板模拟信号采集、力反馈板的通信以及与计算机的通信，CPLD用于IO功能扩展，完成档位、组合开关、点火开关、手制动、安全带的信号采集和实车仪表的控制。
如图6所示，所述力反馈板包括：
编码器信号采集电路，用于采集方向盘的转向角度、转向力矩的模拟信号；
电机驱动-H桥电路，用于输出电机控制信号；
力反馈处理器，分别与所述编码器信号采集电路和所述电机驱动-H桥电路连接，并通过所述第二接口电路与所述主控板连接，用于获取所述编码器信号采集电路采集的方向盘的转向角度、转向力矩的模拟信号和所述电机控制信号，并通过所述第二接口电路传送给所述主控板。
进一步的，所述力反馈板还包括：
电源模块，与所述力反馈处理器连接，用于提供电压和电流；
电流检测电路，与所述力反馈处理器连接，用于对所述力反馈处理器进行电流检测，将电压信号转换为频率信号。
其中，所述编码器信号采集电路采用A/D(模拟/数字)采样，用运算放大器LM358放大信号。
如图7所示，为力反馈板原理框图：力反馈板用于完成转向角度、转向力矩的模拟信号采集及力反馈电机的控制，主控芯片选择AVR单片机，内置10位AD，完成角度、力矩信号及电机驱动电流的采集，采用数字式温度传感器DS18B20，可完成测量范围-55～125℃、测量精度0.0625℃的温度采集。通过温度传感器及电流采样电路，可完成过流、过热保护，通过蜂鸣器完成过流过热报警。采用PWM技术，可实现电机电压控制范围-VDD～+VDD，达到电机正反转及力矩控制的目的。
图8为主控板和力反馈板组成的系统的一具体原理实现图，其中组合了上述主控板的功能原理和力反馈板的功能原理。
图9为上述主控板的一具体实施例示意图。
主控板采用USB-422接口与上位机通信，实现主控板信息上传与控制，波特率采用57600，减少数据帧发送周期，保证信息上传时间不超过50ms。
主控板功能包括三踏板传感器的采集；I/O信号采集：负责组合开关、点火开关、手制动档位及手刹模块、仪表驱动模块、安全带采集模块、力反馈通信接口。
力反馈板功能包括方向盘角度信号采集模块、电机驱动模块、温度信号采集，电流检测等模块。
档位板主要功能是实时采集档位传感器信号，通过主控板发送到主机控制。
采用CPLD(可编程控制器)扩展输入IO 40个、输出IO 32个。PWM输出8路。
脚踏板A/D采样采用12位A/D，采用电位器，实现电压值实时采样。
三踏板接口采用3个AD口实时采集离合、油门、刹车信号。
如图10所示，为三踏板信号采集电路，总共包含六路信号采集(刹车踏板信号、油门踏板信号、离合踏板信号)，预留三路；其中连接器J1连接到传感器；连接器J1具有第一引脚1、第二引脚2和第三引脚3；第一引脚1与第一电容器C4连接，第一电容器C4的另一端接地并与一集成运算放大器的端4连接；第二电容器C3的一端接电源，另一端接地；连接器J1的第二引脚2与第一电阻R1连接；连接器J1的第三引脚接地；第一电容器C4对传感器电源进行滤波、第二电容器C3对连接器传输过来的信号进行滤波；二极管D1的一端接地，另一端接电源(如+5V电源)；第一电阻R1的另一端与运算放大器U1的正极3连接，该运算放大器的负极2与该运算放大器的输出端1连接，该运算放大器的输出端1与第二电阻R3连接；第一电阻R1、二极管D1限制电压输入范围，保证U1输入电压范围为0～5V，U1为集成运算放大器，实现电压跟随电路，提供高输入阻抗；第三电容器C1与运算放大器U1连接，为运算放大器U1的电源进行滤波；第二电阻R3还与第三电阻R5连接、第三电阻R5的另一端接地，第二电阻R3、第三电阻R5组成分压电路，对输入到ADC的电压降幅；第二电阻R3还与ADC器件连接，第四电容器C7与ADC器件连接，对ADC输入信号进行滤波。
档位接口采用8个IO口实时采集换档位置数据，变速器采集模块与主控板I/O采集接口连接，当有档位使能动作时，主控处理器要实时采集到变速器的使能动作，
组合开关采用IO按键方式。实现仿真实车组合开关及点火开关的操作功能，组合开关及点火开关做使能时，主控板要实时采集到使能动作。
安全带和手刹采用IO检测方式，安全带和手刹开关做使能时，主控板要实时采集到使能动作。
主控板电源采用大车24V(小车12V)供电，这个系统工作功率为12W左右；
仪表驱动包括LED背光灯控制和转速表、里程表、油温表等控制，背光灯LED采用IO控制，仪表采用PWM控制控制，通过调整PWM占空比和频率大小驱动仪表。
其中，电源模块(线性电源)，本系统CPU供电采用24V(小车12V)开关电源供电，24V经过LM2596降压到5V，3.3V电源由AME1117-3V3产生。仪表采用24V(小车12V)供电；电控系统采用交流220V供电，采用24V开关电源给主控板供电和采用12V开关电源给力反馈板供电。
档位变速器、组合开关、点火开关、手刹、安全带均采用IO模式，实时监测开关量变化情况。
其中，仪表控制电路模块，仪表驱动电路包括：LED背光控制电路和转动仪表控制电路。LED背光灯由IO控制MOS管开关电流，实现LED灯的实时控制。转动仪表包括转速表、里程表、水温表、油压表、油量表。其中转速表、里程表采用可编程频率控制。水温表、油压表、油量表采用PWM控制。
力反馈板功能包括方向盘角度信号采集模块、电机转向驱动模块、温度信号采集，电流检测等模块。
方向盘角度信号采集采用10位A/D采样，实现电压值实时采样。从而确定方向盘旋转角度及当前位置。
如图11所示，为编码器角度信号采集电路，编码器角度传感器和力矩传感器采用A/D采样，用运放LM358放大信号，其中连接器SENSOR连接到力反馈转向机，DegreeSensor_Main为传感器角度输出信号，直接连接到单片机A/D输入口，TorqueSensor1、TorqueSensor2为传感器力矩输出信号，通过运放U4放大及电容C18/C19滤波后输入到单片机A/D输入口，Q1、Q2实现相关电平控制。
电机力反馈控制采用N沟道增强型场效应管构建H桥，实现大功率直流电机驱动控制。驱动电路能够满足各种类型直流电机需求，并具有快速、精确、高效等特点，直接与8位AVR微处理器接口，应用PWM技术实现直流电机调速控制。方向盘数据采集及力反馈控制功能由力反馈板实现，方向盘采集模块采用编码器采集方向盘角度信号，H桥电路控制电机力反馈。角度信号采集精度达到0.5度。力反馈板和主控板接口采用RS232通信方式。
如图12所示，为电机驱动-H桥电路，电机驱动采用PWM技术控制，外部输入系统电源为12v，电机驱动采用采用N沟道增强型场效应管构建H桥，实现大功率直流电机驱动控制，带电流检测保护功能。直流电机驱动控制电路分为光电隔离电路、电机驱动逻辑电路、驱动信号放大电路、H桥功率驱动电路等三部分。其中PWM、LH_EN、LL_EN、RH_EN、RL_EN直接由单片机相应的控制输出脚，PWM为脉冲信号，用于电机电压输出幅度控制、LH_EN/LL_EN/RH_EN/RL_EN为场效应管Q5/Q12/Q11/Q7的开关信号，用于电机电压输出方向控制，U16/U17为场效应管驱动芯片，提供场效应管开关所需要的电压信号，L15/C47/C48串联后再并联到电机输入电源两端，用来提高低电压时电机的输出力矩，D13/D14用来提供对C47/C48的正反向电压隔离保护，U11/U12为光耦电路，实现5V/12V的电压隔离。
电机驱动控制电路的外围接口简单。其主要控制信号有电机运转方向信号、电机调速信号PWM，将驱动回路与控制回路电气隔离，减少驱动控制电路对外部控制电路的干扰。H桥驱动器采用美国IR公司生产的IR2110驱动器。IR2110体积小、集成度高、响应快、偏值电压高、驱动能力强、内设欠压封锁，易于调试。采用2片IR2110驱动两个桥臂，上管驱动采用外部自举电容上电。隔离后的控制信号经电机驱动逻辑电路产生电机逻辑控制信号，分别控制H桥的上下臂控制驱动直流电机。
在软件系统设计方面：
汽车驾驶模拟器单片机软件系统需要完成模拟量和开关量的采集和处理、串行数据的发送与接收、控制信号的输出与显示、故障的监控与保护等功能。软件采用模块化设计思想，通过汇编语言编制而成，主要由主程序、定时器中断服务程序、串行口中断服务程序、数据采集和处理程序、信号的输出与显示程序等几部分构成。
主程序主要完成系统的初始化工作；定时器中断服务程序主要完成看门狗功能，在单片机发生异常情况时，能使程序及时复位，保证单片机系统能够正常工作；串行口中断服务程序主要实现单片机与主控计算机之间的通讯；数据采集和处理程序主要完成模拟量和开关量的采集，获取驾驶员的操控数据；信号的输出与显示程序将主控计算机的控制信息传送给单片机，用于控制指示灯和仪表的显示输出。
力反馈板采用μC/OS实时多任务操作系统软件，设置温度采集任务、力矩采集任务、角度采集任务、电流采集任务、电机控制任务、通讯中断任务；可实时交替地进行任务管理，从而迅速地进行各种信号采集与控制响应。
互动型汽车驾驶模拟器的电子控制系统的硬件设计详细说明：
互动型汽车驾驶模拟器的电子控制系统实现档位采集、角度采集、组合开关及点火开关采集、三踏板采集，手制动采集，仪表驱动。并将这些采集到的数据通过USB接口发送到电脑之中。性能可靠，兼容性强，生产维护简单，价格便宜，经久耐用。
其中，主控板是整机系统中的核心板卡，其功能涵盖了脚踏板A/D采样、变速器档位信号采样、组合开关信号检测、点火开关信号检测、手刹安全带信号检测、仪表控制、LED指示灯。
与此同时，本发明的实施例还提供互动型汽车驾驶模拟器的电子控制方法，应用于互动型汽车驾驶模拟器的电子控制系统，所述系统包括：主控板和力反馈板，所述方法包括：
所述主控板获取驾驶员的操纵数据，并对所述操作数据进行处理，生成控制信号；
所述主控板通过第一接口电路将所述控制信号传送给主控计算机，并由所述主控计算机根据所述控制信号，对所述模拟器视景系统中汽车的动态状态和位置进行控制；
所述力反馈板获取方向盘的转向角度、转向力矩的模拟信号及电机控制信号；
所述力反馈板通过所述第二接口电路传送给所述主控板，并由所述主控板再传送给所述主控计算机，由所述主控计算机根据所述模拟信号和电机控制信号对方向盘及电机进行控制。
需要说明的是：上述系统中的技术特征均适应用于该方法实施例中，也能达到相同的技术效果，在此不再赘述。
以上所述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，在不脱离本发明所述原理的前提下，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 (7)
1.一种互动型汽车驾驶模拟器的电子控制系统，其特征在于，包括：
主控板，用于获取驾驶员的操纵数据，并对所述操纵数据进行处理，生成控制信号，并通过第一接口电路将所述控制信号传送给主控计算机，并由所述主控计算机根据所述控制信号，对所述模拟器视景系统中汽车的动态状态和位置进行控制；
力反馈板，通过第二接口电路与所述主控板连接，用于获取方向盘的转向角度、转向力矩的模拟信号及电机控制信号，并通过所述第二接口电路传送给所述主控板，并由所述主控板再传送给所述主控计算机，由所述主控计算机根据所述模拟信号和电机控制信号对方向盘及电机进行控制；
其中，所述主控板包括：
三踏板电路，用于采集驾驶员的刹车踏板、油门踏板和离合踏板操纵数据；
可编程控制器CPLD，用于采集驾驶员的点火、组合开关、变速器、安全带及手制动的操纵数据，并进行仪表显示控制；
主控处理器，与所述三踏板电路和CPLD连接，用于获取所述操纵数据，并对所述操纵数据进行处理，生成控制信号，并通过所述主控处理器上的所述第一接口电路将所述控制信号传送给主控计算机；
所述主控板还包括：
电源管理电路，分别与所述CPLD和所述主控处理器连接，用于提供电压和电流；
档位变速器电路，与所述CPLD连接，用于实时采集换档位置数据，并将所述换档位置数据传送至所述CPLD，由所述CPLD再传送至所述主控处理器；
组合开关电路，与所述CPLD连接，用于采集实车组合开关以及点火开关的操纵数据，并传送至所述CPLD，由所述CPLD再传送至所述主控处理器；
仪表驱动电路，与所述CPLD连接，用于对LED背光灯和仪表进行控制；
所述力反馈板包括：
编码器信号采集电路，用于采集方向盘的转向角度、转向力矩的模拟信号；
电机驱动-H桥电路，用于输出电机控制信号；
力反馈处理器，分别与所述编码器信号采集电路和所述电机驱动-H桥电路连接，并通过所述第二接口电路与所述主控板连接，用于获取所述编码器信号采集电路采集的方向盘的转向角度、转向力矩的模拟信号和所述电机驱动-H桥电路采集的电机控制信号，并通过所述第二接口电路传送给所述主控板；
所述力反馈板还包括：
电源模块，与所述力反馈处理器连接，用于提供电压和电流；
电流检测电路，与所述力反馈处理器连接，用于对所述力反馈处理器进行电流检测，将电压信号转换为频率信号；
所述三踏板电路包括：
连接器，连接到传感器；所述连接器具有第一引脚、第二引脚和第三引脚，其中，第一引脚与第一电容器连接，所述第一电容器的另一端接地并与一集成运算放大器的端连接；所述连接器的第二引脚与第一电阻连接；所述连接器的第三引脚接地；
第二电容器的一端接电源，另一端接地；所述第一电容器对传感器电源进行滤波，所述第二电容器对所述连接器传输过来的信号进行滤波；
二极管的一端接地，另一端接电源；
所述第一电阻的另一端与运算放大器的正极连接，该运算放大器的负极与该运算放大器的输出端连接，该运算放大器的输出端与第二电阻连接；所述第一电阻、所述二极管限制电压输入范围；
第三电容器与运算放大器连接，为所述运算放大器的电源进行滤波；
第二电阻还与第三电阻连接、第三电阻的另一端接地；
所述第二电阻和所述第三电阻组成分压电路，对输入到ADC器件的电压降幅；
所述第二电阻还与所述ADC器件连接；
第四电容器与所述ADC器件连接，对ADC输入信号进行滤波。
2.根据权利要求1所述的互动型汽车驾驶模拟器的电子控制系统，其特征在于，所述三踏板电路采用非接触式直线位移传感器；所述档位变速器电路采用红外对射管传感器。
3.根据权利要求2所述的互动型汽车驾驶模拟器的电子控制系统，其特征在于，所述档位变速器电路采用8对红外对射管确定档位位置，其中，在变速箱中每个档位上变速杆位置两侧设置一对红外对射管，其中一只红外对射管负责红外线发射，另一只负责红外线接收。
4.根据权利要求1所述的互动型汽车驾驶模拟器的电子控制系统，其特征在于，所述第一接口电路为RS422接口电路。
5.根据权利要求1所述的互动型汽车驾驶模拟器的电子控制系统，其特征在于，所述编码器信号采集电路采用A/D采样，用运算放大器LM358放大信号。
6.根据权利要求1所述的互动型汽车驾驶模拟器的电子控制系统，其特征在于，所述第二接口电路为RS232接口电路。
7.一种互动型汽车驾驶模拟器的电子控制方法，应用于如权利要求1-6中任一项所述的互动型汽车驾驶模拟器的电子控制系统，所述系统包括：主控板和力反馈板，其特征在于，所述方法包括：
所述主控板获取驾驶员的操纵数据，并对所述操纵数据进行处理，生成控制信号；
所述主控板通过第一接口电路将所述控制信号传送给主控计算机，并由所述主控计算机根据所述控制信号，对所述模拟器视景系统中汽车的动态状态和位置进行控制；
所述力反馈板获取方向盘的转向角度、转向力矩的模拟信号及电机控制信号；
所述力反馈板通过所述第二接口电路传送给所述主控板，并由所述主控板再传送给所述主控计算机，由所述主控计算机根据所述模拟信号和电机控制信号对方向盘及电机进行控制。
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