CN103854533A - 驾驶模拟方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种驾驶模拟方法，该方法包括：实时接收模拟器内用户的操作信息，根据所述用户操作信息控制所述载具进行动作；实时获取载具的运动状态信息，以及载具周围环境的视频信息；将所述载具的运动状态信息，转换为相应的动作指令；根据所述动作指令控制模拟器动作，使所述模拟器的运动状态与所述载具的运动状态相同；将所述载具周围环境的视频信息在所述模拟器的显示设备上显示。本发明还公开了一种驾驶模拟系统，该方法及系统能够准确还原出真实的驾驶环境。

Description

驾驶模拟方法及系统

技术领域

本发明涉及模拟器技术领域，特别涉及一种驾驶模拟方法及系统。 

背景技术

驾驶模拟是一种用于模拟驾驶感觉的拟真方法，现有的驾驶模拟方法是通过预先设置好的程序来控制驾驶模拟舱动作，其中驾驶模拟舱内根据所模拟的载具，如飞机、坦克、汽车、船舶等，设置有多种不同的操控设备，如方向盘、油门刹车等，并且设置有显示器以显示模拟驾驶的载具周围的环境；用户操作方向盘、油门等操控设备时，操控设备产生控制信号给驾驶模拟舱，驾驶模拟舱按照程序预先设定的参数，将操控设备产生的控制信号转换为驱动信号，令驾驶模拟舱模内的动作装置，例如液压缸，气动缸，电动缸，电动转轴等执行相应的动作，令驾驶模拟舱按照用户的操作进行运动，同时按照程序预设的方式，在显示器上配合显示载具周围环境的变化，从而模拟出驾驶的感觉。 

但是现有的驾驶模拟方法及系统模拟载具的运动时，只能按照程序预先设定的参数执行，运动模式固定，所提供的模拟驾驶体验的真实性较差，无法准确还原出真实的驾驶环境。 

发明内容

本发明提供了一种驾驶模拟方法及系统，能够准确还原出真实的驾驶环境。 

为达上述目的，本发明的技术方案具体是这样实现的： 

一种驾驶模拟方法，该方法包括： 

实时接收模拟器内用户的操作信息， 

根据所述用户操作信息控制所述载具进行动作； 

实时获取载具的运动状态信息，以及载具周围环境的视频信息； 

将所述载具的运动状态信息，转换为相应的动作指令； 

根据所述动作指令控制模拟器动作，使所述模拟器的运动状态与所述载具的运动状态相同； 

将所述载具周围环境的视频信息在所述模拟器的显示设备上显示。 

优选地，该方法进一步包括： 

实时获取载具周围环境的音频信息； 

将所述载具周围环境的音频信息在所述模拟器内的音响设备上播放。 

优选地，所述运动状态信息包括： 

载具的加速度数据及运动轨迹数据。 

优选地，所述将所述载具的运动状态信息，转换为相应的动作指令，包括： 

根据所述载具的加速度数据及运动轨迹数据得到所述载具的姿态数据，将所述姿态数据转换为模拟器驱动设备的动作指令。 

一种驾驶模拟系统，该系统包括：模拟器和载具； 

所述模拟器，实时接收模拟器内用户的操作信息，并向载具发送；接收载具发送的动作指令，并根据所述动作指令进行动作，使所述模拟器的运动状态与所述载具的运动状态相同；接收载具发送的载具周围环境的视频信息，并在显示设备上显示。 

所述载具，接收所述用户的操作信息，并根据所述用户的操作信息进行动作；实时获取运动状态信息，以及周围环境的视频信息；将所述运动状态信息，转换为相应的动作指令并发送给所述模拟器；将所述载具周围环境的视频信息发送给所述模拟器。 

优选地，所述模拟器包括： 

座椅，用于承载用户； 

操控设备，实时获取用户的操作信息，并向所述数据传输设备发送； 

数据传输设备，将所述用户的操作信息向所述载具发送；接收所述载具发送的所述动作指令，并向所述模拟器控制器发送；接收所述载具发送的所述载具周围环境的视频信息，并向所述显示设备发送； 

模拟器控制器，用于接收所述动作指令，并转换为驱动信号，向动作执行设备发送； 

动作执行设备，根据所述驱动信号驱动所述座椅动作，使所述座椅的运动状态与所述载具的运动状态相同； 

显示设备，用于显示所述载具周围环境的视频信息。 

优选地，所述载具包括： 

运动状态获取设备，实时获取运动状态信息，并向所述载具控制器发送； 

视频获取设备，实时获取载具周围环境的视频信息，并向所述信息传输设备发送； 

载具控制器，用于将所述运动状态信息，转换为相应的动作指令并发送给所述信息传输设备；根据用户的操作信息控制载具主体进行动作； 

信息传输设备，用于将所述动作指令，以及所述载具周围环境的视频信息向所述模拟器发送；接收所述用户的操作信息，并向所述载具控制器发送； 

载具主体，根据载具控制器的控制进行动作。 

优选地，所述载具进一步包括： 

用于实时获取载具周围环境的音频信息，并发送给所述信息传输设备； 

所述信息传输设备进一步将所述载具周围环境的音频信息向所述模拟器发送； 

所述模拟器进一步包括：音响设备， 

所述数据传输设备进一步接收所述载具周围环境的音频信息，并向所述音响设备发送； 

所述音响设备，用于播放所述载具周围环境的音频信息。 

优选地，所述运动状态获取设备包括： 

三轴陀螺仪，用于实时获取载具的运动轨迹数据，并向所述载具控制器 发送； 

加速度计，用于实时获取载具的加速度数据，并向所述载具控制器发送。 

优选地，所述载具控制器包括： 

数据收集模块，用于接收所述运动轨迹数据和所述加速度数据；接收用户的操作信息； 

数据转换模块，用于将所述运动轨迹数据和所述加速度数据转换为所述载具的姿态数据； 

控制模块，用于根据所述数据收集模块接收到的用户的操作信息控制所述载具主体进行动作。 

由上述技术方案可见，本发明的这种驾驶模拟方法及系统，将原有完全通过程序控制模拟器，改为通过载具来获取运动状态信息，并通过该载具的运动状态信息来控制模拟器动作，而用户对于模拟器的操作信号，又会反馈到载具上，令载具通过该操作信号进行动作，而载具对该操作信号的动作，又会被获取到并转换为相应的动作指令，模拟器根据该动作指令进行动作，从而使模拟器的运动状态和载具相同；同时，捕获载具周围环境的视频信息，并在模拟器内的显示设备中显示，使模拟器内的用户可以看到其操作的载具周围真实的环境。 

由于本发明中，模拟器的运动的动作指令通过对载具真实的运动状态进行捕获而得到，而非现有通过程序以预设参数控制，因此模拟器模拟出的运动将更加真实。而且由于模拟器内用户看到的是载具周围真实的环境影像，而非程序按照预设的参数模拟出的画面，结合更加真实的模拟器运动，从而能够准确还原出真实的驾驶环境。 

附图说明

图1为本发明实施例的驾驶模拟方法流程图。 

图2为本发明实施例的驾驶模拟系统结构示意图。 

图3为本发明实施例的模拟器结构示意图。 

图4为本发明实施例的载具结构示意图。 

图5为本发明实施例的载具控制器结构示意图。 

图6为本发明优选实施例的载具结构示意图。 

图7为本发明优选实施例的模拟器结构示意图。 

图8为本发明优选实施例的模拟器驱动结构示意图。 

图9为本发明实施例的驾驶模拟系统数据交互示意图。 

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举实施例，对本发明进一步详细说明。 

图1为本发明实施例的驾驶模拟方法流程图，该方法包括： 

步骤101，实时接收模拟器内用户的操作信息；操作信息即用户操作模拟器内的操控设备产生的信号，操作信息可以采用现有操控设备产生。 

步骤102，根据所述用户操作信息控制载具进行动作；这一步可以采用现有任意控制方式控制载具动作，如遥控等。 

步骤103，实时获取载具的运动状态信息，以及载具周围环境的视频信息；可以通过在载具上安装摄像头获取载具周围环境的视频信息，通过在载具上安装各种运动传感器来获取载具的运动状态信息，例如陀螺仪、加速度计、水平仪等等。 

步骤104，将所述载具的运动状态信息，转换为相应的动作指令；运动状态信息不能直接控制模拟器运动，因此需要将获取的运动状态信息转换为相应的动作指令。 

步骤105，根据所述动作指令控制模拟器动作，使所述模拟器的运动状态与所述载具的运动状态相同；通过动作指令，即可控制模拟器上设置的动作执行设备动作，从而使模拟器的运动状态与载具的运动状态相同。 

步骤106，将所述载具周围环境的视频信息在所述模拟器的显示设备上显示。 

将载具周围环境的视频信息传输到模拟器的显示设备上如显示器上，使用户可以看到载具周围环境的视频信息。 

上述方法从操控、运动状态以及周围环境方面准确还原出载具的动作，可以在模拟器中真实模拟出驾驶载具的感觉。 

其中上述步骤101、102是用户操作载具的方式，步骤103~105是令模拟器模拟载具运动的方式，步骤106是模拟器模拟载具周围环境的方式，三个方式综合实现了本发明的驾驶模拟方法，但这三个方式之间无需严格按照顺序执行，上述步骤标号只为描述方便，并不用于限定步骤之间执行顺序。 

另外，为了进一步使用户能够体验到载具周围的声音，较佳地，该方法还可以进一步包括：实时获取载具周围环境的音频信息的步骤，以及，将所述载具周围环境的音频信息在所述模拟器内的音响设备上播放的步骤。从而能够准确模拟驾驶时的声音，带给用户更真实的驾驶感觉。 

其中，步骤104种的所述运动状态信息可以包括：载具的加速度数据及运动轨迹数据。 

步骤105种，所述将所述载具的运动状态信息，转换为相应的动作指令，可以是，根据所述载具的加速度数据及运动轨迹数据组合得到所述载具的姿态数据，将所述姿态数据转换为模拟器驱动设备的动作指令。 

根据加速度数据及运动轨迹数据即可确定载具的运动状态，从而获取到准确的载具的运动，相比现有程序设定的参数，更加真实准确，从而帮助模拟器准确还原出载具的运动。 

为实现上述方法，本发明实施例还提供一种驾驶模拟系统，该系统如图2所示，包括：模拟器201和载具202； 

所述模拟器201，实时接收模拟器201内用户的操作信息，并向载具202发送；接收载具202发送的运动状态信息，转换为相应的动作指令，根据所述动作指令进行动作，使所述模拟器201的运动状态与所述载具202的运动状态相同；接收载具202发送的载具202周围环境的视频信息，并在显示设备上显示。 

所述载具202，接收所述用户的操作信息，并根据所述用户的操作信息进行 动作；实时获取运动状态信息，以及周围环境的视频信息；将所述运动状态信息发送给所述模拟器201；将所述载具202周围环境的视频信息发送给所述模拟器201。 

优选地，所述模拟器201如图3所示，包括： 

座椅301，用于承载用户； 

操控设备302，实时获取用户的操作信息，并向所述数据传输设备303发送；例如方向盘、刹车、油门等，可以采用现有任意模拟操控设备实现。 

数据传输设备303，将所述用户的操作信息向所述载具202发送；接收所述载具202发送的所述运动状态信息，并向模拟器控制器304发送；接收所述载具202发送的所述载具202周围环境的视频信息，并向所述显示设备306发送；数据传输设备303可以通过例如蓝牙、WIFI、射频、红外等各种无线或有线的数据传输设备实现。 

模拟器控制器304，用于接收所述运动状态信息，并转换为相应的动作指令，向动作执行设备305发送；可以用复杂可编程逻辑器件（CPLD）、现场可编程门阵列（FPGA）、中央处理器（CPU）、单片机等各种芯片实现。 

动作执行设备305，与所述座椅301连接，根据所述动作指令驱动所述座椅301动作，使所述座椅301的运动状态与所述载具202的运动状态相同；例如液压缸，气动缸，电动缸，电动转轴等任意动作执行设备，一般设置在座椅301的底部。 

显示设备306，用于接收并显示所述载具202周围环境的视频信息，例如显示器、投影屏幕、头戴式显示眼镜等任意显示设备。 

优选地，所述载具202如图4所示，包括： 

运动状态获取设备401，实时获取运动状态信息，并向所述载具控制器403发送；可以使用任意运功传感器实现，例如陀螺仪、加速度计、水平仪等等。 

视频获取设备402，例如摄像头等，实时获取载具周围环境的视频信息，并向所述信息传输设备404发送。 

载具控制器403，用于将所述动作指令发送给所述信息传输设备404；根据 用户的操作信息控制载具202主体进行动作；可以用复杂可编程逻辑器件（CPLD）、现场可编程门阵列（FPGA）、中央处理器（CPU）、单片机等各种芯片实现。 

信息传输设备404，用于将所述运动状态信息，以及所述载具202周围环境的视频信息向所述模拟器201发送；接收所述用户的操作信息，并向所述载具控制器403发送；可以通过例如蓝牙、WIFI、射频、红外等各种无线或有线的数据传输设备实现。 

载具主体405，根据载具控制器403的控制进行动作。 

优选地，所述载具202可以进一步包括： 

音频获取设备406，用于实时获取载具周围环境的音频信息，并发送给所述信息传输设备404； 

所述信息传输设备404进一步将所述载具周围环境的音频信息向所述模拟器201发送； 

所述模拟器201进一步包括：音响设备307， 

所述数据传输设备404，进一步接收所述载具周围环境的音频信息，并向所述音响设备307发送； 

所述音响设备307，用于播放所述载具周围环境的音频信息。 

其中，所述运动状态获取设备401可以包括：三轴陀螺仪和加速度计。 

其中，三轴陀螺仪用于实时获取载具202的运动轨迹数据，并向所述载具控制器403发送； 

加速度计用于实时获取载具的加速度数据，并向所述载具控制器403发送。 

优选地，所述载具控制器403如图5所示，包括： 

数据收集模块501，用于接收所述运动轨迹数据和所述加速度数据；接收用户的操作信息，并向控制模块503发送； 

数据组合模块502，用于将所述运动轨迹数据和所述加速度数据组合为所述载具的姿态数据； 

控制模块503，用于根据所述数据收集模块501接收到的用户的操作信息控 制载具主体405进行动作。 

下面，提供一个优选实施例，如图6、图7所示，所述动感驾驶模拟系统由模拟器和载具两部分组成，图6示出的为载具，图7示出的为模拟器。 

其中，载具可以选用等比缩小的无线遥控车辆/飞行器/水面及水下船只；载具上安装有摄像机C1、无线视音频发送器C2、三轴陀螺仪C3、加速度计C4、载具控制器C5、无线通信模块C6；其中摄像机C1可以为广视角高清运动型摄像机，用于采集图像和声音；无线视音频发送器C2实时地将摄像机采集到的视频和音频数据发送回模拟器；三轴陀螺仪C3记录载具的运动轨迹并以数值形式输出；加速度计C4根据载具当前姿态产生加速度信号；无线通信模块C6用于在载具和模拟器之间传输指令和数据；载具控制器C5采集加速度计C4生成的载具加速度数据和三轴陀螺仪C3生成的载具运动轨迹数据，经处理后转换为载具的姿态数据发送回模拟器；载具控制器C5接收用户操控指令控制载具的运动方向和速度。 

其中，无线视音频发送器C2和无线通信模块C6组成信息传输设备404，载具控制器C5对应载具控制器403。 

参见图7所示，所述模拟器用于模拟载具的运动，模拟器上安装有显示器M1、无线视音频接收器M4、模拟器控制器M10、无线通信模块M3、伺服电机驱动器M9、伺服电机M7、电动缸M8、避震器M6、底盘M5、座椅M11、操控设备M2；其中无线视音频接收器M4用于接收载具发回的影音数据并传输给显示器M1；显示器M1显示载具摄像机拍摄到的实时图像，显示器内装有音箱，输出载具周边音效，用户M12根据当前显示器图像控制载具的运动方向及速度；无线通信模块M3用于在载具和模拟器之间传输指令和数据；模拟器控制器M10将载具姿态数据转换为伺服电机驱动器可执行的动作指令，并控制模拟器运动；伺服电机驱动器M9驱动伺服电机M7并带动电动缸M8执行运动；避震器M6安装在电动缸M8与底盘M5之间用于缓冲电动缸高速运动对底盘的冲击力；座椅M11和操控设备M2模拟出驾驶舱的效果，用户M12使用操控设备M2无线遥控载具运动。 

其中，无线视音频接收器M4和无线通信模块M3组成数据传输设备303，模拟器控制器M10对应模拟器控制器304；伺服电机驱动器M9、伺服电机M7、电动缸M8组成动作执行设备305；操控设备M2对应模拟器控制器304。 

另外，动作执行设备305的优选实施例参见图8所示，所述动作执行设备305产生的运动可以包括三维空间水平面上的XY轴2自由度的倾斜以及Z轴的上下运动，可以由3个安装在座椅底部的底盘上的电动缸实现上述动作；其中电动缸D11和D12安装于底盘前部两侧，电动缸D13安装于底盘尾部中间，呈三角形分布，每个电动缸均可以倒置安装在底盘上并与底盘平面垂直固定连接，即电动缸的缸体朝上，推杆朝下设置。在工作过程中电动缸轴向与底盘平面间不产生任何方向的角度变化；每个电动缸的后部均串联有伺服电机D3，电动缸推杆的头部装有球形脚垫D2，脚垫可以为软性材料制成并与地面接触，用于补偿电动缸伸缩时与地面产生的角度变化。3个电动缸为底盘与地面间的唯一支撑点，电动缸推杆伸缩运动即可实现底盘的整体运动，用户坐在模拟器座椅上随模拟器一起运动，从而感受到动感效果。 

传统的电动缸均为推杆通过活动连接件与底盘连接，缸体通过活动连接件设置在地面上，而本发明中，采用倒置设置的电动缸，缸体可以固定连接在底盘上，而推杆也可以直接触地，无需在电动缸与底盘之间以及电动缸与地面之间设置活动连接件，结构简单，实现成本低。 

另外，模拟器与载具之间的数据通信可以参见图9所示，方框代表设备，带箭头直线代表数据，箭头所指为数据传输方向； 

其中，（1）为摄像机采集的视频和音频数据，经无线通信模块C6和M3无线传输至模拟器的显示器上。其中一个应用实例为：摄像机采集视频和音频信息，通过高清晰度多媒体接口（HDMI）信号实时发送给无线家庭数字接口（WHDI）系统，WHDI系统（对应无线通信模块C6和M3）使用5.8GHz频段实时传输HDMI信号给显示器。 

（2）为三轴陀螺仪根据载具姿态产生的轨迹数据，包含空间xyz轴的角度值以及角度方向以数值形式输出至载具控制器C5。 

（3）为加速度计根据载具当前运动方向产生的空间xyz轴的加速度值，以电压形式输出，经过模数（A/D）电路转换采样后转变为数值形式发送给载具控制器C5。 

（4）为载具姿态数据，包含经过滤波采样后的加速度值和运动轨迹数据。 

（5）为操控设备根据用户操作产生的控制指令，包含一个方向数据和一个速度数据，经无线通信模块发送至载具控制器C5，用于控制载具运动的方向及速度。 

（6）为电机控制指令，由载具姿态数据计算得出，可以通过工业领域常用的通信协议（modbus）总线发送给电机驱动器。 

（7）为空间矢量脉宽调制（SVPWM）波形，用于驱动伺服电机工作。 

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。 

Claims (10)

1.一种驾驶模拟方法，其特征在于，该方法包括：

实时接收模拟器内用户的操作信息，

根据所述用户操作信息控制所述载具进行动作；

实时获取载具的运动状态信息，以及载具周围环境的视频信息；

将所述载具的运动状态信息，转换为相应的动作指令；

根据所述动作指令控制模拟器动作，使所述模拟器的运动状态与所述载具的运动状态相同；

将所述载具周围环境的视频信息在所述模拟器的显示设备上显示。

2.如权利要求1所述的驾驶模拟方法，其特征在于，该方法进一步包括：

实时获取载具周围环境的音频信息；

将所述载具周围环境的音频信息在所述模拟器内的音响设备上播放。

3.如权利要求1所述的驾驶模拟方法，其特征在于，所述运动状态信息包括：

载具的加速度数据及运动轨迹数据。

4.如权利要求3所述的驾驶模拟方法，其特征在于，所述将所述载具的运动状态信息，转换为相应的动作指令，包括：

根据所述载具的加速度数据及运动轨迹数据组合得到所述载具的姿态数据，将所述姿态数据转换为模拟器驱动设备的动作指令。

5.一种驾驶模拟系统，其特征在于，该系统包括：模拟器和载具；

所述模拟器，实时接收模拟器内用户的操作信息，并向载具发送；接收载具发送的运动状态信息，转换为相应的动作指令，并根据所述动作指令进行动作，使所述模拟器的运动状态与所述载具的运动状态相同；接收载具发送的载具周围环境的视频信息，并在显示设备上显示；

所述载具，接收所述用户的操作信息，并根据所述用户的操作信息进行动作；实时获取运动状态信息，以及周围环境的视频信息；将所述运动状态信息发送给所述模拟器；将所述载具周围环境的视频信息发送给所述模拟器。

6.如权利要求5所述的驾驶模拟系统，其特征在于，所述模拟器包括：

座椅，用于承载用户；

操控设备，实时获取用户的操作信息，并向所述数据传输设备发送；

数据传输设备，将所述用户的操作信息向所述载具发送；接收所述载具发送的运动状态信息，并向所述模拟器控制器发送；接收所述载具发送的所述载具周围环境的视频信息，并向所述显示设备发送；

模拟器控制器，用于接收所述运动状态信息，并转换为动作指令，向动作执行设备发送；

动作执行设备，根据所述动作指令驱动所述座椅动作，使所述座椅的运动状态与所述载具的运动状态相同；

显示设备，用于接收并显示所述载具周围环境的视频信息。

7.如权利要求5所述的驾驶模拟系统，其特征在于，所述载具包括：

运动状态获取设备，实时获取运动状态信息，并向载具控制器发送；

视频获取设备，实时获取载具周围环境的视频信息，并向信息传输设备发送；

载具控制器，用于将所述运动状态信息，发送给所述信息传输设备；根据用户的操作信息控制载具主体进行动作；

信息传输设备，用于将所述运动状态信息，以及所述载具周围环境的视频信息向所述模拟器发送；接收所述用户的操作信息，并向所述载具控制器发送；

载具主体，根据所述载具控制器的控制进行动作。

8.如权利要求7所述的驾驶模拟系统，其特征在于，所述载具进一步包括：

音频获取设备，用于实时获取载具周围环境的音频信息，并发送给所述信息传输设备；

所述信息传输设备进一步将所述载具周围环境的音频信息向所述模拟器发送；

所述模拟器进一步包括：音响设备，

所述数据传输设备进一步接收所述载具周围环境的音频信息，并向所述音响设备发送；

所述音响设备，用于播放所述载具周围环境的音频信息。

9.如权利要求7所述的驾驶模拟系统，其特征在于，所述运动状态获取设备包括：

三轴陀螺仪，用于实时获取载具的运动轨迹数据，并向所述载具控制器发送；

加速度计，用于实时获取载具的加速度数据，并向所述载具控制器发送。

10.如权利要求9所述的驾驶模拟系统，其特征在于，所述载具控制器包括：

数据收集模块，用于接收所述运动轨迹数据和所述加速度数据；接收用户的操作信息；

数据组合模块，用于将所述运动轨迹数据和所述加速度数据组合为所述载具的姿态数据；

控制模块，用于根据所述数据收集模块接收到的用户的操作信息控制所述载具主体进行动作。

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