CN104036668A - 一种智能汽车模拟驾驶装置 - Google Patents

Abstract

一种智能汽车模拟驾驶装置，包括模拟驾驶操作平台、智能传控平台和模拟车辆，其特征在于：所述模拟驾驶操作平台包括模拟驾驶控制器、动感座椅、人眼转动识别装置、三维电子罗盘、显示器；智能传控平台包括控制电脑，模拟车辆包括车体、重力传感模块、云台模块、摄像头模块、动力装置，模拟车辆的车体装置有小型的与现时普通汽车类似的外壳和运动系统。本发明可以根据不同身高的人的视野角度来调节摄像头的高度，使得取景效果更加真实；有效减小了驾驶员视觉取景误差，使驾驶员看到的画面更加接近真实；人头转动控制采用了三维电子罗盘，不仅方便轻巧，还大大减少了成本费用。

Description

一种智能汽车模拟驾驶装置

技术领域

本发明属交通技术领域，涉及汽车模拟驾驶，尤其是一种用于汽车驾驶员学习操作驾驶的智能汽车模拟驾驶装置。

背景技术

汽车已经成为了现代人们生活和工作的主要交通工具。学习驾驶汽车目前人们主要是通过进入驾校学习，但众所周知，驾校占地面积大，学习成本高，学习过程漫长。

申请号为201220293043.X的公开文献中已公开了一种用于驾驶员学习操作驾驶的模拟驾驶系统，其中所描述的舵机模块仅仅是根据人头转动的角度而转动，并不能实现根据不同身高的人的视野来进行上下调节。在该公开文献中，还公开了一种人头感应装置，其感应人头转动的角度信号来控制舵机模块的转动，做得还不够完善，控制精度不高，只能感应人头的转动，却忽略了由于人眼的转动而造成的视觉误差，达不到高仿驾驶真车的效果。对于还在学车的人或者刚上路的新手来说，常常在遇到转弯时不清楚方向盘应该转多少角度，进而导致他们在遇到转弯时由于心慌而出差错，提高了交通事故的发生率。在学车以及平时开车时，我们都要遵守交通规则，而在上述已经公开了的这样一种用于驾驶员学习操作驾驶的新型模拟驾驶系统，如果没有一个很好的交通监控系统，便很难达到让驾驶员充分有效地学习驾驶操作技能的效果。

发明内容

本发明的目的是设计和制造一种智能汽车模拟驾驶装置，提供一种让驾驶员既能够获得更加真实的驾驶体验感又能学习到更加有效的驾驶操作技能的智能汽车模拟驾驶装置。

本发明的目的是这样实现：一种智能汽车模拟驾驶装置，包括模拟驾驶操作平台、智能传控平台和模拟车辆，其特征在于：所述模拟驾驶操作平台包括与控制电脑11有线连接的模拟驾驶控制器1、与控制电脑11有线连接的动感座椅3、与控制电脑11有线连接的人眼转动识别装置4、与控制电脑11有线连接的三维电子罗盘5、与控制电脑11有线连接的显示器2；所述智能传控平台包括与模拟驾驶控制器1、动感座椅3、人眼转动识别装置4、三维电子罗盘5、显示器2对应有线连接并与车体6、重力传感模块7、云台模块8、摄像头模块9、动力装置10对应无线连接的控制电脑11；所述模拟车辆包括车体6、装置于车体6内与控制电脑11无线连接的重力传感模块7、装置于车体6内与控制电脑11无线连接的云台模块8、装置于车体6内并置于云台模块8顶部的与控制电脑11无线连接的摄像头模块9、装置于车体6内的与控制电脑11无线连接的动力装置10。所述的模拟车辆的车体6装置有小型的与现时普通汽车类似的外壳和运动系统。

模拟驾驶控制器1模拟真实汽车驾驶的驾驶位，包括方向盘、喇叭、车钥匙位、转向灯杆、离合器、刹车装置、油门、手拨换挡器和手刹等。

显示器2为2D显示器时，人眼转动识别装置4设置在2D显示器顶部中央。

显示器2为3D视频眼镜时，人眼转动识别装置4设置在3D视频眼镜的镜片上。

摄像头模块9装置于车体6内的云台模块8的顶部。

显示器2为2D显示器时，模拟驾驶操作平台上设置有头部佩戴装置12，三维电子罗盘5设置在该头部佩戴装置12上。

显示器为3D视频眼镜时，三维电子罗盘5设置在3D视频眼镜的镜片上。

显示器2可采用2D显示器2a 或3D视频眼镜2b两种选择。

1、显示器2采用2D显示器2a时，人眼转动识别装置4设置在2D显示器顶部中央，模拟驾驶操作平台上设置有头部佩戴装置12，三维电子罗盘5设置在该头部佩戴装置12上。

2、显示器2采用3D视频眼镜2b时，人眼转动识别装置4设置在3D视频眼镜的镜片上，三维电子罗盘5设置在3D视频眼镜的镜片上方。

摄像头模块9置于车体6内的驾驶位处，采集并传输车体6运动时前方的视频图像。

人眼转动识别装置4识别人眼的转动和聚焦，反馈人眼视觉变化参数。

三维电子罗盘5可判断人的头部转向的具体情况，反馈转向角度、速度和幅度等变化参数。

云台模块8装置在车体6内的摄像头模块9下方，人眼转动识别装置4和三维电子罗盘5反馈的数据传输至控制电脑11上进行处理，反馈至摄像头模块9，使其进行类似运动以达到摄像头取景的真实度尽量与驾驶员头部运动及视觉感官一致。

重力传感模块7装置于车体6内，读取模拟车辆受坡度抖动实况的数据无线传输到控制电脑11上进行处理，反馈至动感座椅3，动感座椅3实现类似的仿真晃动。

动力装置10装置于车体6内，提供车体6的能量动力，带动车体6的运动，由模拟驾驶控制器1和控制电脑11共同控制。

报警装置13装置于模拟驾驶控制器1的方向盘支撑架上，车体6有触碰红外线的情况时，报警装置13发出报警声。

红外信号发送模块14装置于模拟驾驶场地外围及相关考试科目的考点处，进行红外信号发送。

红外信号接收模块15装置于模拟驾驶场地外围及相关考试科目的考点处，对应红外信号发送模块14发送的信号进行接收。

红外信号发送模块14与红外信号接收模块15组成红外线栏杆，车体运动触碰到红外线时，报警装置13发出报警声。

视频监控装置16装置于模拟驾驶场地外围的立杆上，将场地内的车况及路况投放到相关监视器上，辅助驾驶员了解场地全局的具体状况并进行处理。

控制电脑软件流程图为：“开始”后进入“控制电脑系统初始化”，再进入“小车和控制电脑无线连接成功吗？”，不成功则返回“小车和控制电脑无线连接成功吗？”；连接成功则分别进入“方向盘动感座椅处理数椐”、“无线视频处理”、“无线数据处理”和“三维电子罗盘或人眼转动识别装置数据处理”，再进入“执行相应动作”，再进入“结束”并返回“小车和控制电脑无线连接成功吗？”。

模拟车辆软件流程图为：“开始”后进入“模拟车辆初始化参数”，再进入“是否接收到电脑数据？”，如没有接收到则进入“保持原状态”并返回到“是否接收到电脑数据？”；如果接收到则进入“执行相应动作”，再进入“结束”并返回到“是否接收到电脑数据？”。

采取了以上措施的本发明，可以根据不同身高的人的视野角度来调节摄像头的高度，使得取景效果更加真实；同时考虑了人的头部运动和眼球转动对摄像头的转动进行取景控制，有效减小了驾驶员视觉取景误差，使驾驶员从2D显示器或3D视频眼镜中看到的画面更加接近真实；人头转动控制采用了三维电子罗盘，不仅方便轻巧，还大大减少了成本费用。

附图说明：

图1是本发明的系统物理连接框架示意图；

图2是本发明的模拟驾驶操作平台的结构示意图；

图3是本发明的头部佩戴装置6的结构示意图（显示器2采用2D显示器时）；

图4是本发明的3D视频眼镜2b的结构示意图（显示器2采用3D视频眼镜时）；

图5是本发明的模拟车辆的车体结构示意图；

图6是实施本发明用的模拟驾驶场地示意图；

图7是本发明的控制电脑11的系统示意图；

图8是本发明的三维电子罗盘5部份电路图；

图9是本发明的三维电子罗盘5部份电路图；

图10是本发明的三维电子罗盘5部份电路图；

图11是本发明的三维电子罗盘5部份电路图；

图12是本发明的云台模块8的结构示意图；

图13是本发明的控制电脑软件流程图；

图14是本发明的小车电脑软件流程图。

附图标记说明：1为模拟驾驶控制器；2为显示器；2a为2D显示器（显示器采用2D显示器时）；2b为3D视频眼镜（显示器采用3D视频眼镜时）；3为动感座椅；4为人眼转动识别装置；5为三维电子罗盘；6为车体；7为重力传感模块；8为云台模块；9为摄像头模块；10为动力装置；11为控制电脑；12为头部佩戴装置；13为报警装置；14为红外信号发送模块；15为红外信号接收模块； 16为视频监控装置。

下面再结合附图和实施例对本发明作进一步的详述。

具体实施方式

图1给出了本发明的系统物理连接框架示意图。本发明包括模拟驾驶操作平台、智能传控平台和模拟车辆。模拟驾驶操作平台包括模拟驾驶控制器1、显示器2、动感座椅3、人眼转动识别装置4和三维电子罗盘5；智能传控平台包括控制电脑11；模拟车辆包括车体6及其中的重力传感模块7、云台模块8、摄像头模块9和动力装置10。

图2给出了本发明的模拟驾驶操作平台的结构示意图。模拟驾驶操作平台包括与控制电脑11有线连接的模拟驾驶控制器1，与控制电脑11有线连接的2D显示器2a（图2中显示器2采用2D显示器），与控制电脑11有线连接的动感座椅3，与控制电脑11有线连接的人眼转动识别装置4。报警装置13装置于模拟驾驶控制器1的方向盘支撑架上。

图3是本发明的头部佩戴装置12的结构示意图。头部佩戴装置12类似头戴耳机，上方装置有三维电子罗盘5（显示器2采用2D显示器时）。

图4是本发明的3D视频眼镜2b的结构示意图。3D视频眼镜2b类似3D视频眼镜，人眼转动识别装置4设置在3D视频眼镜2b的镜片上，在3D视频眼镜2b的上边框装置有三维电子罗盘5（显示器2采用3D视频眼镜时）。

图5是本发明的模拟车辆的车体结构示意图。模拟车辆包括车体6、装置于车体6内并与控制电脑11无线连接的重力传感模块7、装置于车体6内并与控制电脑11无线连接的云台模块8、装置于车体6内并置于云台模块8顶部的与控制电脑11无线连接的摄像头模块9、装置于车体6内并与控制电脑11无线连接的动力装置10。模拟车辆的车体6装置有与现时普通汽车类似的外壳、动力和运动系统。模拟车辆可以和现时普通汽车一样大小，也可以进一步缩小改造成微型模拟车辆，这样驾驶训练场地也会大大缩小。

图6是实施本发明用的模拟驾驶场地示意图。模拟驾驶场地的外围两边各自设置一套红外信号发送模块14和红外信号接收模块15共同形成的红外信号防护栏，二者为多组组合，配套装置于模拟驾驶场地外围及相关考试科目的考点处。红外信号接收模块15将信号传输到报警装置13，模拟驾驶场地还装置有视频监控装置16。

图8、图9、图10、和图11是本发明的三维电子罗盘5的部份电路图，根据上述电路图即可装置出三维电子罗盘5。

图12是本发明的云台模块8的结构示意图。云台是两个交流电机组成的安装平台，可以水平和垂直的运动，通过控制系统在远程可以控制其转动以及移动的方向。云台是安装、固定摄像机的支撑设备，目前已经有多种规格和功能的商品在市场上销售。

图13是本发明的控制电脑软件流程图（流程中的“小车”为“模拟车辆”）。

控制电脑软件流程图为：“开始”后进入“控制电脑系统初始化”，再进入“小车和控制电脑无线连接成功吗？”，不成功则返回“小车和控制电脑无线连接成功吗？”；连接成功则分别进入“方向盘动感座椅处理数椐”、“无线视频处理”、“无线数据处理”和“三维电子罗盘或人眼转动识别装置数据处理”，再进入“执行相应动作”，再进入“结束”并返回“小车和控制电脑无线连接成功吗？”。

图14是本发明的模拟车辆软件流程图。

模拟车辆软件流程图为：“开始”后进入“模拟车辆初始化参数”，再进入“是否接收到电脑数据？”，如没有接收到则进入“保持原状态”并返回到“是否接收到电脑数据？”；如果接收到则进入“执行相应动作”，再进入“结束”并返回到“是否接收到电脑数据？”。

模拟车辆中的车体6可以做成小型驾驶学习车，根据整体的比例需求制作。

实施本发明时，模拟驾驶场地的设置与目前真实驾校的考试科目场地的设置模式相同，设置有诸如S形路驾驶、半坡起步、侧方位停车、倒车训练和直角转弯等训练。

实施例1：

实施例1如图1-图7所示。

驾驶员通过模拟驾驶控制器1来控制模拟车辆中的车体6在模拟驾驶场地中按其驾驶意向行驶，车体6中的动力装置10提供行驶动力，模拟车辆的摄像头模块9将车体6前进方向的视频信号采集并传输到显示器上显示，使驾驶员了解车体6的车况及周围路况。车体6上的重力传感模块7感应车体6的各种行驶状态并将信号传输到动感座椅3，动感座椅3作出类似反馈。人眼转动识别装置4和三维电子罗盘5分别将人眼转动信号以及头部转动信号发送到云台模块8，云台模块8带动摄像头模块9进行人头及眼部转向的类似运动。

显示器为2D显示器2a，人眼转动识别装置4设置在2D显示器2a顶部中央，如图2所示。人眼转动识别装置4的这种位置设置可使其与人的眼睛平视，使得采集人飞眼球转动参数信号更为方便、精准。

模拟驾驶操作平台上还包括头部佩戴装置12，所述三维电子罗盘5设置在该头部佩戴装置12上，如图3所示。头部佩戴装置12可类似耳机、头盔、帽子等，三维电子罗盘5安装在头部佩戴装置12的顶部正中间。

人眼转动识别装置4与三维电子罗盘5同时控制云台模块8带动摄像头模块9转动。当眼球的转向与人头的转向相同时，云台模块8转动的角度为眼球转动的角度与人头转动的角度之和；当眼球的转向与人头的转向相反时，云台模块8转动的角度为眼球转动的角度与人头转动的角度之差；当人头不动眼球动时，云台模块8跟着眼球转动而转动；当人头动眼球不动时，云台模块8跟着人头转动而转动。

人眼转动识别装置4获取眼球转动角度信号的原理：人的眼睛在朝不同方向观看时，由于面部和眼球的方向变化，眼球和眼角呈现出的不同特征，通过眼球追踪设备捕捉、扫描到这些特征之后再将这些特征经过运算和处理实现的。

三维电子罗盘5获取人头转动角度信号是通过感应由于人头转动而产生的磁场变化来测量人头转动的角度，再将该角度的模拟信号进行放大处理实现的。

实施例2：

实施例2如图1-图7所示。

驾驶员通过模拟驾驶控制器1来控制模拟车辆中的车体6在模拟驾驶场地中按其驾驶意向行驶，车体6中的动力装置10提供行驶动力，模拟车辆的摄像头模块9将车体6前进方向的视频信号采集并传输到显示器上显示，使驾驶员了解车体6的车况及周围路况。车体6上的重力传感模块7感应车体6的各种行驶状态并将信号传输到动感座椅3，动感座椅3作出类似反馈。人眼转动识别装置4和三维电子罗盘5分别将人眼转动信号以及头部转动信号发送到云台模块8，云台模块8带动摄像头模块9进行人头及眼部转向的类似运动。

显示器为3D视频眼镜2b，所述人眼转动识别装置4设置在3D视频眼镜2b的镜片上，如图4所示。

三维电子罗盘5设置在3D视频眼镜2b上，如图3所示。

实施例3：

实施例3如图1-图7所示。

驾驶员通过模拟驾驶控制器1来控制模拟车辆中的车体6在模拟驾驶场地中按其驾驶意向行驶，车体6中的动力装置10提供行驶动力，模拟车辆的摄像头模块9将车体6前进方向的视频信号采集并传输到显示器上显示，使驾驶员了解车体6的车况及周围路况。车体6上的重力传感模块7感应车体6的各种行驶状态并将信号传输到动感座椅3，动感座椅3作出类似反馈。人眼转动识别装置4和三维电子罗盘5分别将人眼转动信号以及头部转动信号发送到云台模块8，云台模块8带动摄像头模块9进行人头及眼部转向的类似运动。

显示器可采用2D显示器2a或3D视频眼镜2b两种方案。

人眼转动识别装置4或设置在2D显示器2a顶部中央，或设置在3D视频眼镜2b的镜片上。

模拟驾驶操作平台上还包括头部佩戴装置12。

显示器采用2D显示器2a时，三维电子罗盘5设置在该头部佩戴装置12上；显示器采用3D视频眼镜2b时，三维电子罗盘5设置在3D视频眼镜2b上。

实施例4：

本实施例的主体部分可以与实施例1、实施例2或实施例3相同。

区别之处在于，所述模拟驾驶场地的外围两边各自设置一套红外信号发送模块14和红外信号接收模块15共同形成红外信号防护栏，所述红外信号接收模块15将信号传输到报警装置13，如图6所示。

所述报警装置13设置在模拟驾驶操作平台上，所述红外信号接收模块15通过无线传输的方式将信号传输到报警装置。

当模拟车辆违规碰到红外信号防护栏时，将会阻断红外信号的正常传输，红外信号接收模块15将会发出报警信号，报警装置13开始报警。

实施例5：

本实施例的主体部分可以与实施例1、实施例2、实施例3或实施例4相同。

区别之处在于，所述模拟驾驶场地上设置视频监控装置16，该视频监控装置16将信号传输到配套的监视器进行显示和后台存储。在场地中设置视频监控装置16，不仅可以现场观察监控，还可以事后调取视频录像，分析驾车行驶的准确度，提高学员的驾车技能。

本发明实施例的主要部件都可在市场上购置或制成：

显示器2a为2D普通的平面显示器。

3D视频眼镜2b是目前家用电视广泛使用的3D视频眼镜。

动感座椅3为可配套重力传感模块7反馈的座椅。

人眼转动识别装置4采用三星公司出的型号Galaxy S4 手机上的人眼转动功能部件。

图8、图9、图10和图11给出了三维电子罗盘 5的具体结构。三维电子罗盘 5目前也有多种功能及规格的商品出售。

头部佩戴装置12从图3中可以看到具体的结构。

重力传感模块7采用GY-61 ADXL335三轴重力加速，美国模拟器件公司(ADI)产品。

控制电脑11是以arm处理器为核心研制的小型工控电脑，目前有多种商品出售。

云台模块8为装置在车体6内并连接摄像头模块9、带动摄像头模块9运动的连接器；摄像头模块9为目前普遍使用的摄像头，与相关处理图像装置通过无线连接的方式进行信号采集和传输，均有多种产品出售。

报警装置13、红外信号发送模块14、红外信号接收模块15、视频监控装置16均采用目前较为普遍的安防监控产品。

Claims (9)

1. 一种智能汽车模拟驾驶装置，包括模拟驾驶操作平台、智能传控平台和模拟车辆，其特征在于：所述模拟驾驶操作平台包括与控制电脑（11）有线连接的模拟驾驶控制器（1）、与控制电脑（11）有线连接的动感座椅（3）、与控制电脑（11）有线连接的人眼转动识别装置（4）、与控制电脑（11）有线连接的三维电子罗盘（5）、与控制电脑（11）有线连接的显示器（2）；所述智能传控平台包括与模拟驾驶控制器（1）、动感座椅（3）、人眼转动识别装置（4）、三维电子罗盘（5）、显示器（2）对应有线连接并与车体（6）、重力传感模块（7）、云台模块（8）、摄像头模块（9）、动力装置（10）对应无线连接的控制电脑（11）；所述模拟车辆包括车体（6）、装置于车体（6）内与控制电脑（11）无线连接的重力传感模块（7）、装置于车体（6）内与控制电脑（11）无线连接的云台模块（8）、装置于车体（6）内并置于云台模块（8）顶部的与控制电脑（11）无线连接的摄像头模块（9）、装置于车体（6）内的与控制电脑（11）无线连接的动力装置（10），所述的模拟车辆的车体（6）装置有小型的与现时普通汽车类似的外壳和运动系统。

2. 根据权利要求1所述的智能汽车模拟驾驶装置，其特征为：显示器（2）为2D显示器时，人眼转动识别装置（4）设置在2D显示器顶部中央。

3.根据权利要求1所述的智能汽车模拟驾驶装置，其特征为：显示器（2）为3D视频眼镜时，人眼转动识别装置（4）设置在3D视频眼镜的镜片上。

4.根据权利要求1所述的智能汽车模拟驾驶装置，其特征为： 摄像头模块（9）装置于车体（6）内的云台模块（8）的顶部。

5.根据权利要求1所述的智能汽车模拟驾驶装置，其特征为：显示器（2）为2D显示器时，模拟驾驶操作平台上设置有头部佩戴装置（12），三维电子罗盘（5）设置在该头部佩戴装置（12）上。

6.根据权利要求1所述的智能汽车模拟驾驶装置，其特征为：显示器（2）为3D视频眼镜时，三维电子罗盘（5）设置在3D视频眼镜的镜片上。

7.根据权利要求1所述的智能汽车模拟驾驶装置，其特征为：摄像头模块（9）置于车体（6）内的驾驶位处，采集并传输车体（6）运动时前方的视频图像。

8.根据权利要求1所述的智能汽车模拟驾驶装置，其特征为：控制电脑软件流程图为：“开始”后进入“控制电脑系统初始化”，再进入“小车和控制电脑无线连接成功吗？”，不成功则返回“小车和控制电脑无线连接成功吗？”；连接成功则分别进入“方向盘动感座椅处理数椐”、“无线视频处理”、 “无线数据处理”和“三维电子罗盘或人眼转动识别装置数据处理”，再进入“执行相应动作”，再进入“结束”并返回“小车和控制电脑无线连接成功吗？”。

9.根据权利要求1所述的智能汽车模拟驾驶装置，其特征为：模拟车辆软件流程图为：“开始”后进入“模拟车辆初始化参数”，再进入“是否接收到电脑数据？”，如没有接收到则进入“保持原状态”并返回到“是否接收到电脑数据？”；如果接收到则进入“执行相应动作”，再进入“结束”并返回到“是否接收到电脑数据？”。