CN104851330B - 一种停车入位模拟训练方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种停车入位模拟训练方法及系统，采用模拟操作装置实现模拟汽车驾驶操作，并通过数据采集和输出装置将动作信号传递到控制装置，由控制装置将实时拟合的3D图像显示在360°环幕上，并通过动感平台协同动作实现驾驶员的体感互动；与现有技术相比，本发明的有益效果是：采用计算机模拟仿真技术模拟训练环境，采用动感平台和模拟操作装置带给驾驶员最真实的感受和经验，通过场景设定由简及难地逐步提高训练水平，并可实现坡路、台阶等多种路面停车入位时油门和刹车配合训练，让驾驶员在游戏式驾驶体验中轻松掌握停车入位的技巧，同时不存在任何事故隐患。

Description

一种停车入位模拟训练方法及系统

技术领域

本发明涉及汽车模拟驾驶训练系统，尤其涉及一种基于计算机模拟仿真技术的停车入位模拟训练方法及系统。

背景技术

学过驾驶的人都知道，汽车向前开是比较容易掌握的，如果是自动档的汽车学习半天就可以正常驾驶着前进了；但是对于倒车和停车入位掌握起来却要难得多，尤其是刚从驾校毕业不久的新手或女司机，停车入位是他们所要面对的一大难题。网上经常出现这样的视频：一位女司机在马路边停车10多分钟还不能顺利将车停进车位；而大部分新手司机最早发生的肇事都是在停车入位过程中与周围汽车发生的刮碰事故，尤其是停车区有坡路或台阶时，由于油门和刹车配合不当，极易出现碰撞事故，造成经济损失和人身伤害。

随着科技的发展，出现了能够自动停车入位的汽车，但是目前这种汽车还没能真正走入寻常百姓家，而且对于一名司机来说，掌握各种驾驶技巧也是最基本的要求，不能完全依赖自动操作系统。现在网上很容易能检索到各种停车入位的技巧和攻略，还有各种小游戏，但是这些毕竟是纸上谈兵；而在现实中进行实地训练又时刻存在着发生事故、损坏车辆的危险，在这种情况下，具有真实场景和与实际驾驶体验感受的模拟训练是一种切实可行的途径。

目前能够查询到的汽车模拟训练主要针对城市道路交通模拟训练，或对驾驶员基本驾驶操作的训练，针对汽车倒车的训练主要是在训练场中通过一些辅助设施进行，而基于计算机仿真模拟环境的针对停车入位进行专门训练的系统还没有人开发。

发明内容

本发明提供了一种停车入位模拟训练方法，采用计算机模拟仿真技术模拟训练环境，采用动感平台和模拟操作装置带给驾驶员最真实的感受和经验，通过场景设定由简及难地逐步提高训练水平，并可实现坡路、台阶等多种路面停车入位时油门和刹车配合训练，让驾驶员在游戏式驾驶体验中轻松掌握停车入位的技巧，同时不存在任何事故隐患；本发明同时提供了用于实现此方法的模拟训练系统。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案实现：

一种停车入位模拟训练方法，包括如下步骤：

1)用3DMAX创建停车场内部环境的三维模型，基于OGRE开源图形渲染引擎和Newton物理引擎设计开发停车入位仿真模拟系统；基于车辆驾驶状态和运动模型计算车辆行驶轨迹，基于相对运动的物理量模型和碰撞模型计算动感平台运动轨迹，基于驾驶员视角追踪计算图形整合数据，将实时拟合的3D图像显示或投射到360°环幕上，并实现场景的设定、汽车和场景中物体的交互动作；

2)模拟操作装置安装在动感平台上，按照汽车驾驶室空间设置驾驶员座椅、按键式点火开关、方向盘、换档器、离合器、油门和刹车，换档器可设定为手动档或自动档；

3)在方向盘的转向杆上安装转角传感器，换档器、离合器、油门和刹车处分别安装霍尔传感器，上述转角传感器和霍尔传感器分别与控制系统的单片机连接；

4)在驾驶员座椅前方分别安装模拟系统设定装置和红外摄像头，其中模拟系统设定装置安装在靠近方向盘一侧位置，红外摄像头安装在距离驾驶员座椅1-1.5m处，其高度与驾驶员佩戴的3D眼镜上的红外光源高度相适应；将场景设定装置、红外摄像头和音箱分别与控制系统的单片机连接；

5)驾驶员在座椅中坐正，启动模拟训练系统，模拟系统设定装置显示开机画面，为模拟停车场俯视图，图中训练汽车默认为红色轿车，初始位置在停车场入口处；在停车场中点选要停车的位置，并设定停车区域长度及宽度、停车区域旁车辆距离及车头方向、停车入位时的过道宽度，点选平路、坡道或台阶停车路面状态；按确定完成设置；

6)佩戴好3D眼镜，按正常驾驶步骤启动汽车，并模拟驾驶将汽车行驶到停车区域附近，选定停车入位起点进行停车入位训练；在训练过程中，所选道路坡度或台阶高度、油门力度均反馈到控制系统中，并控制动感平台协同动作，带给驾驶员最真实的体感体验；

7)训练过程中，可开启音箱，由语音提示确认操作动作，并模拟汽车四角雷达及倒车雷达进行报警或语音提示；

8)训练过程中，驾驶员可随时在模拟系统设定装置上点选辅助驾驶按钮，在弹出的小视窗中查看俯视视角的实时画面，根据画面中训练汽车和周围汽车的相对位置、训练汽车的车轮方向调整驾驶动作；

9)训练过程中，训练汽车与周围物体或附近车辆发生刮碰时，动感平台模拟撞击力度协同动作，模拟系统设定装置上以字幕形式提示训练中止；驾驶员可选择俯视视角的训练画面回放，找出操作失误原因；并可选择播放标准停车入位路线演示画面。

所述360°环幕上还设有可通过模拟系统设定装置选择显示或消隐的小视窗，用于显示停车区域局部俯视图，其中训练车辆和停车区域附近车辆只显示简化轮廓，训练车辆同时显示车轮实时转动状态。

所述控制系统具有查询和语音提示功能，查询功能通过模拟系统设定装置输入查询指令及显示查询结果；语音提示通过音箱输出；查询功能包括训练记录及成绩查询、各种特定环境下停车入位技巧查询；语音提示功能包括驾驶操作动作确认提示、四角雷达及倒车雷达报警提示、根据实时计算得出最佳停车入位路径动画演示。

用于实现一种停车入位模拟训练方法的模拟训练系统，包括：

动感平台，用于实现模拟训练时的协同动作，给驾驶员创造真实的体感体验；

模拟操作装置，安装在动感平台上，用于模拟汽车驾驶操作动作；

模拟系统设定装置，用于设定停车位置、停车区域长度及宽度、停车区域旁车辆距离及车头方向、停车入位时的过道宽度、停车区路面状况；

数据采集和输出装置，用于采集模拟操作装置的传感器信号和驾驶员头部动作追踪仪信号，将其转换为电信号输出到控制系统；

控制系统，用于将事先设定的停车场三维模型输出到模拟系统设定装置，处理数据采集和输出装置传输的电信号，并基于车辆驾驶状态和运动模型计算车辆行驶轨迹，基于相对运动的物理量模型和碰撞模型计算动感平台运动轨迹，基于驾驶员视角追踪计算图形整合数据，将实时拟合的3D图像显示在360°环幕上；

360°环幕，用于显示驾驶员视角的实时拟合图像，具有仿真视景，包括仿真的车内环境、车内后视镜影像、车身外左、右2个后视镜影像，以及车后倒车摄像头影像；

模拟操作装置通过数据采集和输出装置连接控制系统，控制系统另外连接动感平台、模拟系统设定装置和360°环幕。

所述360°环幕采用投射放映时，增加投射放映机，其与控制系统连接。

所述动感平台为三自由度或六自由度动感平台，驱动装置为气动、液动或电动装置。

所述模拟操作装置由驾驶员座椅、按键式点火开关、方向盘、换档器、离合器、油门和刹车组成。

所述数据采集和输出装置包括分别采集模拟操作装置点火状态、方向盘转向及角度、油门状态、换档器状态、离合器、刹车状态的的传感器，以及采集驾驶员佩戴的3D眼镜上红外光源移动路径的红外摄像头。

所述控制系统由单片机及其外围电路组成，单片机为摩托罗拉68000、ATMEl公司的AVR、MICROCHIP公司PIC系列单片机中的任一种。

所述模拟系统设定装置为触摸式显示屏。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1)采用计算机模拟仿真技术模拟训练环境，通过场景设定由简及难地逐步提高训练水平，让驾驶员在游戏式驾驶体验中轻松掌握停车入位的技巧，同时不存在任何事故隐患；

2)采用动感平台和模拟操作装置带给驾驶员最真实的感受和经验，场景设定有坡路或台阶的地方，都需要驾驶员配合油门和刹车控制得当才能平稳顺利通过，以此实现坡路、台阶等多种路面状态停车入位时油门和刹车配合训练；

3)很多情况下，新手驾驶员不能掌握停车技巧是因为对所驾驶车辆的车轮转动状态不清楚，不知道该怎样打方向盘，本发明中采用小视窗可实时查看车辆及车轮状态，方便驾驶员快速、准确掌握停车入位的技巧；

4)具有训练画面回放、最佳停车入位轨迹演示功能，以及查询和语音提示功能，使用方便，是一套完整、有效、实用的停车入位训练系统。

附图说明

图1是本发明的组成结构框图。

图2是本发明实施例的主要结构示意图。

图3是本发明训练时的流程图。

图4a是本发明实施例中的模拟训练场地示意图。

图4b-图4e是本发明实施例不同场景设定环境下的模拟训练示意图。

图中：1.360°环幕 2.动感平台 3.主控台 4.方向盘 5.驾驶员座椅 6.红外摄像头 7.环形通道 8.中间通道 9.停车位 10.训练汽车 11.周围车辆 12.模拟停车场

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明：

见图1，是本发明的组成结构框图。见图3，是本发明训练时的流程图。本发明所述一种停车入位模拟训练方法，包括如下步骤：

1)用3DMAX创建停车场内部环境的三维模型，基于OGRE开源图形渲染引擎和Newton物理引擎设计开发停车入位仿真模拟系统；基于车辆驾驶状态和运动模型计算车辆行驶轨迹，基于相对运动的物理量模型和碰撞模型计算动感平台2运动轨迹，基于驾驶员视角追踪计算图形整合数据，将实时拟合的3D图像显示或投射到360°环幕1上，并实现场景的设定、汽车和场景中物体的交互动作；

2)模拟操作装置安装在动感平台2上，按照汽车驾驶室空间设置驾驶员座椅5、按键式点火开关、方向盘4、换档器、离合器、油门和刹车，换档器可设定为手动档或自动档；

3)在方向盘4的转向杆上安装转角传感器，换档器、离合器、油门和刹车处分别安装霍尔传感器，上述转角传感器和霍尔传感器分别与控制系统的单片机连接；

4)在驾驶员座椅5前方分别安装模拟系统设定装置和红外摄像头6，其中模拟系统设定装置安装在靠近方向盘4一侧位置，红外摄像头6安装在距离驾驶员座椅51-1.5m处，其高度与驾驶员佩戴的3D眼镜上的红外光源高度相适应；将场景设定装置、红外摄像头6和音箱分别与控制系统的单片机连接；

5)驾驶员在座椅5中坐正，启动模拟训练系统，模拟系统设定装置显示开机画面，为模拟停车场12俯视图，图中训练汽车10默认为红色轿车，初始位置在停车场12入口处；在停车场12中点选要停车的位置，并设定停车区域长度及宽度、停车区域旁车辆11距离及车头方向、停车入位时的过道宽度，点选平路、坡道或台阶停车路面状态；按确定完成设置；

6)佩戴好3D眼镜，按正常驾驶步骤启动汽车10，并模拟驾驶将汽车10行驶到停车区域附近，选定停车入位起点进行停车入位训练；在训练过程中，所选道路坡度或台阶高度、油门力度均反馈到控制系统中，并控制动感平台2协同动作，带给驾驶员最真实的体感体验；

7)训练过程中，可开启音箱，由语音提示确认操作动作，并模拟汽车四角雷达及倒车雷达进行报警或语音提示；

8)训练过程中，驾驶员可随时在模拟系统设定装置上点选辅助驾驶按钮，在弹出的小视窗中查看俯视视角的实时画面，根据画面中训练汽车10和周围汽车11的相对位置、训练汽车10的车轮方向调整驾驶动作；

9)训练过程中，训练汽车10与周围物体或附近车辆11发生刮碰时，动感平台2模拟撞击力度协同动作，模拟系统设定装置上以字幕形式提示训练中止；驾驶员可选择俯视视角的训练画面回放，找出操作失误原因；并可选择播放标准停车入位路线演示画面。

所述360°环幕1上还设有可通过模拟系统设定装置选择显示或消隐的小视窗，用于显示停车区域局部俯视图，其中训练车辆10和停车区域附近车辆11只显示简化轮廓，训练车辆10同时显示车轮实时转动状态。

所述控制系统具有查询和语音提示功能，查询功能通过模拟系统设定装置输入查询指令及显示查询结果；语音提示通过音箱输出；查询功能包括训练记录及成绩查询、各种特定环境下停车入位技巧查询；语音提示功能包括驾驶操作动作确认提示、四角雷达及倒车雷达报警提示、根据实时计算得出最佳停车入位路径动画演示。

见图1-图2，是本发明所述训练系统的结构示意图。本发明所述用于实现一种停车入位模拟训练方法的模拟训练系统，包括：

动感平台2，用于实现模拟训练时的协同动作，给驾驶员创造真实的体感体验；

模拟操作装置，安装在动感平台2上，用于模拟汽车驾驶操作动作；

模拟系统设定装置，用于设定停车位置、停车区域长度及宽度、停车区域旁车辆11距离及车头方向、停车入位时的过道宽度、停车区路面状况；

数据采集和输出装置，用于采集模拟操作装置的传感器信号和驾驶员头部动作追踪仪信号，将其转换为电信号输出到控制系统；

控制系统，用于将事先设定的停车场12三维模型输出到模拟系统设定装置，处理数据采集和输出装置传输的电信号，并基于车辆驾驶状态和运动模型计算车辆行驶轨迹，基于相对运动的物理量模型和碰撞模型计算动感平台2运动轨迹，基于驾驶员视角追踪计算图形整合数据，将实时拟合的3D图像显示在360°环幕1上；

360°环幕1，用于显示驾驶员视角的实时拟合图像，具有仿真视景，包括仿真的车内环境、车内后视镜影像、车身外左、右2个后视镜影像，以及车后倒车摄像头影像；

模拟操作装置通过数据采集和输出装置连接控制系统，控制系统另外连接动感平台2、模拟系统设定装置和360°环幕1。

所述360°环幕1采用投射放映时，增加投射放映机，其与控制系统连接。

所述动感平台2为三自由度或六自由度动感平台，驱动装置为气动、液动或电动装置。

所述模拟操作装置由驾驶员座椅5、按键式点火开关、方向盘4、换档器、离合器、油门和刹车组成。

所述数据采集和输出装置包括分别采集模拟操作装置点火状态、方向盘转向及角度、油门状态、换档器状态、离合器、刹车状态的的传感器，以及采集驾驶员佩戴的3D眼镜上红外光源移动路径的红外摄像头6。

所述控制系统由单片机及其外围电路组成，单片机为摩托罗拉68000、ATMEl公司的AVR、MICROCHIP公司PIC系列单片机中的任一种。

所述模拟系统设定装置为触摸式显示屏。

以下实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。下述实施例中所用方法如无特别说明均为常规方法。

【实施例】

虚拟现实技术是一种模拟人在特定环境中的视觉、听觉和触觉的高级人机交互技术。作为触觉系统的重要组成部分，六维动感平台能对加速度、速度和位置在空间的6个自由度上进行运动仿真，实现虚实模型的运动映射。本实施例中，动感平台2由动、静平台和6根支杆构成，这6根支杆可以独立地上下伸缩，分别通过球铰链和虎克铰与上下平台联接。若将静平台固定，通过各支杆间的协调动作，动平台就可进行6个自由度的独立运动，在三维空间中可以做任意方向的移动和绕任何方向、位置的轴线转动。本实施例中的六维动感平台2用于汽车停车入位仿真运动，根据训练汽车10虚拟模型对实际模型所要求虚实映射，模拟在上下坡、上下台阶等环境下骑驾驶汽车时大地反馈给人的运动感觉以及训练汽车10与周围物体发生碰撞时反馈给人的撞击感觉。动感平台2主要是对加速度和速度的仿真，其次才是位置的仿真。考虑到动感平台2所要求的承载重量不算大，6根支杆采用了交流伺服电机加滚珠丝杆的电气传动方式。

360°环幕1采用多画面同步控制技术、无缝拼接技术和曲面处理技术，投影视觉宽阔，360度空间成像表现，极具立体感，配合3D眼镜，可以实现无与伦比的现实感。360°环幕1画面播放可采用控制系统直接输出信号或由多台投射放映机进行放映。为降低成本，也可采用小于360°的弧形屏幕作为显示器。

本实施例中，模拟系统设定装置和控制系统均集成在主控台3上，主控台3、红外线摄像头6和模拟操作装置均安装在动感平台2上。为避免图面杂乱，图2中只代表性地显示了模拟操作装置中的方向盘4。

见图4a，是本实施例中的模拟训练场地示意图。停车场12设有环形通道7和中间通道8，中部设有多个标准停车位9，两侧设与环形通道7平行的多个停车位9，后部设与环形通道7垂直的多个停车位9。训练车辆10初始位置位于停车场12前部中间。

见图4b-图4e，是本实施例不同场景设定环境下的模拟训练示意图。图4b是训练汽车10进行路边横向停车位9的停车入位训练时的示意图，图4c是训练汽车10进行路边纵向停车位9的停车入位训练时的示意图，图4d是训练汽车10在环形通道7上进行中间停车位9停车入位时的示意图，图4e是训练汽车10在中间通道8上进行中间停车位9停车入位时的示意图。图中，停车位9及周围车辆11均为通过模拟系统设定装置自行设定的结果，另外还可选择车头向内、车头向外、坡路停车和台阶上停车等，增加训练难度，适应各种现实环境中的状态。通过本发明，可使驾驶员迅速、熟练掌握停车入位技巧，帮助新手完成最难的驾驶适应过程，提升驾驶能力，避免不必要的车损和人身伤害。

Claims (8)

1.一种停车入位模拟训练方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)用3DMAX创建停车场内部环境的三维模型，基于OGRE开源图形渲染引擎和Newton物理引擎设计开发停车入位仿真模拟系统；基于车辆驾驶状态和运动模型计算车辆行驶轨迹，基于相对运动的物理量模型和碰撞模型计算动感系统输出量，基于驾驶员视角追踪计算图形整合数据，将实时拟合图像显示在360°环幕上，并实现场景的设定、汽车和场景中物体的交互动作；

2)模拟操作装置安装在动感平台上，按照汽车驾驶室空间设置驾驶员座椅、启车按键、方向盘、换档器、离合器、油门和刹车，换档器可设定为手动档或自动档；

3)在方向盘的转向杆上安装转角传感器，换档器、离合器、油门和刹车处分别安装霍尔传感器，上述转角传感器和霍尔传感器分别与控制系统的单片机连接；

4)在驾驶员座椅前方分别安装模拟系统设定装置和红外摄像头，其中场景设定装置安装在靠近方向盘一侧位置，红外摄像头安装在距离驾驶员座椅1-1.5m处，其高度与驾驶员佩戴的3D眼镜上的红外光源高度相适应；将场景设定装置、红外摄像头和音箱分别与控制系统的单片机连接；

5)驾驶员在座椅中坐正，启动模拟训练系统，模拟系统设定装置显示开机画面，为模拟停车场俯视图，图中训练汽车默认为红色轿车，初始位置在停车场入口处；在停车场中点选要停车的位置，并设定停车区域长度及宽度、停车区域旁车辆距离及车头方向、停车入位时的过道宽度，点选平路、坡道或台阶停车；按确定完成设置；

6)佩戴好3D眼镜，按正常驾驶步骤启动汽车，并模拟驾驶将汽车行驶到停车区域附近进行停车入位训练；在训练过程中，所选道路坡度或台阶高度、油门力度均反馈到控制系统中，并控制动感平台协同动作，带给驾驶员最真实的体感体验；

7)训练过程中，可开启音箱，由语音提示确认操作动作，并模拟汽车四角及倒车雷达进行报警或语音提示；

8)所述360°环幕上还设有可通过手动操作显示或消隐的小视窗，用于显示停车区域局部俯视图，其中模拟车和停车区域附近车辆只显示简化轮廓图，模拟车同时显示车轮实时转动状态；训练过程中，驾驶员可随时在模拟系统设定装置上点选辅助驾驶按钮，在弹出的小视窗中查看俯视视角的实时画面，根据画面中训练汽车和周围汽车的相对位置、训练汽车的车轮方向调整驾驶动作；

9)训练过程中，训练汽车与周围物体或附近车辆发生刮碰时，动感平台模拟撞击力度协同动作，同时训练即行中止，模拟系统设定装置上以字幕形式提示训练中止；驾驶员可选择俯视视角的训练画面回放，找出操作失误原因；并可选择标准停车入位路线演示画面。

2.根据权利要求1所述的一种停车入位模拟训练方法，其特征在于，所述控制系统具有查询和语音提示功能，查询功能通过模拟系统设定装置输入查询指令及显示查询结果；语音提示通过音箱输出；查询功能包括训练记录及成绩查询、各种特定环境下停车入位技巧查询；语音提示功能包括驾驶操作动作确认提示、四角雷达及倒车雷达报警提示、根据实时计算得出最佳停车入位路径动画演示。

3.用于实现权利要求1所述的一种停车入位模拟训练方法的停车入位模拟训练系统，其特征在于，包括：

动感平台，用于实现模拟训练时带动模拟操作装置协同动作；

模拟操作装置，安装在动感平台上，用于模拟汽车驾驶操作和协同动作；

模拟系统设定装置，用于设定停车位置、停车区域长度及宽度、停车区域旁车辆距离及车头方向、停车入位时的过道宽度、停车区路面状况；

数据采集和输出装置，用于采集模拟操作装置的传感器信号和驾驶员头部动作追踪仪信号，将其转换为电信号输出到控制系统；

控制系统，用于将事先设定的停车场三维模型输出到模拟系统设定装置，处理数据采集和输出装置传输的电信号，并基于车辆驾驶状态和运动模型计算车辆行驶轨迹，基于相对运动的物理量模型和碰撞模型计算动感系统输出量，基于驾驶员视角追踪计算图形整合数据，将实时拟合图像显示在360°环幕上；

360°环幕，用于显示驾驶员视角的实时拟合图像，具有仿真视景，包括仿真的车内环境、车内后视镜影像、车身外左、右2个后视镜影像，以及车后倒车摄像头影像；

模拟操作装置通过数据采集和输出装置连接控制系统，控制系统另外连接动感平台、模拟系统设定装置和360°环幕。

4.根据权利要求3所述的一种停车入位模拟训练系统，其特征在于，所述动感平台为三自由度或六自由度动感平台，驱动装置为气动、液动或电动装置。

5.根据权利要求3所述的一种停车入位模拟训练系统，其特征在于，所述模拟操作装置由驾驶员座椅、启车按键、方向盘、换档器、离合器、油门和刹车组成。

6.根据权利要求3所述的一种停车入位模拟训练系统，其特征在于，所述数据采集和输出装置包括分别采集模拟操作装置方向盘转向及角度、油门状态、换档器状态、离合器、刹车状态的的传感器，以及采集驾驶员佩戴的3D眼镜上红外光源移动路径的红外摄像头。

7.根据权利要求3所述的一种停车入位模拟训练系统，其特征在于，所述控制系统由单片机及其外围电路组成，单片机为摩托罗拉68000、ATMEl公司的AVR、MICROCHIP公司PIC系列单片机中的任一种。

8.根据权利要求3所述的一种停车入位模拟训练系统，其特征在于，所述模拟系统设定装置为触摸式显示屏。