CN107067869A - 一种面向驾驶数据采集的模拟驾驶系统 - Google Patents
一种面向驾驶数据采集的模拟驾驶系统 Download PDFInfo
- Publication number
- CN107067869A CN107067869A CN201611259715.4A CN201611259715A CN107067869A CN 107067869 A CN107067869 A CN 107067869A CN 201611259715 A CN201611259715 A CN 201611259715A CN 107067869 A CN107067869 A CN 107067869A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- servo electric
- electric jar
- servo
- vehicle body
- housing
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 238000004088 simulation Methods 0.000 title claims abstract description 41
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 claims abstract description 17
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 claims description 13
- 230000005611 electricity Effects 0.000 claims description 8
- 238000009434 installation Methods 0.000 claims description 3
- 230000000386 athletic effect Effects 0.000 abstract description 5
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 abstract description 4
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 5
- 230000036544 posture Effects 0.000 description 4
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 3
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 3
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 3
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 2
- 230000006870 function Effects 0.000 description 2
- 238000011160 research Methods 0.000 description 2
- 230000011664 signaling Effects 0.000 description 2
- ZFHGXWPMULPQSE-SZGBIDFHSA-N (Z)-(1S)-cis-tefluthrin Chemical compound FC1=C(F)C(C)=C(F)C(F)=C1COC(=O)[C@@H]1C(C)(C)[C@@H]1\C=C(/Cl)C(F)(F)F ZFHGXWPMULPQSE-SZGBIDFHSA-N 0.000 description 1
- 241000208340 Araliaceae Species 0.000 description 1
- 208000026097 Factitious disease Diseases 0.000 description 1
- WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N Lithium Chemical compound [Li] WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 235000005035 Panax pseudoginseng ssp. pseudoginseng Nutrition 0.000 description 1
- 235000003140 Panax quinquefolius Nutrition 0.000 description 1
- 208000027418 Wounds and injury Diseases 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 230000000712 assembly Effects 0.000 description 1
- 238000000429 assembly Methods 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000037396 body weight Effects 0.000 description 1
- 238000004422 calculation algorithm Methods 0.000 description 1
- 230000001427 coherent effect Effects 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 230000008602 contraction Effects 0.000 description 1
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 1
- 238000013480 data collection Methods 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 230000008846 dynamic interplay Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 1
- 235000008434 ginseng Nutrition 0.000 description 1
- 208000014674 injury Diseases 0.000 description 1
- 229910052744 lithium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- 230000001737 promoting effect Effects 0.000 description 1
- APTZNLHMIGJTEW-UHFFFAOYSA-N pyraflufen-ethyl Chemical compound C1=C(Cl)C(OCC(=O)OCC)=CC(C=2C(=C(OC(F)F)N(C)N=2)Cl)=C1F APTZNLHMIGJTEW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 description 1
- 230000035807 sensation Effects 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
- 230000000007 visual effect Effects 0.000 description 1
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G09—EDUCATION; CRYPTOGRAPHY; DISPLAY; ADVERTISING; SEALS
- G09B—EDUCATIONAL OR DEMONSTRATION APPLIANCES; APPLIANCES FOR TEACHING, OR COMMUNICATING WITH, THE BLIND, DEAF OR MUTE; MODELS; PLANETARIA; GLOBES; MAPS; DIAGRAMS
- G09B9/00—Simulators for teaching or training purposes
- G09B9/02—Simulators for teaching or training purposes for teaching control of vehicles or other craft
- G09B9/04—Simulators for teaching or training purposes for teaching control of vehicles or other craft for teaching control of land vehicles
-
- G—PHYSICS
- G09—EDUCATION; CRYPTOGRAPHY; DISPLAY; ADVERTISING; SEALS
- G09B—EDUCATIONAL OR DEMONSTRATION APPLIANCES; APPLIANCES FOR TEACHING, OR COMMUNICATING WITH, THE BLIND, DEAF OR MUTE; MODELS; PLANETARIA; GLOBES; MAPS; DIAGRAMS
- G09B9/00—Simulators for teaching or training purposes
- G09B9/02—Simulators for teaching or training purposes for teaching control of vehicles or other craft
- G09B9/04—Simulators for teaching or training purposes for teaching control of vehicles or other craft for teaching control of land vehicles
- G09B9/052—Simulators for teaching or training purposes for teaching control of vehicles or other craft for teaching control of land vehicles characterised by provision for recording or measuring trainee's performance
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Theoretical Computer Science (AREA)
- Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
- Business, Economics & Management (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Educational Administration (AREA)
- Educational Technology (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Body Structure For Vehicles (AREA)
Abstract
本发明公开了一种面向驾驶数据采集的模拟驾驶系统,为解决现有技术存在的难以全方位的模拟汽车的运动姿态、体积庞大以及搬运维修困难的问题，其包括驾驶舱、六自由度运动机构、外舱以及数据采集装置；其中：驾驶舱包括有车身；六自由度运动机构包括有伺服电动缸组与电动缸控制装置；伺服电动缸组包括第一伺服电动缸、第二伺服电动缸、第三伺服电动缸、第四伺服电动缸、第五伺服电动缸与第六伺服电动缸，伺服电动缸组与电动缸控制装置之间采用电线连接；伺服电动缸组的一端和车身的底板之间用螺栓连接，伺服电动缸组的另一端和外仓的壳体的内壁之间用螺栓连接；数据采集装置布置在驾驶舱中，驾驶舱分别和数据采集装置、六自由度运动机构电线连接。
Description
技术领域
本发明涉及车辆技术领域中的一种模拟驾驶系统，更确切地说，本发明涉及一种面向驾驶数据采集的模拟驾驶系统。
背景技术
一种面向驾驶数据采集的模拟驾驶系统主要用来模拟各种真实的汽车驾驶环境以及驾驶数据的采集，可以应用于科研、教学等场合，可有效的减少真车损耗、节约能源、提高安全性，具有很好的推广价值。
现有的一种面向驾驶数据采集的模拟驾驶系统不仅结构复杂，体积庞大，不利于装置的搬运和维护，且难以逼真的模拟汽车的六自由度运动。如中国专利公开号为CN201122358，公开日为2008.09.24，发明名称为汽车驾驶模拟器之动感装置所展示的发明内容，虽然也采用了运动平台来激励车轮从而模拟汽车的运动姿态，却没有实现六自由度全方位的模拟，驾驶人的对驾驶模拟器的操作体验仍与真实驾驶环境下的驾驶体验存在较大差别。如中国专利公开号为CN101739857A，公开日为2010.06.16，发明名称为汽车驾驶模拟器所展示的发明内容，其对汽车运动模拟的实现需要整车的参与，这使得装置不仅体积庞大、造成了空间的浪费，也存在维修、搬运困难等问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服了现有技术存在的难以全方位的模拟汽车的运动姿态、体积庞大以及搬运维修困难的问题，提供了一种面向驾驶数据采集的模拟驾驶系统。
为解决上述技术问题，本发明是采用如下技术方案实现的：所述的一种面向驾驶数据采集的模拟驾驶系统包括驾驶舱、六自由度运动机构、外舱以及数据采集装置；
所述的驾驶舱包括有车身；
所述的六自由度运动机构包括有伺服电动缸组与电动缸控制装置；
所述的伺服电动缸组包括第一伺服电动缸、第二伺服电动缸、第三伺服电动缸、第四伺服电动缸、第五伺服电动缸与第六伺服电动缸，第一伺服电动缸、第二伺服电动缸、第三伺服电动缸、第四伺服电动缸、第五伺服电动缸与第六伺服电动缸结构相同，第一伺服电动缸、第二伺服电动缸、第三伺服电动缸、第四伺服电动缸、第五伺服电动缸与第六伺服电动缸和电动缸控制装置电线连接；
第一伺服电动缸、第二伺服电动缸、第三伺服电动缸、第四伺服电动缸、第五伺服电动缸与第六伺服电动缸(3f)的一端和车身(2)的底板连接，第一伺服电动缸、第二伺服电动缸、第三伺服电动缸、第四伺服电动缸、第五伺服电动缸与第六伺服电动缸的另一端和外仓的壳体的内壁连接；数据采集装置布置在驾驶舱中，驾驶舱分别和数据采集装置、六自由度运动机构电线连接。
技术方案中所述的第一伺服电动缸、第二伺服电动缸、第三伺服电动缸、第四伺服电动缸、第五伺服电动缸与第六伺服电动缸的一端和车身的底板连接，第一伺服电动缸、第二伺服电动缸、第三伺服电动缸、第四伺服电动缸、第五伺服电动缸与第六伺服电动缸的另一端和外仓的壳体的内壁连接是指：第一伺服电动缸的一端安装在车身的底板的后侧外壁上，第二伺服电动缸、第三伺服电动缸与第四伺服电动缸的一端安装在车身底板的底面上，第五伺服电动缸与第六伺服电动缸的一端安装在车身底板的右侧外壁上；第一伺服电动缸的另一端与壳体的后侧壳体壁连接，第二伺服电动缸、第三伺服电动缸与第四伺服电动缸的另一端和壳体的底壳体壁连接，第五伺服电动缸与第六伺服电动缸的另一端与壳体的右侧壳体壁连接。
技术方案中所述的第一伺服电动缸、第二伺服电动缸、第三伺服电动缸、第四伺服电动缸、第五伺服电动缸与第六伺服电动缸的一端和车身的底板之间采用球铰连接；第一伺服电动缸、第二伺服电动缸、第三伺服电动缸、第四伺服电动缸、第五伺服电动缸与第六伺服电动缸的另一端和外仓的壳体的内壁之间采用胡克铰连接；所述的第一伺服电动缸、第二伺服电动缸、第三伺服电动缸、第四伺服电动缸、第五伺服电动缸与第六伺服电动缸初始位置为各自的轴线和其各自对应连接的车身底板的外侧壁与壳体的内侧壁垂直。
技术方案中所述的驾驶舱分别和数据采集装置、六自由度运动机构电线连接是指：所述的数据采集装置包括有集成在转向盘总成中的转角传感器、集成在电子油门踏板(10)中的加速踏板位置传感器与集成在电子制动踏板(11)中的制动踏板位置传感器；所述的转角传感器、加速踏板位移传感器与制动踏板位移传感器分别采用总成线和主控计算机连接；显示屏采用VGA线与主控计算机连接；扬声器采用USB数据线与主控计算机连接；电动缸控制装置采用信号线与主控计算机连接，电动缸控制装置与伺服电动缸组之间采用信号线相连接；dSPACE实时仿真系统与主控计算机之间采用双绞线相连接；主控计算机、dSPACE实时仿真系统、电动缸控制装置、伺服电动缸组与转向盘总成和电源之间分别采用电源线连接；电源电压为220V。
技术方案中所述的驾驶舱还包括转向盘、座椅、显示屏、主控计算机、踏板总成、dSPACE实时仿真系统、扬声器、支架、变速操纵机构与转向管柱；所述的座椅采用螺栓固定安装在车身的底板上，在座椅的正前方的车身操作台的台面上采用支架由左至右地安装有显示屏与主控计算机，支架与车身的操作台台面之间采用螺栓连接；转向盘安装在转向管柱的顶端，转向盘位于操作台的后侧，转向管柱采用螺栓固定在车身的操作台上；踏板总成采用螺栓通过其底座安装在操作台下方的车身的底板上，踏板总成中的底座上由左至右安装有离合踏板、电子制动踏板、电子油门踏板；变速操纵机构安装在座椅右下方的车身的底板上，dSPACE实时仿真系统安装在座椅的右后方的车身的底板上，扬声器安装在显示屏前方的操作台的台面上。
技术方案中所述的外舱还包括4个结构相同的刹车万向轮；所述的壳体为非标准件，壳体为顶端开口的长方体形的壳体结构件，在壳体的内壁上对应伺服电动缸组的连接位置设置有6处螺纹孔，即壳体底板上设置有3处，壳体的右侧壁上设置有2处，壳体的后侧壁上设置有1处，每处有4个螺纹孔，4个螺纹孔的中心线位于矩形的四个顶角处，这24个螺纹孔和车身底板上的24个螺纹孔空间上一一对应；此外，在壳体的长方形的底端面的四角处都设置有用于连接四个结构相同的万向刹车轮的螺纹孔，在壳体左侧壁上设置有侧门，壳体的高度为600mm～800mm、宽度为1200mm～1400mm、长度为2500～2800mm mm。
与现有技术相比本发明的有益效果是：
1.本发明所述的一种面向驾驶数据采集的模拟驾驶系统结构简单，各组成部分之间采用可拆卸连接，便于分离组装与检测维修；
2.本发明所述的一种面向驾驶数据采集的模拟驾驶系统充分分析驾驶人人体结构特征参数、人体各部分的出力范围、操作习惯等特征参数，对驾驶舱内转向盘、显示屏、座椅、踏板、变速操纵机构进行合理布置，符合人机工程学的要求；
3.本发明所述的一种面向驾驶数据采集的模拟驾驶系统基于六个伺服电动缸的合理布置实现的六自由度运动平台，可以全方位逼真的模拟汽车的真实的各种运动姿态，为驾驶员提供良好的驾驶体验；
4.本发明所述的一种面向驾驶数据采集的模拟驾驶系统制动踏板、油门踏板、离合踏板表面进行防滑处理，避免了由于打滑造成的误操作；
5.本发明所述的一种面向驾驶数据采集的模拟驾驶系统万向刹车轮的使用，使得一种面向驾驶数据采集的模拟驾驶系统可以更加灵活的布置，机动性更强。本发明为科研、教学提供了有效的试验平台，在充分实现一种面向驾驶数据采集的模拟驾驶系统的功能的同时也提升了驾驶安全性。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步的说明：
图1是本发明所述的一种面向驾驶数据采集的模拟驾驶系统结构组成的轴测投影视图；
图2是本发明所述的一种面向驾驶数据采集的模拟驾驶系统结构组成的主视图；
图3是本发明所述的一种面向驾驶数据采集的模拟驾驶系统结构组成的左视图；
图4是本发明所述的一种面向驾驶数据采集的模拟驾驶系统结构组成的俯视图；
图5是本发明所述的一种面向驾驶数据采集的模拟驾驶系统的内核部分结构组成的轴测投影视图；
图6是本发明所述的一种面向驾驶数据采集的模拟驾驶系统的电连接示意图；
1.壳体，2.车身，3a.第一伺服电动缸，3b.第二伺服电动缸，3c.第三伺服电动缸，3d.第四伺服电动缸，3e.第五伺服电动缸，3f.第六伺服电动缸，4.刹车万向轮，5.转向盘，6.座椅，7.显示屏，8.主控计算机，9.离合踏板，10.电子油门踏板，11.电子制动踏板，12.dSPACE实时仿真系统，13.电动缸控制装置，14.扬声器，15.支架，16.变速操纵机构，17.侧门，18.转向管柱。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作详细的描述：
参阅图1和图2，本发明所述的一种面向驾驶数据采集的模拟驾驶系统包括驾驶舱、六自由度运动机构、外舱以及数据采集装置。
所述的驾驶舱包括有车身2、转向盘5、座椅6、显示屏7、主控计算机8、踏板总成(离合踏板9、电子油门踏板10、电子制动踏板11)、dSPACE实时仿真系统12、扬声器14、支架15、变速操纵机构16与转向管柱18。
参阅图1和图2，所述的车身2为非标准件，车身2由操作台、支撑壁与底板组成。长方体形的底板位于车身2的下部，底板高度为100mm～140mm、宽度为600mm～700mm、长度为1500mm～1800mm。操作台位于车身2的上部，为了方便转向盘总成(转向盘5、转向管柱18)的安装，操作台上设置有一突出部分，该部分为四分之一的椭圆柱体,操作台内部为空腔结构。操作台的顶部是一个用于安装显示屏7、主控计算机8、扬声器14与支架15的矩形板状的平台。平台与四分之一的椭圆柱体之间采用过渡圆柱面连接。支撑壁为板状结构件，支撑壁包括两块结构相同的左支撑壁与右支撑壁，安装在操作台与底板的左右两端，并位于操作台与底板之间的位置，左支撑壁与右支撑壁为板类结构件，厚度为20mm～40mm。
车身2主要功能在于作为座椅6、显示屏7、主控计算机8、dSPACE实时仿真系统12等的装配基体并承担驾驶舱内各个组件的重量。此外，车身2也传递伺服电动缸对驾驶舱施加的作用力及力矩。
所述的车身2的底板部分与伺服电动缸相连接，在对应的伺服电动缸的连接位置上，底板上设置有供连接使用的螺纹孔，螺纹孔尺寸规格为M8～M12。每处4个螺纹孔(4个螺纹孔布置于矩形的四个顶角位置)，共有6处(车身2底板的底面设置有3处，车身2底板的右侧面设置有2处，车身2底板的后侧面设置有1处)，共计24个螺纹孔。这24个螺纹孔是驾驶舱用于与六自由度运动机构的伺服电动缸的内端相连接。
所述的车身2的底板的上表面设置有和座椅6、dSPACE实时仿真系统12、踏板总成、变速操纵机构16连接的螺纹孔，螺纹孔具体尺寸不做限制，可以有效稳固地将座椅6、dSPACE实时仿真系统12、踏板总成、变速操纵机构16固定在车身2上即可。
参阅图1和图2，实施例中的所述的转向盘总成(转向盘5、转向管柱18)采用瑞士公司罗技生产的G29型号的转向盘总成，提供的该型号的转向盘带有力回馈，可以模拟真实驾驶时操纵转向盘时的手感。
G29型号的转向盘总成包括有转向盘5、转向管柱18、转角传感器，该总成的底部采用螺纹连接与车身2相连接。
参阅图1和图5，实施例中所述的座椅6采用荷兰企业霹雳极速(Playseat)生产的Forza座椅。
参阅图1和图5，实施例中的所述的离合踏板9、电子油门踏板10、电子制动踏板11采用瑞士公司罗技生产的G29附带的踏板组件。踏板组件上从左至右依次布置有离合踏板9、电子制动踏板11和电子油门踏板10。离合踏板9、电子油门踏板10、电子制动踏板11采用的是下支撑弹簧设计，不同的踏板赋予了不同强度的支撑强度，更加贴近真实车辆的踏板体验。
参阅图1、图4和图5，实施例中的所述的扬声器14采用蓝悦公司生产的型号为A2的车载扬声器，该款扬声器内置锂电池供电，播放时长可达5小时。
参阅图1、图4和图5，所述的dSPACE实时仿真系统12是以MATLAB/SimuHnk软件为基础的仿真平台,可以同MATLAB/Simulink/RTW进行完全无缝连接,便于研发者开发控制系统并进行实时测试和在线调参。本发明采用的实时仿真系统dSPACE的产品采用DS1006PPC处理器板,它是目前dSPACE公司用于快速控制原型和硬件在回路仿真领域中处理速度最快的处理器板。其硬件系统主要包括具有高速计算能力的多种处理器板卡和一系列配备了丰富I/O接口的I/O板卡等,并且这些处理器板卡和I/O板卡可以通过组合以满足不同的需求。
参阅图1至图4，实施例中的所述的变速操纵机构16采用瑞士公司罗技生产的Driving Force排挡杆，高207mm,重0.72kg。共有6个前进档位,一个后退档位，换挡形式为六速“H”式，带下压式倒挡。
所述的座椅6采用螺栓固定安装在车身2的底板上，在座椅6的正前方的车身2操作台的台面上安装有显示屏7、主控计算机8。
当普通体态的成年驾驶人(身高1550mm～1800mm，体重45kg～80kg)坐在座椅6上时，显示屏7、主控计算机8且应距离驾驶人500mm～650mm，以保证显示屏7、主控计算机8在驾驶人有效视角之内。
所述的转向盘5布置在操作台的后侧，转向盘5垂直于转向管柱18，转向管柱18的轴线与车身2的操作台的平台表面成30度～40度夹角。
踏板总成布置在操作台下方的车身2的底板上，踏板总成位于座椅6的正前方的偏下的位置，与座椅6座面之间的高度距离为400mm～450mm，与座椅6前沿之间的纵向距离为400mm～500mm。
在座椅6右下方的车身2的底板上布置有变速操纵机构16，座椅6与变速操纵机构16左右相邻，变速操纵机构16的最高点高出座椅6的座面40mm～60mm，与座椅6前沿之间的纵向距离为50mm～70mm，使驾驶人右手臂可以自如操作变速操纵机构16。
支架15采用易而美公司生产的通用型号的支架，通过螺栓连接固定在车身2的操作台的平台表面。
显示屏7、主控计算机8通过支架15固定在车身2的操作台台面上。
所述的安装离合踏板9、电子制动踏板11和电子油门踏板10所构成的踏板组件的底座采用螺栓与车身的底板固定连接。
显示器7实时显示CarSim提供的动态交互交通场景，便于驾驶人观察试验模拟工况。
主控计算机8主要运行实时动力学仿真软件CarSim、算法开发软件MATLAB/Simlink以及dSPACE实时仿真系统12的软件环境以进行车辆动力学模型控制
参阅图1与图5，所述的六自由度运动机构包括有伺服电动缸组(第一伺服电动缸3a、第二伺服电动缸3b、第三伺服电动缸3c、第四伺服电动缸3d、第五伺服电动缸3e与第六伺服电动缸3f)与电动缸控制装置13。
参阅图1与图6，所述的伺服电动缸组皆选用slhpdm公司生产的AI095直线型电动缸，最大推力大于一吨，满足支撑需求；伺服电动缸采用闭环伺服控制，控制精度达到0.01mm，防护等级可以达到IP66。每个伺服电动缸引出五条导线，其中有两根电源线、三根信号线。三根信号线与电动缸控制装置13连接。
所述的伺服电动缸组即第一伺服电动缸3a、第二伺服电动缸3b、第三伺服电动缸3c、第四伺服电动缸3d、第五伺服电动缸3e与第六伺服电动缸3f的内(一)外(另一)端分别与车身2的底板、壳体1内壁相连接；具体说是：
第一伺服电动缸3a安装在车身2的底板的后侧外壁上，第二伺服电动缸3b、第三伺服电动缸3c、第四伺服电动缸3d安装在车身2底板的底面上，第五伺服电动缸3e、第六伺服电动缸3f安装在车身2的底板的右侧外壁上。第一伺服电动缸3a的另一端与壳体1的后侧壳体壁连接，第二伺服电动缸3b、第三伺服电动缸3c与第四伺服电动缸3d的另一端和壳体1的底壳体壁连接，第五伺服电动缸3e与第六伺服电动缸3f的另一端与壳体1的右侧壳体壁连接。
所述的第一伺服电动缸3a、第二伺服电动缸3b、第三伺服电动缸3c、第四伺服电动缸3d、第五伺服电动缸3e与第六伺服电动缸3f初始时各自的轴线和其各自对应连接的车身2底板的外侧面与壳体1的内侧面垂直。
伺服电动缸组的内(一)端采用球铰，采用球铰与车身2底板的外侧面相连接后构成采用三级运动副，伺服电动缸组的外(另一)端采用胡克铰，采用胡克铰与壳体1内表面相连接后构成四级运动副。球铰可采用伦福德生产的PQ35型号的球铰。
选用球铰与胡克铰布置在伺服电动缸组的端部连接是为了实现机构的六自由度运动，空间自由度的计算公式：
F＝6n-(5p5+4p4+3p3+2p2+p1)
n为活动件数目(6个伺服电动缸的活塞、6个伺服电动缸的缸体、1个驾驶舱)：
n＝6+6+1＝13
p5即五级运动副的个数：6个伺服电动缸所构成的的移动副；
p4即四级运动副的个数：6个伺服电动缸的外端的胡克铰；
p3即三级运动副的个数：6个伺服电动缸的内端的球铰；
p2即三级运动副的个数：0个；
p1即三级运动副的个数：0个；
最终有空间自由度：
F＝6n-(5p5+4p4+3p3+2p2+p1)
＝6×13-(5×6-4×6-3×6)
＝6
可见，该机构恰好可以实现沿三个轴向的移动以及环绕三个轴线的转动，共计6个自由度。
实施例中，所述的电动缸控制装置13采用康菲亚KC系列电动缸线性控制器。其采用位置控制模式对伺服电动缸组进行控制，即通过向伺服电动缸输入的脉冲的频率来确定伺服电动缸活塞线位移速度的大小，通过脉冲的个数来确定伺服电动缸活塞线位移的距离。
参阅图4，电动缸控制装置13布置于驾驶人座椅6的后方相邻位置，与车身2的底板之间采用螺栓连接固定。
参阅图1至图4，所述的外舱包括有壳体1与4个结构相同的刹车万向轮4。
所述的壳体1为非标准件，壳体1为顶端开口的长方体形的壳体结构件，在壳体1上对应的伺服电动缸的连接位置上设置有供连接使用的螺纹孔，螺纹孔尺寸规格为M8～M12，共有6处(壳体底板上设置有3处，壳体1的右侧壁上设置有2处，壳体1的后侧壁上设置有1处)，每处有4个螺纹孔(布置于四边形的四个顶角位置)，共计24个螺纹孔。这24个螺纹孔是用于与六自由度运动平台的伺服电动缸的外端相连接。驾驶模拟系统的初始状态时，所述的24个螺纹孔和车身2底板上的24个螺纹孔空间上一一对应。此外，在壳体1的外部的长方形的底端面的四角处都设置有螺纹孔，以供固定连接四个结构相同的万向刹车轮4使用。
壳体1正是通过所述的24个螺纹连接与六自由度运动机构相连接。
此外，为方便驾驶人出入驾驶舱，在壳体1左侧壁上设置有侧门17，侧门17尺寸不做限制，方便驾驶人进出即可。壳体1的高度为600mm～800mm、宽度为1200mm～1400mm、长度为2500～2800mm mm；实施例中壳体1的高度为600mm、宽度为1200mm、长度为2500mm；侧门17的高度为550mm、长度为450mm。
参阅图1与图2，一种面向驾驶数据采集的模拟驾驶系统的可移动性是通过安装在壳体1底部的四个万向刹车轮4实现的，万向刹车轮4采用螺栓固定在壳体1四角处的底面上。
所述的四个万向刹车轮4采用YOSIDA(永思达)公司生产的型号为YSD-ZTPR18的万向刹车轮，其结构允许水平360度旋转。单个该款型号的万向刹车轮可以承受450kg的重量，满足本发明所述技术方案的使用需求。
所述的数据采集装置包括有转角传感器、加速踏板位置传感器和制动踏板位置传感器。
转向盘5的转角数据的获取是通过集成在转向盘总成中的转角传感器实现的，当驾驶人转动转向盘5的同时，转角传感器测量转向盘5转角，将转向盘5的转角信号转换为电压信号，为CarSim动力学仿真模型提供驾驶人的转向操纵信号。
加速数据的获取是通过集成在电子油门踏板10中的加速踏板位置传感器实现的，当驾驶人踩动电子油门踏板10的同时，电子油门踏板10内部集成的加速踏板位置传感器测量加速踏板位置，将电子油门踏板10的位置信号转换为电压信号，为CarSim动力学仿真模型提供驾驶人的加速操纵信号。在Simlink中，将电子踏板采集到的最小电压与最大电压换算到0～1，即可表示加速踏板开度0～100％。
制动数据的获取是通过集成在电子制动踏板11中的制动踏板位置传感器实现的，当驾驶人踩动电子制动踏板11的同时，电子制动踏板11内部集成的制动踏板位置传感器测量制动踏板位置，将电子制动踏板11的位置信号转换为电压信号，为CarSim动力学仿真模型提供驾驶人的制动操纵信号。在Simlink中，将电子制动踏板采集到的最小电压与最大电压换算到0～1，即可表示制动踏板开度0～100％。
参阅图6，方向盘5转角信息、电子油门踏板10加速信息、电子制动踏板11制动信息分别由转角传感器、加速踏板位移传感器、制动踏板位移传感器获取，转角传感器、加速踏板位移传感器与制动踏板位移传感器采用总成线(电源线与信号线的总成)分别和主控计算机8连接。
变速操纵机构16采用总成线和主控计算机8连接，即档位信息同样通过总成线传输到主控计算机8；电动缸控制装置13采用信号线与主控计算机8连接。
主控计算机8与显示屏7之间采用VGA线连接，VGA线是用于连接显示屏7和主控计算机8以传递模拟信号的数据线。
此外，主控计算机8、dSPACE实时仿真系统12、电动缸控制装置13、伺服电动缸组与转向盘总成和电源之间分别采用电源线连接。
电源电压由中国民用交流标准电压(220V)提供。
所述的一种面向驾驶数据采集的模拟驾驶系统的工作原理：
当驾驶人坐在驾驶舱中驾驶操作，显示屏7显示模拟真实汽车驾驶中所处的道路工况，驾驶人根据屏幕显示的道路条件操作驾驶操作机构如转向盘5、电子制动踏板11、电子油门踏板10、离合踏板9、变速操纵机构16以模拟真实汽车驾驶过程，与此同时，驾驶数据采集装置如转角传感器、加速踏板位移传感器、制动踏板位移传感器采集相关信号，并通过总成线传输到主控计算机8，为CarSim动力学仿真模型提供驾驶人的操纵信号。
经过主控计算机8处理后的信号一方面发送至显示屏7、扬声器14，进而模拟汽车真实驾驶时驾驶人视觉、声觉的体验。另一方面也发送至电动缸控制装置13，进而电动缸控制装置13发送动作指令到伺服电动缸组，进而第一伺服电动缸3a、第二伺服电动缸3b、第三伺服电动缸3c、第四伺服电动缸3d、第五伺服电动缸3e与第六伺服电动缸3f激励驾驶舱模拟出汽车加速、减速、转弯、碰撞等工况下的颠簸、侧倾、俯仰、横摆等运动，以实现汽车的六自由度运动姿态的模拟。
例如当显示屏7显示前方出现路障时，驾驶人判断后踩下电子制动踏板11，制动踏板位移传感器采集电子制动踏板11的行程信号，该信号通过总成线传输到主控计算机8，进而提供给CarSim动力学仿真模型作为驾驶人的操纵信号。该信号处理后发送至显示屏7、扬声器14、电动缸控制装置13。电动缸控制装置13控制第一伺服电动缸3a做一定幅度的收缩运动，同时其他五个伺服电动缸也会做相应的协调性运动，以模拟真实制动工况下的汽车受力情况。
Claims (6)
1.一种面向驾驶数据采集的模拟驾驶系统,其特征在于，所述的一种面向驾驶数据采集的模拟驾驶系统包括驾驶舱、六自由度运动机构、外舱以及数据采集装置；
所述的驾驶舱包括有车身(2)；
所述的六自由度运动机构包括有伺服电动缸组与电动缸控制装置(13)；
所述的伺服电动缸组包括第一伺服电动缸(3a)、第二伺服电动缸(3b)、第三伺服电动缸(3c)、第四伺服电动缸(3d)、第五伺服电动缸(3e)与第六伺服电动缸(3f)，第一伺服电动缸(3a)、第二伺服电动缸(3b)、第三伺服电动缸(3c)、第四伺服电动缸(3d)、第五伺服电动缸(3e)与第六伺服电动缸(3f)结构相同，第一伺服电动缸(3a)、第二伺服电动缸(3b)、第三伺服电动缸(3c)、第四伺服电动缸(3d)、第五伺服电动缸(3e)与第六伺服电动缸(3f)和电动缸控制装置(13)电线连接；
第一伺服电动缸(3a)、第二伺服电动缸(3b)、第三伺服电动缸(3c)、第四伺服电动缸(3d)、第五伺服电动缸(3e)与第六伺服电动缸(3f)的一端和车身(2)的底板连接，第一伺服电动缸(3a)、第二伺服电动缸(3b)、第三伺服电动缸(3c)、第四伺服电动缸(3d)、第五伺服电动缸(3e)与第六伺服电动缸(3f)的另一端和外仓的壳体(1)的内壁连接；数据采集装置布置在驾驶舱中，驾驶舱分别和数据采集装置、六自由度运动机构电线连接。
2.按照权利要求1所述的一种面向驾驶数据采集的模拟驾驶系统,其特征在于，所述的第一伺服电动缸(3a)、第二伺服电动缸(3b)、第三伺服电动缸(3c)、第四伺服电动缸(3d)、第五伺服电动缸(3e)与第六伺服电动缸(3f)的一端和车身(2)的底板连接，第一伺服电动缸(3a)、第二伺服电动缸(3b)、第三伺服电动缸(3c)、第四伺服电动缸(3d)、第五伺服电动缸(3e)与第六伺服电动缸(3f)的另一端和外仓的壳体(1)的内壁连接是指：
第一伺服电动缸(3a)的一端安装在车身(2)的底板的后侧外壁上，第二伺服电动缸(3b)、第三伺服电动缸(3c)与第四伺服电动缸(3d)的一端安装在车身(2)底板的底面上，第五伺服电动缸(3e)与第六伺服电动缸(3f)的一端安装在车身(2)底板的右侧外壁上；
第一伺服电动缸(3a)的另一端与壳体(1)的后侧壳体壁连接，第二伺服电动缸(3b)、第三伺服电动缸(3c)与第四伺服电动缸(3d)的另一端和壳体(1)的底壳体壁连接，第五伺服电动缸(3e)与第六伺服电动缸(3f)的另一端与壳体(1)的右侧壳体壁连接。
3.按照权利要求1所述的一种面向驾驶数据采集的模拟驾驶系统,其特征在于，所述的第一伺服电动缸(3a)、第二伺服电动缸(3b)、第三伺服电动缸(3c)、第四伺服电动缸(3d)、第五伺服电动缸(3e)与第六伺服电动缸(3f)的一端和车身(2)的底板之间采用球铰连接；第一伺服电动缸(3a)、第二伺服电动缸(3b)、第三伺服电动缸(3c)、第四伺服电动缸(3d)、第五伺服电动缸(3e)与第六伺服电动缸(3f)的另一端和外仓的壳体(1)的内壁之间采用胡克铰连接；
所述的第一伺服电动缸(3a)、第二伺服电动缸(3b)、第三伺服电动缸(3c)、第四伺服电动缸(3d)、第五伺服电动缸(3e)与第六伺服电动缸(3f)初始位置为各自的轴线和其各自对应连接的车身(2)底板的外侧壁与壳体(1)的内侧壁垂直。
4.按照权利要求1所述的一种面向驾驶数据采集的模拟驾驶系统,其特征在于，所述的驾驶舱分别和数据采集装置、六自由度运动机构电线连接是指：
所述的数据采集装置包括有集成在转向盘总成中的转角传感器、集成在电子油门踏板(10)中的加速踏板位置传感器与集成在电子制动踏板(11)中的制动踏板位置传感器；
所述的转角传感器、加速踏板位移传感器与制动踏板位移传感器分别采用总成线和主控计算机(8)连接；显示屏(7)采用VGA线与主控计算机(8)连接；扬声器(14)采用USB数据线与主控计算机(8)连接；电动缸控制装置(13)采用信号线与主控计算机(8)连接，电动缸控制装置(13)与伺服电动缸组之间采用信号线相连接；dSPACE实时仿真系统(12)与主控计算机(8)之间采用双绞线相连接；主控计算机(8)、dSPACE实时仿真系统(12)、电动缸控制装置(13)、伺服电动缸组与转向盘总成和电源之间分别采用电源线连接；电源电压为220V。
5.按照权利要求1所述的一种面向驾驶数据采集的模拟驾驶系统,其特征在于，所述的驾驶舱还包括转向盘(5)、座椅(6)、显示屏(7)、主控计算机(8)、踏板总成、dSPACE实时仿真系统(12)、扬声器(14)、支架(15)、变速操纵机构(16)与转向管柱(18)；
所述的座椅(6)采用螺栓固定安装在车身(2)的底板上，在座椅(6)的正前方的车身(2)操作台的台面上采用支架(15)由左至右地安装有显示屏(7)与主控计算机(8)，支架(15)与车身(2)的操作台台面之间采用螺栓连接；转向盘(5)安装在转向管柱(18)的顶端，转向盘(5)位于操作台的后侧，转向管柱(18)采用螺栓固定在车身(2)的操作台上；踏板总成采用螺栓通过其底座安装在操作台下方的车身(2)的底板上，踏板总成中的底座上由左至右安装有离合踏板(9)、电子制动踏板(11)、电子油门踏板(10)；变速操纵机构(16)安装在座椅(6)右下方的车身(2)的底板上，dSPACE实时仿真系统(12)安装在座椅(6)的右后方的车身(2)的底板上，扬声器(14)安装在显示屏(7)前方的操作台的台面上。
6.按照权利要求1所述的一种面向驾驶数据采集的模拟驾驶系统,其特征在于，所述的外舱还包括4个结构相同的刹车万向轮(4)；
所述的壳体(1)为非标准件，壳体(1)为顶端开口的长方体形的壳体结构件，在壳体(1)的内壁上对应伺服电动缸组的连接位置设置有6处螺纹孔，即壳体底板上设置有3处，壳体(1)的右侧壁上设置有2处，壳体(1)的后侧壁上设置有1处，每处有4个螺纹孔，4个螺纹孔的中心线位于矩形的四个顶角处，这24个螺纹孔和车身(2)底板上的24个螺纹孔空间上一一对应；此外，在壳体(1)的长方形的底端面的四角处都设置有用于连接四个结构相同的万向刹车轮(4)的螺纹孔，在壳体(1)左侧壁上设置有侧门(17)，壳体(1)的高度为600mm～800mm、宽度为1200mm～1400mm、长度为2500～2800mm mm。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201611259715.4A CN107067869B (zh) | 2016-12-30 | 2016-12-30 | 一种面向驾驶数据采集的模拟驾驶系统 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201611259715.4A CN107067869B (zh) | 2016-12-30 | 2016-12-30 | 一种面向驾驶数据采集的模拟驾驶系统 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN107067869A true CN107067869A (zh) | 2017-08-18 |
| CN107067869B CN107067869B (zh) | 2018-04-06 |
Family
ID=59623991
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201611259715.4A Active CN107067869B (zh) | 2016-12-30 | 2016-12-30 | 一种面向驾驶数据采集的模拟驾驶系统 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN107067869B (zh) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107886798A (zh) * | 2017-11-14 | 2018-04-06 | 吉林大学 | 一种基于驾驶模拟系统的驾驶技能辨识装置及方法 |
| CN112687152A (zh) * | 2020-12-23 | 2021-04-20 | 航天科工系统仿真科技（北京）有限公司 | 车辆驾驶模拟器档位模拟装置 |
| CN112687173A (zh) * | 2020-12-25 | 2021-04-20 | 安徽机电职业技术学院 | 一种基于主被动安全协同优化的汽车碰撞演示平台 |
| CN113689755A (zh) * | 2021-08-26 | 2021-11-23 | 南方电网调峰调频发电有限公司 | 一种基于虚拟现实的电站安全驾驶模拟训练方法及系统 |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN200953191Y (zh) * | 2006-09-30 | 2007-09-26 | 吉林大学 | 并联6自由度驾驶模拟器 |
| CN202110684U (zh) * | 2011-06-16 | 2012-01-11 | 公安部交通管理科学研究所 | 一种汽车安全驾驶教育模拟装置 |
| US20150228199A1 (en) * | 2012-08-29 | 2015-08-13 | Caterpillar Inc. | Ergonomics Test Buck |
| CN105185184A (zh) * | 2015-07-17 | 2015-12-23 | 北京大华旺达科技有限公司 | 一种六自由度并联动感平台 |
| CN105788393A (zh) * | 2016-04-18 | 2016-07-20 | 北京小鸟看看科技有限公司 | 一种空间运动模拟体验装置 |
-
2016
- 2016-12-30 CN CN201611259715.4A patent/CN107067869B/zh active Active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN200953191Y (zh) * | 2006-09-30 | 2007-09-26 | 吉林大学 | 并联6自由度驾驶模拟器 |
| CN202110684U (zh) * | 2011-06-16 | 2012-01-11 | 公安部交通管理科学研究所 | 一种汽车安全驾驶教育模拟装置 |
| US20150228199A1 (en) * | 2012-08-29 | 2015-08-13 | Caterpillar Inc. | Ergonomics Test Buck |
| CN105185184A (zh) * | 2015-07-17 | 2015-12-23 | 北京大华旺达科技有限公司 | 一种六自由度并联动感平台 |
| CN105788393A (zh) * | 2016-04-18 | 2016-07-20 | 北京小鸟看看科技有限公司 | 一种空间运动模拟体验装置 |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107886798A (zh) * | 2017-11-14 | 2018-04-06 | 吉林大学 | 一种基于驾驶模拟系统的驾驶技能辨识装置及方法 |
| CN107886798B (zh) * | 2017-11-14 | 2020-12-25 | 吉林大学 | 一种基于驾驶模拟系统的驾驶技能辨识装置及方法 |
| CN112687152A (zh) * | 2020-12-23 | 2021-04-20 | 航天科工系统仿真科技（北京）有限公司 | 车辆驾驶模拟器档位模拟装置 |
| CN112687173A (zh) * | 2020-12-25 | 2021-04-20 | 安徽机电职业技术学院 | 一种基于主被动安全协同优化的汽车碰撞演示平台 |
| CN112687173B (zh) * | 2020-12-25 | 2022-06-21 | 安徽机电职业技术学院 | 一种基于主被动安全协同优化的汽车碰撞演示平台 |
| CN113689755A (zh) * | 2021-08-26 | 2021-11-23 | 南方电网调峰调频发电有限公司 | 一种基于虚拟现实的电站安全驾驶模拟训练方法及系统 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN107067869B (zh) | 2018-04-06 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN107067869B (zh) | 一种面向驾驶数据采集的模拟驾驶系统 | |
| CN102289965B (zh) | 一种具有重载宽频带响应的车辆驾驶模拟器 | |
| CN101530329B (zh) | 半实物驾驶疲劳视景仿真系统平台 | |
| CN202110684U (zh) | 一种汽车安全驾驶教育模拟装置 | |
| CN113157098B (zh) | 一种大封闭空间沉浸式驾驶系统及控制方法 | |
| CN108572576B (zh) | 人机共驾及无人驾驶技术及测试用车载外接驾驶机器人 | |
| CN102013185B (zh) | 一种汽车驾驶模拟器少自由度体感装置及其位姿调整方法 | |
| CN107424473A (zh) | 单座全动飞机模拟驾驶设备 | |
| CN107886798B (zh) | 一种基于驾驶模拟系统的驾驶技能辨识装置及方法 | |
| CN204463520U (zh) | 工程机械仿真模拟训练系统 | |
| CN105999706A (zh) | 一种仿真驾驶游戏设备系统 | |
| CN101859500B (zh) | 一种拖拉机驾驶操纵试验台 | |
| CN203786933U (zh) | 一种用于非公路矿山重卡的虚拟驾驶培训装置 | |
| CN202815582U (zh) | 实车驾驶模拟舱辅助混合动力总成硬件在环测试系统 | |
| CN202650294U (zh) | 设有连杆机构实现的二自由度平台的叉车模拟操作系统 | |
| CN113570939B (zh) | 一种基于六自由度平台的虚拟现实式摩托车模拟驾驶系统 | |
| CN206399671U (zh) | 一种汽车线控转向道路阻力模拟实验台 | |
| CN108154746A (zh) | 一种驾驶模拟实验平台 | |
| CN108109474B (zh) | 一种模拟大飞机的脚舵装置 | |
| CN201594332U (zh) | 装载机叉车操作教学仪 | |
| CN202650297U (zh) | 设有连杆机构实现的六自由度平台的汽车吊模拟操作系统 | |
| CN207337702U (zh) | Vr模拟交通事故教学体验系统 | |
| CN217562155U (zh) | 一种辅助教学训练系统仿真座舱 | |
| CN202150196U (zh) | 自行车转向模拟装置 | |
| CN108447338B (zh) | 一种带有运动系统的ipt飞行模拟系统 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| CB03 | Change of inventor or designer information | ||
| CB03 | Change of inventor or designer information |
Inventor after: Zhu Bing Inventor after: Li Weinan Inventor after: Zhao Jian Inventor after: Liu Zhipeng Inventor after: Zhao Yiyan Inventor after: Zhang Ye Inventor after: Zhang Bing Inventor after: Zhang Mingxing Inventor after: Ning Ken Inventor before: Li Weinan Inventor before: Zhu Bing Inventor before: Zhao Jian Inventor before: Liu Zhipeng Inventor before: Zhao Yiyan Inventor before: Zhang Ye Inventor before: Zhang Bing Inventor before: Zhang Mingxing Inventor before: Ning Ken |
|
| TA01 | Transfer of patent application right | ||
| TA01 | Transfer of patent application right |
Effective date of registration: 20171124 Address after: 130012 Changchun Qianjin Street, Jilin, No. 2699 Applicant after: Jilin University Address before: 130022 Nanling campus, Jilin University, 5988 Renmin Street, Jilin, Changchun Applicant before: Li Weinan |
|
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |