CN109979277B - 一种驾驶模拟系统及微缩模型车 - Google Patents
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Abstract
一种驾驶模拟系统及微缩模型车。本发明包括驾驶模拟器,智能微缩模型车,通讯单元。本发明将微缩模型车的舵机数据和电机数据通过无线网络映射至驾驶模拟器的相应控制部件,实现驾驶模拟器对智能微缩模型车的精准控制;同时,将智能微缩模型车的电机速度数据映射至驾驶模拟器的仪表盘/中控台,实现驾驶模拟器与微缩模型车运行数据显示一致;通过驾驶模拟器对智能微缩模型车的超声波数据和陀螺仪数据进行判别,以实现追尾、碰撞、侧翻等交通事故的模拟和上下坡等特殊道路行驶状态,并通过驾驶模拟器呈现直观图像。由此,本发明可以解决目前城市智能交通领域中现实场景测试难、数据收集复杂的问题。
Description
技术领域
本发明涉及智能交通,具体而言涉及一种驾驶模拟系统及微缩模型车。
背景技术
随着车联网、车路协同、自动驾驶、交通安全、混合驾驶、人机协同驾驶等技术的发展,目前在上述领域的研究主要采用两种方式获取数据模型的基础数据:一种是在真实场景下利用实际车辆进行数据采集和算法测试;一种是采用模拟仿真方式通过仿真建模实现数据采集和算法测试。但真实场景下的数据采集,该方式实验成本高、准备时间长、测试场景少、测试安全约束高,无法实现大规模、高频率、实时性实验。而采用模拟仿真方式通过仿真建模实现数据采集和算法测试,该方式在实验成本、准备时间、场景设计等方面具备优势,便于新型算法的测试和验证。
但是,现有的驾驶模拟系统,其仅仅依靠显示屏以及模拟的仪表盘进行显示,并不能够直观的获得车辆与车辆、车辆与道路上的物体之间的相互关系。由此获得的数据依旧存在片面、不直观的问题。
发明内容
本发明针对现有技术的不足,提供一种驾驶模拟系统及微缩模型车,本发明的驾驶模拟器被用于交通安全、驾驶行为、混合驾驶等领域研究,智能微缩模型车可以模拟车车、车路、自动驾驶等场景,实现车路协同、自动驾驶领域的理论研究和技术实验。本发明具体采用如下技术方案。
首先,为实现上述目的,提出一种驾驶模拟系统,其包括:驾驶模拟器,用于获取并显示数据,提供人机交互;微缩模型车,用于执行所述驾驶模拟器通过人机交互而获得的操作指令,模拟车辆在道路上行驶的状态并对行驶状态进行数据采集;通讯单元,连接所述驾驶模拟器以及所述微缩模型车,实现两者之间的交互;其中,所述驾驶模拟器具体包括:操作单元,包括六自由度驾驶模拟舱体和安装在所述六自由度驾驶模拟舱体内的仪表盘/中控台、方向盘/转向灯,油门/离合/刹车、排挡杆、点火/启动装置,上述仪表盘/中控台、方向盘/转向灯,油门/离合/刹车、排挡杆、点火/启动装置被操作时会分别触发并输出相应的电信号;所述六自由度驾驶模拟舱体结构与车辆车厢结构相同,对应车厢玻璃的位置设置有至少一个显示单元;控制单元,通过硬件接口与所述仪表盘/中控台、方向盘/转向灯,油门/离合/刹车、排挡杆、点火/启动装置连接,接收其被操作所触发的电信号,根据当前模拟场景对所述电信号以及所述微缩模型车所采集的行驶数据进行计算,产生相应的车辆行驶方向、行驶速度、行驶状态数据;所述显示单元,接收所述控制单元所生成的车辆行驶方向、行驶速度、行驶状态数据,根据当前模拟场景进行在所述六自由度驾驶模拟舱体内进行显示;所述微缩模型车,通过所述通讯单元与接收所述控制单元所产生的车辆行驶方向、行驶速度和行驶状态数据,执行该数据以驱动所述微缩模型车行驶,并采集行驶过程中的电机数据、速度、加速度、角度、与道路上物体的距离。
可选的,上述的驾驶模拟系统中,所述驾驶模拟器还包括有数据库,所述数据库中存储有燃油动力车辆、混合动力车辆、电动车辆,以及其他新能源类汽车的驱动数据;所述驱动数据包括有燃油动力车辆、混合动力车辆、电动车辆,以及其他新能源类汽车的动力特性参数、转向特性参数、点火特性参数、方向盘特性参数、转向灯特性参数、照明灯特性参数、油门特性参数、刹车特性参数、离合特性参数、档位特性参数;所述控制单元根据上述驱动数据以及当前模拟场景对所述电信号以及所述微缩模型车所采集的行驶数据进行计算,产生相应的车辆行驶方向、行驶速度、行驶状态数据;所述控制单元还在获得所述微缩模型车行驶过程中的电机数据、速度、加速度、角度、与道路上物体的距离时,连同其对应的车辆行驶方向、行驶速度、行驶状态数据一并存储于所述数据库内。同时,控制单元内的模拟场景软件通过数据库实时调用上述两类数据并将其映射到虚拟车辆上,再通过显示单元显示其驾驶形态和仪表数据。所述的数据库中还存储有燃油动力车辆、混合动力车辆、电动车辆,以及其他新能源类汽车的驱动数据;所述驱动数据包括有燃油动力车辆、混合动力车辆、电动车辆,以及其他新能源类汽车的动力特性参数、转向特性参数、点火特性参数、方向盘特性参数、转向灯特性参数、照明灯特性参数、油门特性参数、刹车特性参数、离合特性参数、档位特性参数。其能够被所述的模拟场景软件调取以根据上述驱动数据以及当前模拟场景对所述电信号以及所述微缩模型车所采集的行驶数据进行计算,产生相应的车辆行驶方向、行驶速度、行驶状态数据。
可选的,上述的驾驶模拟系统中,所述微缩模型车包括有两个或以上,所述每一个微缩模型车均分别设置有标识单元,所述标识单元采用RFID标签写入车辆编号,采用数码显示管设置车辆编号和显示车辆编号;每一个所述微缩模型车在每一次通过所述通讯单元与所述驾驶模拟器进行交互的过程中均发送或验证其车辆编号,在车辆编号对应一致时才接收所述控制单元所产生的车辆行驶方向、行驶速度和行驶状态数据,执行该数据以驱动所述微缩模型车行驶。
可选的,上述的驾驶模拟系统中,所述通讯单元由于以太网有线通讯模块、WIFI无线通讯模块、4G无线通讯模块、5G无线通讯模块构成,其中WIFI无线通讯模块提供2.4G和5G两种频段,4G、5G提供SIM卡插槽支持通用SIM卡…。
可选的,上述的驾驶模拟系统中,所述驾驶模拟器的操作单元、控制单元与显示单元之间通过以太网有线通讯模块连接并实现数据交互;所述驾驶模拟器与所述微缩模型车之间通过WIFI无线通讯模块、4G无线通讯模块或5G无线通讯模块连接并实现数据交互。
同时,为实现上述目的,本发明还提供一种微缩模型车,其通过无线通讯的方式连接在上述的驾驶模拟系统中。所述的微缩模型车包括:车身结构件,其前部、后部、中部的左侧和右侧分别设置有4个超声波传感器;车轮,包括有4个,分别设置在所述车身结构件前部的两侧和后部的两侧;其中,前部两侧的车轮之间连接有转向结构连杆,所述转向结构连杆还连接有数字舵机,所述数字舵机通过传动机构驱动所述转向结构连杆实现对前部两侧的车轮的方向和角度的控制;所述后部两侧的车轮分别连接有一个编码减速电机,用于输出驱动力驱动所述微缩模型车行驶;高清摄像头模块,设置于所述车身结构件的前端,用于采集所述微缩模型车行驶过程中的图像;陀螺仪,设置于所述车身结构件内,用于采集所述微缩模型车行驶过程中的加速度数据以及角度数据;标识单元,设置于所述车身结构件表面,包括RFID标签和数码显示管,所述RFID标签内写入有车辆编号,所述数码显示管用于设置车辆编号和显示车辆编号;每一个所述微缩模型车在每一次通过所述通讯单元与所述驾驶模拟器进行交互的过程中均发送或验证其车辆编号,在车辆编号对应一致时才接收所述控制单元所产生的车辆行驶方向、行驶速度和行驶状态数据,执行该数据以驱动所述微缩模型车行驶;通讯模块,与所述微缩模型车之间通过WIFI无线通讯、4G无线通讯或5G无线通讯连接并实现数据交互;主控单元,其于所述超声波传感器、高清摄像头模块、陀螺仪、数字舵机、编码减速电机、标识单元以及所述通讯模块连接;所述主控单元通过所述通讯模块接收所述驾驶模拟器针对其车辆编号所发出的车辆行驶方向、行驶速度、行驶状态数据,根据接收的数据相应的控制所述数字舵机和编码减速电机,驱动所述微缩模型车以相应的速度行驶向相应的方向;同时,所述主控单元还获取所述高清摄像头模块、陀螺仪、超声波传感器所采集的所述微缩模型车行驶过程中的图像数据、加速度数据、角度数据以及与周边物体之间的距离。
可选的,上述的微缩模型车中,所述超声波传感器的超声波发射角度平行于地面,感应角度≤15度,探测距离≥2m,探测精度≤3mm。
可选的,上述的微缩模型车中,所述高清摄像头模块安装在车辆前部,其中的所述高清摄像头与车身垂直,所述高清摄像头与车身通过六角柱型长螺母连接,螺母长度为5cm。
可选的,上述的微缩模型车中,所述数字舵机的量程为0度至180度,控制精度为1度,所述数字舵机的每1度量程对应所述驾驶模拟器中的方向盘向相同的方向旋转2度;所述减速编码电机根据所述驾驶模拟器针对其车辆编号所发出的车辆行驶方向、行驶速度、行驶状态数据而输出转速、速度和加速度控制所述微缩模型车行驶。
有益效果
针对目前城市智能交通、交通安全、车路协同、自动驾驶、人机协同驾驶等领域研究与应用过程中涉及现实场景测试难、数据收集复杂的问题,本发明所提供的驾驶模拟系统及微缩模型车实现了驾驶模拟器对智能微缩模型车的精准控制、数据采集准确和运行显示一致。具体而言,本发明包括驾驶模拟器,智能微缩模型车,通讯单元。本发明的系统将智能微缩模型车的舵机数据和电机数据通过无线网络映射至驾驶模拟器的方向盘、油门、刹车、档位、点火等控制部件,实现驾驶模拟器对智能微缩模型车的精准控制;同时,将智能微缩模型车的电池电量数据、电机转速数据和电机速度数据映射至驾驶模拟器的油量仪表/电量仪表、转速仪表和速度仪表,实现驾驶模拟器与智能微缩模型车运行数据显示一致;通过驾驶模拟器通过对智能微缩模型车的超声波数据和陀螺仪数据的判别,实现追尾、碰撞、侧翻等交通事故的模拟和上下坡等特殊道路驾驶形态,并通过驾驶模拟器呈现结果。由此,本发明可以解决目前城市智能交通、交通安全、车路协同、自动驾驶、人机协同驾驶、交通事故分析等领域研究与应用过程中现实场景测试难、数据收集复杂的问题。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述,并且,部分地从说明书中变得显而易见,或者通过实施本发明而了解。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解,并且构成说明书的一部分,并与本发明的实施例一起,用于解释本发明,并不构成对本发明的限制。在附图中:
图1是本发明的驾驶模拟系统的整体架构示意图;
图2是本发明的驾驶模拟系统中驾驶模拟器的示意图;
图3是本发明的驾驶模拟系统中控制单元的示意图;
图4是本发明的驾驶模拟系统中通讯单元的示意图;
图5是本发明的驾驶模拟系统中微缩模型车的示意图;
图6是本发明的驾驶模拟系统中微缩模型车的电路系统框图;
图7是本发明的驾驶模拟系统工作方式的示意图;
图8是本发明的驾驶模拟系统中驾驶模拟器的自由度与微缩模型车的陀螺仪数据之间的映射关系;
图9是本发明的驾驶模拟系统中驾驶模拟器的方向盘与微缩模型车的舵机之间的角度映射关系示意图;
图10是本发明的驾驶模拟系统中驾驶模拟器的操作单元与显示单元之间数据映射关系的示意图;
图11是本发明的驾驶模拟系统中微缩模型车采用前向或后向超声波传感器与陀螺仪偏航角计算横向碰撞的示意图;
图12是本发明的驾驶模拟系统中微缩模型车采用左侧或右侧超声波传感器以陀螺仪偏航角计算横向碰撞的示意图;
图13是本发明的驾驶模拟系统中微缩模型车采用前向或后向超声波传感器计算纵向碰撞的示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的和技术方案更加清楚,下面将结合本发明实施例的附图,对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然,所描述的实施例是本发明的一部分实施例,而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例,本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
本技术领域技术人员可以理解,除非另外定义,这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是,诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义,并且除非像这里一样定义,不会用理想化或过于正式的含义来解释。
图1为根据本发明的驾驶模拟系统,其包括:
驾驶模拟器,用于获取并显示数据,提供人机交互;
微缩模型车,用于执行所述驾驶模拟器通过人机交互而获得的操作指令,模拟车辆在道路上行驶的状态并对行驶状态进行数据采集;
通讯单元,连接所述驾驶模拟器以及所述微缩模型车,实现两者之间的交互;
其中,所述驾驶模拟器具体包括:
操作单元,如图2所示,包括六自由度驾驶模拟舱体和安装在所述六自由度驾驶模拟舱体内的仪表盘/中控台、方向盘/转向灯,油门/离合/刹车、排挡杆、点火/启动装置,上述仪表盘/中控台、方向盘/转向灯,油门/离合/刹车、排挡杆、点火/启动装置被操作时会分别触发并输出相应的电信号;所述六自由度驾驶模拟舱体结构与车辆车厢结构相同,对应车厢玻璃的位置设置有至少一个显示单元;
控制单元,如图3所示,通过硬件接口与所述仪表盘/中控台、方向盘/转向灯,油门/离合/刹车、排挡杆、点火/启动装置连接,接收其被操作所触发的电信号,根据当前模拟场景对所述电信号以及所述微缩模型车所采集的行驶数据,由模拟场景软件设计交通场景和虚拟车辆用于驾驶仿真,驾驶模拟操作软件进行计算,产生相应的车辆行驶方向、行驶速度、行驶状态数据,如,转速、速度、油量或电量、转向灯变化、照明灯变化、模拟舱体自由度数据(X,Y,Z,α,β,γ)等;
所述显示单元,接收所述控制单元所生成的车辆行驶方向、行驶速度、行驶状态数据,根据当前模拟场景进行在所述六自由度驾驶模拟舱体内进行显示;显示单元由LED拼接屏组成可分屏显示模拟场景、高清视频和仪表数据。例如,所述的显示单元为可分屏显示的LED拼接屏组成,提供HDMI/DVI/VGA三种视频传输方式,通过视频传输线与控制单元连接;控制单元由控制主机构成;操作单元以六自由度驾驶模拟舱体(四座或其他类型的实车形状)、内部驾驶控制和显示部件、安装基座组成,通过串口传输方式与控制单元连接;
所述微缩模型车,通过所述通讯单元与接收所述控制单元所产生的车辆行驶方向、行驶速度和行驶状态数据,执行该数据以驱动所述微缩模型车行驶,并采集行驶过程中的电机数据、速度、加速度、角度、与道路上物体的距离。
具体而言,参考图5所示,上述的微缩模型车包括:
车身结构件1,其前部、后部、中部的左侧和右侧分别设置有4个超声波传感器;所述超声波传感器的超声波发射角度平行于地面,感应角度≤15度,探测距离≥2m,探测精度≤3mm;
车轮5,包括有4个,分别设置在所述车身结构件1前部的两侧和后部的两侧;其中,前部两侧的车轮5之间连接有转向结构连杆4,所述转向结构连杆4还连接有数字舵机6,所述数字舵机6通过传动机构驱动所述转向结构连杆4实现对前部两侧的车轮5的方向和角度的控制;所述后部两侧的车轮分别连接有一个编码减速电机14,用于输出驱动力驱动所述微缩模型车行驶;数字舵机6的量程为0度至180度,控制精度为1度;所述减速编码电机14根据所述驾驶模拟器针对其车辆编号所发出的车辆行驶方向、行驶速度、行驶状态数据而输出转速、速度和加速度控制所述微缩模型车行驶;
高清摄像头模块3,设置于所述车身结构件1的前端,用于采集所述微缩模型车行驶过程中的图像;所述高清摄像头模块3安装在车辆前部,其中的所述高清摄像头与车身垂直,所述高清摄像头与车身通过六角柱型长螺母连接,螺母长度为5cm;
陀螺仪7,设置于所述车身结构件1内,用于采集所述微缩模型车行驶过程中的加速度数据以及角度数据;
标识单元8,设置于所述车身结构件1表面,包括RFID标签和数码显示管,所述RFID标签内写入有车辆编号,所述数码显示管用于设置车辆编号和显示车辆编号;每一个所述微缩模型车在每一次通过所述通讯单元与所述驾驶模拟器进行交互的过程中均发送或验证其车辆编号,在车辆编号对应一致时才接收所述控制单元所产生的车辆行驶方向、行驶速度和行驶状态数据,执行该数据以驱动所述微缩模型车行驶;
通讯模块11,与所述微缩模型车之间通过WIFI无线通讯、4G无线通讯或5G无线通讯连接并实现数据交互;
主控单元12,主要由MCU及其外围电路组成的控制板构成,其于所述超声波传感器、高清摄像头模块3、陀螺仪7、数字舵机6、编码减速电机14、标识单元8以及所述通讯模块11连接;所述主控单元12通过所述通讯模块11接收所述驾驶模拟器针对其车辆编号所发出的车辆行驶方向、行驶速度、行驶状态数据,根据接收的数据相应的控制所述数字舵机6和编码减速电机14,驱动所述微缩模型车以相应的速度行驶向相应的方向;同时,所述主控单元还获取所述高清摄像头模块3、陀螺仪7、超声波传感器所采集的所述微缩模型车行驶过程中的图像数据、加速度数据、角度数据以及与周边物体之间的距离。
参考图4所示,所述通讯单元由以太网有线通讯模块、WIFI无线通讯模块、4G无线通讯模块、5G无线通讯模块构成,其中WIFI无线通讯模块提供2.4G和5G两种频段,4G、5G提供SIM卡插槽支持通用SIM卡,数据传输频率:<Packet/50ms。所述驾驶模拟器的操作单元、控制单元与显示单元之间通过以太网有线通讯模块连接并实现数据交互;所述驾驶模拟器与所述微缩模型车之间通过WIFI无线通讯模块、4G无线通讯模块或5G无线通讯模块连接并实现数据交互。其采用TCP/IP协议,有线通讯模块或无线通讯模块与驾驶模拟器控制单元连接,无线通讯模块以DHCP形式构建无线局域网与智能微缩模型车通讯单元建立连接,用于驾驶模拟器向智能微缩模型车的功能指令和智能微缩模型车向驾驶模拟器的检测数据的双向传输。
上述系统还包括供电单元,其包括充电模块、电量检测模块和电池,充电模块能同时实现有线充电和无线充电,电量检测模块以百分比(100%)输出当前电量和剩余电量数据,电池采用可多次充放电的锂电池,供电单元通过导线为控制单元、检测单元、通讯单元和标识单元供电。
参考图6以及图7所示,上述系统中,首先采用强度螺栓将驾驶模拟器的六自由度驾驶模拟舱体安装在固定位置,确保牢固不松动;采用串口通讯方式驾驶模拟器的控制单元与操作单元线进行连接,采用HDMI/DVI/VGA视频传输方式将其控制单元与显示单元进行连接,打开电源并启动驾驶模拟操作软件用以检查控制单元与操作单元和显示单元是否通讯正常;
然后启动模拟场景应用软件并建立虚拟车辆模型,测试操作单元是否能够有效控制模拟场景中的虚拟车辆;将驾驶模拟器控制单元与外置通讯单元通过以太网连接,检查并测试通讯能否有效建立;启动智能微缩模型车将其通讯单单元与外置通讯单元通过WIFI/4G/5G连接,检查并测试通讯能够有效连接;保证网络通讯正常且传输延时小于50sm;
上述步骤均无异常时,驾驶模拟器的控制单元通IP地址建立与智能微缩模型车的通讯连接,发送指令,通过操作单元测试智能微缩模型车的舵机控制和电机控制是否正常,通过显示模块测试智能微缩模型车的数据反馈是否准确,一切正常可根据实需求安排装置工作,并根据智能微缩模型车的电量检测实时获取电量以保证电池电量充足。此时,使用者可以像驾驶真实车辆一样步骤和要求进行操作,系统通过通讯单元获取驾驶模拟器的操作指令,车辆控制系统控制舵机驱动前轮转向,控制电机驱动后轮运动完成驾驶模拟器的点火、加油、刹车、换挡等操作,实现智能微缩模型车的前进、后退、转向等常规行为。并且将电机转速、速度和加速度数据转换为驾驶模拟器的转速和速度数据,电量数据转化为驾驶模拟器的油量或电量数据,传回上述数据再通过其显示单元显示在屏幕上。利用驾驶模拟器的六自由度数据与智能微缩模型车的陀螺仪和超声波传感器数据关联,实现驾驶模拟器对智能微缩模型车的更丰富的特殊姿态的控制(上下坡、颠簸、急转弯等)和更丰富场景的数据反馈(横向碰撞、纵向碰撞等)。
上述控制单元采用通用的windows操作系统,在系统上安装模拟场景应用软件用于设计交通场景和虚拟车辆用于驾驶仿真,安装驾驶模拟操作软件获取操作单元的操作指令(点火、方向盘、转向灯、照明灯、油门、刹车、离合、档位)和显示数据(转速、速度、油量或电量、转向灯变化、照明灯变化、模拟舱体自由度数据(X,Y,Z,α,β,γ)等)并将其保存于数据库中,模拟场景软件通过数据库实时调用上述两类数据并将其映射到虚拟车辆上,再通过连接的LED拼接屏上显示其驾驶形态和仪表数据。
具体而言,参照图8所示,上述系统在进行模拟驾驶操作时,将图8左侧的驾驶模拟器模拟舱体的六自由度坐标映射至图8右侧为智能微缩模型车三轴陀螺仪坐标。其中建立(α,β,γ)→(a,b,c)映射关系,可以此通过驾驶模拟器模拟的多种驾驶姿态控制微缩智能模型车使其进行相应的动作。
具体而言,参照图8所示,上述系统在进行模拟驾驶操作时,将图9左侧的智能微缩模型车数字舵机变化量程0度至180度映射成图9左侧的驾驶模拟器方向盘变化量程。利用实现映射,其中A表示舵机变化量程,有A∈[00,1800],表示转换变量,转换变量可通过计算得到;B表示方向盘变化量程,有L为方向盘从左转打满至右转打满时运动的距离,其由实际车型得到,C为方向盘周长,其由实际车型得到。
图10所示,是智能微缩模型车至驾驶模拟器中操作单元和显示单元的数据映射关系,其中 分别表示智能微缩模型车的车辆速度、电机转速和电池电量;V、S、B分别表示驾驶模拟器操作单元和显示单元的速度、转速和油量/电量;Kv、Ks、Kb为映射参数,具体值由其由实际车型得到。
如图11所示,为本系统发生横向碰撞的示意图。横向碰撞时,系统通过左侧超声波传感器和右侧超声波传感器结合陀螺仪偏航角可以实现对车辆横向碰撞的检测。其中c表示陀螺仪偏航角,L表示传感器与车头边缘距离,D表示超声波传感器垂直角度的实时距离检测数据,d为超声波传感器与车身边缘的固定距离,则有D=tanc*L。如果D>tanc*L,则表示未发生横向碰撞,如果D=tanc*L,则表示发生横向碰撞;当c=900,如果D-d>0,则表示未发生横向碰撞,如果D-d=0,则表示发生横向碰撞。
图12所示,是本系统发生侧向碰撞的示意图。侧向碰撞时,系统通过侧向超声波传感器结合陀螺仪偏航角可以实现对车辆侧向碰撞的检测。其中c表示陀螺仪偏航角,P表示传感器与车身边缘距离,D表示超声波传感器垂直角度的实时距离检测数据,d为超声波传感器与车身边缘的固定距离,则有如果则表示未发生侧向碰撞,如果则表示发生侧向碰撞。
如图13所示,是本系统发生纵向碰撞的示意图。纵向碰撞时,通过前向超声波传感器和后向超声波传感器结合陀螺仪偏航角可以实现车辆纵向碰撞检测。当c=900,如果D-d>0,则表示未发生纵向碰撞,如果D-d=0,则表示发生纵向碰撞。
由此,本发明:
(1)通过驾驶参数映射,完成驾驶模拟器对智能微缩模型车精准控制,并且实现了驾驶模拟器软件中的虚拟车辆和智能微缩模型车的精确匹配,动作一致;
(2)通过将智能微缩模型车的舵机、电机和电量数据反馈并映射至驾驶模拟器,实现了仪表数据的精确采集;
(3)通过将智能微缩模型车的检测数据与驾驶模拟器的自由度数据进行匹配,实现了智能微缩模型车更丰富的姿态控制和更丰富场景数据的反馈。进而,可以模拟更多的驾驶员操作行为和车辆运动行为。
以上仅为本发明的实施方式,其描述较为具体和详细,但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是,对于本领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明构思的前提下,还可以做出若干变形和改进,这些均属于本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种微缩模型车,其通过无线通讯的方式连接在一种驾驶模拟系统中,所述驾驶模拟系统包括驾驶模拟器,用于获取并显示数据,提供人机交互;
微缩模型车,用于执行所述驾驶模拟器通过人机交互而获得的操作指令,模拟车辆在道路上行驶的状态并对行驶状态进行数据采集;
通讯单元,连接所述驾驶模拟器以及所述微缩模型车,实现两者之间的交互;
其中,所述驾驶模拟器具体包括:
操作单元,包括六自由度驾驶模拟舱体和安装在所述六自由度驾驶模拟舱体内的仪表盘/中控台、方向盘/转向灯,油门/离合/刹车、排挡杆、点火/启动装置,上述仪表盘/中控台、方向盘/转向灯,油门/离合/刹车、排挡杆、点火/启动装置被操作时会分别触发并输出相应的电信号;所述六自由度驾驶模拟舱体结构与车辆车厢结构相同,对应车厢玻璃的位置设置有至少一个显示单元;
控制单元,通过硬件接口与所述仪表盘/中控台、方向盘/转向灯,油门/离合/刹车、排挡杆、点火/启动装置连接,接收其被操作所触发的电信号,根据当前模拟场景对所述电信号以及所述微缩模型车所采集的行驶数据进行计算,产生相应的车辆行驶方向、行驶速度、行驶状态数据;
所述显示单元,接收所述控制单元所生成的车辆行驶方向、行驶速度、行驶状态数据,根据当前模拟场景进行在所述六自由度驾驶模拟舱体内进行显示;
所述微缩模型车,通过所述通讯单元与接收所述控制单元所产生的车辆行驶方向、行驶速度和行驶状态数据,执行该数据以驱动所述微缩模型车行驶,并采集行驶过程中的电机数据、速度、加速度、角度、与道路上物体的距离;每一个所述 微缩模型车均分别设置有标识单元,所述标识单元采用RFID标签写入车辆编号,采用数码显示管设置车辆编号和显示车辆编号;
所述微缩模型车包括:车身结构件(1),其前部、后部、中部的左侧和右侧分别设置有4个超声波传感器;
车轮(5),包括有4个,分别设置在所述车身结构件(1)前部的两侧和后部的两侧;其中,前部两侧的车轮(5)之间连接有转向结构连杆(4),所述转向结构连杆(4)还连接有数字舵机(6),所述数字舵机(6)通过传动机构驱动所述转向结构连杆(4)实现对前部两侧的车轮(5)的方向和角度的控制;所述后部两侧的车轮分别连接有一个编码减速电机(14),用于输出驱动力驱动所述微缩模型车行驶;
高清摄像头模块(3),设置于所述车身结构件(1)的前端,用于采集所述微缩模型车行驶过程中的图像;
陀螺仪(7),设置于所述车身结构件(1)内,用于采集所述微缩模型车行驶过程中的加速度数据以及角度数据;
标识单元(8),设置于所述车身结构件(1)表面,包括RFID标签和数码显示管,所述RFID标签内写入有车辆编号,所述数码显示管用于设置车辆编号和显示车辆编号;每一个所述微缩模型车在每一次通过所述通讯单元与所述驾驶模拟器进行交互的过程中均发送或验证其车辆编号,在车辆编号对应一致时才接收所述控制单元所产生的车辆行驶方向、行驶速度和行驶状态数据,执行该数据以驱动所述微缩模型车行驶;
通讯模块(11),与所述微缩模型车之间通过WIFI无线通讯、4G无线通讯或5G无线通讯连接并实现数据交互;
主控单元(12),其与所述超声波传感器、高清摄像头模块(3)、陀螺仪(7)、数字舵机(6)、编码减速电机(14)、标识单元(8)以及所述通讯模块(11)连接;所述主控单元(12)通过所述通讯模块(11)接收所述驾驶模拟器针对其车辆编号所发出的车辆行驶方向、行驶速度、行驶状态数据,根据接收的数据相应的控制所述数字舵机(6)和编码减速电机(14),驱动所述微缩模型车以相应的速度行驶向相应的方向;同时,所述主控单元还获取所述高清摄像头模块(3)、陀螺仪(7)、超声波传感器所采集的所述微缩模型车行驶过程中的图像数据、加速度数据、角度数据以及与周边物体之间的距离。
2.如权利要求1所述的微缩模型车,其特征在于,所述驾驶模拟器还包括有数据库,所述数据库中存储有燃油动力车辆、混合动力车辆、电动车辆,以及其他新能源类汽车的驱动数据;所述驱动数据包括有燃油动力车辆、混合动力车辆、电动车辆,以及其他新能源类汽车的动力特性参数、转向特性参数、点火特性参数、方向盘特性参数、转向灯特性参数、照明灯特性参数、油门特性参数、刹车特性参数、离合特性参数、档位特性参数;
所述控制单元根据上述驱动数据以及当前模拟场景对所述电信号以及所述微缩模型车所采集的行驶数据进行计算,产生相应的车辆行驶方向、行驶速度、行驶状态数据;
所述控制单元还在获得所述微缩模型车行驶过程中的电机数据、速度、加速度、角度、与道路上物体的距离时,连同其对应的车辆行驶方向、行驶速度、行驶状态数据一并存储于所述数据库内。
3.如权利要求1所述的微缩模型车,其特征在于,所述通讯单元由以太网有线通讯模块、WIFI无线通讯模块、4G无线通讯模块、5G无线通讯模块构成,其中WIFI无线通讯模块提供2.4G和5G两种频段,4G无线通讯模块、5G无线通讯模块提供SIM卡插槽支持通用SIM卡。
4.如权利要求1所述的微缩模型车,其特征在于,所述驾驶模拟器的操作单元、控制单元与显示单元之间通过以太网有线通讯模块连接并实现数据交互;
所述驾驶模拟器与所述微缩模型车之间通过WIFI无线通讯模块、4G无线通讯模块或5G无线通讯模块连接并实现数据交互。
5.如权利要求1所述的微缩模型车,其特征在于,所述超声波传感器的超声波发射角度平行于地面,感应角度≤15度,探测距离≥2m,探测精度≤3mm。
6.如权利要求1所述的微缩模型车,其特征在于,所述高清摄像头模块(3)安装在车辆前部,其中的所述高清摄像头与车身垂直,所述高清摄像头与车身通过六角柱型长螺母连接,螺母长度为5cm。
7.如权利要求1所述的微缩模型车,其特征在于,数字舵机(6)的量程为0度至180度,控制精度为1度;所述编码 减速电机(14)根据所述驾驶模拟器针对其车辆编号所发出的车辆行驶方向、行驶速度、行驶状态数据而输出转速、速度和加速度控制所述微缩模型车行驶。
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