CN110728878A - 一种体感交互vr模拟驾驶装置 - Google Patents

Abstract

本申请提出一种体感交互VR模拟驾驶装置，包括：驾驶位、自由度运动平台、主控模块和头戴式虚拟现实VR设备；驾驶位包括底座、座椅、方向盘、点火开关和多个踏板；底座安装在自由度运动平台上；头戴式VR设备包括障碍物加载模块，主控模块包括驾驶抖动组件和点火抖动组件；驾驶抖动组件用于在驾驶过程中根据显示画面中的虚拟的车辆的车身抖动信息驱动自由度运动平台运动；点火抖动组件用于在点火过程中根据点火开关的信号驱动自由度运动平台运动。本申请实现模拟驾驶过程中的驾驶中的抖动、点火时的抖动；以模拟出与真实驾驶全过程相对应的抖动场景；实现真实的体感抖动交互，体会到真实的驾驶体验。

Description

一种体感交互VR模拟驾驶装置

技术领域

本申请涉及模拟驾驶技术领域，尤其涉及一种体感交互VR模拟驾驶装置。

背景技术

VR模拟驾驶是利用虚拟现实技术为用户提供一个虚拟现实世界，再利用超强的仿真系统，实现人机交互，使人在操作驾驶过程中，可以随意驾驶并得到环境最真实的反馈，让人产生身临其境的感觉。

VR模拟驾驶广泛用于模拟驾驶训练，有利于降低驾校车损和教练成本，保障驾驶者和学员的安全。但是，在真实驾驶中，驾驶员在点火、半离合、上坡以及碰到碰撞物体的时候，身体均会感受到抖动；目前，驾驶员在进行模拟驾驶训练时，能够感受到驾驶环境状态的变化，但是如果没有这些真实的体感抖动交互，也很难体会到真实的驾驶体验，学员在经过模拟驾驶训练后，转换到真实的驾驶环境中，容易产生不适应感，不利于提高训练效果。

发明内容

本申请实施例提供一种体感交互VR模拟驾驶装置，以解决相关技术存在的问题，技术方案如下：

本申请实施例提供了一种体感交互VR模拟驾驶装置，1.一种体感交互VR模拟驾驶装置，其特征在于，装置包括：驾驶位、自由度运动平台、头戴式虚拟现实VR设备和主控模块；驾驶位包括底座、座椅、方向盘、点火开关和多个踏板；座椅、方向盘和多个踏板均安装在底座上；底座安装在自由度运动平台上；方向盘、点火开关、多个踏板和自由度运动平台均与主控模块电连接；主控模块用于接收来自方向盘、点火开关和多个踏板的信号，并根据接收到的信号控制头戴式VR设备的显示画面；头戴式VR设备的显示画面包括虚拟的车辆和虚拟的道路路况，头戴式VR设备包括障碍物加载模块，用于在虚拟的道路路况内添加虚拟的障碍物，与虚拟的车辆产生碰撞；主控模块包括驾驶抖动组件和点火抖动组件；其中，驾驶抖动组件用于在驾驶过程中根据显示画面中的虚拟的车辆的车身抖动信息驱动自由度运动平台运动，以带动底座发生对应的车身抖动；点火抖动组件用于在点火过程中根据点火开关的信号驱动自由度运动平台运动，以带动底座发生对应的点火抖动。

在一种实施方式中，多个踏板包括离合踏板；

主控模块还包括半离合抖动组件，半离合抖动组件用于根据离合踏板的信号驱动自由度运动平台运动，以带动底座发生对应的半离合抖动。

在一种实施方式中，虚拟的车辆包括虚拟车身和虚拟轮胎；

车身抖动信息包括虚拟车身的车身姿态变化数据，车身姿态变化数据包括虚拟车身的转动弧度数据和加速度数据。

在一种实施方式中，虚拟车身包括虚拟的车底座、虚拟的驾驶座椅和虚拟的方向盘，虚拟的驾驶座椅和虚拟的方向盘均位于虚拟的车底座上；虚拟车身所在坐标系的坐标原点设于虚拟的驾驶座椅上。

在一种实施方式中，根据显示画面中的虚拟的车辆的车身抖动信息驱动自由度运动平台运动；其中，自由度运动平台运动的幅度与虚拟车身的姿态变化数据成线性关系。

在一种实施方式中，自由度运动平台的转动弧度与虚拟车身的转动弧度的系数值为弧度系数，自由度运动平台的加速度与虚拟车身的加速度的系数值为加速度系数，弧度系数和加速度系数均为常数；

主控模块还包括系数调节组件，用于调节弧度系数和加速度系数。

在一种实施方式中，头戴式VR设备包括重力加载模块，用于将重力参数加载至虚拟的车辆和虚拟的障碍物，以使虚拟的车辆与虚拟的障碍物碰撞时产生力的相互作用；重力参数包括：车身重力参数、轮胎重力参数和虚拟的障碍物重力参数。

在一种实施方式中，头戴式VR设备还包括车型选择模块，用于根据车型选择指令使VR模拟驾驶装置模拟对应的车型，并将对应的车型的车身重力参数和轮胎重力参数传输给重力加载模块。

在一种实施方式中，重力加载模块还用于接收驾驶员重力参数，并将驾驶员重力参数加载至虚拟的车辆。

上述技术方案中的优点或有益效果至少包括：

本发明实施例通过驾驶抖动组件、点火抖动组件、半离合抖动组件依次实现模拟驾驶过程中的驾驶中的抖动、点火时的抖动和踩半离合时的抖动；以模拟出与真实驾驶全过程相对应的抖动场景；实现真实的体感抖动交互，体会到真实的驾驶体验，学员在经过模拟驾驶训练后，转换到真实的驾驶环境中，不会产生不适应感，有利于提高训练效果。

上述概述仅仅是为了说明书的目的，并不意图以任何方式进行限制。除上述描述的示意性的方面、实施方式和特征之外，通过参考附图和以下的详细描述，本申请进一步的方面、实施方式和特征将会是容易明白的。

附图说明

在附图中，除非另外规定，否则贯穿多个附图相同的附图标记表示相同或相似的部件或元素。这些附图不一定是按照比例绘制的。应该理解，这些附图仅描绘了根据本申请公开的一些实施方式，而不应将其视为是对本申请范围的限制。

图1为本发明实施例提供的VR模拟驾驶装置的驾驶位结构示意图；

图2为本发明实施例提供的VR模拟驾驶装置的驾驶位另一结构示意图；

图3为本发明实施例提供的VR模拟驾驶装置的结构示意图；

图4为本发明实施例提供的VR模拟驾驶装置的主控模块示意图；

图5为本发明实施例提供的VR模拟驾驶装置的VR设备显示画面示意图；

图6为本发明实施例提供的VR模拟驾驶装置的VR设备显示画面另一示意图；

图7为本发明实施例提供的VR模拟驾驶装置的驾驶抖动组件结构示意图；

图8为本发明实施例提供的VR模拟驾驶装置的点火抖动组件结构示意图；

图9为本发明实施例提供的VR模拟驾驶装置的半离合抖动组件结构示意图。

具体实施方式

在下文中，仅简单地描述了某些示例性实施例。正如本领域技术人员可认识到的那样，在不脱离本申请的精神或范围的情况下，可通过各种不同方式修改所描述的实施例。因此，附图和描述被认为本质上是示例性的而非限制性的。

图1-图9示出根据本申请一实施例的一种体感交互VR模拟驾驶装置的结构图。如图1-图9所示，该具有真实体感的VR模拟驾驶装置可以包括：驾驶位1、自由度运动平台4、主控模块2和头戴式虚拟现实VR设备3。

驾驶位1用于供学员进行驾驶操作，其形状大小与真实车辆中的驾驶位1相对应，还原真实车辆的体验场景，包括底座11、座椅12、方向盘13、点火开关16和多个踏板17；座椅12、方向盘13和多个踏板17均安装在底座11上；座椅12与真实车辆的驾驶位1座椅12相同，用于学员坐在座椅12上进行驾驶操作，驾驶操作包括打转方向盘13、踩踏踏板17、打开点火开关16启动；为了使模拟驾驶操作更真实，驾驶位1还可以包括其他与真实车辆相同的驾驶操作部件18，例如打灯装置(图中未示出)、开窗开门按钮(图中未示出)、安全带(图中未示出)、挂挡14、手刹15等；每个驾驶操作部件18的位置和形状大小与真实车辆相对应设置，以还原真实车辆的场景，提高模拟驾驶的真实感。

本发明实施例中，底座11安装在自由度运动平台4上；通过驱动自由度运动平台4的运动，带动底座11运动，从而使坐在驾驶座椅12上的学员能感受到抖动的效果。

本发明实施例中，方向盘13、点火开关16、多个踏板17和自由度运动平台4均与主控模块2电连接；主控模块2用于接收来自方向盘13、点火开关16和多个踏板17的信号，并根据接收到的信号控制头戴式VR设备3的显示画面；使得通过学员在驾驶位1进行的真实驾驶操作，控制头戴式VR设备3内的显示画面进行相应状态的改变，以实现模拟驾驶。头戴式VR设备3的显示画面包括：虚拟的车辆31、虚拟的道路路况32；主控模块2接收驾驶员坐在座椅12上进行的驾驶操作信号，并对驾驶操作信号进行分析处理，控制显示画面内的虚拟的车辆31在虚拟的道路路况32上产生相应的位移，同时头戴式VR设备3设有眼球追踪模块，用于追踪驾驶者的视线焦点变化，从而使头戴式VR设备3显示驾驶者移动视线方向时所应当看到的画面。

举例来讲，驾驶者踏加速踏板，虚拟的车辆31在虚拟的道路上移动的速度加快；驾驶者踏制动踏板，虚拟的车辆31在虚拟的道路上经过一段的惯性距离后停止；驾驶者挂倒车档，踏加速踏板后，虚拟的车辆31在虚拟的道路上向后方移动；根据驾驶者的操作，头戴式VR设备3的显示画面根据实际驾驶情况作出相应的改变，使得驾驶者看到的显示画面与真实驾驶看到的画面相同，从而沉浸于模拟驾驶中。头戴式VR设备3的显示画面包括虚拟的车辆31和虚拟的道路路况32，头戴式VR设备3的显示画面还包括虚拟的障碍物33；头戴式VR设备3包括障碍物加载模块，用于在虚拟的道路路况32内添加虚拟的障碍物33，在虚拟的车辆31经过时与虚拟的车辆31产生碰撞。

本发明实施例中，主控模块2包括驾驶抖动组件21和点火抖动组件22。

其中，驾驶抖动组件21用于在驾驶过程中根据显示画面中的虚拟的车辆31的车身抖动信息驱动自由度运动平台4运动，以带动底座11发生对应的车身抖动；虚拟的车辆31包括虚拟车身和虚拟轮胎；虚拟车身的车身抖动信息包括虚拟车身的车身姿态变化数据，车身姿态变化数据包括虚拟车身的转动弧度数据和加速度数据；通过转动弧度数据和加速度数据，两个方面的姿态变化数据进行反馈和控制，使得控制驾驶位1的抖动效果更接近于真实驾驶时的抖动。

在本发明实施例中，虚拟的车身包括虚拟的车底座(图中未示出)、虚拟的驾驶座椅(图中未示出)和虚拟的方向盘312，虚拟的驾驶座椅和虚拟的方向盘312均位于虚拟的车底座上；虚拟车身所在坐标系的坐标原点设于虚拟的驾驶座椅上；以使主控模块2控制自由度运动平台4运动时，带动驾驶位1运动的坐标原点a可以与虚拟车身所在坐标系的坐标原点相对应；从而自由度运动平台4带动驾驶位1的抖动效果与虚拟车身的车身抖动相对应，更接近真实驾驶环境中车身抖动的效果。

本发明实施例中，虚拟的车辆31在经过虚拟的障碍物33、或者上坡、下坡时，车身姿态会产生变化，从而产生虚拟的车辆31的抖动信息，驾驶抖动组件21包括车身抖动信息获取组件211，用于获取虚拟的车辆31与虚拟的障碍物33碰撞时产生的车身抖动信息，车身抖动导致车身姿态发生变化，车身姿态的变化通过获取车身的坐标变化数据得到；通过在虚拟的道路32上添加虚拟的障碍物33，以实现虚拟的车辆31经过虚拟的障碍物33时产生姿态变化，虚拟的障碍物33具有不同的形状、大小和重力，虚拟的车辆31经过不同的虚拟的障碍物33时会产生不同的车身姿态变化。

本发明的一种实施例中，虚拟的障碍物33也可包括护栏，当错误的驾驶行为使得虚拟的车辆31撞上虚拟的护栏时，车身姿态信息也会产生变化，将车身姿态信息反馈至主控模块2，主控模块2控制驾驶位1运动，使得驾驶员获得与真实驾驶中撞到护栏时一样的抖动效果；从而提高驾驶员的安全意识。

本发明实施例中，通过坐标系的三轴变化标示车身姿态变化；例如，水平地面上，X轴的弧度为零，车辆上坡时，X轴的弧度增大，车身抖动信息获取组件211获取X轴的弧度变化数据；车身向X轴方向驾驶，加速时，Y轴和Z轴在X轴方向的移动加速；车身抖动信息获取组件211获取Y轴或者Z轴移动的加速度变化数据。在本发明实施例中，根据显示画面中的虚拟的车辆31的车身抖动信息驱动自由度运动平台4运动；其中，自由度运动平台4运动的幅度与虚拟车身的姿态变化数据成线性关系。自由度运动平台4的转动弧度与虚拟车身的转动弧度的系数值为弧度系数，自由度运动平台4的加速度与虚拟车身的加速度的系数值为加速度系数，弧度系数和加速度系数均为常数；主控模块2还包括系数调节组件212，用于驾驶抖动的调节弧度系数和加速度系数；使得驾驶员可根据需求选择所需的抖动效果；例如驾驶员熟练驾驶时，为了追求强烈的抖动效果，可设置较大的系数值，使得虚拟车身很小的姿态变化，驾驶员在驾驶位1上可感受到很强的抖动效果。

在本发明实施例中，头戴式VR设备3包括重力加载模块，用于将重力参数加载至虚拟的车辆31和虚拟的障碍物33，以使虚拟的车辆31与虚拟的障碍物33碰撞时产生力的相互作用；重力参数包括：车身重力参数、轮胎重力参数和障碍物33重力参数；还原真实驾驶时的重力；使得虚拟的车辆31与虚拟的障碍物33产生碰撞时，在虚拟世界内能够还原真实的碰撞效果；虚拟的车辆31与虚拟的障碍物33产生真实的力的相互左右，从而车身姿态变化与真实车辆撞上虚拟的障碍物33时的车身姿态变化相接近，主控模块2控制驾驶位1产生的抖动效果更真实。

在本发明实施例中，头戴式VR设备3还包括车型选择模块，用于根据车型选择指令使VR模拟驾驶装置模拟对应的车型，便于在头戴式VR设备3的显示画面内还原真实车型的比例大小，并将对应的车型的车身重力参数和轮胎重力参数传输给重力加载模块；进一步还原相应车型的重力参数，使得不同车型的虚拟的车辆31与虚拟的障碍物33产生碰撞时的车身姿态变化与真实对应车型的车辆撞上虚拟的障碍物33时的车身姿态变化相接近，从而使主控模块2控制驾驶位1产生的抖动效果更真实。

在本发明实施例中，重力加载模块还用于接收驾驶员重力参数，并将驾驶员重力参数加载至虚拟的车辆31；驾驶员的重力参数加载至车身的坐标原点，即虚拟的驾驶座椅12上，将驾驶员的重力考虑到碰撞时产生的车身姿态变化中，更接近于真实驾驶的场景，进一步还原真实抖动效果，驾驶员的重力参数通过输入动态获得，使得不同的驾驶员能够体验到自身体重带来的抖动效果。

本发明实施例中，点火抖动组件22用于在点火过程中根据点火开关16的信号驱动自由度运动平台4运动，以带动底座11发生对应的点火抖动；点火抖动组件22包括点火开关信号获取组件221和随机数产生组件222，当驾驶员在驾驶位1上打开点火开关启动驾驶时，点火开关信号获取组件211接收到驾驶员进行点火启动的信号，随机数产生组件222产生一组随机数，随机数可是任意产生的随机数，也可以时产生的一组固定的随机数，主控模块2通过数据传输将随机数传输至自由度运动控制平台，自由度运动平台4根据随机数控制自由度运动平台4进行运动，从而产生点火抖动；随机数的波动为低频波动，即波动幅度较小，使得与真实驾驶时感受到的抖动相接近。

在本发明实施例中，多个踏板17包括离合踏板；主控模块2还包括半离合抖动组件23，半离合抖动组件23用于根据离合踏板的信号驱动自由度运动平台4运动，以带动底座11发生对应的半离合抖动；虚拟的车辆31包括虚拟的发动机和虚拟的传动轴；半离合抖动组件23包括离合踏板信号获取组件231和转数差获取组件232，驾驶员在踩半离合时，离合踏板信号获取组件231获取到离合踏板的信号，控制头戴式VR设备3中的虚拟的发动机和虚拟的传动轴转动，转数差获取组件232获取虚拟的发动机和虚拟的传动轴转动的转数差，转数差为常数，主控模块2将转数差的值传输至自由度运动平台4，自由度运动平台4根据获得的转速差值控制自由度运动平台4运动，从而带动底座11抖动，实现半离合抖动。

本发明实施例通过驾驶抖动组件21、点火抖动组件22、半离合抖动组件23依次实现模拟驾驶过程中的驾驶中的抖动、点火时的抖动和踩半离合时的抖动；以模拟出与真实驾驶全过程相对应的抖动场景；实现真实的体感抖动交互，体会到真实的驾驶体验，学员在经过模拟驾驶训练后，转换到真实的驾驶环境中，不会产生不适应感，有利于提高训练效果。

在上述实施例中，可以全部或部分地通过软件、硬件、固件或者其任意组合来实现。当使用软件实现时，可以全部或部分地以计算机程序产品的形式实现。计算机程序产品包括一个或多个计算机指令。在计算机上加载和执行计算机程序指令时，全部或部分地产生按照本申请的流程或功能。计算机可以是通用计算机、专用计算机、计算机网络、或者其他可编程装置。计算机指令可以存储在计算机可读存储介质中，或者从一个计算机可读存储介质向另一个计算机可读存储介质传输。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包括于本申请的至少一个实施例或示例中。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或隐含地包括至少一个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分。并且本申请的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能。

在流程图中表示或在此以其他方式描述的逻辑和/或步骤，例如，可以被认为是用于实现逻辑功能的可执行指令的定序列表，可以具体实现在任何计算机可读介质中，以供指令执行系统、装置或设备(如基于计算机的系统、包括处理器的系统或其他可以从指令执行系统、装置或设备取指令并执行指令的系统)使用，或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用。

应理解的是，本申请的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。上述实施例方法的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，该程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。

此外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。上述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读存储介质中。该存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。

以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到其各种变化或替换，这些都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种体感交互VR模拟驾驶装置，其特征在于，所述装置包括：驾驶位、自由度运动平台、头戴式虚拟现实VR设备和主控模块；

所述驾驶位包括底座、座椅、方向盘、点火开关和多个踏板；所述座椅、所述方向盘和所述多个踏板均安装在所述底座上；所述底座安装在所述自由度运动平台上；

所述方向盘、所述点火开关、所述多个踏板和所述自由度运动平台均与所述主控模块电连接；

所述主控模块用于接收来自所述方向盘、所述点火开关和所述多个踏板的信号，并根据接收到的信号控制所述头戴式VR设备的显示画面；

所述头戴式VR设备的显示画面包括虚拟的车辆和虚拟的道路路况，所述头戴式VR设备包括障碍物加载模块，用于在所述虚拟的道路路况内添加虚拟的障碍物，与所述虚拟的车辆产生碰撞；

所述主控模块包括驾驶抖动组件和点火抖动组件；其中，

所述驾驶抖动组件用于在驾驶过程中根据所述显示画面中的虚拟的车辆的车身抖动信息驱动所述自由度运动平台运动，以带动所述底座发生对应的车身抖动；

所述点火抖动组件用于在点火过程中根据所述点火开关的信号驱动所述自由度运动平台运动，以带动所述底座发生对应的点火抖动。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，

所述多个踏板包括离合踏板；

所述主控模块还包括半离合抖动组件，所述半离合抖动组件用于根据所述离合踏板的信号驱动所述自由度运动平台运动，以带动所述底座发生对应的半离合抖动。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，

所述虚拟的车辆包括虚拟车身和虚拟轮胎；

所述车身抖动信息包括所述虚拟车身的车身姿态变化数据，所述车身姿态变化数据包括所述虚拟车身的转动弧度数据和加速度数据。

4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述虚拟车身包括虚拟的车底座、虚拟的驾驶座椅和虚拟的方向盘，所述虚拟的驾驶座椅和所述虚拟的方向盘均位于所述虚拟的车底座上；所述虚拟车身所在坐标系的坐标原点设于所述虚拟的驾驶座椅上。

5.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述根据所述显示画面中的虚拟的车辆的车身抖动信息驱动所述自由度运动平台运动；其中，所述自由度运动平台运动的幅度与所述虚拟车身的姿态变化数据成线性关系。

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述自由度运动平台的转动弧度与所述虚拟车身的转动弧度的系数值为弧度系数，所述自由度运动平台的加速度与所述虚拟车身的加速度的系数值为加速度系数，所述弧度系数和所述加速度系数均为常数；

所述主控模块还包括系数调节组件，用于调节所述弧度系数和所述加速度系数。

7.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述头戴式VR设备包括重力加载模块，用于将重力参数加载至所述虚拟的车辆和所述虚拟的障碍物，以使所述虚拟的车辆与所述虚拟的障碍物碰撞时产生力的相互作用；

所述重力参数包括：车身重力参数、轮胎重力参数和虚拟的障碍物重力参数。

8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述头戴式VR设备还包括车型选择模块，用于根据车型选择指令使所述VR模拟驾驶装置模拟对应的车型，并将对应的车型的车身重力参数和轮胎重力参数传输给所述重力加载模块。

9.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述重力加载模块还用于接收驾驶员重力参数，并将驾驶员重力参数加载至所述虚拟的车辆。

Images