CN111540251A - 一种突发路况模拟训练系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种突发路况驾驶模拟训练系统，包括训练车、数据采集模块、数据处理模块、视听觉模块和机械模拟模块，机械模拟模块包括运动模拟装置、撞击模拟装置；训练车置于运动模拟装置上；训练时，驾驶员选择某种特定突发路况的情景模拟设定，训练员按照日常方式执行驾驶动作，驶模拟训练系统在模拟驾驶过程中执行该突发路况程序，视听觉模块和机械模拟模块做出响应，模拟该突发路况效果，数据采集模块监测驾驶员做出的应急反应动作，实时采集动作输入装置的数据，数据处理模块处理后，控制视听觉模块和机械模拟模块分别从视听觉、加减速、转向、翻倾、碰撞等方面做出模拟反馈，训练驾驶员对突发状况的应急反应能力，提高驾车技术与心理素质。

Description

一种突发路况模拟训练系统

技术领域

本发明属于机动车驾驶训练领域，尤其是涉及一种突发路况驾驶模拟训练系统。

背景技术

现阶段我国驾驶员数量正在快速增长，但大多数人员在获得驾驶证后的很长时间内仍不能熟练驾驶车辆，且遇到突发路况的机会较少，导致驾驶员对道路突发状况时，心理素质差、处理方式错误，极大地增加了交通事故的发生概率和代价。

目前，针对驾驶员进行突发路况训练的方案主要有：(1)基于VR技术，采用虚拟现实手段模拟突发路况，训练驾驶员。这种方式偏向娱乐化，体验不够真实，无法快速形成真实的驾驶感；(2)建立真实的训练场地，利用实车进行极端路况训练。这种方式效率高，但危险系数急增，且需要很大的人力物力保障。

本突发路况驾驶模拟训练系统以视觉、听觉和机械运动模拟突发路况，采用半物理半虚拟的方式逼近真实的急减速、转弯、撞车、倾翻等驾驶环境，可模拟多种突发路况，例如前车急刹车、违规并道、行人闯红灯等，帮助驾驶员快速形成针对突发路况的有效处理方式，提高其应急反应能力和心理素质，形成“肌肉记忆”，以减少交通事故的发生概率，维护交通参与者的生命和财产安全。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提出一种突发路况驾驶模拟训练系统，以克服现有技术的缺陷，驾驶员选择某种特定突发路况的情景模拟设定，数据处理模块在模拟驾驶过程中执行该突发路况程序，视听觉模块和机械反馈做出响应，模拟该突发路况；数据采集模块实时采集驾驶员做出的应急反应，经数据处理模块处理后将反馈数据发送至视听觉模块和机械模拟模块，分别实现视听觉反馈，以及加减速、转向、翻倾等动作和碰撞模拟等运动反馈。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种突发路况驾驶模拟训练系统，包括训练车、数据采集模块、数据处理模块、视听觉模块和机械模拟模块五个模块；

进一步的，所述训练车包括车体和动作输入装置；车体可以是仅保留车身、悬架系统、车轮的一般轿车；动作输入装置是车上的方向盘、挡位、油门和制动器，作为驾驶员的交互装置；

视听觉模块包括显示屏和音响；显示屏替代训练车的前后挡风玻璃和侧面车窗，显示训练过程中的路况，音响采用车内原有音响，模拟路况声音；

机械模拟模块由运动反馈平台、倾斜与颠簸装置和撞击模拟装置组成，实现训练车的模拟动作和路况反馈；

进一步的，所述倾斜与颠簸装置安装在运动反馈平台上，训练车安装在倾斜与颠簸装置上；撞击模拟装置固定安装在训练车车体内部的刚性结构上；

进一步的，所述运动反馈平台由下层的移动平台和上层的旋转平台组成；

下层的移动平台由移动底盘、支撑腿、万向轮、丝杠和平移电机组成；支撑腿的上下两端固定连接移动底盘和万向轮，可实现移动平台在底座本体上的水平移动，丝杠两端分别与平移电机通过联轴器连接，中间与支撑腿连接，将电机转动转化为移动平台的移动，实现移动平台在横向和纵向方向上的沿任意轨迹平动；同时，平移电机在底座的电机滑道内滑动；平移电机可以是伺服电机、步进电机等；

上层的旋转平台类似机床的回转工作台，包括转盘、回转支承和回转驱动装置；转盘通过回转支承与下层的移动底盘连接；回转驱动装置带动转盘绕其竖直中心轴转动；

进一步的，训练启动时，移动平台设定在系统前端；训练过程中，移动平台依据数据处理模块给定的加(减)速度向前后左右四个方向移动；在此过程中，旋转平台旋转，两个运动配合模拟训练车加减速、转弯等各种运动；

进一步的，所述倾斜与颠簸装置的数量是四套，由伸缩杆、凸轮、凸轮轴、球头杆端关节轴承组件、连接杆和连接套组成；伸缩杆与回转工作台的转盘固定连接，球头杆端关节轴承组件分别与伸缩杆、连接杆固定连接；

进一步的，伸缩杆是可伸长和缩短的装置，可以是液压缸、电液推杆等；不动作时，四个伸缩杆均处于收缩状态；动作时，四个伸缩杆被数据处理模块控制，分别处于不同的伸缩长度，完成车身的姿态模拟；

进一步的，所述凸轮轴固定于伸缩杆上，凸轮通过回转副安装在凸轮轴上，凸轮的轮廓线的基圆与车体的轮胎外切，旋转时对车体轮胎产生向上的冲击，模拟路面颠簸状况；凸轮旋转的动力源可以是伺服电机、步进电机等；

进一步的，所述连接杆是两头粗中间细的台阶轴；连接套与车轮固定连接，中间设计有孔，与连接杆的细轴部分配合，可沿轴向滑动，但不能超出两头的粗轴部分；

凸轮不旋转时，基圆与轮胎接触，此时连接套在细轴的下部，被连接杆下部的粗轴顶住，起到对训练车的支撑作用；当凸轮旋转带动轮胎上下移动时，连接套在连接杆上滑动，实现车体的颠簸模拟；

进一步的，球头杆端关节轴承组件的作用是：当四个伸缩杆伸长长度不同时，训练车不能保持水平，导致连接杆随车身一起倾斜，此时连接杆与伸缩杆之间存在特定角度；球头杆端关节轴承可保证二者顺利实现该角度的实时变化而不“别住”；

进一步的，撞击模拟装置由固定轴、挡块、撞块、弹性元件和压缩装置组成；弹性元件优选压缩弹簧；固定轴固定连接与训练车车身上，挡块固定连接于固定轴的一端，向另一端依次是撞块、弹性元件压缩装置；训练起始时，压缩装置将撞块拉向弹性元件，将其压缩；当接到数据处理模块的激发信号后，压缩装置释放撞块，压缩的弹性单元推着撞块加速撞向挡块，将撞击时产生的冲击力传递至车身，模拟车辆撞击的冲击和声音；

撞击模拟装置的数量是四套，分别朝向车身的前后左右四个方向，模拟不同方向的撞击；

进一步的，压缩装置由电机、离合器、轮盘、绳索和扭矩传感器组成；电机优选步进电机或伺服电机，离合优选电磁离合器，绳索优选钢丝绳；绳索一端连接撞块，另一端缠绕在轮盘上；轮盘与离合器固定连接；电机通过扭矩传感器与离合器连接；

进一步的，训练启动时，离合器得电，将轮盘和扭矩传感器连接来；电机转动，带动轮盘将绳索卷起来，进而将撞块拉向弹簧，将弹簧压缩；当弹簧压缩到一定距离时，扭矩传感器达到设定的阀值，电机停转，此时电机作为制动器保持绳索对撞块的拉力；当需要模拟撞击时，离合器断电，轮盘失去电机的制动力，绳索失去对撞块的拉力，压缩弹簧推动撞块加速撞向挡块，产生撞击；

进一步的，数据采集模块包括转向扭矩传感器、油门踏板位移传感器、制动踏板位移传感器，分别安装在方向盘、油门踏板、制动踏板上，原理与一般的汽车电子系统内的相应传感器相同，将方向盘转动角度，油门踏板和制动踏板的踩踏深度转化为电子信号传递给数据处理模块；

进一步的，数据处理模块硬件采用高性能计算机，与数据采集模块、传感器、视听觉模块的显示屏和音响、机械模拟模块的电机信号连接；计算机上安装有开发的数据处理程序，该程序分析数据采集模块传来的信号，经过运算，向视听觉模块和机械模拟模块发出信号，控制其模拟路况，完成训练；

相对于现有技术，本发明所述的一种突发路况驾驶模拟训练系统具有以下优势：

本突发路况驾驶模拟训练系统以视觉、听觉和机械运动模拟突发路况，采用半物理半虚拟的方式逼近真实的急减速、转弯、撞车、倾翻等驾驶环境，可模拟多种突发路况，包括前车急刹车、违规并道、行人闯红灯、“鬼探头”等。本模拟训练系统既降低了训练成本和风险，又增加了驾驶训练的真实感，可帮助驾驶员快速形成针对突发路况的有效处理方式，提高使用者的应变能力和心理素质，减少交通事故的发生概率，维护交通参与者的生命和财产安全。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明专利实施例所述的突发路况驾驶模拟训练系统结构示意图；

图2为本发明专利实施例所述的突发路况驾驶模拟训练系统中的机械模拟模块结构图；

图3为本发明专利实施例所述的突发路况驾驶模拟训练系统中的运动反馈平台的移动平台结构图；

图4为本发明专利实施例所述的突发路况驾驶模拟训练系统中的运动反馈平台的旋转平台结构图；

图5为本发明专利实施例所述的突发路况驾驶模拟训练系统中的倾斜与颠簸装置结构图；

图6为本发明专利实施例所述的突发路况驾驶模拟训练系统中的撞击模拟装置结构图；

图7为本发明专利实施例所述的突发路况驾驶模拟训练系统的组织结构图；

图8为本发明专利实施例所述的突发路况驾驶模拟训练系统的数据处理模块逻辑流程图。

附图标记说明：

1训练车；1-1车身刚性结构；1-2车轮；2数据采集模块；3数据处理模块；4视听觉模块；4-1显示屏；5机械模拟模块；

5-1底座；5-1-1底座本体；5-1-2电机滑道；

5-2运动反馈平台；5-2-1移动平台；

5-2-1-1移动底盘；5-2-1-2支撑腿；5-2-1-3万向轮；5-2-1-4丝杠； 5-2-1-5平移电机；5-2-1-6横向丝杠安装孔；5-2-1-1-7纵向丝杠安装孔； 5-2-2旋转平台；5-2-2-1转盘；5-2-2-2回转支承；5-2-2-3回转驱动装置；

5-3倾斜与颠簸装置；

5-3-1伸缩杆；5-3-2凸轮；5-3-2-1凸轮轴；5-3-3球头杆端关节轴承组件；5-3-4连接杆；5-3-5连接套；

5-4撞击模拟装置；

5-4-1固定轴；5-4-2挡块；5-4-3撞块；5-4-4弹性元件；5-4-5 压缩装置；5-4-5-1电机；5-4-5-2离合器；5-4-5-3轮盘；5-4-5-4绳索；5-4-5-5扭矩传感器。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，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”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

如图1所示，一种突发路况驾驶模拟训练系统，包括训练车(1)、数据采集模块(2)、数据处理模块(3)、视听觉模块(4)和机械模拟模块 (5)；训练车(1)置于机械模拟模块(5)上，显示屏(4-1)替代训练车 (1)的车窗；数据处理模块(3)分别与数据采集模块(2)和机械模拟模块(5)信号相连；

如图2所示，机械模拟模块(5)由底座(5-1)、运动反馈平台(5-2)、倾斜与颠簸装置(5-3)和撞击模拟装置(5-4)组成；

底座(5-1)放置于水平场地上，作为整个训练系统的基础；底座(5-1) 由底座本体(5-1-1)和电机滑道(5-1-2)组成；

四套倾斜与颠簸装置(5-3)安装固定在旋转平台(5-2-2)的转盘 (5-2-2-1)上；

如图3所示，支撑腿(5-2-1-2)上表面与移动底盘(5-2-1-1)固定连接，下部与万向轮(5-2-1-3)固定连接，中间设计有横向丝杠安装孔 (5-2-1-6)和纵向丝杠安装孔(5-2-1-1-7)；

运动反馈平台(5-2)在丝杠(5-2-1-4)的带动下，可通过万向轮 (5-2-1-3)在底座本体(5-1-1)上以任意轨迹平动；平移电机(5-2-1-5) 可在电机滑道(5-1-2)内滑动；

如图4所示，旋转平台(5-2-2)与机床的回转工作台类似，转盘(5-2-2-1) 通过回转支承(5-2-2-2)与移动平台(5-2-1)的移动底盘(5-2-1-1)连接；回转驱动装置(5-2-2-3)固定安装在移动平台(5-2-1)，带动转盘转动；

如图5所示，伸缩杆(5-3-1)与旋转平台(5-2-2)固定连接，可伸长和缩短，带动训练车(1)实现多种车身姿势的模拟；凸轮(5-3-2)与车身的轮胎外切，旋转时对车体轮胎产生向上的冲击，模拟路面颠簸状况；连接套(5-3-5)与车轮固定连接，可在连接杆(5-3-4)上滑动；

如图6所示，撞击模拟装置(5-4)的固定轴(5-4-1)两端固定连接在训练车(1)车身上；压缩装置(5-4-5)收缩绳索(5-4-5-1)，将弹性元件(5-4-4)压缩；释放时，弹性元件(5-4-4)将撞块(5-4-3)加速推向挡块(5-4-2)，将撞击时产生的冲击力传递至训练车(1)车身，模拟车辆撞击的冲击和声音；

如图7所示，驾驶员选择某种特定突发路况的情景模拟设定，数据处理模块在模拟驾驶过程中执行该突发路况程序，视听觉模块和物理反馈做出响应，模拟该突发路况；数据采集模块实时采集驾驶员做出的应急反应，处理后将反馈数据发送至视听觉模块和机械模拟模块，分别实现视听觉反馈，以及加减速、转向、翻倾等动作和碰撞模拟反馈；

如图8所示，所述数据处理模块(3)的逻辑流程是：

第一步：驾驶员选择突发路况类型；

第二步：开始训练后，驾驶员按照正常操作驾车，数据处理模块(3) 控制视听觉模块(4)和机械模拟模块(5)模拟驾驶员所选的突发路况；

第三步：数据处理模块(3)实时运行如下流程：

1)记录当前模拟的车速和训练车位姿状态；

2)检测训练车(1)是否发生撞击，若发生撞击，则控制撞击模拟装置 (5-4)模拟训练车撞击动作；

3)检测是否有转向动作，若有，则控制运动反馈平台(5-2)模拟训练车转向动作；

4)检测是否有踩刹车动作，若有，则控制运动反馈平台(5-2)模拟训练车减速动作；

5)检测是否有踩油门或松油门动作，若有，则控制运动反馈平台(5-2) 模拟训练车加速或减速动作；

第四步：与第三步同步，执行训练车当前状态综合计算程序，控制视听觉模块(4)显示当前路况的画面和声音；控制控制运动反馈平台(5-2)倾斜与颠簸装置(5-3)模拟训练车姿态以及倾斜与颠簸状态；

第五步：检测训练车(1)是否停止，若停止，则程序结束；否，则重复第三步和第四步。

实施例

本实施例的工作过程为：

第一步：驾驶员进入车辆，选择突发路况类型，包括前车急刹车、违章并道，路人闯红灯、“鬼探头”等；

第二步：驾驶员启动车辆，开始以正常方式驾驶训练车；

第三步：数据处理模块运行驾驶员所选的突发路况；

第四步：系统实时检测驾驶员动作，做出视觉、声音、车辆姿态反馈和撞击反馈；

第五步：判断训练车是否停止，若训练车不停止，则重新运行第四步；若训练车停止，则程序结束。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种突发路况驾驶模拟训练系统，其特征在于：包括训练车(1)、数据采集模块(2)、数据处理模块(3)、视听觉模块(4)和机械模拟模块(5)；

所述训练车(1)包括车体和动作输入装置；

所述视听觉模块(4)设置在训练车上，包括显示屏(4-1)和音响；

所述机械模拟模块(5)包括底座(5-1)、运动反馈平台(5-2)、倾斜与颠簸装置(5-3)和撞击模拟装置(5-4)；所述倾斜与颠簸装置(5-3)安装在运动反馈平台(5-2)上，训练车(1)安装在倾斜与颠簸装置(5-3)上；撞击模拟装置(5-4)固定安装在训练车(1)车体内部的刚性结构上；

所述数据采集模块(2)用于采集方向盘转动角度，油门踏板和制动踏板的踩踏深度数据，并转化为电子信号传递给数据处理模块(3)；

所述数据处理模块(3)和机械模拟模块(5)信号相连。

2.根据权利要求1所述的一种突发路况驾驶模拟训练系统，其特征在于：所述运动反馈平台(5-2)包括下层的移动平台(5-2-1)和上层的旋转平台(5-2-2)；移动平台(5-2-1)可带动旋转平台(5-2-2)向前后左右四个方向，沿任意轨迹平动；

移动平台(5-2-1)包括移动底盘(5-2-1-1)、支撑腿(5-2-1-2)、万向轮(5-2-1-3)、丝杠(5-2-1-4)和平移电机(5-2-1-5)；支撑腿(5-2-1-2)的上下两端固定连接移动底盘(5-2-1-1)和万向轮(5-2-1-3)，可实现移动平台(5-2-1)的水平移动，丝杠(5-2-1-4)两端分别与平移电机(5-2-1-5)通过联轴器连接，中间与支撑腿(5-2-1-2)连接，将电机转动转化为移动平台(5-2-1)的移动，实现移动平台(5-2-1)在横向和纵向方向上的沿任意轨迹平动，平移电机(5-2-1-5)在底座的电机滑道内滑动；

旋转平台(5-2-2)包括转盘(5-2-2-1)、回转支承(5-2-2-2)和回转驱动装置(5-2-2-3)，转盘(5-2-2-1)通过回转支承(5-2-2-2)与下层的移动底盘(5-2-1-1)连接；回转驱动装置(5-2-2-3)带动转盘(5-2-2-1)绕其竖直中心轴转动。

3.根据权利要求1所述的一种突发路况驾驶模拟训练系统，其特征在于：所述倾斜与颠簸装置(5-3)有四套，包括伸缩杆(5-3-1)、凸轮(5-3-2)、凸轮轴(5-3-2-1)、球头杆端关节轴承组件(5-3-3)、连接杆(5-3-4)和连接套(5-3-5)；

伸缩杆(5-3-1)下端与转盘(5-2-2-1)固定连接；球头杆端关节轴承组件(5-3-3)两端分别与伸缩杆(5-3-1)、连接杆(5-3-4)固定连接。

4.根据权利要求3所述的一种突发路况驾驶模拟训练系统，其特征在于：所述连接杆(5-3-4)是两头粗中间细的台阶轴；连接套(5-3-5)与车轮固定连接，中间设有连接孔，与连接杆(5-3-4)的细轴部分配合，可沿连接杆(5-3-4)轴向滑动，不超出两头的粗轴部分。

5.根据权利要求3所述的一种突发路况驾驶模拟训练系统，其特征在于：动作时，被数据处理模块(3)控制伸缩杆(5-3-1)处于不同的伸缩长度，使训练车(1)处于不同的姿态，模拟倾斜。

6.根据权利要求3所述的一种突发路况驾驶模拟训练系统，其特征在于：所述凸轮轴(5-3-2-1)固定于伸缩杆(5-3-1)上，凸轮(5-3-2)通过回转副安装在凸轮轴(5-3-2-1)上，凸轮(5-3-2)的轮廓线的基圆与车体的轮胎外切，旋转时对车体轮胎产生向上的冲击，模拟颠簸。

7.根据权利要求1所述的一种突发路况驾驶模拟训练系统，其特征在于：所述撞击模拟装置(5-4)包括固定轴(5-4-1)、挡块(5-4-2)、撞块(5-4-3)、弹性元件(5-4-4)和压缩装置(5-4-5)；固定轴(5-4-1)固定连接在训练车(1)车身的刚性结构上，挡块(5-4-2)、撞块(5-4-3)、弹性元件(5-4-4)依次安装在固定轴(5-4-1)上；压缩装置(5-4-5)单独固定安装于车身内；

训练时，压缩装置(5-4-5)将撞块(5-4-3)拉向弹性元件(5-4-4)，将其压缩；释放时，压缩装置(5-4-5)释放撞块，压缩的弹性单元(5-4-4)推着撞块(5-4-3)加速撞向挡块(5-4-2)，将撞击时产生的冲击力传递至训练车(1)车身，模拟车辆撞击的冲击和声音。

8.根据权利要求7所述的一种突发路况驾驶模拟训练系统，其特征在于：所述压缩装置包括电机、离合器、轮盘、绳索和扭矩传感器，绳索一端连接撞块，另一端缠绕在轮盘上；轮盘与离合器固定连接；电机通过扭矩传感器与离合器连接。

9.根据权利要求1所述的一种突发路况驾驶模拟训练系统，其特征在于：所述数据采集模块(2)包括转向扭矩传感器、油门踏板位移传感器、制动踏板位移传感器，分别安装在方向盘、油门踏板、制动踏板上。

10.根据权利要求1所述的一种突发路况驾驶模拟训练系统，其特征在于：所述数据处理模块(3)包括高性能计算机，与数据采集模块、传感器、视听觉模块的显示屏和音响、机械模拟模块的电机信号连接。

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