CN111798717B - 一种支持vr驾驶培训的电动车控制系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种支持VR驾驶培训的电动车控制系统和方法，所述系统包括：中央控制器、汽车操纵机构、驱动电动机、动感座椅、车载电脑、七轴联动反馈装置以及VR眼镜；所述动感座椅包括安装于电动车座椅和脚踏位置的底盘以及安装于底盘下的四轴电缸，所述动感座椅与所述中央控制器连接，用于根据中央控制器的训练信号进行座椅的运动；车载电脑与所述中央控制器连接并安装有VR客户端程序；VR眼镜用于接收VR客户端程序与VR服务器数据交互后计算出的VR数据并显示；七轴联动反馈装置，与所述中央控制器和驱动电动机连接，用于根据计算出的七轴变量，控制电动车的七轴硬件。本发明使电动车具备正常驾驶和VR驾驶训练两种功能，减少资源浪费。

Description

一种支持VR驾驶培训的电动车控制系统和方法

技术领域

本发明涉及VR驾驶培训领域，特别涉及一种支持VR驾驶培训的电动车控制系统和方法。

背景技术

现有驾驶培训主要采用三种方式：一是采用实际场地的驾培，场地安装相应的传感器来进行考核，这种方式需要极大的土地占用，对于土地紧缺的地区不适用；二是采用实际车辆安装相应摄像头、GPS等进行具体道路培训，实现与实际场地的物联网交互来培训，但这种方式受制于需要有规范的考试场地规划，仍然对土地占用较大；三是采用VR方式，完成虚拟化的驾培，这种模式占用土地最小，最需要解决的是VR上驾培与实际车辆驾培的体验感一致性。利用虚拟现实技术(缩写为VR)学车，可以有效降低土地占用(社会资源)、学员时间(时间资源)、安全隐患(政府资源)，从而规范化驾培驾考，为下一代智慧交通提供保障。

在采用VR方式进行驾驶培训方面，目前主要采用的方式为仿真模拟车+VR眼镜的模式进行驾驶培训，例如申请号为CN201910827234.6专利名称为“一种VR学车抗眩晕的方法及系统”、申请号为CN201911372627.9专利名称为“一种基于VR的科目二驾驶考试模拟练习方法及其系统”、申请号为CN201910826963.X专利名称为“一种VR学车的系统”和申请号为CN201910826965.9专利名称为“一种VR学车的考试反馈方法及装置”；但是这些方案本身都要设计仿真模拟车，这些车子具有强的专用性，对于非训练时刻车子的使用率较低，带来一定的资源浪费。

发明内容

本发明要解决的技术问题，在于提供一种支持VR驾驶培训的电动车控制系统和方法，使电动车具备正常驾驶和VR驾驶训练两种功能，减少资源浪费。

第一方面，本发明提供了一种支持VR驾驶培训的电动车控制系统，包括：

中央控制器，提供驾驶模式和训练模式两种运转模式；

汽车操纵机构，与所述中央控制器连接，用于感应驾驶人员的操纵动作，然后转换为电信号发送到中央控制器；

驱动电动机，与所述中央控制器连接，用于接收中央控制器的驾驶信号并驱动传动机构；

动感座椅，包括安装于电动车座椅和脚踏位置的底盘以及安装于底盘下的四轴电缸，所述动感座椅与所述中央控制器连接，用于根据中央控制器的训练信号进行座椅的运动；

车载电脑，与所述中央控制器连接并安装有VR客户端程序，用于接收中央控制器的训练信号并通过VR客户端发送到VR服务器；

VR眼镜，与所述车载电脑和VR服务器连接，用于接收VR客户端程序与VR服务器数据交互后计算出的VR数据并显示；

七轴联动反馈装置，与所述车载电脑和七轴硬件连接，用于接收VR客户端程序与VR服务器数据交互后计算出的七轴变量，然后控制电动车的七轴硬件，所述七轴硬件包括方向盘电机旋转轴、座椅前后移动轴、座椅左右移动轴以及动感座椅的四轴电缸。

进一步地，还包括空调控制器，在中央控制器提供训练模式时，打开车内空调系统。

进一步地，所述汽车操纵机构包括离合器踏板、加速踏板、制动踏板、方向盘、档位、驻车制动以及转向灯。

进一步地，还包括安全辅助学习装置，用于采集训练模式中的驾驶行为数据、驾驶培训扣分点及培训项目，发送到VR服务器生成危险驾驶行为模型，在驾驶模式时，采集当前驾驶行为数据并与危险驾驶行为模型匹配，根据匹配结果判断是否属于危险驾驶行为，如果是则通过语音提醒。

第二方面，本发明提供了一种支持VR驾驶培训的电动车控制方法，需提供第一方面所述的任一系统，所述方法包括驾驶过程和训练过程；

所述驾驶过程具体为：

进入自检，判断上一次的运转模式是否为为训练模式，如果不是训练模式，则自检结束，进入正常驾驶状态；如果是训练模式，则判断车辆离合器踏板、加速踏板、制动踏板、方向盘、档位、驻车制动、转向灯、四轴电缸是否为复位状态，如果是复位状态，则自检结束；如果不是复位状态，则提醒“请先进入训练模式，恢复成复位状态”，自检结束；

所述训练过程具体为：

进入自检，判断上一次的运转模式是否为驾驶模式，如果不是驾驶模式，则将七轴硬件复位，自检结束，进入训练模式；如果是驾驶模式，则判断车辆离合器踏板、加速踏板、制动踏板、方向盘、档位、驻车制动、转向灯、四轴电缸是否为复位状态，如果是复位状态，则自检结束；如果不是，则提醒“请先进入驾驶模式，恢复成复位状态”，自检结束；

当进入训练模式时，获取学员对电动车的离合器踏板、加速踏板、制动踏板、方向盘、档位、驻车制动、转向灯进行的操纵数据，然后转换为电信号，输入中央控制器，中央控制器通过车载电脑传输到VR服务器；

VR服务器计算对应的车辆加速度、速度、场景以及七轴变量，然后传输到车载电脑；

车载电脑将场景、加速度、速度等传输至VR眼镜展示；

车载电脑将七轴变量传输给七轴联动反馈装置，七轴联动反馈装置根据数据调整七轴硬件的位移；

退出训练模式时，自动将七轴硬件复位。

进一步地，所述方法还包括：

判断动力电池组电量是否低于阈值，如果是则执行低电量提醒，并在设定时间进行自动七轴复位和关闭。

进一步地，所述方法还包括：

在训练过程中，采集驾驶行为数据、驾驶培训扣分点及培训项目，通过车载电脑传输至VR服务器，生成危险驾驶行为模型，在驾驶过程中，采集当前驾驶行为数据并与危险驾驶行为模型匹配，根据匹配结果判断是否属于危险驾驶行为，如果是则通过语音提醒。

与现有技术相比，本发明实施例提供的一种支持VR驾驶培训的电动车控制系统和方法有如下优点：

1、通过在中央控制器提供驾驶模式和训练模式两种运转模式，以及在电动车上设置动感座椅和七轴联动反馈装置，并配合VR客户端程序、VR服务器以及VR眼镜，使电动车在驾驶功能之外，还具备VR驾驶培训功能，提高了培训用电动车的使用率，减少资源浪费；

2、通过安全辅助学习装置获取车辆的VR驾驶训练轨迹和习惯，然后在真实车辆驾驶时进行智能安全提醒，从而提高用户驾驶行为的安全性。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。

附图说明

下面参照附图结合实施例对本发明作进一步的说明。

图1为本发明实施例一种支持VR驾驶培训的电动车控制系统的架构示意图；

图2为本发明实施例一种支持VR驾驶培训的电动车控制系统的动感座椅示意图。

具体实施方式

本申请实施例中的技术方案，总体思路如下：

本申请基于电动汽车的组件及系统(车载电源、电池管理系统、驱动电动机、控制系统、车身组件等)，设计了支持VR驾驶培训的电动车控制系统，创新点如下：

1、根据车载电脑，设计中央控制器的两种运转模式，即训练模式和驾驶模式；

2、对于驾驶模式，将离合器踏板、加速踏板、制动踏板、方向盘、档位、驻车制动、转向灯等操纵机构的操作数据转换为电信号，输入中央控制器，通过控制驱动电动机运转和车辆组件的反馈；

3、对于训练模式，将操纵机构的操作数据转换为电信号后，输入中央控制器，进而输入到VR客户端中；

4、设计基于电动车VR驾驶培训所需的动感座椅，在座位下安装四轴电缸实现前后左右震动与倾斜；

5、设计安全辅助学习装置，利用车辆的VR驾驶训练轨迹和习惯，会在真实车辆驾驶时进行智能安全提醒。

请参考图1，在已有的电动车基础上构建支持VR驾驶培训的控制系统，整体的系统分为驾驶模式和训练模式；在驾驶模式中，即为电动车正常行驶模式，将离合器踏板、加速踏板、制动踏板、方向盘、档位、驻车制动、转向灯等操纵机构的操作数据转换为电信号，输入中央控制器，通过控制驱动电动机运转(车辆速度等)和车辆组件反馈(车灯显示等)；在训练模式中，即为VR驾驶培训模式，将离合器踏板、加速踏板、制动踏板、方向盘、档位、驻车制动、转向灯等操纵机构的操作数据转换为电信号，输入中央控制器，传输到VR客户端(安装在车载电脑)，VR客户端与VR服务器(远程服务器)进行交互，计算对应的车辆加速度、速度、场景以及七轴变量，将相应的场景、位置、加速度、速度等传输至VR眼镜，将七轴变量传输至动感座椅。

请参考图1，本发明一实施例公开了一种支持VR驾驶培训的电动车控制系统，包括：

中央控制器，提供驾驶模式和训练模式两种运转模式；

汽车操纵机构，与所述中央控制器连接，用于感应驾驶人员的操纵动作，然后转换为电信号发送到中央控制器；所述汽车操纵机构包括离合器踏板、加速踏板、制动踏板、方向盘、档位、驻车制动以及转向灯。

驱动电动机，与所述中央控制器连接，用于接收中央控制器的驾驶信号(为描述方便，将中央控制器在驾驶模式下发出的信号称为驾驶信号)并驱动传动机构；

动感座椅，包括安装于电动车座椅和脚踏位置的底盘以及安装于底盘下的四轴电缸，所述动感座椅与所述中央控制器连接，用于根据中央控制器的训练信号(为描述方便，将中央控制器在训练模式下发出的信号称为训练信号)进行座椅的运动；

车载电脑，与所述中央控制器连接并安装有VR客户端程序，用于接收中央控制器的训练信号并通过VR客户端发送到VR服务器；

VR眼镜，与所述车载电脑和VR服务器连接，用于接收VR客户端程序与VR服务器数据交互后计算出的VR数据并显示；

七轴联动反馈装置，与所述车载电脑和七轴硬件连接，用于接收VR客户端程序与VR服务器数据交互后计算出的七轴变量，然后控制电动车的七轴硬件，所述七轴硬件包括方向盘电机旋转轴、座椅前后移动轴、座椅左右移动轴以及动感座椅的四轴电缸。

请参考图2，动感座椅可以基于电动车座椅进行改造，在座椅和脚踏位置安装底盘，在底盘下方安装四轴电缸；通过控制四轴电缸的不同方向就可以实现驾驶者的前后左右倾斜、震动等触感。

七轴联动反馈装置，通过加装的四轴电缸、电动车本身的方向盘电机旋转轴、座椅自带的前后、左右移动轴，组成了训练模式中的对人体的反馈装置；具体可以包括如下反馈形式：

1)半联动

在进入半坡起步时，驾驶员在电动车上用左脚的脚前掌，将离合器踏板一踏到底，挂入一档，左脚缓慢抬起离合，当接收到的离合传感器值在达设置的阈值A到阈值B区间时(阈值B是半联动接力点，阈值A是靠近阈值B的一个值)，VR客户端触发发动机声音音频，同时传输信号到七轴联动反馈装置，控制四轴电缸实现底盘抖动；当接收到的离合传感器达到阈值B时，模拟车辆有向前的速度，七轴联动反馈装置同时传输信号到前端的两个电缸，让其在Y轴上升一定阈值。

2)车辆真实性体验

VR场景中左转时，座椅左右轴往左移动；方向盘回正时座椅复位；

VR场景中右转时，座椅左右轴往右移动；方向盘回正时座椅复位；

VR场景中下坡时，底盘后部两个电缸抬高；VR场景中上坡时，底盘前部两个电缸抬高；回到平地过程缓慢恢复高度；

VR场景中为不平地面时，对应的四个轮胎模拟接触到不平地面，当不平位置高时，对应的哪个方向轮胎接触到该位置，对应的底盘的电缸抬高，回到平地时恢复高度；当不平位置低时，对应的哪个方向轮胎接触到该位置，对应的底盘的电缸降低，回到平地时恢复高度；

VR场景中在车辆速度达到一定阈值时进行刹车急停时，七轴联动反馈装置控制座椅的前后轴在一定较小时间内触发往前再往后复位的操作。

在一种可能的实现方式中，所述系统还包括空调控制器，在中央控制器提供训练模式时，打开车内空调系统。因为在VR应用中，车载电脑需要使用较高配置的显卡，在进入训练模式时，自动打开车内空调系统，从而让车载电脑降温。

在一种可能的实现方式中，所述系统还包括安全辅助学习装置，用于采集训练模式中的驾驶行为数据(包括离合器踏板、加速踏板、制动踏板、方向盘、档位、驻车制动、转向灯等数据)、驾驶培训扣分点及培训项目等，发送到VR服务器生成危险驾驶行为模型；在驾驶模式时，采集当前驾驶行为数据并与危险驾驶行为模型匹配，根据匹配结果判断是否属于危险驾驶行为，如果是则通过语音提醒。通过安全辅助学习装置获取车辆的VR驾驶训练轨迹和习惯，然后在真实车辆驾驶时进行智能安全提醒，从而提高用户驾驶行为的安全性。

本发明还公开了一种支持VR驾驶培训的电动车控制方法，需提供上述的系统，所述方法包括驾驶过程和训练过程；

所述驾驶过程具体为：

进入自检，判断上一次的运转模式是否为训练模式，如果不是训练模式，则自检结束，进入正常驾驶状态；如果是训练模式，则判断车辆离合器踏板、加速踏板、制动踏板、方向盘、档位、驻车制动、转向灯、四轴电缸是否为复位状态，如果是复位状态，则自检结束；如果不是复位状态，则提醒“请先进入训练模式，恢复成复位状态”，自检结束；

所述训练过程具体为：

进入自检，判断上一次的运转模式是否为驾驶模式，如果不是驾驶模式，则将七轴硬件复位，自检结束，进入训练模式；如果是驾驶模式，则判断车辆离合器踏板、加速踏板、制动踏板、方向盘、档位、驻车制动、转向灯、四轴电缸是否为复位状态，如果是复位状态，则自检结束；如果不是，则提醒“请先进入驾驶模式，恢复成复位状态”，自检结束；

当进入训练模式时，获取学员对电动车的离合器踏板、加速踏板、制动踏板、方向盘、档位、驻车制动、转向灯进行的操纵数据，然后转换为电信号，输入中央控制器，中央控制器通过车载电脑传输到VR服务器；

VR服务器计算对应的车辆加速度、速度、场景以及七轴变量，然后传输到车载电脑；

车载电脑将场景、加速度、速度等传输至VR眼镜展示；

车载电脑将七轴变量传输给七轴联动反馈装置，七轴联动反馈装置根据数据调整七轴硬件的位移；

退出训练模式时，自动将七轴硬件复位。

在一种可能的实现方式中，所述方法还包括：

判断动力电池组电量是否低于阈值，如果是则执行低电量提醒，并在设定时间进行自动七轴硬件复位和关闭，自动监测电量并及时提醒和关闭可以保证七轴硬件不会因为电量不足而出现无法复位的情况。

进一种可能的实现方式中，所述方法还包括：

在训练过程中，采集驾驶行为数据(包括离合器踏板、加速踏板、制动踏板、方向盘、档位、驻车制动、转向灯等数据)、驾驶培训扣分点及培训项目，通过车载电脑传输至VR服务器，生成危险驾驶行为模型，在驾驶过程中，采集当前驾驶行为数据并与危险驾驶行为模型匹配，根据匹配结果判断是否属于危险驾驶行为，如果是则通过语音提醒。通过安全辅助学习装置获取车辆的VR驾驶训练轨迹和习惯，然后在真实车辆驾驶时进行智能安全提醒，从而提高用户驾驶行为的安全性。

本申请实施例通过在中央控制器提供驾驶模式和训练模式两种运转模式，以及在电动车上设置动感座椅和七轴联动反馈装置，并配合VR客户端程序、VR服务器以及VR眼镜，使电动车在驾驶功能之外，还具备VR驾驶培训功能，提高了培训用电动车的使用率，减少资源浪费；通过安全辅助学习装置获取车辆的VR训练轨迹和习惯，然后在真实车辆驾驶时进行智能安全提醒，从而提高用户驾驶行为的安全性。

虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是熟悉本技术领域的技术人员应当理解，我们所描述的具体的实施例只是说明性的，而不是用于对本发明的范围的限定，熟悉本领域的技术人员在依照本发明的精神所作的等效的修饰以及变化，都应当涵盖在本发明的权利要求所保护的范围内。

Claims (6)

1.一种支持VR驾驶培训的电动车控制系统，其特征在于，包括：

中央控制器，提供驾驶模式和训练模式两种运转模式；

汽车操纵机构，与所述中央控制器连接，用于感应驾驶人员的操纵动作，然后转换为电信号发送到中央控制器；

驱动电动机，与所述中央控制器连接，用于接收中央控制器的驾驶信号并驱动传动机构；

动感座椅，包括安装于电动车座椅和脚踏位置的底盘以及安装于底盘下的四轴电缸，所述动感座椅与所述中央控制器连接，用于根据中央控制器的训练信号进行座椅的运动；

车载电脑，与所述中央控制器连接并安装有VR客户端程序，用于接收中央控制器的训练信号并通过VR客户端发送到VR服务器；

VR眼镜，与所述车载电脑和VR服务器连接，用于接收VR客户端程序与VR服务器数据交互后计算出的VR数据并显示；

七轴联动反馈装置，与所述车载电脑和七轴硬件连接，用于接收VR客户端程序与VR服务器数据交互后计算出的七轴变量，然后控制电动车的七轴硬件，所述七轴硬件包括方向盘电机旋转轴、座椅前后移动轴、座椅左右移动轴以及动感座椅的四轴电缸；

还包括安全辅助学习装置，用于采集训练模式中的驾驶行为数据、驾驶培训扣分点以及培训项目，发送到VR服务器生成危险驾驶行为模型，在驾驶模式时，采集当前驾驶行为数据并与危险驾驶行为模型匹配，根据匹配结果判断是否属于危险驾驶行为，如果是则通过语音提醒。

2.根据权利要求1所述的一种支持VR驾驶培训的电动车控制系统，其特征在于：还包括空调控制器，在中央控制器提供训练模式时，打开车内空调系统。

3.根据权利要求1所述的一种支持VR驾驶培训的电动车控制系统，其特征在于：所述汽车操纵机构包括离合器踏板、加速踏板、制动踏板、方向盘、档位、驻车制动以及转向灯。

4.一种支持VR驾驶培训的电动车控制方法，其特征在于：需提供权利要求1-3所述的任一系统，所述方法包括驾驶过程和训练过程；

所述驾驶过程具体为：

进入自检，判断上一次的运转模式是否为训练模式，如果不是训练模式，则自检结束，进入正常驾驶状态；如果是训练模式，则判断车辆离合器踏板、加速踏板、制动踏板、方向盘、档位、驻车制动、转向灯、四轴电缸是否为复位状态，如果是复位状态，则自检结束；如果不是复位状态，则提醒“请先进入训练模式，恢复成复位状态”，自检结束；

所述训练过程具体为：

进入自检，判断上一次的运转模式是否为驾驶模式，如果不是驾驶模式，则将七轴硬件复位，自检结束，进入训练模式；如果是驾驶模式，则判断车辆离合器踏板、加速踏板、制动踏板、方向盘、档位、驻车制动、转向灯、四轴电缸是否为复位状态，如果是复位状态，则自检结束；如果不是，则提醒“请先进入驾驶模式，恢复成复位状态”，自检结束；

当进入训练模式时，获取学员对电动车的离合器踏板、加速踏板、制动踏板、方向盘、档位、驻车制动、转向灯进行的操纵数据，然后转换为电信号，输入中央控制器，中央控制器通过车载电脑传输到VR服务器；

VR服务器计算对应的车辆加速度、速度、场景以及七轴变量，然后传输到车载电脑；

车载电脑将场景、加速度、速度等传输至VR眼镜展示；

车载电脑将七轴变量传输给七轴联动反馈装置，七轴联动反馈装置根据数据调整七轴硬件的位移；

退出训练模式时，自动将七轴硬件复位。

5.如权利要求4所述的一种支持VR驾驶培训的电动车控制方法，其特征在于，所述方法还包括：

判断动力电池组电量是否低于阈值，如果是则执行低电量提醒，并在设定时间进行自动七轴复位和关闭。

6.如权利要求4或5任一项所述的一种支持VR驾驶培训的电动车控制方法，其特征在于，所述方法还包括：

在训练过程中，采集驾驶行为数据、驾驶培训扣分点以及培训项目，通过车载电脑传输至VR服务器，生成危险驾驶行为模型，在驾驶过程中，采集当前驾驶行为数据并与危险驾驶行为模型匹配，根据匹配结果判断是否属于危险驾驶行为，如果是则通过语音提醒。

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