CN114299784A

CN114299784A - 一种动态驾驶模拟系统

Info

Publication number: CN114299784A
Application number: CN202111533786.XA
Authority: CN
Inventors: 冯斌
Original assignee: Chongqing Changan Automobile Co Ltd
Current assignee: Chongqing Changan Automobile Co Ltd
Priority date: 2021-12-15
Filing date: 2021-12-15
Publication date: 2022-04-08
Anticipated expiration: 2041-12-15
Also published as: CN114299784B

Abstract

本发明提供一种动态模拟驾驶系统，通过台架模拟系统、检测系统、控制系统和显示系统四部分系统共同构成虚拟驾驶模拟系统。通过配合物理台架系统，对虚拟汽车内装布局、材质等实时显示评估，实现等同于真实汽车驾驶位置的视觉体验；通过加载汽车外部环境场景，模拟驾驶者对汽车行驶状态的视觉体验，感受遮阳板、反光镜、雨刷器、车窗尺寸、A\B\C柱等部件设计合理性。本发明可以对不同车型可实现自动调节，并进行虚拟驾驶模拟操作，对各操控件进行实时舒适性、可视性、伸及性等评审，更贴合实际评价情况。

Description

一种动态驾驶模拟系统

技术领域

本发明涉及驾驶模拟系统对整车人机布置舒适性进行评估技术领域，具体涉及动态模拟驾驶系统。

背景技术

汽车设计过程中的人机交互分析与评估，主要涉及产品的操控性、可视性、可达性、舒适性和安全性等方面，结合VR技术，能够从主观体验角度，分析操作空间伸及性，验证驾乘人员手部的可操作性。另外，人机交互验证还包括不同测评人员对车辆人机工程设计的主观感受和评价，这也是竞品车分析重要环节。在设计后期，人机交互的模拟必不可少，可检验之前制定的目标是否实现，并再次通过和竞品车对比，查看是否有改进地方。

通过动态捕捉驱动虚拟场景，进行人机交互模拟和主观评价，具体包括汽车进出方便性、操作方便性、乘坐内部空间、视野、可视性、触及性、储物空间以及手部操作空间的模拟和评价。另外在人机操作模拟过程中可实时测量所需相关尺寸。

虚拟现实是一门全新的技术，在产品设计开发领域，特别是要求批量生产、要求产品复杂多变、种类繁多的企业，其应用前景及投资回报更加突出。在激烈的市场竞争中，如何缩短产品的设计开发周期，提高产品质量，是每一个产品制造商共同面对的问题。运用虚拟现实技术，建立3D数字模型、通过立体显示、人机交互手段，实现高度沉浸感的逼真数字模型分析观测，使设计师在产品开发阶段，直观的审视研究数字产品，与实物模型交互，以实物模型来直观辅助分析产品的装配关系、空间布局、人机及环境关系；从而完成产品的设计开发验证。

虚拟产品验证从以下几个方面为产品开发者带来生产效益：

1.节省大量宝贵的研发时间；

2.大量减少产品设计缺陷；

3.增强成品车的设计质量和市场的接受度；

4.整体提高成品车性能；

5.便利各个部门之间的协同设计和其他相关工作；

6.减少研发成本。

发明内容

本发明公开的一种动态模拟驾驶系统，以对虚拟汽车内部环境实时显示评估，实现等同于真实汽车驾驶位置的视觉体验。

本发明公开的一种动态模拟驾驶系统，包括台架模拟系统、检测系统、控制系统和显示系统；

所述台架模拟系统包括根据实际需求设置的踏板组，和/或仪表台板，和/或方向盘机构，和/或整体平台，和/或座椅机构；

所述显示系统包括支架机构和显示屏；通过支架机构连接固定于地面，并可调节显示系统高度；所述显示屏显示由控制系统传来的路况信息和车速信息；

所述检测系统包括位移传感器和角度传感器，所述位移传感器、角度传感器被设置于一定空间位置监测踏板组，和/或仪表台板换挡,和/或方向盘转动，并将检测信号转换为踏板组信息，和/或换挡信息，和/或方向盘信息，对应信息输入所述控制系统，由控制系统计算模拟车速信息；

所述控制系统计算当前交通流量及路况场景并模拟出路况信息，将路况信息输出至显示屏；所述控制系统模拟车速信息，将车速信息输出至显示屏。

进一步地，整体平台包括升降台板和平台Z向调节支架；

所述升降台板端头固定于平台Z向调节支架上，通过平台Z向调节支架的高度调节使升降台板模拟车型地板高度。

进一步地，踏板组包括踏板底板、Y向调节控制臂、XZ向调节控制面板、踏板支架制动踏板、油门踏板和位移传感器；所述Y向调节控制臂匹配在踏板底板上按Y向滑动调节后固定；所述XZ向调节控制面板固定在Y向调节控制臂上，并按踏板底板的X向调节移动，以及按踏板底板的Z向升降，所述XZ向调节控制面板在移动后可实现和踏板底板固定；所述踏板支架形状匹配模拟车型踏板角度变化要求，其底部固定在XZ向调节控制面板顶部，侧壁固定所述制动踏板和油门踏板；所述位移传感器检测制动踏板与油门踏板位移信息，并输入控制系统，由控制系统生成车速信息。

进一步地，所述方向盘机构包括固定支架、XY向调节装置、转向器安装支架、模拟车型转向器、方向盘和方向盘支撑结构；所述固定支架两头Z向向下延伸固定于整体平台上，所述XY向调节装置固定于固定支架顶部，通过手动调节实现X、Y向调节；所述转向器安装支架固定模拟车型转向器，其形状适配不同模拟车型转向器角度需求；所述方向盘支撑结构一端支撑方向盘底部，所述支撑结构另一端与固定支架一头固定且实现X、Y、Z三向调节；所述方向盘安装于模拟车型转向器上，所述模拟车型转向器带转角传感器，方向盘模拟整车驾驶工况下方向盘实际操作，模拟转向器将方向盘转角信号输出至控制系统。

进一步地，座椅机构包括座椅调节系统、座椅安装支架和座椅；所述座椅调节系统底部固定在升降台板上；所述座椅安装支架通过螺栓固定于座椅调节系统上，所述座椅安装支架的固定安装点预留有增加垫块实现座椅安装角度调节的空间；所述座椅固定在座椅安装支架上。

进一步地，所述座椅调节系统包含座椅调节系统安装支架、步进电机和座椅调节器；座椅调节器通过左右两侧座椅调节系统安装支架固定于升降台板上；座椅Z向调节步进电机通过丝杆连接机构经由Z向调节导向机构实现Z向调节；座椅Y向调节步进电机通过Y向支架连接至座椅调节系统安装支架底板，经由于Y向调节导向机构实现Y向调节；座椅X向调节步进电机通过X向支架连接至座椅调节系统安装支架底板，经由X向调节导向机构实现X向调节。

本发明有益技术效果为：本发明通过台架模拟系统、检测系统、控制系统和显示系统四部分系统共同构成虚拟驾驶模拟系统。通过配合物理台架系统，对虚拟汽车内装布局、材质等实时显示评估，实现等同于真实汽车驾驶位置的视觉体验；通过加载汽车外部环境场景，可以模拟驾驶者对汽车行驶状态的视觉体验，感受遮阳板、反光镜、雨刷器、车窗尺寸、A\B\C柱等部件设计合理性。对不同车型可实现自动调节，并进行虚拟驾驶模拟操作，对各操控件进行实时舒适性、可视性、伸及性等评审，更贴合实际评价情况。

附图说明

图1为台架模拟系统结构简图

图2为显示系统结构图；

图3为显示效果图；

图4为踏板组结构图；

图5为方向盘机构图；

图6为座椅机构图；

图7为座椅调节系统结构图；

图8为座椅调节系统另一视角结构图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进一步描述。说明中的方位词均以驾驶员位置为基准，驾驶员前方为前，即前机舱部分，驾驶员后方为后，及后排座椅、行李箱等部分；左右方向上以驾驶员左右侧为准。需要说明的是，如出现术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示位置或方位关系基于附图所示的位置或方位关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，非指示或暗示所述零件必须具备特定的方向，按照特定的方位构造或操作，因此不能作为对本发明的限制。

如图1至图8所示，本发明公开的一种动态模拟驾驶系统，包括台架模拟系统、检测系统、控制系统和显示系统。

台架模拟系统包括根据实际需求设置的踏板组、仪表台板、方向盘机构、整体平台和座椅机构。

整体平台包括升降台板3和平台Z向调节支架8；升降台板端头固定于平台Z向调节支架8上，通过平台Z向调节支架8的高度调节使升降台板3模拟车型地板高度。座椅系统、踏板组4、座椅机构通过螺栓固定在整体平台上。，转向系统及其调节机构均通过螺栓固定于平台上。

踏板组4包括踏板底板4-1、Y向调节控制臂4-2、XZ向调节控制面板4-3、踏板支架4-4、制动踏板4-5、油门踏板4-6和位移传感器4-7。踏板底板4-1其通过螺栓连接于平台3上，Y向调节控制臂4-2匹配在踏板底板4-1上按Y向滑动调节后固定，适应不同车型驾驶员Y向控制；XZ向调节控制面板固定在Y向调节控制臂4-2上，并按踏板底板4-1的X向调节移动，以及按踏板底板4-1的Z向升降，XZ向调节控制面板在移动后可实现和踏板底板4-1固定；踏板支架4-4形状匹配模拟车型踏板角度变化要求，并通过更换支架适应不同项目在采用同一踏板情况下实现踏板角度变，其底部固定在XZ向调节控制面板顶部，通过步进电机实现踏板X及Z向移动，踏板支架4-4侧壁固定所述制动踏板4-5和油门踏板4-6；位移传感器4-7检测制动踏板4-5与油门踏板4-6位移信息，并输入控制系统，由控制系统生成车速信息(含车辆加、减速信号)。踏板组4可实现X，Y，Z三向自由度调节，通过修改踏板支架4-4实现踏板角度调节。

方向盘机构5包括固定支架5-1、XY向调节装置、转向器安装支架5-3、模拟车型转向器5-4、方向盘5-5和方向盘支撑结构5-6；固定支架5-1两头Z向向下延伸固定于整体平台3上，XY向调节装置固定于固定支架5-1顶部，通过手动调节实现X、Y向调节；转向器安装支架5-3固定模拟车型转向器5-4，其形状适配不同模拟车型转向器角度需求；方向盘支撑结构5-6一端支撑方向盘5-5底部，支撑结构5-6另一端与固定支架5-1一头固定且实现X、Y、Z三向调节，主要用于给方向盘机构提供刚度支撑，保证其强度；方向盘5-5安装于模拟车型转向器5-4上，模拟车型转向器5-4带转角传感器，方向盘5-5模拟整车驾驶工况下方向盘实际操作，模拟车型转向器5-4将方向盘转角信号通过连接整车CAN网络方式输出至控制系统。方向盘机构5实现X，Y，Z三向自由度调节适应不同人体位置，贴近实际评价。

座椅机构包括座椅调节系统7和座椅系统6；座椅系统6包括座椅安装支架6-2和座椅6-1；座椅调节系统7底部固定在升降台板3上；座椅安装支架6-2通过螺栓固定于座椅调节系统7上，座椅安装支架6-2的固定安装点预留有增加垫块实现座椅安装角度调节的空间；6-2为座椅安装支架，通过螺栓固定于7-3上，通过在安装点位置增加垫块，可少量调节座椅安装角度，座椅滑轨上增加位移传感器，通过系统标定可实时确定座椅SgRp点位置。座椅6-1固定在座椅安装支架6-2上。座椅6-1可根据不同车型进行更换，以确保在不同造型情况下，主观评价舒适性更接近实际情况。

座椅调节系统7包含座椅调节系统安装支架7-1、步进电机7-2和座椅调节器7-3；座椅调节器7-3通过左右两侧座椅调节系统安装支架7-1固定于升降台板3上；座椅Z向调节步进电机7-2-1通过丝杆连接机构7-2-1-2经由Z向调节导向机构7-2-1-3实现Z向调节；座椅Y向调节步进电机7-2-2通过Y向支架7-2-2-1连接至座椅调节系统安装支架7-1底板，经由于Y向调节导向机构7-2-2-2实现Y向调节；座椅X向调节步进电机7-2-3通过X向支架7-2-3-1连接至座椅调节系统安装支架7-1底板，经由X向调节导向机构7-2-3-2实现X向调节。座椅调节系统7可实现座椅X,Y,Z三向自由度调整。

显示系统包括支架机构1和显示屏2；支架机构包括显示器固定底座1-1和显示固定支架1-2；显示器固定底座1-1连接固定于地面，与整车平台高度相同，且支架上针对显示器高度可通过孔位进行高度调节，以满足不同驾乘人员视野高度需求。显示固定支架1-2上均布固定孔位，显示屏2与显示固定支架1-2高度方向上相对位置可根据情况进行调节。显示屏2显示由控制系统传来的路况信息和车速信息。路况信息含道路工况、天气情况等，路况信息可量化为下表1的高速公路、乡村道路及城市道路等场景。车速信息含车流、车辆驾驶情况信息。

表1

检测系统包括位移传感器和角度传感器，所述位移传感器、角度传感器被设置于一定空间位置监测踏板组，仪表台板换挡,方向盘转动，并将检测信号转换为踏板组信息，换挡信息，方向盘信息，对应信息输入所述控制系统，由控制系统计算模拟车速信息；

控制系统计算当前交通流量及路况场景并模拟出路况信息，将路况信息输出至显示屏；所述控制系统模拟车速信息，将车速信息输出至显示屏。路况信息需求模拟白天及夜间不同路况下路面情况，并可模拟交通流量情况。

上述四部分系统共同构成虚拟驾驶模拟系统，不同车型可实现自动调节，并进行虚拟驾驶模拟操作，对各操控件进行实时舒适性、可视性、伸及性等评审，更贴合实际评价情况。虚拟测试内空间及外环境可感受遮阳板、反光镜、雨刷器、车窗尺寸、A\B\C柱等部件设计合理性，保证外部其他车辆、人员、物体的可观测性。

Claims

1.一种动态模拟驾驶系统，其特征在于：包括台架模拟系统、检测系统、控制系统和显示系统；

所述显示系统包括支架机构和显示屏；通过支架机构连接固定于地面，并可调节显示系统高度；所述显示屏接收控制系统传来的路况信息和车速信息，并匹配人体视点，实时显示各种交通道路场景；

2.如权利要求1所述的一种动态模拟驾驶系统，其特征在于：整体平台包括升降台板（3）和平台Z向调节支架（8）；

所述升降台板端头固定于平台Z向调节支架（8）上，通过平台Z向调节支架（8）的高度调节使升降台板（3）模拟车型地板高度。

3.如权利要求2所述的一种动态模拟驾驶系统，其特征在于：踏板组包括踏板底板（4-1）、Y向调节控制臂（4-2）、XZ向调节控制面板（4-3）、踏板支架（4-4）制动踏板（4-5）、油门踏板（4-6）和位移传感器（4-7）；所述Y向调节控制臂（4-2）匹配在踏板底板（4-1）上按Y向滑动调节后固定；所述XZ向调节控制面板固定在Y向调节控制臂（4-2）上，并按踏板底板（4-1）的X向调节移动，以及按踏板底板（4-1）的Z向升降，所述XZ向调节控制面板在移动后可实现和踏板底板（4-1）固定；所述踏板支架（4-4）形状匹配模拟车型踏板角度变化要求，其底部固定在XZ向调节控制面板顶部，侧壁固定所述制动踏板（4-5）和油门踏板（4-6）；所述位移传感器（4-7）检测制动踏板（4-5）与油门踏板（4-6）位移信息，并输入控制系统，由控制系统生成车速信息。

4.如权利要求3所述的一种动态模拟驾驶系统，其特征在于：

所述方向盘机构包括固定支架（5-1）、XY向调节装置（5-2）、转向器安装支架（5-3）、模拟车型转向器（5-4）、方向盘（5-5）和方向盘支撑结构（5-6）；所述固定支架（5-1）两头Z向向下延伸固定于整体平台（3）上，所述XY向调节装置固定于固定支架（5-1）顶部，通过手动调节实现X 、Y向调节；所述转向器安装支架（5-3）固定模拟车型转向器（5-4），其形状适配不同模拟车型转向器角度需求；所述方向盘支撑结构（5-6）一端支撑方向盘（5-5）底部，所述支撑结构（5-6）另一端与固定支架（5-1）一头固定且实现X、Y、Z三向调节；所述方向盘（5-5）安装于模拟车型转向器（5-4）上，所述模拟车型转向器（5-4）带转角传感器，方向盘（5-5）模拟整车驾驶工况下方向盘实际操作，模拟车型转向器（5-4）将方向盘转角信号输出至控制系统。

5.如权利要求4所述的一种动态模拟驾驶系统，其特征在于：

座椅机构包括座椅调节系统（7）、座椅安装支架（6-2）和座椅（6-1）；所述座椅调节系统（7）底部固定在升降台板（3）上；所述座椅安装支架（6-2）通过螺栓固定于座椅调节系统（7）上，所述座椅安装支架（6-2）的固定安装点预留有增加垫块实现座椅安装角度调节的空间；所述座椅（6-1）固定在座椅安装支架（6-2）上。

6.如权利要求5所述的一种动态模拟驾驶系统，其特征在于：所述座椅调节系统（7）包含座椅调节系统安装支架（7-1）、步进电机（7-2）和座椅与整体框架搭接结构（7-3）；座椅Z向调节步进电机（7-2-1）通过丝杆连接机构（7-2-1-2）经由Z向调节导向机构（7-2-1-3）实现Z向调节；座椅Y向调节步进电机（7-2-2）通过Y向支架（7-2-2-1）连接至座椅调节系统安装支架（7-1）底板，经由于Y向调节导向机构（7-2-2-2）实现Y向调节；座椅X向调节步进电机（7-2-3）通过X向支架（7-2-3-1）连接至座椅调节系统安装支架（7-1）底板，经由X向调节导向机构（7-2-3-2）实现X向调节。