发明内容
为了使得驾驶模拟器能够更加真实的还原驾驶感受,本申请提供一种模拟现实的赛车驾驶操控系统及其实现方法。
本申请提供的一种模拟现实的赛车驾驶操控系统及其实现方法采用如下的技术方案:
一种模拟现实的赛车驾驶操控系统,包括主机、显示器、VR眼镜、以及模拟赛车本体;
所述模拟赛车本体包括动感平台和安装在动感平台上的转向装置,所述转向装置包括方向盘、用于检测方向盘转动角度的角度传感器、用于调节方向盘转动阻尼感的调节机构、以及限制方向盘转动角度的限位机构;
所述调节机构包括驱动轴和驱使驱动轴转动的第一驱动件,所述第一驱动件与主机通信连接,所述驱动轴和方向盘的转轴通过皮带轮机构传动连接;还包括与皮带轮机构的皮带抵紧的张紧轮和驱使张紧轮移动的第二驱动件,所述第二驱动件与主机通信连接。
通过采用上述技术方案,当驾驶员操控赛车模拟器时,驾驶员头戴VR眼镜,VR眼镜显示虚拟地图,使得驾驶者沉浸式体验模拟驾驶。在驾驶虚拟赛车时,驾驶员转动方向盘以控制虚拟地图画面的转向,主机获取方向盘的转向数据后,主机命令第一驱动件驱使驱动轴朝与方向盘转动方向相反的方向转动,驱动轴通过皮带轮机构对转轴产生转动阻力,从而模拟出真实方向盘的转向阻尼感,仿真程度高。且在驾驶过程中,主机实时获取虚拟赛车的车速数据,并根据获取的车速数据命令第二驱动件驱使张紧轮移动,改变了皮带的张紧度,从而调节转轴所受到的转动阻尼的大小。且遵循车速数据越大、方向盘转动阻尼越大的原则,模拟出真实赛车在驾驶过程中方向盘的转向手感与车速之间的关系,显著提高了模拟驾驶的仿真程度和驾驶乐趣。
优选的,所述转向机构包括供方向盘安装的壳体,所述方向盘的转轴伸入壳体内,所述限位机构包括设置在壳体内的固定轴,所述固定轴与转轴平行,所述转轴上套接固定有主齿轮,所述固定轴上转动连接有副齿轮,所述副齿轮与主齿轮啮合传动,所述固定轴的径向固定连接有固定条,所述壳体内有限位条,所述固定条的运动轨迹与限位条相交;当方向盘回正后,所述固定条和限位条之间的夹角为180°。
通过采用上述技术方案,使得方向盘正反转的角度一致,且方向盘正反转一定角度后即进入死区,通过选取合适传动比的主齿轮和副齿轮,即能够模拟出真实的方向盘的转动手感。
优选的,还包括风扇,所述风扇与主机通信连接,所述赛车模拟本体包括安装在动感平台上的座椅,所述风扇的出风端朝向座椅设置。
通过采用上述技术方案,驾驶员在驾驶真实赛车时,如F1赛车,驾驶员能够感受风的存在,因此通过设置风扇,风扇对驾驶员吹风,使得驾驶员在模拟驾驶的过程中也能够感觉到风的存在。且主机根据获取的车速数据调整风扇的风量大小,遵循车速越高、风速越大的原则,显著提高模拟驾驶仿真度和模拟驾驶感受。
优选的,所述模拟赛车本体还包括喷雾装置,所述喷雾装置包括水泵和多个雾化喷头,所述水泵与主机通信连接,所述水泵的出水端通过管道与雾化喷头的进水端连通,所述雾化喷头的出气端朝向座椅设置。
通过采用上述技术方案,当驾驶人操控虚拟小车经过雨天场景地图时,主机命令水泵工作以使得雾化喷头喷出水雾,水雾喷射在驾驶员身上,配合VR眼镜的显示效果,使得驾驶员切身体验到在雨天驾驶赛车的感觉。而选用雾化喷头,能够避免驾驶员的衣物被弄湿。
优选的,所述喷雾装置还包括套设在雾化喷头外周的导管和驱使导管相对雾化喷头移动的第三驱动件,相邻两根导管之间均固定连接有一根连接条,所述第三驱动件与主机通信连接。
通过采用上述技术方案,当驾驶员操控虚拟小车从雨天地图场景进入溶洞地图场景后,主机命令第三驱动件驱使导管移动直至雾化喷头藏入导管内,雾化喷头喷出的水雾喷射在导管的内管壁上并凝聚成水滴,水滴顺着导管滴落,模拟出溶洞顶部滴水的场景环境,配合VR地图中的虚拟地图的场景变化,让驾驶人真切的体会游戏场景环境的变化,并全身心的投入到模拟驾驶中,大大提高了模拟驾驶的仿真度和驾驶乐趣。
一种模拟现实的赛车驾驶操控系统的实现方法,其特征在于:包括如下步骤:
1)、主机获取虚拟地图数据并将虚拟地图数据传输给显示器和VR眼镜;
2)、主机获取虚拟赛车的行车数据并进行分析处理,所述行车数据包括车速数据、转向数据、以及虚拟赛车在虚拟地图中的地理数据;
3)、主机根据获取的车速数据调整方向盘的转动阻尼感,主机根据获取的车速数据和转向数据控制虚拟地图的画面运动,主机根据获取的车速数据控制风扇的风量大小,主机根据获取的地理数据调整动感平台的姿态。
优选的,在步骤3)中,获取车速数据并输入至速度判断模型,速度判断模型内设置有变化阈值,张紧轮做步进运动,当车速数据的变化值超过变化阈值后,主机命令第二驱动件驱使张紧轮移动一个行程。
优选的,还包括步骤4),当主机获得的虚拟地图数据为雨天场景时,主机控制水泵运转以使得雾化喷头喷出水雾。
优选的,在步骤4)中,当主机获取到虚拟赛车的地理数据位于预设的范围数据内时,主机控制第四驱动件驱使导管移动直至雾化喷头藏于导管内,以使得雾化喷头喷出的水雾以水滴的形式滴落。
综上所述,本申请包括以下至少一种有益技术效果:
本申请将虚拟赛车的车速速度与方向盘转动阻尼感相结合,能够模拟出方向盘转向手感与车速之间的关系,提高模拟驾驶感受;
本申请中通过限制方向盘的转动角度,从而模拟出转动真实方向盘的手感,提高仿真度;
本申请中的喷雾装置与虚拟地图中的雨天场景相结合,能够模拟在雨天驾驶赛车的驾驶感受,且喷雾机构能够根据虚拟地图中场景的变化相应的变更喷雾模式,显著增强了驾驶员的驾驶沉浸感,显著提高驾驶体验和驾驶趣味性。
具体实施方式
以下结合附图1-5对本申请作进一步详细说明。
参照图1,包括主机1、显示器2、VR眼镜(图中未示出)、以及模拟赛车本体。
显示器2与主机1采用一体式设计,显示器2与主机1通信连接,显示器2用于显示虚拟地图。在其他实施例中,显示器2也可与主机1采用分体式设计。
VR眼镜与主机1通信连接,VR眼镜的显示屏用于显示虚拟地图。
模拟赛车本体包括动感平台3和设置在动感平台3上的座椅4、油门5、刹车6、以及转向装置。
具体的,动感平台3包括机架31和安装在机架31上方的底板32,机架31为平放的钢桁架。底板32与机架31之间存在间距,底板32的一端与机架31的一端铰接,底板32的另一端固定连接有连接板33,连接板33呈L型设置,连接板33的一端与底板32垂直固定连接,连接板33的另一端朝远离底板32的方向延伸。连接板33远离底板32的一端与机架31之间设置有第一电缸34,第一电缸34与主机1通信连接,第一电缸34的缸体与机架31铰接,第一电缸34的活塞杆与连接板33铰接。
底板32的上方设置有底座35,座椅4、油门5、刹车6、以及转向装置均安装在底座35上。底板32的上表面固定连接有两个固定块36,两个固定块36分别位于底板32长度方向的两端,两个固定块36之间设置有转杆37,转杆37的两端分别穿透对应的固定块36,转杆37与固定块36转动连接。底座35的下表面固定连接有两个连接块38,两个连接块38分别位于底座35长度方向的两端,转杆37固定在两个连接块38之间,连接块38的一侧与固定块36转动抵接。底座35与底板32之间存在间距,底板32与底座35之间设置有第二电缸39,第二电缸39与主机1通信连接,第二电缸39的缸体与底板32的上表面铰接,第二电缸39的活塞杆与底座35的下表面铰接。
转向装置包括安装在底座35前端的第一方柱7,第一方柱7呈钝角状弯折设置,第一方柱7的一端与底座35垂直固定连接,第一方柱7的另一端固定连接有壳体8,壳体8远离第一方柱7的一侧设置有方向盘9,方向盘9的轴线与第一方柱7远离底座35的一端的轴线平行,方向盘9的转轴10伸入壳体8并与壳体8转动连接。壳体8内设置有用于检测方向盘9转动角度的角度传感器11、用于调节方向盘9转动阻尼感的调节机构12、以及用于限制方向盘9转动角度的限位机构13。
具体的,壳体8内固定连接有供角度传感器11安装的安装板14,角度传感器11安装在安装板14上且正对转轴10伸入壳体8的一端。角度传感器11实时检测方向盘9转轴10的转动角度,以便生成方向盘9的转向数据。
调节机构12包括安装在壳体8内的驱动轴121和驱使驱动轴121转动的第一驱动件。第一驱动件为电机122,电机122和主机1通信连接。壳体8内部安装有供电机122安装的隔板123,电机122安装在隔板123上,电机122的输出轴穿过隔板123并与驱动轴121同轴固定连接,驱动轴121和方向盘9的转轴10平行设置,驱动轴121与方向盘9的转轴10通过皮带轮机构124传动连接。当驾驶员转动方向盘9时,主机1获取方向盘9的转向数据,然后控制电机122驱使驱动轴121朝与转轴10相反的方向转动,驱动轴121通过皮带轮机构124对转轴10的转动产生阻力,从而模拟出真实的方向盘9的转动手感。同时,当主机1获取到虚拟赛车与虚拟地图中的障碍物发生碰撞的信息,主机1会命令电机122在小角度内频繁正反转动,从而模拟出方向盘9难以掌控的驾驶感受。
调节机构12还包括与皮带轮的皮带抵紧的张紧轮125和驱使张紧轮125移动的第二驱动件。第二驱动件为第三电缸126,第三电缸126与主机1通信连接。第三电缸126位于皮带轮机构124的两个带轮之间,第三电缸126的缸体安装在壳体8的内底壁上,第三电缸126的活塞杆与张紧轮125固定连接。张紧轮125的轴线与转轴10的轴线平行,张紧轮125的移动轨迹线与皮带轮机构124的两个带轮的连线垂直。操控虚拟赛车时,主机1获取虚拟赛车的车速数据并进行分析处理,然后控制第四驱动件驱使张紧轮125移动,车速数据越大,张紧轮125与皮带之间的抵紧力越大,从而使得方向盘9的转动阻尼感越强,以此模拟出真实的驾驶感受。
限位机构13包括固定轴131,固定轴131的一端通过轴承与壳体8的内侧壁转动连接,固定轴131与转轴10平行,转轴10上套接固定有主齿轮132,固定轴131远离壳体8内侧壁的一端固定连接有副齿轮133,主齿轮132与副齿轮133啮合传动,主齿轮132与副齿轮133的传动比为1:3,在其他实施例中也可为1:4。固定轴131的径向固定连接有固定条134,壳体8的内侧壁固定连接有限位条135,固定条134的运动轨迹与限位条135相交,当方向盘9回正后,固定条134和限位条135之间的夹角为180°。通过设置限位构件,使得方向盘9单向转动一圈半或两圈即转动至最大角度,而真实赛车的方向盘9的单向转动圈数也大多为一圈半或两圈,从而模拟出真实的转向手感。
壳体8邻近方向盘9的一对外侧壁均安装有风扇15,风扇15和主机1电性连接,风扇15的出风端朝向座椅4的上部设置。操控虚拟赛车时,主机1获取虚拟赛车的车速数据并根据获取的车速数据调节风扇15的挡位,从而真实模拟出驾驶员在驾驶赛车时所体验到的风感,显著提高驾驶感受。
模拟赛车本体还包括喷雾装置16,喷雾装置16用于模拟在下雨场景的驾驶感受。具体的,喷雾装置16包括设置在第一方柱7上的支架161,支架161包括呈L型设置的第二方柱1611,第二方柱1611的一端与第一方柱7固定连接,第二方柱1611远离第一方柱7的一端固定连接有横梁1612,横梁1612悬立于方向盘9的上方。横梁1612上穿设有多根输水管162,本申请实施例中输水管162设置有三根,三根输水管162沿横梁1612的长度方向间隔分布,输水管162倾斜向下设置。三根输水管162的进水端通过同一根管道与水泵163的出水端连通,水泵163的进水端连接水箱或自然水管(图中未示出),水泵163与主机1通信连接。每根输水管162的出水端均安装有雾化喷头164,雾化喷头164的出水端朝向座椅4设置。
当主机1获取到虚拟地图数据转换为雨天场景时,主机1对虚拟地图数据进行分析处理,然后命令水泵163抽水,使得雾化喷头164喷出水雾,水雾喷射在驾驶人身上,从而让驾驶员体验到在于雨天驾驶赛车的快感。而选用雾化喷头164,能够有效限制水量大小,使得驾驶员的衣服不易被弄湿。
喷雾装置16还包括套设在雾化喷头164外周的导管165和驱使导管165相对雾化喷头164移动的第三驱动件,导管165与输水管162同轴设置,相邻两根导管165之间均固定连接有连接条166。第三驱动件为第四电缸167,第四电缸167与主机1通信连接。
当主机1获取到虚拟赛车进入预设的路段后,本申请实施例中虚拟地图中预设的路段为溶洞路段。主机1控制第四电缸167驱使导管165朝远离横梁1612的方向移动直至将雾化喷头164覆盖,此时,雾化喷头164喷出的水雾喷射在导管165内并凝聚成水滴,水滴顺着导管165滴落在驾驶人身上,一方面解除模拟下雨的驾驶环境,另一方面模拟出真实溶洞中溶洞顶部滴水的驾驶场景,不仅提高模拟驾驶的仿真程度,而且提高模拟驾驶的趣味性。当虚拟赛车驶出溶洞路段后,主机1控制第四电缸167驱使导管165移动直至雾化喷头164从导管165内露出,从而恢复模拟雨天的驾驶环境。
一种模拟现实的赛车驾驶操控系统的实现方法:包括如下步骤:
1)、主机1获取虚拟地图数据并将虚拟地图数据传输给显示器2和VR眼镜;
2)、主机1获取虚拟赛车的行车数据并进行分析处理,行车数据包括虚拟赛车的车速数据、方向盘9的转向数据、以及虚拟赛车在虚拟地图的中的地理数据;
3)、主机1根据获取的车速数据调整方向盘9的转动阻尼感:具体的,主机1获取车速数据后输入至速度判断模型,速度判断模型内设置有变化阈值,本申请实施例中变化阈值为10km/h,张紧轮125做步进移动,张紧轮125的单次移动行程为0.5~1mm,当车速数据的变化值超过变化阈值后,速度判断模型做出反馈,主机1根据反馈命令第二驱动件驱使张紧轮125移动一个行程,且遵循车数数据越大,方向盘9的转向阻尼感越强的原则,由此改变方向盘9的转向阻尼感。
主机1根据获取车速数据和方向盘9的转向数据控制虚拟地图画面运动:具体的,主机1通过角度传感器11获取方向盘9的转向数据并根据该转向数据控制虚拟地图的画面转向,通过踩油门5控制虚拟地图的画面前进,通过踩刹车6控制虚拟地图的画面停止运动,主机1通过获取的车速数据控制虚拟地图画面的变换速度。
主机1根据获取的车速数据控制风扇15的风量大小:具体的,主机1获取车速数据后输入至速度判断模型,速度判断模型内设置有变化阈值,本申请实施例中变化阈值为10km/h,当车速数据的变化值超过变化阈值后,速度判断模型做出反馈,主机1发出命令以调节风扇15的挡位,且遵循车速数据越大,风扇15的挡位越大的原则,从而模拟出车速与风感的关系。
主机1根据获取的地理数据调整动感平台3的姿态:具体的,当主机1获取到虚拟赛车的地理数据位于上坡路段时,主机1控制第一电缸34驱使底板32后仰直至虚拟赛车驶出上坡路段,以此模拟出赛车上坡时的驾驶感受。当主机1获取到虚拟赛车的地理数据位于下坡路段时,主机1控制第一电缸34驱使底板32前倾直至虚拟赛车驶出上坡路段,从而模拟出赛车下坡时的驾驶感受。当主机1获取到虚拟赛车的地理数据处于弯道路段时,主机1控制第二电缸39驱使底座35朝与弯道朝向相同的方向翻转直至虚拟赛车驶出弯道路段,从而模拟出赛车转弯时的弯道驾驶感受。当主机1获取到虚拟赛车的地理数据位于上坡转弯路段时,主机1控制第一电缸34驱使底板32后仰、并控制第二电缸39驱使底座35朝与弯道朝向相同的方向翻转直至虚拟赛车使出上坡转弯路段,从而模拟出赛车上坡且转弯时的驾驶感受。当主机1获取到虚拟赛车的地理数据位于下坡转弯路段时,主机1控制第一电缸34驱使底板32前倾、并控制第二电缸39驱使底座35朝与弯道朝向相同的方向翻转直至虚拟赛车驶出下坡转弯路段,从而模拟出赛车下坡且转弯时的驾驶感受。
还包括步骤4),当主机1获取到虚拟地图数据为雨天场景时,主机1控制水泵163运转以使得雾化喷头164喷出水雾;且在步骤4)中,当主机1获取到虚拟赛车的地理数据位于预设的范围数据内时,本申请实施例中该预设的范围数据为溶洞路段,主机1控制第四电缸167驱使导管165移动直至雾化喷头164藏于导管165内,以使得雾化喷头164喷出的水雾以水滴的形式滴落。
一种模拟现实的赛车驾驶操控系统的实现方法的实施原理:
本申请中通过将虚拟汽车的车速数据与方向盘9的转动阻尼感、风扇15的挡位大小相结合,能够模拟出车速数据越大,方向盘9的转向阻尼感越强、驾驶员所感受到的风越大的驾驶感觉。且动感平台3能够根据虚拟小车的地理数据模拟出上下坡、转弯、上坡转弯、下坡转弯灯多种路况的驾驶感受,提高驾驶仿真度。同时,通过设置喷雾装置16,能够模拟出虚拟地图中的场景变化,增强驾驶人员的带入感,提高模拟驾驶感受的同时,提高模拟驾驶的趣味感。
以上均为本申请的较佳实施例,并非依此限制本申请的保护范围,故:凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化,均应涵盖于本申请的保护范围之内。