CN114758557B - 一种沉浸式特种车辆驾驶综合训练模拟系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种沉浸式特种车辆驾驶综合训练模拟系统，包括主控台、六自由度运动平台和特种车辆模拟舱，还包括VR眼镜、VR手套、气味模拟器、无线追踪器；气味模拟器连接在VR眼镜下部；模拟控制系统还包括触碰仿真系统和气味仿真系统；VR眼镜和VR手套通讯交互，进行特种车辆内部按钮的触碰模拟；通过气味仿真系统控制气味模拟器释放模拟的环境气味；本发明具有视场大、立体视觉、头部运动跟踪的功能，操作者的视场可以随头部的转动而改变，具有360度的视角，实现了特种车辆内部的按钮触碰的互动反馈、驾驶场景的气味动态模拟；极大提高了驾驶训练仿真系统的主动性、交互性和沉浸感等性能，给驾驶员提供了更逼真的驾驶环境，改善了驾驶训练的效果。

Description

一种沉浸式特种车辆驾驶综合训练模拟系统

技术领域

本发明涉及特种训练器材技术领域，具体为一种沉浸式特种车辆驾驶综合训练模拟系统。

背景技术

现有的特种车辆驾驶综合训练模拟系统，主要是通过六自由度运动平台模拟特种车辆的行进状态，通过模拟舱内部的显示器观看模拟的场景，代入感较差，无法实现沉浸式模拟训练。

公开号CN210402799U公开了主控台、坦克舱体和六自由度运动平台；坦克舱体安装在六自由度运动平台上，主控计算机与平台控制柜连接，平台控制柜驱动六自由度运动平台；主控台包括主控计算机和主视景显示器，坦克舱体包括驾驶员训练舱体、车长训练舱和炮长训练舱，驾驶员训练舱体内设有驾驶计算机和驾驶视景显示器；车长训练舱内设有车长计算机和车长显示器，炮长训练舱内设有炮长计算机和炮长视景显示器；驾驶计算机、车长计算机和炮长计算机均与各自终端连接，并通过信号采集系统与主控计算机连接并实现信息交互。该模拟系统的模拟画面通过显示器的方式进行呈现，代入感较差，缺乏模拟的真实性；并且坦克内部的操作按钮数量较多，受到模拟舱体积的控制，无法将全部按钮都安装到模拟舱上，且各按钮需要进行触碰反馈，线路连接较为复杂；且该系统无法模拟驾驶环境的气味，不能实现沉浸式的驾驶效果。

发明内容

针对上述存在的技术不足，本发明的目的是提供一种沉浸式特种车辆驾驶综合训练模拟系统，解决特种车辆驾驶综合训练模拟系统模拟时缺乏代入感、模拟效果欠佳的问题，从视觉、操作互动和嗅觉方面深度模拟，实现沉浸式的训练模拟。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种沉浸式特种车辆驾驶综合训练模拟系统，包括主控台、六自由度运动平台和特种车辆模拟舱，主控台安装有主控计算机，主控计算机内嵌入模拟控制系统，模拟控制系统包括视景仿真系统、特种车辆运动系统和音响仿真系统，特种车辆模拟舱包括驾驶员舱、车长舱和炮长舱，驾驶员舱、车长舱和炮长舱内分别配置有子计算机，子计算机与主控计算机通讯连接，还包括与子计算机通讯连接的VR眼镜、VR手套、气味模拟器、无线追踪器；气味模拟器连接在VR眼镜下部；

所述模拟控制系统还包括触碰仿真系统和气味仿真系统；

所述VR手套与子计算机通讯连接，VR手套对驾驶员的手掌位置、手部动作进行数据采集，并经过子计算机反馈到主控计算机的触碰仿真系统；无线追踪器和VR手套分别用来定位宏观坐标和局部坐标并通过子计算机反馈给主控计算机；VR眼镜和VR手套通讯交互，将驾驶员的手部动作呈现在VR眼镜中，并将VR手套在VR眼镜模拟画面中的操作互动内容反馈到主控计算机中，进行特种车辆内部按钮的触碰模拟；

所述气味模拟器与子计算机通讯连接，VR眼镜通过视景仿真系统获取驾驶员的头部在模拟画面中的周边环境动态变化信息，通过气味仿真系统控制气味模拟器释放模拟的环境气味。

优选地，所述气味模拟器包括模拟器本体和多个储存盒；储存盒活动连接在模拟器本体下部；储存盒内设有储物腔和气流通道；气流通道的一端与储物腔连通；模拟器本体包括基座和设置在基座上的微型风机、控制盒、出风管；基座内设有多个进风通道和出风通道；进风通道的一端与微型风机连通，另一端与对应的储存盒的气流通道连通；出风通道的一端与对应的储存盒的储物腔连通，另一端与出风管连通；出风通道内设有电磁阀；电磁阀、微型风机与控制盒电性连接，控制盒与子计算机通讯连接；储物腔内放入气味模拟液，微型风机将外界气体通过进风通道送入储物腔内，气体经过出风通道、出风管吹到驾驶员的鼻子区域，子计算机根据驾驶员在模拟场景中的环境，控制对应储存盒内的电磁阀打开，使相应虚拟场景中的环境的气味吹向驾驶员；通过控制电磁阀的开启大小，调节相应气味的输出量。

优选地，所述控制盒配置有PLC控制板、电源模块、无线通讯模块、控制器模块；无线通讯模块与子计算机通讯连接；控制器模块用于控制微型风机和电磁阀的运行。

优选地，所述基座内设有进气槽、出气槽；多个所述进风通道均通过进气槽与微型风机连通，多个所述出风通道均通过出气槽与出风管连通。

优选地，所述储物腔内设置有海绵，作为气味模拟液的吸附载体。

优选地，所述气味模拟器还包括安装座；所述模拟器本体活动连接在所述安装座下方；所述安装座上部设有双面胶层，通过双面胶层将安装座粘在VR眼镜上。

优选地，所述出风管上连接有出风板；出风板的为圆弧板，内部中空且圆弧凹面侧设有开口，开口朝向驾驶员的鼻子方向；出风板内设置有过滤绵。

优选地，气流通道的一端连接于储物腔的底部。

优选地，所述出气槽内设有电热丝，电热丝与所述控制盒电性连接。

优选地，所述进气槽内配置进气单向阀，进气单向阀设置于微型风机与进气槽的连通处。

优选地，所述VR手套上配置有振动模块，提供即时的振动触觉反馈。

优选地，所述基座上设有多个卡槽；所述储存盒的顶部一体设有与卡槽插接的卡板。

本发明基于虚拟现实的VR眼镜显示技术，具有视场大、立体视觉、头部运动跟踪的功能，操作者的视场可以随头部的转动而改变，具有360度的视角；通过VR手套实现特种车辆内部的按钮触碰的互动反馈；通过气味模拟器实现驾驶场景的气味动态模拟；极大提高了驾驶训练仿真系统的主动性、交互性和沉浸感等性能，给驾驶员提供了更逼真的驾驶环境，改善了驾驶训练的效果。

附图说明

图1为本发明的结构框图；

图2为本发明的气味模拟器的立体结构图；

图3为本发明的气味模拟器的结构拆分图；

图4为图2中安装座的结构示意图；

图5、图6为图2中基座的结构示意图；

图7为图2中储存盒的结构示意图；

图8为图2中A-A向的剖面图；

图9为图8中模拟器本体的结构示意图；

图10为图8中储存盒的结构示意图。

其中：

1、模拟器本体；2、双面胶层；3、安装座；4、储存盒；5、微型风机；6、出风板；7、基座；8、卡槽；9、卡板；10、出风管；11、出风通道；12、进风通道；13、过滤棉；14、储物腔；15、海绵；16、气流通道；17、控制盒；18、电磁阀；19、出气槽；20、进气槽。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

如图1至图10所示，一种沉浸式特种车辆驾驶综合训练模拟系统，包括主控台、六自由度运动平台和特种车辆模拟舱，主控台安装有主控计算机，主控计算机内嵌入模拟控制系统，模拟控制系统包括视景仿真系统、特种车辆运动系统和音响仿真系统，特种车辆模拟舱包括驾驶员舱、车长舱和炮长舱，驾驶员舱、车长舱和炮长舱内分别配置有子计算机，子计算机与主控计算机通讯连接；

特种车辆模拟舱采用半实物仿真，内部结构部件的相对位置及功能与实车一致，各操作部件设置传感器及相应的电器元件，通过子计算机连接相应传感器、电器元件，并将采集到的操作信息反馈到主控计算机；特种车辆模拟舱采用半开放式结构，即上部为敞开式，便于教学训练时从外部观察驾驶员的操作动作；

还包括与子计算机通讯连接的VR眼镜、VR手套、气味模拟器、无线追踪器；气味模拟器连接在VR眼镜下部；

模拟控制系统还包括触碰仿真系统和气味仿真系统；

VR手套与子计算机通讯连接，VR手套对驾驶员的手掌位置、手部动作进行数据采集，并经过子计算机反馈到主控计算机的触碰仿真系统；无线追踪器和VR手套分别用来定位宏观坐标和局部坐标，无线追踪器和VR手套通讯交互，对驾驶员所处的位置坐标进行数据采集，反馈到主控计算机中，将驾驶员的身体以虚拟状态展示在VR眼镜中；VR眼镜和VR手套通讯交互，将驾驶员的手部动作呈现在VR眼镜中，并将VR手套在VR眼镜模拟画面中的操作互动内容反馈到主控计算机中，进行特种车辆内部按钮的触碰模拟；

气味模拟器与子计算机通讯连接，VR眼镜通过视景仿真系统获取驾驶员的头部在模拟画面中的周边环境动态变化信息，通过气味仿真系统控制气味模拟器释放模拟的环境气味；

视景仿真系统通过VR眼镜虚构了驾驶舱开关窗环境、炮长观瞄镜内视景、火控系统、任务终端、电台等仿真部件，从而构建了虚实结合的训练环境；视景仿真系统为现有成熟技术，其在构建虚拟仿真场景时，可以在场景搭建过程中对各场景元素进行区分标记，例如将泥土路面元素、树木元素、花草元素、雨雪元素等进行分别标记，可对各元素进行互动反馈；在视景仿真系统内部将各场景的标记信息反馈给气味仿真系统，气味仿真系统内置各元素对应的气味模块信息；

特种车辆运动系统仿真了特种车辆各种运动状态，使训练人员有强烈的身临其境之感，极大地增强产品的交互性；仿真的发动机转速、输出功率及扭矩，车辆运动速度、爬坡角度及转向半径，在各种工况下高低向，方位向的最小和最大调炮速度，射击参数输入及解算等数据均与实装一致；

能根据驾驶员的操作计算出特种车辆的预期行为，并通过视频和音频反馈给使用者；采用基于虚拟现实的VR显示技术，具有视场大、立体视觉、头部运动跟踪的功能，操作者的视场可以随头部的转动而改变，具有360度的视角，极大提高了驾驶训练仿真系统的主动性、交互性和沉浸感等性能，给驾驶员提供了更逼真的驾驶环境，改善了驾驶训练的效果；

气味模拟器根据驾驶员在虚拟环境中所处的场景，释放相应的模拟气味，使驾驶员可以闻到特种车辆内部的气味，或者驾驶员在模拟环境中将头部伸出特种车辆模拟舱进行探头驾驶模式时，对特种车辆外部环境的气味进行模拟；现有的视景仿真系统可以将模拟环境中的环境信息动态反馈到气味仿真系统，气味仿真系统将其内部存储的各环境对应的气味信息反馈到气味模拟器，通过气味模拟器释放相应的气味，使模拟驾驶的代入感更强，从嗅觉上刺激驾驶员，使驾驶员的大脑更相信所模拟的环境的真实性。

进一步的，气味模拟器包括模拟器本体1和多个储存盒4；储存盒4活动插接在模拟器本体1下部；储存盒4内设有储物腔14和气流通道16；气流通道16的一端与储物腔14连通；模拟器本体1包括基座7和设置在基座7上的微型风机5、控制盒17、出风管10；基座7内设有多个进风通道12和出风通道11；进风通道12的一端与微型风机5连通，另一端与对应的储存盒4的气流通道16连通；出风通道11的一端与对应的储存盒4的储物腔14连通，另一端与出风管10连通；出风通道11内设有电磁阀18；电磁阀18、微型风机5与控制盒17电性连接，控制盒17与子计算机通讯连接；储物腔14内放入气味模拟液，微型风机5将外界气体通过进风通道12送入储物腔14内，气体经过出风通道11、出风管10吹到驾驶员的鼻子区域，子计算机根据驾驶员在模拟场景中的环境，控制对应储存盒4内的电磁阀18打开，使相应虚拟场景中的环境的气味吹向驾驶员；通过控制电磁阀18的开启大小，调节相应气味的输出量。

进一步的，控制盒17配置有PLC控制板、电源模块、无线通讯模块、控制器模块；无线通讯模块与子计算机通讯连接；控制器模块用于控制微型风机5和电磁阀18的运行；模拟场景中触发的场景元素信息反馈到气味仿真系统后，气味仿真系统控制PLC控制板启动对应的电磁阀18打开，即可模拟出对应的气味的释放。

进一步的，基座7内设有进气槽20、出气槽19；多个进风通道12均通过进气槽20与微型风机5连通，多个出风通道11均通过出气槽19与出风管10连通；微型风机5启动，待模拟气味对应的电磁阀18通道打开，微型风机5产生的气流经过进气槽20后分散到相应的进风通道12内，然后进入到对应的储存盒4内部，气流经过储存盒4的气流通道16进入到储物腔14内，混合着储物腔14内的气味模拟液进入到基座7的出风通道11内，通过电磁阀18进入到出气槽19内，并经过出风管10排出来。

进一步的，储物腔14内设置有海绵15，作为气味模拟液的吸附载体，可将储存盒4从基座7上取下来，向海绵15内注入气味模拟液；通过海绵15存储气味模拟液，可以防止气味模拟液从储存盒4里洒出来。

进一步的，气味模拟器还包括安装座3；模拟器本体1活动插接在安装座3下方；安装座3上部设有双面胶层2，通过双面胶层2将安装座3粘在VR眼镜上；安装座3粘在VR眼镜上无需再次取下，只需将模拟器本体1从安装座3上拆下来，即可对模拟器本体1进行相应处置。

进一步的，出风管10上连接有出风板6；出风板6的为圆弧板，内部中空且圆弧凹面侧设有开口，开口朝向驾驶员的鼻子方向，使气味向驾驶员的鼻子区域集中释放，无需大范围扩散，提高气味模拟液的利用率；出风板6内设置有过滤绵，使出风板6吹出的风更加柔和，驾驶员的鼻子不会感觉到明显的气流，使气味模拟更加自然。

进一步的，气流通道16的一端连接于储物腔14的底部，气味模拟液在海绵15中会在重力的作用下下沉，气流从海绵15的底部向上吹，能够保证气味模拟液被充分利用。

进一步的，VR手套上配置有振动模块，振动模块与VR手套通讯交互，提供即时的振动触觉反馈。

进一步的，出气槽19内设有电热丝，电热丝与控制盒17电性连接；电热丝可以对气流进行加热，使模拟气体中的分子更加活跃，多种模拟气体经过加热后融合性更好，使驾驶员能够同时吸入多种模拟气味，不会出现在嗅觉上各种气味“分层”明显的问题；同时通过电热丝的加热，可以模拟高温天气下吸入“热气”的感觉。

进一步的，进气槽20内配置进气单向阀，进气单向阀设置于微型风机5与进气槽20的连通处，保证气味模拟液的味道不会经过进气槽20从微型风机5处飘出来，减少气味模拟液的耗损，同时保证模拟出的气味不会受到飘散出来的气味的干扰。

进一步的，基座7上设有多个卡槽8；储存盒4的顶部一体设有与卡槽8插接的卡板9，通过卡板9和卡槽8的配合，可以将储存盒4插在基座7上。

使用时，驾驶员进入到特种车辆模拟舱内，佩戴好VR眼镜和VR手套，VR眼镜内可以看到模拟的驾驶场景，驾驶员的双手同步运动模拟画面呈现在模拟的驾驶场景中；驾驶员手动操作特种车辆模拟舱内的操作部件，进行特种车辆驾驶操作，VR眼镜中的模拟驾驶画面同步变化，六自由度运动平台带动特种车辆模拟舱运动，模拟特种车辆行驶过程中的振动及倾斜角度变化；通过VR手套模拟触碰特种车辆内的操作按钮，相应按钮的触碰动作反馈到主计算机中，使特种车辆模拟舱及模拟的影响产生同步反应；气味模拟器根据虚拟场景的变化，动态调节模拟气味的释放，使驾驶员闻到特种车辆驾驶舱内部的味道及探头驾驶时特种车辆外部环境的味道，从嗅觉上进一步提升模拟驾驶的代入感；模拟的结果动态反馈到主控计算机上，便于记录及查看模拟的操作状况。

Claims (8)

1.一种沉浸式特种车辆驾驶综合训练模拟系统，包括主控台、六自由度运动平台和特种车辆模拟舱，主控台安装有主控计算机，主控计算机内嵌入模拟控制系统，模拟控制系统包括视景仿真系统、特种车辆运动系统和音响仿真系统，特种车辆模拟舱包括驾驶员舱、车长舱和炮长舱，驾驶员舱、车长舱和炮长舱内分别配置有子计算机，子计算机与主控计算机通讯连接，其特征在于，还包括与子计算机通讯连接的VR眼镜、VR手套、气味模拟器、无线追踪器；气味模拟器连接在VR眼镜下部；

所述模拟控制系统还包括触碰仿真系统和气味仿真系统；

所述VR手套与子计算机通讯连接，VR手套对驾驶员的手掌位置、手部动作进行数据采集，并经过子计算机反馈到主控计算机的触碰仿真系统；无线追踪器和VR手套分别用来定位宏观坐标和局部坐标并通过子计算机反馈给主控计算机；VR眼镜和VR手套通讯交互，将驾驶员的手部动作呈现在VR眼镜中，并将VR手套在VR眼镜模拟画面中的操作互动内容反馈到主控计算机中，进行特种车辆内部按钮的触碰模拟；

所述气味模拟器与子计算机通讯连接，VR眼镜通过视景仿真系统获取驾驶员的头部在模拟画面中的周边环境动态变化信息，通过气味仿真系统控制气味模拟器释放模拟的环境气味；

所述气味模拟器包括模拟器本体(1)和多个储存盒(4)；储存盒(4)活动连接在模拟器本体(1)下部；储存盒(4)内设有储物腔(14)和气流通道(16)；气流通道(16)的一端与储物腔(14)连通；模拟器本体(1)包括基座(7)和设置在基座(7)上的微型风机(5)、控制盒(17)、出风管(10)；基座(7)内设有多个进风通道(12)和出风通道(11)；进风通道(12)的一端与微型风机(5)连通，另一端与对应的储存盒(4)的气流通道(16)连通；出风通道(11)的一端与对应的储存盒(4)的储物腔(14)连通，另一端与出风管(10)连通；出风通道(11)内设有电磁阀(18)；电磁阀(18)、微型风机(5)与控制盒(17)电性连接，控制盒(17)与子计算机通讯连接；储物腔(14)内放入气味模拟液，微型风机(5)将外界气体通过进风通道(12)送入储物腔(14)内，气体经过出风通道(11)、出风管(10)吹到驾驶员的鼻子区域，子计算机根据驾驶员在模拟场景中的环境，控制对应储存盒(4)内的电磁阀(18)打开，使相应虚拟场景中的环境的气味吹向驾驶员；通过控制电磁阀(18)的开启大小，调节相应气味的输出量；

所述基座(7)内设有进气槽(20)、出气槽(19)；多个所述进风通道(12)均通过进气槽(20)与微型风机(5)连通，多个所述出风通道(11)均通过出气槽(19)与出风管(10)连通；

所述出风管(10)上连接有出风板(6)；出风板(6)的为圆弧板，内部中空且圆弧凹面侧设有开口，开口朝向驾驶员的鼻子方向；出风板(6)内设置有过滤绵；

所述出气槽(19)内设有电热丝，电热丝与所述控制盒(17)电性连接。

2.如权利要求1所述的一种沉浸式特种车辆驾驶综合训练模拟系统，其特征在于，所述控制盒(17)配置有PLC控制板、电源模块、无线通讯模块、控制器模块；无线通讯模块与子计算机通讯连接；控制器模块用于控制微型风机(5)和电磁阀(18)的运行。

3.如权利要求2所述的一种沉浸式特种车辆驾驶综合训练模拟系统，其特征在于，所述储物腔(14)内设置有海绵(15)，作为气味模拟液的吸附载体。

4.如权利要求2所述的一种沉浸式特种车辆驾驶综合训练模拟系统，其特征在于，所述气味模拟器还包括安装座(3)；所述模拟器本体(1)活动连接在所述安装座(3)下方；所述安装座(3)上部设有双面胶层(2)，通过双面胶层(2)将安装座(3)粘在VR眼镜上。

5.如权利要求3所述的一种沉浸式特种车辆驾驶综合训练模拟系统，其特征在于，气流通道(16)的一端连接于储物腔(14)的底部。

6.如权利要求5所述的一种沉浸式特种车辆驾驶综合训练模拟系统，其特征在于，所述进气槽(20)内配置进气单向阀，进气单向阀设置于微型风机(5)与进气槽(20)的连通处。

7.如权利要求6所述的一种沉浸式特种车辆驾驶综合训练模拟系统，其特征在于，所述VR手套上配置有振动模块，提供即时的振动触觉反馈。

8.如权利要求7所述的一种沉浸式特种车辆驾驶综合训练模拟系统，其特征在于，所述基座(7)上设有多个卡槽(8)；所述储存盒(4)的顶部一体设有与卡槽(8)插接的卡板(9)。

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