CN203786933U - 一种用于非公路矿山重卡的虚拟驾驶培训装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于非公路矿山重卡的虚拟驾驶培训装置，座椅总成设于多自由度振动平台后部上方，多自由度振动平台的底部安装设有伺服电动缸，档位总成设于座椅总成上，驾驶舱总成设于多自由度振动平台前部，驾驶舱总成为一U型钢管折弯结构，包括一防滑踏板和一方向盘安装架，防滑踏板固定安装于驾驶舱总成底部，方向盘安装架固定安装于驾驶舱总成顶部，踏板固定设于防滑踏板上；通过本实用新型的使用，通过多自由度振动平台的应用，跨平台控制系统设计，可获得最真实体感享受；无需在实际车辆上开展培训，无安全隐患，同时培训成本也较低；可以对产品功能和性能进行展示，增加客户对于产品的认识。

Description

一种用于非公路矿山重卡的虚拟驾驶培训装置

技术领域

本实用新型涉及一种模拟仿真培训装置，尤其涉及一种用于非公路矿山重卡的虚拟驾驶培训装置。 

背景技术

伴随着国民经济的快速发展以及城镇化建设的快速推进，市场上重型机械的种类和数量已出现了大幅增长的态势，对于高素质的重型机械驾驶员的需求越来越大。传统采用真实车辆进行驾驶员培训的方法，虽然可以让驾驶员获得直接的受训体验，但是受训资源受限、能耗浪费大、培训时间长，培训的效果也并不甚乐观，同时，重型机械一般比较庞大，且工作路况相对较恶劣，对于运用真车进行驾驶员培训的方法，存在很大的安全隐患。因此，开发一款用于驾驶员培训的虚拟驾驶系统意义巨大。 

目前，市场上针对驾驶员培训的虚拟驾驶培训系统已有很多雏形，但基本都是基于游戏软件开发的思路，专注于虚拟的视觉场景开发，依靠感官体验获得开车感受；采用类似游戏软件的虚拟驾驶系统虽然可以让驾驶员获得一些感官认识，但是，没有振动台无法实现驾驶员跟随真实路况前倾、侧倾以及失重等真实驾车感觉，因此很难获得真实的驾驶体验。 

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型提出一种用于非公路矿山重卡的虚拟驾驶培训装置，以解决上述受训资源受限，能耗浪费大，培训时间长，难获得真实的驾驶体验问题。 

为达到上述目的，本实用新型的技术方案是这样实现的： 

一种用于非公路矿山重卡的虚拟驾驶培训装置，其中，座椅总成设于多自由度振动平台后部上方，所述多自由度振动平台的底部安装设有伺服电动 缸，档位总成设于所述座椅总成上，驾驶舱总成设于所述多自由度振动平台前部，所述驾驶舱总成为一U型钢管折弯结构，包括一防滑踏板和一方向盘安装架，所述防滑踏板固定安装于所述驾驶舱总成底部，所述方向盘安装架固定安装于所述驾驶舱总成顶部，踏板固定设于所述防滑踏板上，方向盘固定设置于所述方向盘安装架上，所述方向盘前部设有一车辆信息显示屏，所述车辆信息显示屏安装于一显示屏安装支架上，所述显示屏安装支架连接一L型安装板，所述L型安装板固定安装于所述方向盘安装架上，场景显示装置设于所述驾驶舱总成前部，并安装于一钢管支架上，所述场景显示装置连接视觉仿真服务器，所述场景显示装置中设有实现交互式视景的仿真模块。 

上述一种用于非公路矿山重卡的虚拟驾驶培训装置，其中，所述伺服电动缸的数量为三个。 

上述一种用于非公路矿山重卡的虚拟驾驶培训装置，其中，所述驾驶舱总成的上部和底部平行。 

上述一种用于非公路矿山重卡的虚拟驾驶培训装置，其中，所述场景显示装置与所述钢管支架焊接连接。 

上述一种用于非公路矿山重卡的虚拟驾驶培训装置，其中，所述钢管支架为一三角钢管支架。 

上述一种用于非公路矿山重卡的虚拟驾驶培训装置，其中，所述车辆信息显示屏为一平板电脑。 

本实用新型由于采用了上述技术，产生的积极效果是： 

(1)通过本实用新型的使用，通过多自由度振动平台的应用，跨平台控制系统设计，可获得最真实体感享受。 

(2)通过本实用新型的使用，无需在实际车辆上开展培训，无安全隐患，同时培训成本也较低。 

(3)通过本实用新型的使用，可以对产品功能和性能进行展示，增加客户对于产品的认识。 

附图说明

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

图1为本实用新型一种用于非公路矿山重卡的虚拟驾驶培训装置的整体结构示意图； 

图2为本实用新型一种用于非公路矿山重卡的虚拟驾驶培训装置中驾驶舱总成的结构示意图； 

图3为本实用新型一种用于非公路矿山重卡的虚拟驾驶培训装置的培训系统流程图； 

图4为本实用新型一种用于非公路矿山重卡的虚拟驾驶培训装置的系统设计流程图。 

1座椅总成，2档位总成，3多自由度振动平台，4方向盘，5踏板，6车辆信息显示屏，7驾驶舱总成，8场景显示装置，9显示屏安装支架，10L型安装板，11方向盘安装架，12防滑踏板，13伺服电动缸，14钢管支架。 

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步说明，但不作为本实用新型的限定。 

实施例一： 

请结合图1-4所示，一种用于非公路矿山重卡的虚拟驾驶培训装置，座椅总成1设于多自由度振动平台3后部上方，多自由度振动平台3的底部安装设有伺服电动缸13，档位总成2设于座椅总成1上，驾驶舱总成7设于多自由度振动平台3前部，驾驶舱总成7为一U型钢管折弯结构，包括一防滑踏板12和一方向盘安装架11，防滑踏板12固定安装于驾驶舱总成7底部，方向盘安装架11固定安装于驾驶舱总成7顶部，踏板5固定设于防滑踏板12上，方向盘4固定设置于方向盘安装架11上，方向盘4前部设有一车辆信息显示屏6，车辆信息显示屏6安装于一显示屏安装支架9上，显示屏安装支架9连接一L型安装板10，L型安装板10固定安装于方向盘安装架11上，场景显示装置8设于驾驶舱总成7前部，并安装于一钢管支架14上，场景显示装置8连接视觉仿真服务器，场景显示装置8中设有实现交互式视景的仿真模块。 

本实用新型在上述基础上还具有以下实施方式，请继续参见图1-4所示， 

本实用新型的进一步实施例中，伺服电动缸13的数量为三个，形成三自由度振动平台。 

本实用新型的进一步实施例中，驾驶舱总成7的上部和底部平行。 

本实用新型的进一步实施例中，场景显示装置8与钢管支架14焊接连接，使场景显示装置8牢固的固定在钢管支架14上。 

本实用新型的进一步实施例中，钢管支架14为一三角钢管支架，三角形具有很强的稳定性，且不容易翻倒。 

本实用新型的进一步实施例中，车辆信息显示屏6为一平板电脑。 

使用者可根据以下说明进一步的认识本实用新型的特性及功能： 

在本实施例中，本实用新型的目的是开发一款用于驾驶员培训的模拟仿真系统。以实际车辆模型为基础，现场采集路谱数据，以多自由度振动平台为载体，结合虚拟场景系统，不仅可以让驾驶员获得视觉和听觉的感受，而且，多自由度振动平台的体感可以让驾驶员获得真实的驾车体验。 

如图1所示，主要包括多自由度振动平台3、驾驶舱总成7、座椅总成1、方向盘4、踏板5、档位2、场景显示装置8、车辆信息显示屏6组成。驾驶舱是由钢管弯制而成的U型结构(图2所示)，不仅结构简洁实用、造价也较低；多自由度振动平台有三个伺服电动缸来驱动，精度高，响应快；场景显示服务器连接3D高清电视，佩戴3D眼睛，享受3D视觉体验；车辆信息显示屏采用平板电脑，不仅美观大方、开发方式也灵活，安装方式采用L型板夹紧固定。 

如图3所示，为本实用新型的虚拟培训系统组成图，包含驾驶台、数据管理平台以及整车动力学服务器以及视景服务器四部分组成。数据管理平台，即车辆信息显示屏6，是系统的中枢系统，通过USB与车载输入模块(方向盘4、踏板5和档位总成2)进行操作信息采集，通过TCP/IP协议通信实现与多自由度运动平台3、视觉仿真服务器以及整车动力学模型计算仿真服务器的信息交互。多自由度振动平台3控制系统以PC机为上位机，通过PCI运动控制卡，完成多自由度振动平台3的运动控制。视觉场景服务器是对于视觉场景的渲染，并将结果显示出来。整车动力学仿真服务器则是根据路况信息及方向盘4、踏板5和档位总成2的反馈，通过车辆模型的简化、计算与处理，实时计算出多自由度振动平台3的位姿。 

多自由度振动平台3的虚拟驾驶系统设计采用模块化的设计思路来开展，主要包括整车动力学模型处理、振动平台运动学控制以及视觉场景开发三部分，具体系统设计流程如图4所示。 

整车动力学模型处理，首先是对于路谱的处理，即将路谱对于车辆的影响转化为车轮的四个扰度，通过整车动力学模型的计算处理将车轮的四条挠度曲线转化为车辆的位姿，也就是车辆的俯仰角α、侧倾角β和纵向位移z。 

振动平台运动学算法模块，通过动平台的位姿，反解求出三个支撑杆(伺服电动缸13)的伸长量d1,d2,d3，进而通过机械装置的计算，获得伺服电动缸13的运动规律。算法是通过Matlab与VS联合仿真实现，即首先在matlab中编写运动学算法方程，然后生成可执行文件(.dll)，电机控制程序中则可以直接调用生成的.dll文件直接进行计算。 

视觉仿真服务器进行场景的管理与渲染、外设接入、立体显示，实现交互式视景仿真；通过现场拍摄矿山场景照片，采用三维多媒体建模技术，建立典型工况的虚拟环境，通过纹理、光照等设置，加强场景的真实感。 

实施例二： 

在另一实施例中，本实用新型还具有另一种形式，请继续参见图1-4所示，一种用于非公路矿山重卡的虚拟驾驶培训装置，其特征在于，座椅总成1设于多自由度振动平台3后部上方，多自由度振动平台3的底部安装设有伺服电动缸13，档位总成2设于座椅总成1上，驾驶舱总成7设于多自由度振动平台3前部，驾驶舱总成7为一U型钢管折弯结构，包括一防滑踏板12和一方向盘安装架11，防滑踏板12固定安装于驾驶舱总成7底部，方向盘安装架11固定安装于驾驶舱总成7顶部，踏板5固定设于防滑踏板12上，方向盘4固定设置于方向盘安装架11上，方向盘4前部设有一车辆信息显示屏6，车辆信息显示屏6安装于一显示屏安装支架9上，显示屏安装支架9连接一L型安装板10，L型安装板10固定安装于方向盘安装架11上，场景显示装置8设于驾驶舱总成7前部，并安装于一钢管支架14上，场景显示装置8连接视觉仿真服务器，场景显示装置8用以显示视景仿真服务器中的场景信息。 

本实用新型在上述基础上还具有以下实施方式，请继续参见图1-4所示， 

本实用新型的进一步实施例中，伺服电动缸13的数量为三个，形成三自 由度振动平台。 

本实用新型的进一步实施例中，驾驶舱总成7的上部和底部平行。 

本实用新型的进一步实施例中，场景显示装置8与钢管支架14焊接连接，使场景显示装置8牢固的固定在钢管支架14上。 

本实用新型的进一步实施例中，钢管支架14为一三角钢管支架，三角形具有很强的稳定性，且不容易翻倒。 

本实用新型的进一步实施例中，车辆信息显示屏6为一平板电脑。 

在本实施例中，可将多自由度振动平台3底部的三个伺服电动缸13的数量由原先的三个改变为六个，使多自由度振动平台3形成六自由度的振动平台，以更好的模拟车辆的侧滑等情况。 

进一步的，可将场景显示装置8一同设置于多自由度振动平台3上，使得场景显示装置8可随多自由度振动平台3一起振动，使驾驶员得到更好的视觉感受。 

综上所述，本实用新型通过多自由度振动平台的应用，跨平台控制系统设计，可获得最真实体感享受；无需在实际车辆上开展培训，无安全隐患，同时培训成本也较低；可以对产品功能和性能进行展示，增加客户对于产品的认识。 

以上所述仅为本实用新型较佳的实施例，并非因此限制本实用新型的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本实用新型说明书及图示内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本实用新型的保护范围内。 

Claims (6)

1.一种用于非公路矿山重卡的虚拟驾驶培训装置，其特征在于，座椅总成(1)设于多自由度振动平台(3)后部上方，所述多自由度振动平台(3)的底部安装设有伺服电动缸(13)，档位总成(2)设于所述座椅总成(1)上，驾驶舱总成(7)设于所述多自由度振动平台(3)前部，所述驾驶舱总成(7)为一U型钢管折弯结构，包括一防滑踏板(12)和一方向盘安装架(11)，所述防滑踏板(12)固定安装于所述驾驶舱总成(7)底部，所述方向盘安装架(11)固定安装于所述驾驶舱总成(7)顶部，踏板(5)固定设于所述防滑踏板(12)上，方向盘(4)固定设置于所述方向盘安装架(11)上，所述方向盘(4)前部设有一车辆信息显示屏(6)，所述车辆信息显示屏(6)安装于一显示屏安装支架(9)上，所述显示屏安装支架(9)连接一L型安装板(10)，所述L型安装板(10)固定安装于所述方向盘安装架(11)上，场景显示装置(8)设于所述驾驶舱总成(7)前部，并安装于一钢管支架(14)上，所述场景显示装置(8)连接视觉仿真服务器，所述场景显示装置(8)中设有实现交互式视景的仿真模块。 

2.根据权利要求1所述的一种用于非公路矿山重卡的虚拟驾驶培训装置，其特征在于，所述伺服电动缸(13)的数量为三个。 

3.根据权利要求1所述的一种用于非公路矿山重卡的虚拟驾驶培训装置，其特征在于，所述驾驶舱总成(7)的上部和底部平行。 

4.根据权利要求1所述的一种用于非公路矿山重卡的虚拟驾驶培训装置，其特征在于，所述场景显示装置(8)与所述钢管支架(14)焊接连接。 

5.根据权利要求1所述的一种用于非公路矿山重卡的虚拟驾驶培训装置，其特征在于，所述钢管支架(14)为一三角钢管支架。 

6.根据权利要求1所述的一种用于非公路矿山重卡的虚拟驾驶培训装置，其特征在于，所述车辆信息显示屏(6)为一平板电脑。