KR20030029360A - Driving simulator system - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 시뮬레이터 시스템에 관한 것으로, 더 상세하게는 가상현실과 실시간 차량해석 프로그램을 이용하여 차량 평가 및 시험을 진행할 수 있도록 하는 드라이빙 시뮬레이터 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a simulator system, and more particularly, to a driving simulator system that allows vehicle evaluation and testing using a virtual reality and a real-time vehicle analysis program.
시뮬레이터는 실제 또는 가상의 동적 시스템 모형을 제작한 다음 컴퓨터 프로그램을 통해 시험 및 평가하는 것으로, 그에 대한 한 예로 풍동(風洞)을 사용하여 항공기의 비행중 상태를 시험 및 조사하거나 물탱크 안에서 배의 항해중 상태를 조사하는 것 등에 응용되고 있다.The simulator builds a real or virtual dynamic system model and then tests and evaluates it using a computer program. For example, a wind tunnel is used to test and investigate the aircraft's in-flight conditions or to navigate a ship in a water tank. It is applied to the investigation of the state.
종래에는 차량에 대한 시뮬레이션 장치가 제공되고 있지 않아 설계 제작된 자동차나 개발되는 임의의 부품에 대하여 실차 장착상태에서의 실험 분석 및 평가를 위해서는 실차에 실험 및 분석장치를 탑재시킨 다음 직접 운행시키고 있는 실정이다.Conventionally, since a simulation device for a vehicle is not provided, an experimental and analytical device is mounted on a vehicle for direct analysis and evaluation for a designed vehicle or any part to be developed. to be.
따라서, 신뢰성이 입증되지 못한 시험 제작 차량의 운행이나 부품의 적용에의한 운행으로 위험성이 항상 존재하게 되며 시험의 정확한 분석 평가를 위해서 반복적인 주행을 하여야 하므로 실차 상태로의 시험 시간에 많은 제약이 따르게 되는 문제점이 발생한다.Therefore, there is always a risk due to the operation of the test vehicle or the application of parts that have not been proven to be reliable, and it is necessary to repeat the driving for accurate analysis and evaluation of the test. There is a problem that follows.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 발명한 것으로, 그 목적은 실제 자동차를 직접 운행하지 않고서도 마치 실제 차량을 타고 주행하는 듯한 느낌의 가상현실을 제공하여 실시간 차량 해석 프로그램을 통한 차량 시험 평가 및 분석을 용이하게 수행할 수 있도록 한 것이다.The present invention has been invented to solve the above problems, the purpose of the vehicle test evaluation through real-time vehicle analysis program by providing a virtual reality of feeling as if driving on a real vehicle without driving a real car directly And to facilitate the analysis.
도 1은 본 발명에 따른 드라이빙 시뮬레이터 시스템의 개략적인 구성도.1 is a schematic configuration diagram of a driving simulator system according to the present invention.
상기와 같은 목적을 실현하기 위한 본 발명은 가상 현실로 시험 분석되는 차량 모델이 안치되는 로딩장치와, 차량 모델에서 운전자가 조작하는 각종 신호를 수신하여 시험 진행을 위한 해당 장치에 전송하는 제어힘 로딩시스템과, 상기 제어힘 로딩시스템에서 전송되는 차량 모델의 각종 신호를 설정된 수학적인 모델 및 실시간 시뮬레이션 모델을 통한 분석으로 차량의 상태를 실시간적으로 계산한 다음 제반적인 가상 현실 시험을 진행하는 차량 동역학 시스템과, 상기 차량 동역학 시스템에서 전송되는 정보를 설정된 알고리즘을 통해 분석하여 차량의 거동 조건을 연산하는 운동 시스템과, 상기 운동 시스템에서 인가되는 거동 조건에 따라 구동되는 운동 플랫폼과, 가상 현실 시험 중 차량에 관련되는 각종 소리를 스피커를 통해 재현시키는 청각 시스템과, 가상 현실 공간의 주행 환경을 재현하여 주는 시각 시스템과, 시각 시스템에서 인가되는 신호에 따라 전후방의 주행 환경을 스크린을 통해이미지로 재현시키는 이미지 제너레이터와, 상기한 각각의 장치를 온라인 접속하여 장치간 시뮬레이션에 필요한 제반적인 정보를 인터페이스하는 네트워크 및, 가상 현실로 진행되는 차량 모델의 시험 결과를 모니터링하여 그 결과 데이터 저장하는 모니터링 시스템을 포함하는 것을 특징으로 하는 드라이빙 시뮬레이션 시스템을 제공한다.The present invention for realizing the above object is a loading device in which the vehicle model to be tested and analyzed in virtual reality, and a control force loading to receive various signals manipulated by the driver in the vehicle model and transmit them to the corresponding device for the test progress Vehicle dynamics system that calculates the state of the vehicle in real time by analyzing various signals of the vehicle model transmitted from the system and the control force loading system through a set mathematical model and a real-time simulation model, and then conducts a virtual reality test. And a motion system for analyzing the information transmitted from the vehicle dynamics system through a set algorithm, calculating a motion condition of the vehicle, a motion platform driven according to the motion condition applied from the motion system, and a vehicle during a virtual reality test. Acoustic poetry that reproduces the various sounds associated with a speaker The system, a visual system that reproduces the driving environment of the virtual reality space, an image generator for reproducing the front and rear driving environment as an image on the screen according to a signal applied from the visual system, and each of the above-mentioned devices online The present invention provides a driving simulation system comprising a network interfaceing general information required for device-to-device simulation, and a monitoring system for monitoring test results of a vehicle model in virtual reality and storing the result data.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 일 실시예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1에서 알 수 있는 바와 같이 본 발명에 따른 드라이빙 시뮬레이터 시스템은 로딩장치(10)와, 제어힘 로딩시스템(20), 차량 동역학 시스템(30), 운동 시스템(40), 청각 시스템(50), 시각 시스템(60), 모니터링 시스템(70), 운동 플랫폼(80), 제1,제2 이미지 제너레이터(90A)(90B), 제1,제2 스크린(100A)(100B) 및 네트워크(120)로 이루어지는데, 로딩장치(10)는 가상 현실 조건으로 시험되는 차량 모델(A)이 안치되고, 제어힘 로딩시스템(20)은 차량 모델(A)에서 운전자가 조작하는 각종 신호(가속페달의 구동 변위, 브레이크 페달의 구동, 이그니션 키의 접점, 변속단 선택 위치, 조향 휠의 각도 변위)를 수신한 다음 각각의 조건에 대하여 가상 현실 시험 진행을 수행시켜주는 해당 장치측에 전송한다.As can be seen in FIG. 1, the driving simulator system according to the present invention includes a loading device 10, a control force loading system 20, a vehicle dynamics system 30, an exercise system 40, an auditory system 50, To vision system 60, monitoring system 70, exercise platform 80, first and second image generators 90A and 90B, first and second screens 100A and 100B and network 120. The loading device 10 includes a vehicle model A, which is tested under virtual reality conditions, and the control force loading system 20 controls various signals (driving displacement of the accelerator pedal) that the driver operates in the vehicle model A. Drive of the brake pedal, the contact of the ignition key, the position of the shift stage selection, and the angular displacement of the steering wheel) and transmit it to the side of the device in which the virtual reality test proceeds for each condition.
차량 동역학 시스템(30)은 설정된 차량의 수학적인 모델 및 실시간 시뮬레이션 모델을 통하여 차량의 상태를 실시간적으로 계산한 다음 계산된 결과를 네트워크(120)를 통해 다른 시험 진행 장치측에 전송하며, 제어힘 로딩시스템(20)을 통해 시험 모델(A)내의 클러쉬 패널에 차량의 속도나 RPM 등 운전자가 필요한 정보를 실시간으로 나타나게 하여 준다.The vehicle dynamics system 30 calculates the state of the vehicle in real time through the mathematical model and the real-time simulation model of the vehicle, and transmits the calculated result to another test proceeding device through the network 120. Through the loading system 20, the driver's information such as the speed or RPM of the vehicle is displayed in real time on the clash panel in the test model (A).
운동 시스템(40)은 'Inverse Kinematics'와 'Washout' 알고리즘을 통해 실제 차량 거동을 파악한 다음 운동 플랫폼(80)을 어떻게 움직여야 하는지를 연산하여 연산된 결과로 운동 플랫폼(80)을 동작시켜 준다.The exercise system 40 determines the actual vehicle behavior through 'Inverse Kinematics' and 'Washout' algorithms, and then calculates how to move the exercise platform 80 to operate the exercise platform 80 as a calculated result.
청각 시스템(50)은 시험되는 가상 현실 상에서 차량에 관련되는 각종 소리(소음 포함), 즉 차량의 엔진 시동음과 주행음, 그리고 교행하는 차량이 있는 경우 교행음, 주변의 소음 등 모든 소리를 스피커(SPK)를 통해 재현시켜 운전자가 실제로 차를 타고 주행하는 듯한 느낌을 같게 하여 준다.The auditory system 50 is a speaker (SPK) for all sounds (including noise) related to the vehicle in the virtual reality to be tested, that is, the engine start sound and the driving sound of the vehicle, and, in the case of a vehicle that is traveling, the intersection sound and the ambient noise. ) To make the driver feel as if he is actually driving in a car.
시각 시스템(60)은 가상 현실 기술을 사용하여 운전자가 현재 주행하고 있는 모든 환경, 즉 도로, 건물, 나무, 교행하는 차량 등을 재현하여 준다.The visual system 60 uses virtual reality technology to reproduce all environments in which the driver is currently driving, such as roads, buildings, trees, and traveling vehicles.
모니터링 시스템(70)은 모든 시스템의 정보를 수신하여 차량 상태를 감시하거나 차량의 위치 및 운전자가 조작하는 모든 것을 감시 혹은 데이터로 저장하는 역할을 수행하며, 각종 신호처리에 대한 전처리 및 후처리를 수행하는 시험 진행에서의 관측과 제어 및 데이터 수집 기능을 수행한다.The monitoring system 70 monitors the vehicle status by receiving information of all systems or monitors the location of the vehicle and everything that the driver operates as data or stores data, and performs pre- and post-processing for various signal processing. Perform observation, control and data collection functions during the test.
운동 플랫폼(80)은 운동 시스템(40)에서 인가되는 제어신호에 따라 X축과 Y축 및 Z축으로 동작되어 로딩장치(10)에 안치되어 있는 차량 모델(A)에 탑승하고 있는 운전자에서 실제 차량에서 느끼는 롤링(Rolling)과 피칭(Pitching) 및 요잉(Yawing) 등의 모든 운동을 느낄 수 있도록 하여 준다.The exercise platform 80 is operated by the X-axis, the Y-axis and the Z-axis according to the control signal applied from the exercise system 40 so that the exercise platform 80 is actually mounted on the vehicle model A placed in the loading device 10. It allows you to feel all the movements such as rolling, pitching and yawing in the vehicle.
제1이미지 제너레이터(90A)는 시각 시스템(60)에서 인가되는 정보에 따라 전방 스크린(100A)을 통해 가상 현실로 주행되어지는 전방 도로 및 주변의 화면을 재현시켜 운전자가 전방 상황을 관측할 수 있도록 하여주고, 제2이미지 제너레이터(90B)는 시각 시스템(60)에서 인가되는 정보에 따라 후방 스크린(100B)을 통해 가상 현실로 주행되어지는 도로의 후방 화면을 재현시켜 운전자가 룸미러나 사이드 미러를 통해 후방 시야를 관측할 수 있도록 한다.The first image generator 90A reproduces the front road and the surrounding screen driven in the virtual reality through the front screen 100A according to the information applied from the visual system 60 so that the driver can observe the front situation. The second image generator 90B reproduces the rear screen of the road that is driven to the virtual reality through the rear screen 100B according to the information applied from the visual system 60, so that the driver may use the rearview mirror or the side mirror. This allows the rear view to be observed.
네트워크(120)는 상기한 각각의 장치를 접속하여 장치간 시뮬레이션에 필요한 제반적인 정보의 인터페이스를 제공한다.The network 120 connects each of the above devices to provide an interface of general information necessary for the inter-device simulation.
상기한 바와 같은 기능을 포함하는 구성으로부터 차량의 드라이빙 시뮬레이션을 수행하는 동작은 다음과 같다.The operation of performing the driving simulation of the vehicle from the configuration including the function as described above is as follows.
시험자가 로딩장치(10)에 실차의 조건과 동일하게 제작되어 있는 차량 모델(A)안에서 실차를 운전하듯이 모의 운전을 하게 되면 운전자가 조작하는 이그니션 키의 트리거 동작과 가속페달의 구동 변위, 브레이크 페달의 구동 여부 및 구동 변위, 변속단 선택, 조향휠의 조작 등 운전과정에서 이루어지는 제반적인 신호는 제어힘 로딩시스템(20)을 통해 검출된 다음 차량 동역학 시스템(30)에 인가된다.When the tester simulates the vehicle in the vehicle model (A), which is manufactured in the same manner as the actual vehicle condition in the loading device 10, the driver operates the ignition key triggered by the driver, the driving displacement of the accelerator pedal, and the brake. General signals generated during the driving process, such as whether the pedal is driven and the driving displacement, the shift stage selection, the steering wheel operation, are detected through the control force loading system 20 and then applied to the vehicle dynamics system 30.
차량 동역학 시스템(30)은 모의 운전 과정에서 운전자의 조작에 의해 검출되는 제반적인 신호를 설정된 수학적인 모델 및 실시간 시뮬레이션 모델을 이용하여 차량의 상태를 실시간적으로 계산한 다음 계산된 결과를 네트워크(120)를 통해 접속되어 있는 다른 시스템에 전송하며, 동시에 제어힘 로딩시스템(20)을 통해 모델 차량(A)에 전송하여 클러쉬 패널상에 현재의 차량 속도와 RPM 등의 정보를 실시간적으로 지시하여 운전자에게 통지하여 준다.The vehicle dynamics system 30 calculates the state of the vehicle in real time using a mathematical model and a real-time simulation model of the general signals detected by the driver's operation in the simulation driving process, and then calculates the calculated results in the network 120. To other connected systems, and at the same time to the model vehicle (A) through the control force loading system 20 to indicate in real time the current vehicle speed and RPM on the crush panel Notify the driver.
또한, 네트워크(120)를 통해 차량 동역학 시스템(30)으로부터 현재의 차량 상태 정보를 제공받은 운동 시스템(40)은 'Inverse Kinematics' 와 'Washout' 알고리즘을 통해 현재의 차량 상태 정보를 분석하여 차량의 거동 상태를 연산한 다음 연산된 결과로 운동 플랫폼(80)을 구동시켜 차량 모델(A)에 앉아 있는 운전자가 실제 차량의 주행과정에서 느끼는 롤링과 피칭 및 요잉 등의 운동을 느낄 수 있도록 제어하며, 운동 플랫폼(80)의 구동 과정에서 검출되는 위치정보를 피드백 검출 분석하여 정밀 제어가 수행될 수 있도록 한다.In addition, the exercise system 40 that receives the current vehicle status information from the vehicle dynamics system 30 through the network 120 analyzes the current vehicle status information through 'Inverse Kinematics' and 'Washout' algorithms. After calculating the behavior and driving the motion platform 80 as a result of the calculation, the driver sitting in the vehicle model A is controlled to feel the motion such as rolling, pitching, and yawing during the actual driving process of the vehicle. Feedback detection and analysis of the position information detected in the driving process of the exercise platform 80 allows precise control to be performed.
또한, 차량 동역학 시스템(30)으로부터 네트워크(120)를 통해 가상 시험되고 있는 차량의 상태정보를 수신한 청각 시스템(50)은 차량의 운행에서 발생되는 소음을 포함하는 각종 소리, 즉 차량의 시동음과 주행음, 교행하는 차량이 있는 경우 교행음 등 모든 소리를 스피커(SPK)를 통해 재현시켜 차량 모델(A)에 앉아 있는 운전자가 실제로 차를 운전하고 주행하는 듯한 느낌을 같게 하여 준다.In addition, the auditory system 50 that receives the state information of the vehicle under virtual test from the vehicle dynamics system 30 through the network 120 includes various sounds including noise generated in the driving of the vehicle, that is, the start sound of the vehicle. If there is a driving sound or a vehicle crossing, all sounds such as the driving sound are reproduced through the speaker SPK, so that the driver sitting in the vehicle model A feels as if the driver is actually driving and driving.
또한, 차량 동역학 시스템(30)으로부터 네트워크(120)를 통해 가상 시험되고 있는 차량의 상태정보를 수신한 시각 시스템(60)은 설정된 가상 현실 기술을 사용하여 제1,제2 이미지 제너레이터를 통해 운전자가 주행하고 있는 모든 환경, 즉 도로, 건물, 나무, 교행 차량 등을 재현시켜 운전자가 실제로 차를 운전하는 듯한 느낌을 갖게 하여 준다.In addition, the visual system 60, which receives the state information of the vehicle under virtual test from the vehicle dynamics system 30 through the network 120, uses the set virtual reality technology to drive the driver through the first and second image generators. It reproduces all the driving environments, such as roads, buildings, trees and road vehicles, to give the driver the feeling of actually driving a car.
즉, 시각 시스템(60)은 제1이미지 제너레이터(90A)를 통해 전방 스크린(100A)상에 가상 현실로 주행되어지는 전방 도로 및 주변의 화면을 재현시켜 운전자가 전방 상황을 관측할 수 있도록 하여주고, 제2이미지 제너레이터(90B)를통해 후방 스크린(100B)상에 가상 현실로 주행되어지는 도로의 후방 화면을 재현시켜 운전자가 룸미러나 사이드 미러를 통해 후방 시야를 관측할 수 있도록 한다.That is, the visual system 60 reproduces the front road and the surrounding screen that are driven in the virtual reality on the front screen 100A through the first image generator 90A so that the driver can observe the front situation. In addition, the rear image of the road that is driven in the virtual reality on the rear screen 100B through the second image generator 90B may be reproduced so that the driver may observe the rear view through the rearview mirror or the side mirror.
상기와 같이 가상 현실의 시뮬레이션이 진행되는 상태에서 모니터링 시스템(70)은 네트워크(120)를 통해 차량 상태를 감시하거나 차량의 위치 및 운전자가 조작하는 모든 것을 감시함과 동시에 수집되는 데이터를 저장하여 시험 결과의 분석에 활용할 수 있도록 하여 준다.As described above, while the simulation of the virtual reality is in progress, the monitoring system 70 monitors the state of the vehicle through the network 120 or monitors the position of the vehicle and everything that the driver manipulates, and simultaneously stores and collects data collected. It can be used to analyze the results.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은 차량의 실차 시험과 동일한 조건으로 가상 현실의 시험을 제공하므로, 실차 시험이 매우 어려운 각종 신기술의 개발시 실차 시험 대용으로 활용하고, ITS(Intelligent Transportation System)관련 신기술 및 장애인이나 노약자의 운전 거동 등을 연구하거나 완전히 새로운 차량 시스템의 개발시 혹은 적용시 운전자의 반응 연구에 효율적으로 활용한다.As described above, the present invention provides a test of virtual reality under the same conditions as a vehicle test of a vehicle, and thus, can be used as a substitute for a vehicle test in the development of various new technologies, which are very difficult to test a vehicle, and new technologies related to Intelligent Transportation System (ITS) and It is used to study the driving behavior of the handicapped or the elderly, and to study the driver's reaction when developing or applying a completely new vehicle system.
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