專(zhuān)利名稱(chēng)：一種人-車(chē)-路環(huán)境駕駛模擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及駕駛模擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，特別是研究人-車(chē)-路交通環(huán)境的駕駛模擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
道路交通問(wèn)題，其實(shí)質(zhì)就是人、車(chē)、路(交通環(huán)境)的關(guān)系問(wèn)題，三者之間有著深刻的內(nèi)涵關(guān)系。這里的人指駕駛員，也指行人；車(chē)可指一輛車(chē)也可指多輛車(chē)。長(zhǎng)期以來(lái)，在汽車(chē)或交通領(lǐng)域，主要的研究方式是”開(kāi)環(huán)”式的，即研究車(chē)時(shí)較少考慮人和環(huán)境對(duì)車(chē)的影響；而在研究道路時(shí)又較少考慮車(chē)輛和人的因素。而人、車(chē)、路(環(huán)境)其實(shí)是一個(gè)整體的系統(tǒng)，研究該系統(tǒng)之間的協(xié)調(diào)關(guān)系才是解決交通問(wèn)題的關(guān)鍵。人、車(chē)、路(環(huán)境)系統(tǒng)最大的一個(gè)特點(diǎn)在于其對(duì)象總是處于動(dòng)態(tài)的過(guò)程中，變化多，情況復(fù)雜，用統(tǒng)計(jì)的研究方法，工作量大、費(fèi)時(shí)費(fèi)力，有時(shí)很難以掌握和處理好三者之間的關(guān)系。利用駕駛模擬系統(tǒng)對(duì)“人-車(chē)-路”交通安全、駕駛員行為特征、智能交通、汽車(chē)動(dòng)力學(xué)等問(wèn)題的研究 ，是近年來(lái)國(guó)際上的一個(gè)主要發(fā)展方向。國(guó)外在這方面進(jìn)行過(guò)很多研究。八十年代以來(lái)，德國(guó)、瑞典、日本、美國(guó)和英國(guó)都先后分別投資建立了汽車(chē)駕駛模擬或交通模擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。交通駕駛模擬系統(tǒng)有著廣泛的應(yīng)用前景。首先，它使車(chē)輛或交通系統(tǒng)的設(shè)計(jì)從傳統(tǒng)的開(kāi)環(huán)設(shè)計(jì)走向閉環(huán)設(shè)計(jì)；其次是交通設(shè)計(jì)的觀念從“使人適應(yīng)交通”向“使交通適應(yīng)人的能力范圍”轉(zhuǎn)變。同時(shí)，還推動(dòng)了駕駛員控制行為規(guī)律研究的深入開(kāi)展。目前，市場(chǎng)上的駕駛模擬系統(tǒng)，包括國(guó)外的駕駛模擬產(chǎn)品，以用于駕駛員培訓(xùn)的模擬器居多，有的用于研究的模擬器也是從培訓(xùn)型的模擬器改造而成的。許多用于研究的駕駛模擬器的使用范圍非常有限，表現(xiàn)在一是系統(tǒng)提供的建模和運(yùn)算能力較弱；另一個(gè)主要原因是系統(tǒng)的開(kāi)放程度較低，即用戶(hù)建立自主模型的方法受限。例如，用于研究道路交通工程評(píng)價(jià)的駕駛模擬器必須具有極強(qiáng)的建模和動(dòng)態(tài)場(chǎng)景的構(gòu)建能力，而大多數(shù)駕駛模擬器的場(chǎng)景是事先給定的模式，有的雖然可以白建模型，但過(guò)程復(fù)雜、限制多、功能不全，不具備完全開(kāi)放的功能，或開(kāi)放程度極低，因此難以實(shí)現(xiàn)對(duì)道路交通評(píng)價(jià)對(duì)象的真實(shí)建模。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種人-車(chē)-路交通環(huán)境的駕駛模擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，極大地提高了系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性和圖像運(yùn)動(dòng)的平滑性，使該系統(tǒng)具備了處理大場(chǎng)景的能力，因而顯著提高了系統(tǒng)的應(yīng)用范圍。本發(fā)明的系統(tǒng)主要由駕駛艙、汽車(chē)動(dòng)力學(xué)模型及聲響、圖像生成、動(dòng)態(tài)交通模擬、 圖像投影、集成控制等六大子系統(tǒng)組成。其中駕駛艙系統(tǒng)采集駕駛員的各種操作信息并將其傳送給汽車(chē)動(dòng)力學(xué)模型系統(tǒng)；汽車(chē)動(dòng)力學(xué)模型系統(tǒng)運(yùn)算出汽車(chē)的瞬間位置及運(yùn)動(dòng)姿態(tài)參數(shù)，并將其傳送給圖像生成系統(tǒng)。同時(shí)，汽車(chē)動(dòng)力學(xué)模型系統(tǒng)根據(jù)駕駛員的操作信息調(diào)用相應(yīng)的音頻文件通過(guò)聲響系統(tǒng)播放出來(lái)；圖像生成系統(tǒng)根據(jù)汽車(chē)動(dòng)力學(xué)模型系統(tǒng)和動(dòng)態(tài)交通模擬系統(tǒng)提供的相應(yīng)參數(shù)生成與車(chē)輛運(yùn)動(dòng)相對(duì)應(yīng)的、連續(xù)變化的動(dòng)態(tài)道路交通場(chǎng)景。最后通過(guò)圖像投影系統(tǒng)將動(dòng)態(tài)道路交通場(chǎng)景投射到駕駛艙正前方的屏幕上。而集成控制系統(tǒng)則是控制駕駛艙、汽車(chē)動(dòng)力學(xué)模型及聲響、圖像生成、動(dòng)態(tài)交通模擬和圖像投影等子系統(tǒng)。系統(tǒng)的工作原理如下(I)由駕駛員工作艙產(chǎn)生駕駛操縱信號(hào)，通過(guò)傳感及電路系統(tǒng)將采集的信號(hào)傳遞給汽車(chē)動(dòng)力學(xué)模型系統(tǒng)；(2)汽車(chē)動(dòng)力學(xué)模型根據(jù)操縱信號(hào)進(jìn)行仿真運(yùn)算得到車(chē)輛運(yùn)動(dòng)參數(shù)輸出至圖像生成系統(tǒng)，同時(shí)將模擬聲音輸出至音響系統(tǒng)；(3)圖像生成系統(tǒng)根據(jù)車(chē)輛運(yùn)動(dòng)參數(shù)生成駕駛員的視景圖像，輸出至投影系統(tǒng)；(4)以此同時(shí)，其它機(jī)動(dòng)車(chē)流、非機(jī)動(dòng)車(chē)、行人等由交通動(dòng)態(tài)模擬系統(tǒng)生成，并傳入圖像生成系統(tǒng)與道路交通的靜態(tài)視景圖像融為一體；(5)投影系統(tǒng)將視景圖像投射到駕駛艙前面的屏幕上；(6)駕駛員根據(jù)屏幕上的道路交通虛擬圖像駕駛車(chē)輛，產(chǎn)生新的操縱信息，使駕駛艙、電路系統(tǒng)、汽車(chē)動(dòng)力學(xué)模型系統(tǒng)、圖像生成系統(tǒng)、音響系統(tǒng)和投影系統(tǒng)產(chǎn)生的信息形成閉環(huán)。所有這些過(guò)程都實(shí)時(shí)發(fā)生，以產(chǎn)生連續(xù)變化的圖像，從而給駕駛員一個(gè)接近真實(shí)的駕車(chē)感覺(jué)。本發(fā)明內(nèi)容主要體現(xiàn)在分布式及模塊化組合的建設(shè)方案，使得系統(tǒng)的開(kāi)放性、可開(kāi)發(fā)性得到最大體現(xiàn)，具體表現(xiàn)在
(1)分布式計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)；
(2)汽車(chē)動(dòng)力學(xué)模型及模塊化；
(3)道路交通虛擬場(chǎng)景模塊化快速生成；
(4)動(dòng)態(tài)交通模塊化實(shí)時(shí)加載；
(5)駕駛員行為與駕駛效果的一體化監(jiān)測(cè)。本發(fā)明的有益效果是，采用分布式及模塊化組合的道路交通仿真系統(tǒng)建設(shè)方案最大的優(yōu)點(diǎn)是開(kāi)放性好，功能擴(kuò)展性強(qiáng)。由于車(chē)輛動(dòng)力學(xué)模型及仿真、道路交通靜態(tài)模型、 圖像驅(qū)動(dòng)引擎、交通動(dòng)態(tài)模型和仿真等都是獨(dú)立運(yùn)行，使得系統(tǒng)功能的開(kāi)放性和擴(kuò)展性顯著提高；其次，由于數(shù)據(jù)采集、汽車(chē)動(dòng)力學(xué)模型計(jì)算、圖像生成、動(dòng)態(tài)交通模型計(jì)算等具有實(shí)時(shí)性強(qiáng)、計(jì)算量大的工作是通過(guò)網(wǎng)絡(luò)并行運(yùn)算，極大地提高了系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性和圖像運(yùn)動(dòng)的平滑性，使該系統(tǒng)具備了處理大場(chǎng)景的能力，因而顯著提高了系統(tǒng)的應(yīng)用范圍。
以下結(jié)合附圖
和具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。圖I是本發(fā)明的模擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖。圖2是本發(fā)明的分布式計(jì)算機(jī)C / S網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)框圖。圖3是本發(fā)明的汽車(chē)模型結(jié)構(gòu)圖(汽車(chē)面向?qū)ο蟮哪Ｐ徒Y(jié)構(gòu))。圖4是本發(fā)明的動(dòng)態(tài)交通實(shí)時(shí)加載結(jié)構(gòu)框圖。圖5是本發(fā)明的駕駛員視頻監(jiān)視示意圖。圖6是本發(fā)明的駕駛員行為及駕駛效果的一體化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明的模擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)主要由駕駛艙、汽車(chē)動(dòng)力學(xué)模型及聲響、圖像生成、動(dòng)態(tài)交通模擬、圖像投影、集成控制等六大子系統(tǒng)組成；其中駕駛艙系統(tǒng)采集駕駛員的各種操作信息并將其傳送給汽車(chē)動(dòng)力學(xué)模型系統(tǒng)；汽車(chē)動(dòng)力學(xué)模型系統(tǒng)運(yùn)算出汽車(chē)的瞬間位置及運(yùn)動(dòng)姿態(tài)參數(shù)，并將其傳送給圖像生成系統(tǒng)。同時(shí)，汽車(chē)動(dòng)力學(xué)模型系統(tǒng)根據(jù)駕駛員的操作信息調(diào)用相應(yīng)的音頻文件通過(guò)聲響系統(tǒng)播放出來(lái)；圖像生成系統(tǒng)根據(jù)汽車(chē)動(dòng)力學(xué)模型系統(tǒng)和動(dòng)態(tài)交通模擬系統(tǒng)提供的相應(yīng)參數(shù)生成與車(chē)輛運(yùn)動(dòng)相對(duì)應(yīng)的、連續(xù)變化的動(dòng)態(tài)道路交通場(chǎng)景。最后通過(guò)圖像投影系統(tǒng)將動(dòng)態(tài)道路交通場(chǎng)景投射到駕駛艙正前方的屏幕上。而集成控制系統(tǒng)則是控制駕駛艙、汽車(chē)動(dòng)力學(xué)模型及聲響、圖像生成、動(dòng)態(tài)交通模擬和圖像投影等子系統(tǒng)。系統(tǒng)的軟硬件組織網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖I所示。以下分別說(shuō)明各部分的構(gòu)成
(I)分布式計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)本仿真系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖2，它由8臺(tái)計(jì)算機(jī)組成。是一個(gè)小型的client / server結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng),其中的主控計(jì)算機(jī)作為服務(wù)器,其余作為客戶(hù)端計(jì)算機(jī)，包括數(shù)據(jù)采集計(jì)算機(jī)、交通模型計(jì)算機(jī)、汽車(chē)動(dòng)力學(xué)模型計(jì)算機(jī)、4臺(tái)圖形計(jì)算機(jī)，信息通過(guò)IOOM/ 1000M高速局域網(wǎng)交換。所有計(jì)算機(jī)各自獨(dú)立并行計(jì)算，網(wǎng)絡(luò)通信均通過(guò)主控計(jì)算機(jī)(服務(wù)器端)進(jìn)行收發(fā)首先，服務(wù)器接收來(lái)自數(shù)據(jù)采集機(jī)的駕駛員駕駛操作參數(shù)，并發(fā)送駕駛操作參數(shù)到汽車(chē)動(dòng)力學(xué)模型機(jī)；其次，服務(wù)器收到來(lái)自汽車(chē)動(dòng)力學(xué)模型計(jì)算機(jī)的模型計(jì)算完成的車(chē)輛位置、姿態(tài)等參數(shù)；與此同時(shí)，服務(wù)器接收來(lái)自交通模型計(jì)算機(jī)的動(dòng)態(tài)交通流等數(shù)據(jù)；然后，服務(wù)器發(fā)送模擬器位置、姿態(tài)以及動(dòng)態(tài)交通環(huán)境參數(shù)等到4 臺(tái)圖形計(jì)算機(jī)，同步實(shí)時(shí)更新，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)三維動(dòng)態(tài)仿真。(2)汽車(chē)動(dòng)力學(xué)模型及模塊化汽車(chē)動(dòng)力學(xué)模型計(jì)算是駕駛模擬器“運(yùn)動(dòng)”的核心部分，在駕駛過(guò)程中，車(chē)輛(模擬器)的所有運(yùn)動(dòng)都是通過(guò)汽車(chē)動(dòng)力學(xué)模型計(jì)算獲得的。 汽車(chē)動(dòng)力學(xué)模型計(jì)算的輸入信息來(lái)自上位的駕駛艙傳感器系統(tǒng)，輸出信息(計(jì)算結(jié)果)輸入到下位 的道路交通視景生成系統(tǒng)。考慮到模擬器能較全面地反映出汽車(chē)的操縱和運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，車(chē)輛模型采用12個(gè)自由度的動(dòng)力學(xué)模型，包括發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)、離合器的工作過(guò)程、車(chē)輛的縱向位移、橫向位移、車(chē)身的側(cè)傾、縱傾、橫擺、四個(gè)車(chē)輪的轉(zhuǎn)動(dòng)、方向盤(pán)的轉(zhuǎn)角等運(yùn)動(dòng)；此夕卜，還應(yīng)確定模擬車(chē)輛的發(fā)動(dòng)機(jī)的扭矩特性、輪胎的滑移特性和側(cè)偏特性以保證摸擬器在加速、制動(dòng)和轉(zhuǎn)向時(shí)的真實(shí)性。在模型計(jì)算中，采用面向?qū)ο蟮姆椒ǎ雅c車(chē)輛運(yùn)動(dòng)模型相關(guān)的總成獨(dú)立出來(lái)，如圖3，建立了包括車(chē)身、發(fā)動(dòng)機(jī)、底盤(pán)和操縱機(jī)構(gòu)四個(gè)系統(tǒng)。其中，操縱機(jī)構(gòu)包括制動(dòng)踏板、變速器、離合器踏板、油門(mén)踏板、方向盤(pán)等5個(gè)子系統(tǒng)；底盤(pán)部分包含 傳動(dòng)系、離合器、轉(zhuǎn)向系、制動(dòng)系、懸架系、車(chē)輪等6個(gè)子系統(tǒng)。(3)道路交通虛擬場(chǎng)景模塊化快速生成為快速生成道路交通虛擬場(chǎng)景，系統(tǒng)設(shè)計(jì)了可開(kāi)發(fā)的模型庫(kù)、紋理庫(kù)，并提供了開(kāi)放接口的可視化數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)。通過(guò)調(diào)用模型的索引號(hào)、紋理號(hào)及模型參數(shù)即可實(shí)現(xiàn)任何復(fù)雜模型的繪制，虛擬場(chǎng)景數(shù)據(jù)存儲(chǔ)紋理號(hào)、模型號(hào)、 模型參數(shù)等信息，是一系列模型的集合。開(kāi)放的數(shù)據(jù)接口、簡(jiǎn)單明了的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，使得用戶(hù)可以自編軟件快速生成符合可視化數(shù)據(jù)接口標(biāo)準(zhǔn)的道路交通虛擬場(chǎng)景。同時(shí)，系統(tǒng)還提供豐富的場(chǎng)景模塊庫(kù)，場(chǎng)景模塊庫(kù)由一系列模型有機(jī)組合，具有通用性并實(shí)現(xiàn)完整功能的模型集合，如高速公路場(chǎng)景模塊，可由道路模型、護(hù)欄模型、交通標(biāo)志模型等集合而成，道路交通虛擬場(chǎng)景模塊化，就是為了快速生成虛擬場(chǎng)景，運(yùn)用系統(tǒng)觀點(diǎn)，研究道路交通系統(tǒng)的特點(diǎn)，用分解和組合的方法，建立場(chǎng)景模塊庫(kù)，并運(yùn)用模塊組合成全新虛擬場(chǎng)景的過(guò)程。建模方法打開(kāi)道路交通虛擬場(chǎng)景，選擇適合組合在一起的模型系列，定義模塊名稱(chēng)及模塊接口參數(shù)，輸出模塊。組合方法(使用模塊)選擇基礎(chǔ)場(chǎng)景模塊，加載需要的交通場(chǎng)景功能模塊(一個(gè)或多個(gè))，利用三維場(chǎng)景的平移、旋轉(zhuǎn)、縮放的組合變換，使得加載的模塊與基礎(chǔ)場(chǎng)景無(wú)縫連接，完成道路交通虛擬場(chǎng)景建模。場(chǎng)景模塊庫(kù)是完全開(kāi)放的，除了系統(tǒng)提供的大量模塊外，用戶(hù)可自由增減場(chǎng)景模塊，不斷豐富場(chǎng)景模塊庫(kù)。豐富的場(chǎng)景模塊庫(kù)，模塊化的建模思想，為快速生成道路交通虛擬場(chǎng)景提供了條件與方法。(4)動(dòng)態(tài)交通模塊化實(shí)時(shí)加載動(dòng)態(tài)交通是交通模擬系統(tǒng)的重要組成部分，本功能模塊能夠?qū)崟r(shí)生成符合一定分布規(guī)律的交通流、以及滿(mǎn)足特定情節(jié)的交通流。動(dòng)態(tài)交通模塊提供完全開(kāi)放的接口，接口參數(shù)主要包括控制參數(shù)、運(yùn)動(dòng)規(guī)律參數(shù)?？刂茀?shù)用于確定交通流的特性等，包括交通流三參數(shù)流量、速度、密度，觸發(fā)方式(主要有觸發(fā)區(qū)觸發(fā)、距離觸發(fā)、時(shí)間觸發(fā)三種方式，控制車(chē)輛是否啟動(dòng))。運(yùn)動(dòng)規(guī)律參數(shù)用于指定車(chē)輛的運(yùn)行軌跡及運(yùn)行速度，也可以只指定初始位置，然后自動(dòng)搜索路徑，并根據(jù)交通模型加速、減速。開(kāi)放的接口可實(shí)現(xiàn)對(duì)目前國(guó)內(nèi)外著名仿真軟件交通流的再現(xiàn)，如由VISSIM仿真軟件生成的交通流。動(dòng)態(tài)交通模塊根據(jù)預(yù)設(shè)的控制參數(shù)、運(yùn)行規(guī)律參數(shù)以及模擬汽車(chē)的狀態(tài)參數(shù)，實(shí)時(shí)計(jì)算動(dòng)態(tài)交通各個(gè)個(gè)體(車(chē)輛或行人)的運(yùn)動(dòng)參數(shù)，實(shí)時(shí)更新交通流個(gè)體的位置等狀態(tài)。交通動(dòng)態(tài)模型與道路虛擬場(chǎng)景的關(guān)系如圖4所示。道路虛擬場(chǎng)景由靜態(tài)視景模型、動(dòng)態(tài)視景模型、外部交通流仿真接口加載后驅(qū)動(dòng)。其中靜態(tài)視景模型由三維視景編輯器建立；動(dòng)態(tài)視景模型由動(dòng)態(tài)交通行為算法或軌跡數(shù)據(jù)提供數(shù)據(jù)外部交通流仿真接口由相關(guān)微觀仿真軟件提供數(shù)據(jù)。(5)駕駛員行為與駕駛效果的一體化監(jiān)測(cè)在駕駛員工作艙中安裝駕駛員面部、 手部及腳部的視頻監(jiān)測(cè)裝置，全程記錄汽車(chē)模擬駕駛試驗(yàn)過(guò)程中駕駛員的面部表情、手腳操縱情況；以此為研究駕駛員在各種駕駛條件下的操縱行為與駕駛效果提供依據(jù)。一體化監(jiān)測(cè)由帶紅外光的工業(yè)用彩色CXD攝像機(jī)、視頻轉(zhuǎn)換裝置、語(yǔ)音對(duì)講器和硬盤(pán)錄音錄像機(jī)設(shè)備來(lái)實(shí)現(xiàn)。通過(guò)安裝在駕駛員工作艙中的三臺(tái)帶紅外光的工業(yè)用彩色 C⑶攝像機(jī)來(lái)記錄駕駛員的駕駛行為，這三臺(tái)攝像機(jī)分別安裝于副駕駛座位前方的儀表臺(tái)、副駕駛座位左后上方的車(chē)頂和檔位拉桿旁，分別用來(lái)監(jiān)視駕駛員的面部表情、駕駛員的手部操作和駕駛員的腳部動(dòng)作。駕駛員工作艙內(nèi)光線一般較暗，由于帶有紅外光，使得駕駛員的腳部、手部和面部均能看清。通過(guò)視頻轉(zhuǎn)換器將圖像生成系統(tǒng)的視頻輸出信號(hào)轉(zhuǎn)換為BNC接口的視頻信號(hào)與硬盤(pán)錄音錄像機(jī)相連。語(yǔ)音對(duì)講器由兩套分別安裝在駕駛員工作艙中駕駛員座位的上前方的擋風(fēng)玻璃處和中央控制臺(tái)的音箱與麥克風(fēng)組成，并將語(yǔ)音對(duì)講器的輸出音頻連接到硬盤(pán)錄音錄像機(jī)的音頻輸入端進(jìn)行錄音。采用上述的監(jiān)測(cè)方案，可以從多個(gè)角度對(duì)駕駛員在駕駛過(guò)程中的各種駕駛行為和駕駛效果進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，又可以對(duì)監(jiān)控的視頻和音頻信息進(jìn)行同步的長(zhǎng)時(shí)間錄像和錄音，并為進(jìn)一步研究駕駛員的駕駛行為提供必要的資料。同時(shí)， 由于又將圖像生成系統(tǒng)生成的畫(huà)面與駕駛員的相應(yīng)駕駛行為同步錄到一路視頻圖像中，為研究駕駛員在各種虛擬的道路交通場(chǎng)景中的駕駛行為提供了基礎(chǔ)資料。一體化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖5和圖6所示。在駕駛員工作艙I中安裝三臺(tái)帶紅外光的彩色CXD攝像機(jī)。安裝于副駕駛座位前方儀表臺(tái)的攝像機(jī)2連接到硬盤(pán)錄音錄像機(jī)7的第一個(gè)回路對(duì)駕駛員的面部表情進(jìn)行錄像，安裝在副駕駛座位左后上方車(chē)頂?shù)臄z像機(jī)3連接到硬盤(pán)錄音錄像機(jī)7的第二個(gè)回路對(duì)駕駛員的手部動(dòng)作一方向盤(pán)6進(jìn)行錄像，安裝在檔位拉桿旁的攝像機(jī)4連接到硬盤(pán)錄音錄像機(jī)7的第三個(gè)回路對(duì)駕駛員的腳步動(dòng)作進(jìn)行錄像，圖像生成系統(tǒng)計(jì)算機(jī)8的 VGA接口的視頻輸出信號(hào)連接到視頻轉(zhuǎn)換器9后接入硬盤(pán)錄音錄像機(jī)7的第四個(gè)回路對(duì)駕駛員正前方的虛擬視景進(jìn)行錄像，硬盤(pán)錄音錄像機(jī)7的BNC視頻輸出信號(hào)連接到 硬盤(pán)錄音錄像機(jī)的另外一個(gè)回路實(shí)現(xiàn)對(duì)上述四個(gè)通道在一個(gè)畫(huà)面中進(jìn)行錄像，語(yǔ)音對(duì)講器5的音頻輸出連接到硬盤(pán)錄音錄像機(jī)7第一路音頻輸入端實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音錄音。
權(quán)利要求
1.一種人-車(chē)-路環(huán)境駕駛模擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，其特征在于主要由駕駛艙、汽車(chē)動(dòng)力學(xué)模型及聲響、圖像生成、動(dòng)態(tài)交通模擬、圖像投影、集成控制六大子系統(tǒng)組成；其中駕駛艙系統(tǒng)采集駕駛員的各種操作信息并將其傳送給汽車(chē)動(dòng)力學(xué)模型系統(tǒng)；汽車(chē)動(dòng)力學(xué)模型系統(tǒng)運(yùn)算出汽車(chē)的瞬間位置及運(yùn)動(dòng)姿態(tài)參數(shù)，并將其傳送給圖像生成系統(tǒng)，同時(shí)，汽車(chē)動(dòng)力學(xué)模型系統(tǒng)根據(jù)駕駛員的操作信息調(diào)用相應(yīng)的音頻文件通過(guò)聲響系統(tǒng)播放出來(lái)；圖像生成系統(tǒng)根據(jù)汽車(chē)動(dòng)力學(xué)模型系統(tǒng)和動(dòng)態(tài)交通模擬系統(tǒng)提供的相應(yīng)參數(shù)生成與車(chē)輛運(yùn)動(dòng)相對(duì)應(yīng)的、連續(xù)變化的動(dòng)態(tài)道路交通場(chǎng)景，最后通過(guò)圖像投影系統(tǒng)將動(dòng)態(tài)道路交通場(chǎng)景投射到駕駛艙正前方的屏幕上，而集成控制系統(tǒng)則是控制駕駛艙、汽車(chē)動(dòng)力學(xué)模型及聲響、圖像生成、動(dòng)態(tài)交通模擬和圖像投影子系統(tǒng)；通過(guò)分布式的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，模塊化的汽車(chē)動(dòng)力學(xué)模型，道路交通虛擬場(chǎng)景模塊化快速生成，動(dòng)態(tài)交通模塊化實(shí)時(shí)加載，駕駛員行為與駕駛效果的一體化監(jiān)測(cè)，形成人、車(chē)、路的信息環(huán)閉，所有過(guò)程都實(shí)時(shí)發(fā)生，以產(chǎn)生連續(xù)變化的圖像。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的人-車(chē)-路環(huán)境駕駛模擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，其特征在于分布式的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)包含數(shù)據(jù)采集計(jì)算機(jī)、交通模型計(jì)算機(jī)、汽車(chē)動(dòng)力學(xué)模型計(jì)算機(jī)、4臺(tái)圖形計(jì)算機(jī)，信息通過(guò)IOOM / 1000M高速局域網(wǎng)交換，所有計(jì)算機(jī)各自獨(dú)立并行計(jì)算，網(wǎng)絡(luò)通信均通過(guò)主控計(jì)算機(jī)的服務(wù)器端進(jìn)行收發(fā)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的人-車(chē)-路環(huán)境駕駛模擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，其特征在于網(wǎng)絡(luò)通信均通過(guò)主控計(jì)算機(jī)進(jìn)行收發(fā)的過(guò)程是首先，服務(wù)器接收來(lái)自數(shù)據(jù)采集機(jī)的駕駛員駕駛操作參數(shù)，并發(fā)送駕駛操作參數(shù)到汽車(chē)動(dòng)力學(xué)模型機(jī)；其次，服務(wù)器收到來(lái)自汽車(chē)動(dòng)力學(xué)模型計(jì)算機(jī)的模型計(jì)算完成的車(chē)輛位置、姿態(tài)參數(shù)；與此同時(shí)，服務(wù)器接收來(lái)自交通模型計(jì)算機(jī)的動(dòng)態(tài)交通流數(shù)據(jù)；然后，服務(wù)器發(fā)送模擬器位置、姿態(tài)以及動(dòng)態(tài)交通環(huán)境參數(shù)等到4臺(tái)圖形計(jì)算機(jī)，同步實(shí)時(shí)更新，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)三維動(dòng)態(tài)仿真。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的人-車(chē)-路環(huán)境駕駛模擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，其特征在于模塊化的汽車(chē)動(dòng)力學(xué)模型包含建立了包括車(chē)身、發(fā)動(dòng)機(jī)、底盤(pán)和操縱機(jī)構(gòu)四個(gè)系統(tǒng)；其中，操縱機(jī)構(gòu)包括制動(dòng)踏板、變速器、離合器踏板、油門(mén)踏板、方向盤(pán)5個(gè)子系統(tǒng)；底盤(pán)部分包含傳動(dòng)系、離合器、轉(zhuǎn)向系、制動(dòng)系、懸架系、車(chē)輪6個(gè)子系統(tǒng)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的人-車(chē)-路環(huán)境駕駛模擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，其特征在于模塊化的汽車(chē)動(dòng)力學(xué)模型采用12個(gè)自由度的動(dòng)力學(xué)模型，包括發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)、離合器的工作過(guò)程、車(chē)輛的縱向位移、橫向位移、車(chē)身的側(cè)傾、縱傾、橫擺、四個(gè)車(chē)輪的轉(zhuǎn)動(dòng)、方向盤(pán)的轉(zhuǎn)角運(yùn)動(dòng)；并確定模擬車(chē)輛的發(fā)動(dòng)機(jī)的扭矩特性、輪胎的滑移特性和側(cè)偏特性以保證摸擬器在加速、制動(dòng)和轉(zhuǎn)向時(shí)的真實(shí)性。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的人-車(chē)-路環(huán)境駕駛模擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，其特征在于系統(tǒng)提供可開(kāi)發(fā)的模型庫(kù)、紋理庫(kù)，和開(kāi)放接口方法；包括調(diào)用模型的索引號(hào)、紋理號(hào)、模型參數(shù)；所提供的場(chǎng)景模塊庫(kù)由一系列模型有機(jī)組合，且是完全開(kāi)放的，用分解和組合的方法，建立場(chǎng)景豐吳塊庫(kù)。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的人-車(chē)-路環(huán)境駕駛模擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，其特征在于動(dòng)態(tài)交通模塊提供完全開(kāi)放的接口，接口參數(shù)主要包括控制參數(shù)、運(yùn)動(dòng)規(guī)律參數(shù)；開(kāi)放的接口可接受外部交通流仿真軟件的數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)的交通流的仿真。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的人-車(chē)-路環(huán)境駕駛模擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，其特征在于道路交通虛擬場(chǎng)景由靜態(tài)視景模型、動(dòng)態(tài)視景模型、外部交通流仿真接口加載后驅(qū)動(dòng)；其中靜態(tài)視景模型由三維視景編輯器建立；動(dòng)態(tài)視景模型由動(dòng)態(tài)交通行為算法或軌跡數(shù)據(jù)提供數(shù)據(jù)；外部交通流仿真接口由相關(guān)微觀仿真軟件提供數(shù)據(jù)。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的人-車(chē)-路環(huán)境駕駛模擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，其特征在于駕駛員行為與駕駛效果的一體化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，包含在駕駛艙中安裝的對(duì)駕駛員面部、手部及腳部的視頻監(jiān)測(cè)裝置、駕駛效果圖像生成系統(tǒng)、視頻轉(zhuǎn)換器、硬盤(pán)錄音錄像、語(yǔ)音對(duì)講器。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的人-車(chē)-路環(huán)境駕駛模擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，其特征在于在駕駛艙中安裝三臺(tái)帶紅外光的彩色CCD攝像機(jī)，安裝于副駕駛座位前方儀表臺(tái)的攝像機(jī)連接到硬盤(pán)錄音錄像機(jī)的第一個(gè)回路，安裝在副駕駛座位左后上方車(chē)頂?shù)臄z像機(jī)連接到硬盤(pán)錄音錄像機(jī)的第二個(gè)回路，安裝在檔位拉桿旁的攝像機(jī)連接到硬盤(pán)錄音錄像機(jī)的第三個(gè)回路，圖像生成系統(tǒng)計(jì)算機(jī)的VGA接口的視頻輸出信號(hào)連接到視頻轉(zhuǎn)換器后接入硬盤(pán)錄音錄像機(jī)的第四個(gè)回路，硬盤(pán)錄音錄像機(jī)的BNC視頻輸出信號(hào)連接到硬盤(pán)錄音錄像機(jī)的另外一個(gè)回路實(shí)現(xiàn)對(duì)上述四個(gè)通道在一個(gè)畫(huà)面中進(jìn)行錄像，語(yǔ)音對(duì)講器的音頻輸出連接到硬盤(pán)錄音錄像機(jī)第一路音頻輸入端實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音錄音。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種人-車(chē)-路環(huán)境駕駛模擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，具體涉及一種開(kāi)放的人-車(chē)-路環(huán)境駕駛模擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。其特征在于通過(guò)分布式的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，模塊化的汽車(chē)動(dòng)力學(xué)模型，道路交通場(chǎng)景模塊化快速生成，動(dòng)態(tài)交通模塊化實(shí)時(shí)加載，駕駛員行為與駕駛效果的一體化監(jiān)測(cè)，形成人、車(chē)、路的信息環(huán)閉，所有過(guò)程都實(shí)時(shí)發(fā)生，以產(chǎn)生連續(xù)變化的圖像。 本發(fā)明能夠顯著提高系統(tǒng)功能的開(kāi)放性和擴(kuò)展性；提高系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性和圖像運(yùn)動(dòng)的平滑性，使該系統(tǒng)具備了處理大場(chǎng)景的能力；顯著提高了系統(tǒng)的應(yīng)用范圍。
文檔編號(hào)G09B9/04GK102708722SQ201110074339
公開(kāi)日2012年10月3日 申請(qǐng)日期2011年3月28日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月28日
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