專利名稱：一種汽車駕駛仿真器與虛擬交通環(huán)境仿真系統(tǒng)的交互方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種汽車駕駛仿真器與虛擬交通環(huán)境仿真系統(tǒng)之間信息的交互的方法。
背景技術(shù)：
汽車駕駛行為具有復(fù)雜性、模糊性、自學(xué)習(xí)性、相關(guān)性等多種特征。在進(jìn)行汽車駕駛教學(xué)時(shí)，需要特別注重培養(yǎng)學(xué)員的系統(tǒng)性和預(yù)見性的思維習(xí)慣?？梢?，汽車駕駛技能是不可以量化的，也并非通過簡單的培訓(xùn)就可以獲得。然而，傳統(tǒng)的汽車駕駛培訓(xùn)模式大都以教學(xué)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)為基礎(chǔ)，是在總結(jié)和概括的過程中形成的，都屬于歸納式的培訓(xùn)模式。在這種培訓(xùn)模式中，經(jīng)驗(yàn)和感性的成分較多。事實(shí)上，傳統(tǒng)教學(xué)知識(shí)結(jié)構(gòu)的線性化，限制了多層次、多角度地獲得知識(shí)信息，沒有構(gòu)成系統(tǒng)化和概括化的教學(xué)體系，教學(xué)運(yùn)用的局限性較大。模擬駕駛，也叫做汽車駕駛仿真，或汽車虛擬駕駛。是指利用現(xiàn)代高科技手段如三維圖像實(shí)時(shí)生成技術(shù)、汽車動(dòng)力學(xué)仿真物理系統(tǒng)、大視場顯示技術(shù)(如多通道立體投影系統(tǒng))、六自由度運(yùn)動(dòng)平臺(tái)(或三自由度運(yùn)動(dòng)平臺(tái))、用戶輸入硬件系統(tǒng)、立體聲音響、中控系統(tǒng)等，讓體驗(yàn)者在一個(gè)虛擬的駕駛環(huán)境中，感受到接近真實(shí)效果的視覺、聽覺和體感的汽車駕駛體驗(yàn)，在新車型開發(fā)和駕駛培訓(xùn)方面應(yīng)用十分廣泛。具有駕駛模擬效果逼真、節(jié)能、安全、經(jīng)濟(jì)，不受時(shí)間、氣候、場地的限制，駕駛訓(xùn)練效率高、培訓(xùn)周期短等優(yōu)勢，在新車型開發(fā)和駕駛培訓(xùn)方面應(yīng)用十分廣泛。然而，現(xiàn)有汽車駕駛仿真器與虛擬交通環(huán)境仿真系統(tǒng)進(jìn)行交互的過程中，仍然存在以下不足交互精度不夠，常出現(xiàn)車輛相互穿越現(xiàn)象；虛擬交通環(huán)境中它車行為的仿真粒度不夠小、逼真度不高，難以針對(duì)本車與實(shí)際相符的響應(yīng)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)，提供一種汽車駕駛仿真器與虛擬交通環(huán)境仿真系統(tǒng)的交互方法，該方法采用高效的算法和有向圖結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)道路環(huán)境數(shù)據(jù)的快速遍歷，提高仿真計(jì)算的效率，實(shí)現(xiàn)汽車駕駛仿真器與虛擬交通環(huán)境仿真軟件的實(shí)時(shí)交互，解決交互精度不夠、虛擬交通環(huán)境中它車行為的仿真粒度不夠小、逼真度不高、車輛相互穿越等問題。本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的一種汽車駕駛仿真器與虛擬交通環(huán)境仿真系統(tǒng)的交互方法，仿真系統(tǒng)包括虛擬交通環(huán)境仿真系統(tǒng)和汽車駕駛仿真器，交互方法包括以下步驟
51:分別啟動(dòng)虛擬交通環(huán)境仿真系統(tǒng)和汽車駕駛仿真器；
52:虛擬交通環(huán)境仿真系統(tǒng)加載道路環(huán)境數(shù)據(jù)和交通仿真模型參數(shù)，初始化路網(wǎng)中的車輛狀態(tài)，并啟動(dòng)網(wǎng)絡(luò)通訊，建立組播組；若建立組播組失敗，則退出運(yùn)行；
53:汽車駕駛仿真器初始化本車狀態(tài)，加載汽車駕駛仿真模型參數(shù)，并加入組播組；若未能加入組播組，則退出運(yùn)行；
S4:運(yùn)行開始后，虛擬交通環(huán)境仿真系統(tǒng)根據(jù)初始狀態(tài)或上一時(shí)刻交通環(huán)境、所接收到的汽車駕駛仿真器所仿真的本車狀態(tài)和交通仿真模型進(jìn)行交通仿真計(jì)算，并向組播組中發(fā)送一次除本車狀態(tài)外其它所有車輛的空間位置與姿態(tài)數(shù)據(jù)、行人狀態(tài)、信號(hào)燈狀態(tài)數(shù)據(jù)；
55:汽車駕駛仿真器根據(jù)上一時(shí)刻的本車狀態(tài)、接收到的交通環(huán)境狀態(tài)、采集到的使用者操作動(dòng)作、汽車駕駛仿真模型進(jìn)行駕駛仿真運(yùn)算，向組播組中發(fā)送一次本車狀態(tài)；
56:在仿真執(zhí)行中，虛擬交通環(huán)境仿真系統(tǒng)以50ms或更短的周期重復(fù)步驟S4，汽車駕駛仿真器以50ms或更短的周期重復(fù)步驟S5，直至運(yùn)行結(jié)束。所述的虛擬交通環(huán)境仿真系統(tǒng)中采用有向圖數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)G(V，A)存儲(chǔ)道路環(huán)境數(shù)據(jù)，有向圖的頂點(diǎn)Vi用于存儲(chǔ)車道幾何信息、車道屬性信息和車道內(nèi)行駛的車輛隊(duì)列，有向圖的弧Aij用于存儲(chǔ)車道之間的關(guān)聯(lián)屬性。車道幾何信息包括車道中心線的三次樣條曲線、車道寬度、起點(diǎn)坐標(biāo)、終點(diǎn)坐標(biāo)；車道屬性信息包括車道類型、車道限速；車道內(nèi)行駛的車輛隊(duì)列中存放了在該車道行駛的所有車輛對(duì)象的指針、車輛在車道中的位置；車道之間的關(guān)聯(lián)屬性包括車道的位置關(guān)系、連接或沖突關(guān)系。汽車駕駛仿真器中的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)為隊(duì)列存儲(chǔ)方式。所述的虛擬交通環(huán)境仿真系統(tǒng)在步驟S4中采用的仿真方法包括以下步驟
541:獲得的本車的當(dāng)前位置、姿態(tài)、速度矢量和加速度矢量；
542:遍歷其有向圖中的頂點(diǎn)，直至找到與本車相關(guān)的所有車道頂點(diǎn)遍歷從上一時(shí)刻與本車相關(guān)的車道所在的頂點(diǎn)開始，結(jié)束條件為有向圖頂點(diǎn)對(duì)應(yīng)的車道不與本車包圍盒范圍相交結(jié)束；
543:本車與車道的關(guān)系定義為同向行駛、逆向行駛、阻礙車道和侵犯車道。同向行駛定義為本車在路面的投影面積60%處于車道范圍內(nèi)，且運(yùn)行方向與車道中心線切向量的夾角大于-30度且小于30度。逆向行駛定義為本車在路面的投影面積60%處于車道范圍內(nèi)，且運(yùn)行方向與車道中心線切向量的夾角大于150度且小于210度。阻礙車道定義為本車在路面的投影面積60%處于車道范圍內(nèi)，且運(yùn)行方向與車道中心線切向量的夾角大于30度且小于150度，或大于210度且小于330度。侵犯車道定義為本車在路面的投影面積不超過60%處于車道范圍內(nèi)，且運(yùn)行方向與車道中心線切向量的夾角大于-30度且小于30度，或大于150度且小于210度。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于
(I)采用高效的算法和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)汽車駕駛仿真器與虛擬交通環(huán)境仿真軟件的實(shí)時(shí)交互。(2)采用有向圖結(jié)構(gòu)，可實(shí)現(xiàn)道路環(huán)境數(shù)據(jù)的快速遍歷，提高了仿真計(jì)算的效率，定義了本車與車道的四種關(guān)系，基于這些關(guān)系可方便地實(shí)現(xiàn)該車道上行駛車輛對(duì)本車的交通仿真計(jì)算。(3)仿真計(jì)算結(jié)果逼真，能夠很好地仿真出汽車駕駛仿真器與虛擬交通環(huán)境仿真系統(tǒng)交互關(guān)系，可廣泛應(yīng)用于汽車駕駛仿真器、微觀交通仿真、道路規(guī)劃仿真、交通安全培訓(xùn)教育等領(lǐng)域。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合具體實(shí)施例進(jìn)一步說明本發(fā)明的技術(shù)方案，但本發(fā)明所保護(hù)的內(nèi)容不局限于以下所述。一種汽車駕駛仿真器與虛擬交通環(huán)境仿真系統(tǒng)的交互方法，仿真系統(tǒng)包括虛擬交通環(huán)境仿真系統(tǒng)和汽車駕駛仿真器，交互方法包括以下步驟
Si:分別啟動(dòng)虛擬交通環(huán)境仿真系統(tǒng)和汽車駕駛仿真器；
52:虛擬交通環(huán)境仿真系統(tǒng)加載道路環(huán)境數(shù)據(jù)和交通仿真模型參數(shù)，初始化路網(wǎng)中的車輛狀態(tài)，并啟動(dòng)網(wǎng)絡(luò)通訊，建立組播組；若建立組播組失敗，則退出運(yùn)行；
53:汽車駕駛仿真器初始化本車狀態(tài)，加載汽車駕駛仿真模型參數(shù)，并加入組播組；若未能加入組播組，則退出運(yùn)行；
S4:運(yùn)行開始后，虛擬交通環(huán)境仿真系統(tǒng)根據(jù)初始狀態(tài)或上一時(shí)刻交通環(huán)境、所接收到的汽車駕駛仿真器所仿真的本車狀態(tài)和交通仿真模型進(jìn)行交通仿真計(jì)算，并向組播組中發(fā)送一次除本車狀態(tài)外其它所有車輛的空間位置與姿態(tài)數(shù)據(jù)、行人狀態(tài)、信號(hào)燈狀態(tài)數(shù)據(jù)；
55:汽車駕駛仿真器根據(jù)上一時(shí)刻的本車狀態(tài)、接收到的交通環(huán)境狀態(tài)、采集到的使用者操作動(dòng)作、汽車駕駛仿真模型進(jìn)行駕駛仿真運(yùn)算，向組播組中發(fā)送一次本車狀態(tài)；
56:在仿真執(zhí)行中，虛擬交通環(huán)境仿真系統(tǒng)以50ms或更短的周期重復(fù)步驟S4，汽車駕駛仿真器以50ms或更短的周期重復(fù)步驟S5，直至運(yùn)行結(jié)束。所述的虛擬交通環(huán)境仿真系統(tǒng)中采用有向圖數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)G(V，A)存儲(chǔ)道路環(huán)境數(shù)據(jù)，有向圖的頂點(diǎn)Vi用于存儲(chǔ)車道幾何信息、車道屬性信息和車道內(nèi)行駛的車輛隊(duì)列，有向圖的弧Aij用于存儲(chǔ)車道之間的關(guān)聯(lián)屬性。車道幾何信息包括車道中心線的三次樣條曲線、車道寬度、起點(diǎn)坐標(biāo)、終點(diǎn)坐標(biāo)；車道屬性信息包括車道類型、車道限速；車道內(nèi)行駛的車輛隊(duì)列中存放了在該車道行駛的所有車輛對(duì)象的指針、車輛在車道中的位置；車道之間的關(guān)聯(lián)屬性包括車道的位置關(guān)系、連接或沖突關(guān)系。汽車駕駛仿真器中的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)為隊(duì)列存儲(chǔ)方式。所述的虛擬交通環(huán)境仿真系統(tǒng)在步驟S4中采用的仿真方法包括以下步驟
541:獲得的本車的當(dāng)前位置、姿態(tài)、速度矢量和加速度矢量；
542:遍歷其有向圖中的頂點(diǎn)，直至找到與本車相關(guān)的所有車道頂點(diǎn)遍歷從上一時(shí)刻與本車相關(guān)的車道所在的頂點(diǎn)開始，結(jié)束條件為有向圖頂點(diǎn)對(duì)應(yīng)的車道不與本車包圍盒范圍相交結(jié)束；
543:本車與車道的關(guān)系定義為同向行駛、逆向行駛、阻礙車道和侵犯車道。同向行駛定義為本車在路面的投影面積60%處于車道范圍內(nèi)，且運(yùn)行方向與車道中心線切向量的夾角大于-30度且小于30度。對(duì)于同向行駛的情況，本車將被視為普通的交通參與者并被加入隊(duì)列，本車位置、姿態(tài)將被用于計(jì)算其在車道內(nèi)的偏移并進(jìn)行排隊(duì)。車道內(nèi)排在本車后面的其它車輛將根據(jù)本車位置，按跟馳模型進(jìn)行仿真計(jì)算。逆向行駛定義為本車在路面的投影面積60%處于車道范圍內(nèi)，且運(yùn)行方向與車道中心線切向量的夾角大于150度且小于210度。對(duì)于逆向行駛的情況，根據(jù)本車的速度、力口速度矢量，預(yù)測本車在2000毫秒的運(yùn)行軌跡，并根據(jù)該運(yùn)動(dòng)軌跡進(jìn)行車道內(nèi)車輛狀態(tài)的仿真計(jì)算。阻礙車道定義為本車在路面的投影面積60%處于車道范圍內(nèi)，且運(yùn)行方向與車道中心線切向量的夾角大于30度且小于150度，或大于210度且小于330度。對(duì)于阻礙車道的情況，根據(jù)本車的速度、加速度矢量，預(yù)測本車在1000毫秒的運(yùn)行軌跡，并根據(jù)該運(yùn)動(dòng)軌跡進(jìn)行車道內(nèi)車輛狀態(tài)的仿真計(jì)算。侵犯車道定義為本車在路面的投影面積不超過60%處于車道范圍內(nèi)，且運(yùn)行方向與車道中心線切向量的夾角大于-30度且小于30度，或大于150度且小于210度。對(duì)于侵犯車道的情況，根據(jù)本車的速度、加速度矢量，預(yù)測本車在1000毫秒的運(yùn)行軌跡，并根據(jù)該運(yùn)動(dòng)軌跡進(jìn)行車道內(nèi)車輛狀態(tài)的仿真計(jì)算。本發(fā)明的核心在于采用一套算法和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)汽車駕駛仿真器與虛擬交通環(huán)境仿真軟件的實(shí)時(shí)交互首先需要在汽車駕駛仿真器與虛擬交通環(huán)境仿真軟件間構(gòu)建統(tǒng)一坐標(biāo)的系統(tǒng)，車駕駛仿真器所仿真汽車的狀態(tài)參數(shù)通過通訊協(xié)議傳給交通環(huán)境仿真軟件，交通環(huán)境仿真軟件根據(jù)自身狀態(tài)、所接收到的汽車駕駛仿真器的狀態(tài)、交通仿真模型進(jìn)行交互式交通微觀仿真計(jì)算，并根據(jù)汽車狀態(tài)參數(shù)計(jì)算出其所在的車道及在車道中的位置，并計(jì)算汽車駕駛仿真器的運(yùn)行趨勢。在進(jìn)行交通流仿真計(jì)算時(shí)，將這些信息考慮進(jìn)去。汽車駕駛仿真器接收來自交通環(huán)境仿真軟件的關(guān)于交通流中在其附近的交通參與對(duì)象的狀態(tài)信息，并利用這些信息完成三維空間上的碰撞檢測計(jì)算，實(shí)現(xiàn)與虛擬交通環(huán)境仿真軟件所仿真交通流的交互。
權(quán)利要求
1.一種汽車駕駛仿真器與虛擬交通環(huán)境仿真系統(tǒng)的交互方法，其特征在于仿真系統(tǒng)包括虛擬交通環(huán)境仿真系統(tǒng)和汽車駕駛仿真器，交互方法包括以下步驟Si:分別啟動(dòng)虛擬交通環(huán)境仿真系統(tǒng)和汽車駕駛仿真器；52:虛擬交通環(huán)境仿真系統(tǒng)加載道路環(huán)境數(shù)據(jù)和交通仿真模型參數(shù)，初始化路網(wǎng)中的車輛狀態(tài)，并啟動(dòng)網(wǎng)絡(luò)通訊，建立組播組；若建立組播組失敗，則退出運(yùn)行；53:汽車駕駛仿真器初始化本車狀態(tài)，加載汽車駕駛仿真模型參數(shù)，并加入組播組；若未能加入組播組，則退出運(yùn)行；S4:運(yùn)行開始后，虛擬交通環(huán)境仿真系統(tǒng)根據(jù)初始狀態(tài)或上一時(shí)刻交通環(huán)境、所接收到的汽車駕駛仿真器所仿真的本車狀態(tài)和交通仿真模型進(jìn)行交通仿真計(jì)算，并向組播組中發(fā)送一次除本車狀態(tài)外其它所有車輛的空間位置與姿態(tài)數(shù)據(jù)、行人狀態(tài)、信號(hào)燈狀態(tài)數(shù)據(jù)；55:汽車駕駛仿真器根據(jù)上一時(shí)刻的本車狀態(tài)、接收到的交通環(huán)境狀態(tài)、采集到的使用者操作動(dòng)作、汽車駕駛仿真模型進(jìn)行駕駛仿真運(yùn)算，向組播組中發(fā)送一次本車狀態(tài)；56:在仿真執(zhí)行中，虛擬交通環(huán)境仿真系統(tǒng)以50ms或更短的周期重復(fù)步驟S4，汽車駕駛仿真器以50ms或更短的周期重復(fù)步驟S5，直至運(yùn)行結(jié)束。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種汽車駕駛仿真器與虛擬交通環(huán)境仿真系統(tǒng)的交互方法， 其特征在于所述的虛擬交通環(huán)境仿真系統(tǒng)中采用有向圖數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)G (V，A)存儲(chǔ)道路環(huán)境數(shù)據(jù)，有向圖的頂點(diǎn)Vi用于存儲(chǔ)車道幾何信息、車道屬性信息和車道內(nèi)行駛的車輛隊(duì)列， 有向圖的弧Aij用于存儲(chǔ)車道之間的關(guān)聯(lián)屬性。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種汽車駕駛仿真器與虛擬交通環(huán)境仿真系統(tǒng)的交互方法， 其特征在于所述的車道幾何信息包括車道中心線的三次樣條曲線、車道寬度、起點(diǎn)坐標(biāo)、 終點(diǎn)坐標(biāo)；車道屬性信息包括車道類型、車道限速；車道內(nèi)行駛的車輛隊(duì)列中存放了在該車道行駛的所有車輛對(duì)象的指針、車輛在車道中的位置；車道之間的關(guān)聯(lián)屬性包括車道的位置關(guān)系、連接或沖突關(guān)系。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種汽車駕駛仿真器與虛擬交通環(huán)境仿真系統(tǒng)的交互方法， 其特征在于所述的汽車駕駛仿真器中的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)為隊(duì)列存儲(chǔ)方式。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種汽車駕駛仿真器與虛擬交通環(huán)境仿真系統(tǒng)的交互方法， 其特征在于所述的虛擬交通環(huán)境仿真系統(tǒng)在步驟S4中采用的仿真方法包括以下步驟541:獲得的本車的當(dāng)前位置、姿態(tài)、速度矢量和加速度矢量；542:遍歷其有向圖中的頂點(diǎn)，直至找到與本車相關(guān)的所有車道頂點(diǎn)遍歷從上一時(shí)刻與本車相關(guān)的車道所在的頂點(diǎn)開始，結(jié)束條件為有向圖頂點(diǎn)對(duì)應(yīng)的車道不與本車包圍盒范圍相交結(jié)束；543:本車與車道的關(guān)系定義為同向行駛、逆向行駛、阻礙車道和侵犯車道。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種汽車駕駛仿真器與虛擬交通環(huán)境仿真系統(tǒng)的交互方法， 其特征在于所述的同向行駛定義為本車在路面的投影面積60%處于車道范圍內(nèi)，且運(yùn)行方向與車道中心線切向量的夾角大于-30度且小于30度。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種汽車駕駛仿真器與虛擬交通環(huán)境仿真系統(tǒng)的交互方法， 其特征在于所述的逆向行駛定義為本車在路面的投影面積60%處于車道范圍內(nèi)，且運(yùn)行方向與車道中心線切向量的夾角大于150度且小于210度。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種汽車駕駛仿真器與虛擬交通環(huán)境仿真系統(tǒng)的交互方法，其特征在于所述的阻礙車道定義為本車在路面的投影面積60%處于車道范圍內(nèi)，且運(yùn)行方向與車道中心線切向量的夾角大于30度且小于150度，或大于210度且小于330度。
9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種汽車駕駛仿真器與虛擬交通環(huán)境仿真系統(tǒng)的交互方法， 其特征在于所述的侵犯車道定義為本車在路面的投影面積不超過60%處于車道范圍內(nèi)， 且運(yùn)行方向與車道中心線切向量的夾角大于-30度且小于30度，或大于150度且小于210 度。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種汽車駕駛仿真器與虛擬交通環(huán)境仿真系統(tǒng)的交互方法，所述的交互方法采用高效的算法和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)汽車駕駛仿真器與虛擬交通環(huán)境仿真軟件的實(shí)時(shí)交互交通環(huán)境仿真軟件根據(jù)自身狀態(tài)、所接收到的汽車駕駛仿真器的狀態(tài)、交通仿真模型進(jìn)行交互式交通微觀仿真計(jì)算。汽車駕駛仿真器接收來自交通環(huán)境仿真軟件的關(guān)于交通流中在其附近的交通參與對(duì)象的狀態(tài)信息，并利用這些信息完成三維空間上的碰撞檢測計(jì)算，實(shí)現(xiàn)與虛擬交通環(huán)境仿真軟件所仿真交通流的交互。本發(fā)明采用有向圖結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)道路環(huán)境數(shù)據(jù)的快速遍歷，提高了仿真計(jì)算的效率；仿真計(jì)算結(jié)果逼真，能夠很好地仿真出汽車駕駛仿真器與虛擬交通環(huán)境仿真系統(tǒng)交互關(guān)系。
文檔編號(hào)G09B9/04GK102982703SQ201210534718
公開日2013年3月20日 申請(qǐng)日期2012年12月12日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月12日
發(fā)明者蘇虎, 黃艷, 張苗青 申請(qǐng)人:成都合縱連橫數(shù)字科技有限公司