本發(fā)明屬于駕駛模擬領(lǐng)域，具體來說，涉及一種基于VR模擬技術(shù)的汽車駕駛模擬系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)：

隨著汽車工業(yè)的發(fā)展，汽車逐漸進(jìn)入人們的生活并且普及率逐年提高，為了檢測和研究駕駛員的駕駛行為，駕駛模擬器也應(yīng)運(yùn)而生，目前的駕駛模擬器只是加裝了幾個(gè)駕駛操作的必備組件，然后用計(jì)算機(jī)記錄下模擬過程中駕駛員的操作，這樣只有單純的操作，沒有操作時(shí)對駕駛員操作的反饋，也沒有對應(yīng)的車身動(dòng)作，再有就是對駕駛場景的模擬也只是基于平面的顯示，這樣駕駛體驗(yàn)不僅很不真實(shí)，而且也不能真實(shí)地反映駕駛員的操作意圖以及在不同路況下的真實(shí)反應(yīng)，這樣勢必會(huì)讓模擬駕駛過程中采集的數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性大打折扣，對檢測和研究駕駛員的駕駛行為非常不利。

因此，如何能夠?yàn)轳{駛員提供更真實(shí)的模擬體驗(yàn)環(huán)境，已成為現(xiàn)在急需解決的問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是目前的模擬駕駛提供的體驗(yàn)環(huán)境不夠逼真。

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是提供一種基于VR模擬技術(shù)的汽車駕駛模擬系統(tǒng)，包括均與數(shù)據(jù)處理與控制單元連接的頭戴式VR設(shè)備、觸控顯示屏、駕駛動(dòng)作采集單元、駕駛員狀態(tài)采集單元、駕駛操作反饋單元、車身動(dòng)作反饋單元、存儲模塊、報(bào)警模塊和供電模塊：

所述頭戴式VR設(shè)備，用于顯示系統(tǒng)產(chǎn)生的虛擬駕駛場景，并跟蹤駕駛員的視線軌跡顯示相應(yīng)角度的駕駛場景，系統(tǒng)產(chǎn)生的虛擬駕駛場景包括整個(gè)汽車駕駛位及相應(yīng)的儀表盤、中控臺，還有透過前擋風(fēng)玻璃、車門窗、后視鏡、倒車鏡等看見的道路場景；

所述觸控顯示屏，兼具系統(tǒng)輸入輸出功能及人機(jī)交互界面，用于選擇系統(tǒng)預(yù)存的各類駕駛場景、自編組合駕駛場景、實(shí)時(shí)顯示駕駛模擬過程中的采集數(shù)據(jù)和反饋數(shù)據(jù)、回放駕駛員視角影像及駕駛軌跡、顯示系統(tǒng)分析結(jié)果；

所述駕駛動(dòng)作采集單元，用于采集駕駛員的駕駛動(dòng)作；

所述駕駛員狀態(tài)采集模塊，包括心律傳感器、呼吸頻率傳感器和體溫傳感器，分別采集駕駛員駕駛過程中心律、呼吸頻率和體溫?cái)?shù)據(jù)；

所述駕駛操作反饋單元，用于產(chǎn)生模擬的駕駛操作反饋力；

所述車身動(dòng)作反饋單元，用于產(chǎn)生模擬的車身動(dòng)作；

所述存儲模塊，用于存儲系統(tǒng)運(yùn)行程序、駕駛模擬場景、模擬過程的實(shí)時(shí)記錄數(shù)據(jù)、生成的駕駛軌跡數(shù)據(jù)；

所述報(bào)警模塊，用于系統(tǒng)故障及異常情況報(bào)警；

所述供電模塊，用于整個(gè)系統(tǒng)各用電部分的供電；

所述數(shù)據(jù)處理與控制單元，用于控制系統(tǒng)中與其相連的各部分，包括接收數(shù)據(jù)、處理數(shù)據(jù)、傳輸數(shù)據(jù)、發(fā)送控制信號，以保證系統(tǒng)各部分正常高效的工作；

所述駕駛動(dòng)作采集單元，包括方向盤傳感器、離合踏板傳感器、檔位傳感器、加速踏板傳感器和制動(dòng)踏板傳感器，分別采集駕駛員駕駛過程中的轉(zhuǎn)向、掛檔、加速、制動(dòng)駕駛操作相關(guān)數(shù)據(jù)。

進(jìn)一步的，所述頭戴式VR設(shè)備，還包括眼球跟蹤傳感器，用于跟蹤監(jiān)測駕駛員駕駛過程中的眼部動(dòng)作及視線軌跡；

所述駕駛操作反饋單元，包括方向盤力反饋裝置、離合踏板力反饋裝置、加速踏板力反饋裝置和制動(dòng)踏板力反饋裝置，分別產(chǎn)生相應(yīng)部分的模擬反饋力；

所述車身動(dòng)作反饋單元，包括車身橫向動(dòng)作執(zhí)行器、車身縱向動(dòng)作執(zhí)行器、車身垂向動(dòng)作執(zhí)行器、車身懸掛動(dòng)作執(zhí)行器和駕駛座位震動(dòng)發(fā)生器，分別產(chǎn)生模擬的車身橫向動(dòng)作力、縱向動(dòng)作力、垂向動(dòng)作力、懸掛動(dòng)作以及汽車各種狀態(tài)下的震感。

本發(fā)明還請求保護(hù)一種應(yīng)用于上述系統(tǒng)的控制方法，奇特在于，該方法包括以下步驟：

S101，系統(tǒng)啟動(dòng)，開始運(yùn)行自檢程序及初始化，如自檢通過，整個(gè)系統(tǒng)初始化后開始運(yùn)行，如自檢未通過，報(bào)警模塊的故障燈亮起，并語音提示故障部件及類型，同時(shí)觸控顯示屏顯示具體故障部位及解除故障的具體步驟，待故障解除后系統(tǒng)初始化并開始運(yùn)行；

S102，通過觸控顯示屏的人機(jī)交互界面，從系統(tǒng)預(yù)存的各類駕駛場景中選擇本次駕駛模擬的具體場景，也可根據(jù)需要自由修改具體參數(shù)或組合駕駛場景，生成自定義的模擬場景，確定選擇后，系統(tǒng)開始加載駕駛模擬程序；

S103，系統(tǒng)檢測到駕駛員進(jìn)入模擬系統(tǒng)并準(zhǔn)備好之后，各部分開始工作，頭戴式VR設(shè)備開始顯示系統(tǒng)產(chǎn)生的虛擬駕駛場景，并跟蹤駕駛員的視線軌跡顯示相應(yīng)角度的駕駛場景，同時(shí)駕駛動(dòng)作采集單元和駕駛員狀態(tài)采集單元開始采集駕駛員的具體駕駛操作和實(shí)時(shí)狀態(tài)信息，采集的信息實(shí)時(shí)傳輸至數(shù)據(jù)處理與控制單元；

S104，數(shù)據(jù)處理與控制單元接收到駕駛動(dòng)作采集單元傳輸?shù)鸟{駛員轉(zhuǎn)向、加速、減速、換擋等操作數(shù)據(jù)后，經(jīng)過駕駛模擬程序的運(yùn)算處理后，同時(shí)生成三部分控制信號，并分別傳輸至駕駛操作反饋單元、車身動(dòng)作反饋單元和頭戴式VR設(shè)備；

S105，駕駛操作反饋單元按控制信號要求模擬產(chǎn)生各操作部分的模擬反饋力，車身動(dòng)作反饋單元按控制信號要求模擬產(chǎn)生車身橫向動(dòng)作力、縱向動(dòng)作力、垂向動(dòng)作力、懸掛動(dòng)作以及汽車各種狀態(tài)下的震感，頭戴式VR設(shè)備按控制信號要求并結(jié)合駕駛員視線軌跡模擬產(chǎn)生啟動(dòng)、轉(zhuǎn)向、加速、減速、顛簸、側(cè)傾、側(cè)滑、碰撞等道路場景，此時(shí)的駕駛操作反饋單元、車身動(dòng)作反饋單元和頭戴式VR設(shè)備同時(shí)接受控制信號，同步產(chǎn)生各自的反饋力、車身動(dòng)作和道路場景；

S106，整個(gè)駕駛模擬過程一直重復(fù)步驟S103到S105，同時(shí)，駕駛模擬過程中實(shí)時(shí)采集的駕駛員操作數(shù)據(jù)、駕駛員狀態(tài)信息、駕駛操作反饋數(shù)據(jù)、生成的駕駛軌跡數(shù)據(jù)全部存儲到系統(tǒng)存儲模塊中，并通過觸控顯示屏實(shí)時(shí)顯示，直至模擬過程結(jié)束；

S107，駕駛模擬結(jié)束后，系統(tǒng)根據(jù)駕駛過程中的各項(xiàng)數(shù)據(jù)為駕駛員進(jìn)行綜合評分，評分結(jié)果及分析結(jié)果顯示于觸控顯示屏，通過操作觸控顯示屏，可以詳細(xì)查看駕駛模擬過程中駕駛員的各項(xiàng)操作及其具體評分，還可通過回放駕駛員視角影像及駕駛軌跡詳細(xì)分析此次模擬的駕駛行為；

S108，通過操作觸控顯示屏給系統(tǒng)發(fā)送“關(guān)閉系統(tǒng)”的指令，系統(tǒng)執(zhí)行系統(tǒng)關(guān)閉程序，分步關(guān)閉各個(gè)模塊、單元、設(shè)備、裝置，最后供電模塊斷電，整個(gè)系統(tǒng)關(guān)閉。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明在模擬駕駛過程中不僅對駕駛員的駕駛操作有反饋而且還實(shí)時(shí)產(chǎn)生駕駛時(shí)對應(yīng)的車身動(dòng)作，同時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)測模擬駕駛過程中的駕駛員狀態(tài)做為駕駛行為分析結(jié)果的參考，另外，采用VR模擬技術(shù)取代平面顯示駕駛模擬場景，并實(shí)時(shí)根據(jù)駕駛員的視線生成對應(yīng)角度的虛擬場景及路況，讓駕駛員有更加真實(shí)的感受，這樣就能更真實(shí)地反映駕駛員的操作意圖以及在不同路況下的真實(shí)反應(yīng)，在很大程度上提高了模擬駕駛過程中采集數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，對檢測和研究駕駛員的駕駛行為具有很高的參考價(jià)值。

附圖說明

圖1：一種基于VR模擬技術(shù)的汽車駕駛模擬系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2：一種基于VR模擬技術(shù)的汽車駕駛模擬系統(tǒng)的控制方法流程圖。

具體實(shí)施方式

下面通過具體實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳述，以下實(shí)施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本發(fā)明的保護(hù)范圍。

如圖1所示，本發(fā)明請求保護(hù)一種基于VR模擬技術(shù)的汽車駕駛模擬系統(tǒng)，包括均與數(shù)據(jù)處理與控制單元連接的頭戴式VR設(shè)備、觸控顯示屏、駕駛動(dòng)作采集單元、駕駛員狀態(tài)采集單元、駕駛操作反饋單元、車身動(dòng)作反饋單元、存儲模塊、報(bào)警模塊和供電模塊；

所述頭戴式VR設(shè)備用于顯示系統(tǒng)產(chǎn)生的虛擬駕駛場景，并跟蹤駕駛員的視線軌跡顯示相應(yīng)角度的駕駛場景，系統(tǒng)產(chǎn)生的虛擬駕駛場景包括整個(gè)汽車駕駛位及相應(yīng)的儀表盤、中控臺等，還有透過前擋風(fēng)玻璃、車門窗、后視鏡、倒車鏡等看見的道路場景；

所述觸控顯示屏兼具系統(tǒng)輸入輸出功能及人機(jī)交互界面，用于選擇系統(tǒng)預(yù)存的各類駕駛場景、自編組合駕駛場景、實(shí)時(shí)顯示駕駛模擬過程中的采集數(shù)據(jù)和反饋數(shù)據(jù)、回放駕駛員視角影像及駕駛軌跡、顯示系統(tǒng)分析結(jié)果等；

所述駕駛動(dòng)作采集單元用于采集駕駛員的駕駛動(dòng)作；

所述駕駛員狀態(tài)采集模塊，包括心律傳感器、呼吸頻率傳感器和體溫傳感器，分別采集駕駛員駕駛過程中心律、呼吸頻率和體溫?cái)?shù)據(jù)；

所述駕駛操作反饋單元用于產(chǎn)生模擬的駕駛操作反饋力；

所述車身動(dòng)作反饋單元用于產(chǎn)生模擬的車身動(dòng)作；

所述存儲模塊用于存儲系統(tǒng)運(yùn)行程序、駕駛模擬場景、模擬過程的實(shí)時(shí)記錄數(shù)據(jù)、生成的駕駛軌跡等數(shù)據(jù)；

所述報(bào)警模塊用于系統(tǒng)故障及異常情況報(bào)警；

所述供電模塊用于整個(gè)系統(tǒng)各用電部分的供電；

所述數(shù)據(jù)處理與控制單元用于控制系統(tǒng)中與其相連的各部分，包括接收數(shù)據(jù)、處理數(shù)據(jù)、傳輸數(shù)據(jù)、發(fā)送控制信號等，以保證系統(tǒng)各部分正常高效的工作；

所述駕駛動(dòng)作采集單元包括方向盤傳感器、離合踏板傳感器、檔位傳感器、加速踏板傳感器和制動(dòng)踏板傳感器，分別采集駕駛員駕駛過程中的轉(zhuǎn)向、掛檔、加速、制動(dòng)等駕駛操作相關(guān)數(shù)據(jù)，如操作力度、動(dòng)作行程、角位移、角速度、加速度等。

所述頭戴式VR設(shè)備還包括眼球跟蹤傳感器，用于跟蹤監(jiān)測駕駛員駕駛過程中的眼部動(dòng)作及視線軌跡。

所述駕駛操作反饋單元包括方向盤力反饋裝置、離合踏板力反饋裝置、加速踏板力反饋裝置和制動(dòng)踏板力反饋裝置，分別產(chǎn)生相應(yīng)部分的模擬反饋力。

所述車身動(dòng)作反饋單元包括車身橫向動(dòng)作執(zhí)行器、車身縱向動(dòng)作執(zhí)行器、車身垂向動(dòng)作執(zhí)行器、車身懸掛動(dòng)作執(zhí)行器和駕駛座位震動(dòng)發(fā)生器，分別產(chǎn)生模擬的車身橫向動(dòng)作力、縱向動(dòng)作力、垂向動(dòng)作力、懸掛動(dòng)作以及汽車各種狀態(tài)下的震感。

在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例當(dāng)中，請求保護(hù)一種應(yīng)用于上述系統(tǒng)的控制方法，該方法包括以下步驟：

S101，系統(tǒng)啟動(dòng)，開始運(yùn)行自檢程序及初始化，如自檢通過，整個(gè)系統(tǒng)初始化后開始運(yùn)行，如自檢未通過，報(bào)警模塊的故障燈亮起，并語音提示故障部件及類型，同時(shí)觸控顯示屏顯示具體故障部位及解除故障的具體步驟，待故障解除后系統(tǒng)初始化并開始運(yùn)行；

S102，通過觸控顯示屏的人機(jī)交互界面，從系統(tǒng)預(yù)存的各類駕駛場景中選擇本次駕駛模擬的具體場景，也可根據(jù)需要自由編輯(修改具體參數(shù))或組合駕駛場景，生成自定義的模擬場景，確定選擇后，系統(tǒng)開始加載駕駛模擬程序；

S103，系統(tǒng)檢測到駕駛員進(jìn)入模擬系統(tǒng)并準(zhǔn)備好之后，各部分開始工作，頭戴式VR設(shè)備開始顯示系統(tǒng)產(chǎn)生的虛擬駕駛場景，并跟蹤駕駛員的視線軌跡顯示相應(yīng)角度的駕駛場景，同時(shí)駕駛動(dòng)作采集單元和駕駛員狀態(tài)采集單元開始采集駕駛員的具體駕駛操作(啟動(dòng)、轉(zhuǎn)向、加速、減速、換擋等)和實(shí)時(shí)狀態(tài)(心律、體溫、呼吸頻率等)信息，采集的信息實(shí)時(shí)傳輸至數(shù)據(jù)處理與控制單元；

S104，數(shù)據(jù)處理與控制單元接收到駕駛動(dòng)作采集單元傳輸?shù)鸟{駛員轉(zhuǎn)向、加速、減速、換擋等操作數(shù)據(jù)(如操作力度、動(dòng)作行程、角位移、角速度、加速度等)后，經(jīng)過駕駛模擬程序的運(yùn)算處理后，同時(shí)生成三部分控制信號，并分別傳輸至駕駛操作反饋單元、車身動(dòng)作反饋單元和頭戴式VR設(shè)備；

S105，駕駛操作反饋單元按控制信號要求模擬產(chǎn)生各操作部分的模擬反饋力，車身動(dòng)作反饋單元按控制信號要求模擬產(chǎn)生車身橫向動(dòng)作力、縱向動(dòng)作力、垂向動(dòng)作力、懸掛動(dòng)作以及汽車各種狀態(tài)下的震感，頭戴式VR設(shè)備按控制信號要求并結(jié)合駕駛員視線軌跡模擬產(chǎn)生啟動(dòng)、轉(zhuǎn)向、加速、減速、顛簸、側(cè)傾、側(cè)滑、碰撞等道路場景，此時(shí)的駕駛操作反饋單元、車身動(dòng)作反饋單元和頭戴式VR設(shè)備同時(shí)接受控制信號，同步產(chǎn)生各自的反饋力、車身動(dòng)作和道路場景；

S106，整個(gè)駕駛模擬過程一直重復(fù)步驟S103到S105，同時(shí)，駕駛模擬過程中實(shí)時(shí)采集的駕駛員操作數(shù)據(jù)、駕駛員狀態(tài)信息、駕駛操作反饋數(shù)據(jù)、生成的駕駛軌跡等數(shù)據(jù)全部存儲到系統(tǒng)存儲模塊中，并通過觸控顯示屏實(shí)時(shí)顯示，直至模擬過程結(jié)束；

S107，駕駛模擬結(jié)束后，系統(tǒng)根據(jù)駕駛過程中的各項(xiàng)數(shù)據(jù)為駕駛員進(jìn)行綜合評分，評分結(jié)果及分析結(jié)果顯示于觸控顯示屏，通過操作觸控顯示屏，可以詳細(xì)查看駕駛模擬過程中駕駛員的各項(xiàng)操作及其具體評分，還可通過回放駕駛員視角影像及駕駛軌跡詳細(xì)分析此次模擬的駕駛行為；

S108，通過操作觸控顯示屏給系統(tǒng)發(fā)送“關(guān)閉系統(tǒng)”的指令，系統(tǒng)執(zhí)行系統(tǒng)關(guān)閉程序，分步關(guān)閉各個(gè)模塊、單元、設(shè)備、裝置，最后供電模塊斷電，整個(gè)系統(tǒng)關(guān)閉。

本發(fā)明中應(yīng)用具體實(shí)施例對本發(fā)明的原理及實(shí)施方式進(jìn)行了闡述，以上實(shí)施例的說明只是用于幫助理解本發(fā)明的方法及其核心思想，對于本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明的保護(hù)的范圍。