專利名稱：基于快速控制原型的開發(fā)型汽車駕駛模擬方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種基于快速控制原型的開發(fā)型汽車駕駛模擬方法，屬于汽車模擬駕駛技術領域。
背景技術：
目前，開發(fā)型駕駛模擬器的基本結構如圖I所示，包括車輛實物(或者駕駛艙實物)、車輛運動仿真系統(tǒng)、視景生成系統(tǒng)、投影系統(tǒng)以及各系統(tǒng)之間的軟硬件接口。其中，車輛運動仿真系統(tǒng)是整個駕駛模擬器的關鍵組成，其軟硬件結構直接影響整個駕駛模擬器的技術水平和應用范圍。該系統(tǒng)的基本功能為利用駕駛艙傳輸至仿真計算機的駕駛員操作信號，計算駕駛模擬者所在車輛及參與模擬車輛的運動狀態(tài)，并將狀態(tài)信息實時發(fā)送至視景生成系統(tǒng)。 已有車輛運動仿真系統(tǒng)的硬件皆采用單一計算機平臺，軟件多由基于Windows平臺的匯編、C或C++語言開發(fā)，其仿真代碼編制復雜，開發(fā)周期長，開發(fā)成本也相對較高。以QM-II型汽車駕駛模擬器為例(程秀生等，汽車駕駛模擬器的研制，吉林工業(yè)大學學報，
No. 1,1991 :64 70.)，其車輛運動仿真程序采用Z-80匯編語言編寫，盡管采用模塊化 設計思想，但其編寫難度不言而喻，調試和維護難度較大。其他，基于C++面向對象編
程
技術的車輛運動仿真軟件，雖煞其編程難度比起匯編語言大大簡化，但其描述動態(tài)系
統(tǒng)的
能力遠不如Matlab/Simulink或Labview等專用建模軟件,對軟件的維護和修改也較
為復
雜。更重要的是，隨著駕駛模擬器在新型電控系統(tǒng)開發(fā)中的應用日漸增多，已有的駕駛模擬器，尤其是車輛運動仿真系統(tǒng)的原技術方案，已經不能滿足快速開發(fā)電控系統(tǒng)的要求
第一，已有駕駛模擬器的車輛運動仿真程序，使用流式編程語言，不適合描述車輛和 控制器等動態(tài)環(huán)節(jié)較多的系統(tǒng)，導致建模難度大、開發(fā)效率低
第二，已有駕駛模擬器不適用于對道路、交通流或車輛進行建模，不能快速驗證電控 系統(tǒng)在不同道路、交通流和車輛上的應用效果；
第三，電控系統(tǒng)開發(fā)中，V型開發(fā)模式的應用日漸普及。該模式中，快速控制原型作為一種將控制算法快速轉化實時控制器的技術手段，是V型開發(fā)模式中不可或缺的環(huán)節(jié)。已有的駕駛模擬器結構因不具備快速原型功能，極大限制了駕駛模擬技術與V型開發(fā)模式
的融合，阻礙了電控系統(tǒng)開發(fā)，尤其是駕駛員輔助系統(tǒng)開發(fā)，在駕駛模擬器上的應用。發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是提出一種基于快速控制原型的開發(fā)型汽車駕駛模擬方法，用于設計適
用于車輛電控系統(tǒng)開發(fā)過程的駕駛模擬器，尤其是適用于駕駛輔助系統(tǒng)開發(fā)的駕駛模
擬
器，并降低開發(fā)型駕駛模擬器的開發(fā)難度，提高其開發(fā)效率。本發(fā)明提出的基于快速控制原型的開發(fā)型汽車駕駛模擬方法，包括以下步驟
(1)在監(jiān)控計算機上生成XPC實時內核，并將該實時內核寫到移動存儲器上
(2)將上述移動存儲器插入快速控制原型器，快速控制原型器從移動存儲器中讀取 實時內核，為快速控制原型器中駕駛仿真模型的運行提供軟件支持；
(3)在上述監(jiān)控計算機中編譯駕駛仿真模型，將該駕駛仿真模型通過以太網下載至 上述快速控制原型器；
(4)采集駕駛模擬者的操縱信號，將操縱信號通過控制器局域網絡總線傳輸至快速 控制原型器；
5)快速控制原型器根據上述采集的操縱信號，利用駕駛仿真模型計算駕駛模擬者 所在車輛及參與模擬車輛的速度和方向，并將得到的速度和方向信號通過串行通訊總
線發(fā)
送至視景生成系統(tǒng)，同時將得到的速度和方向信號通過以太網發(fā)送至監(jiān)控計算機；
(6)視景生成系統(tǒng)根據上述接收到的信號生成駕駛模擬者所在車輛前方的視景圖像， 并將圖像投射至駕駛模擬者歷在車輛前方的屏幕上；
(7)上述監(jiān)控計算機接收上述信號后將信號顯示，并根據駕駛模擬者或開發(fā)人員對
駛模擬者所在車輛的運行性能、電控系統(tǒng)控制性能的要求，對駕駛仿真模型進行修
改；
(8)重復步驟(3) (7)，直至滿足駕駛模擬者或開發(fā)人員的要求。上述方法中，駕駛仿真模型劃分為駕駛控制模塊、道路模塊、交通流模塊、傳感器模
塊、車輛模塊、視景接口模塊、駕駛操作接口模塊和監(jiān)控接口模塊，其信號連接關系如
下
(1)駕駛操作接口模塊，采集控制器局域網絡總線上的駕駛模擬者操縱信號，并將 信號發(fā)送至駕駛控制模塊；
(2)道路模塊根據道路模型同時向車輛模塊和傳感器模塊發(fā)送道路坡度、道路曲率、 路面附著系數信息；
(3)交通流模塊根據交通流模型計算參與模擬車輛的速度和方向信息，并將信息同 時發(fā)送至傳感器模塊和視景接口模塊；
(4)傳感器模塊，根據交通流模塊發(fā)送的車輛速度和方向信息，計算駕駛模擬者所
在車輛與參與模擬車輛之間的相對距離和速度信息；根據道路模塊發(fā)送的道路坡度、
道路
曲率和路面附著系數信息，計算駕駛模擬者所在車輛的車道線信息根據車輛模塊輸
出的
發(fā)動機轉速、輪速、橫向加速度、縱向加速度和橫擺角速度，分別計算相應傳感器的輸出
倍息；最后將上述所有信息發(fā)送至駕駛控制模塊；
(5)駕駛控制模塊，根據上述傳感器模塊的信息，利用駕駛模擬者所在車輛電控系 統(tǒng)的控制算法，計算出期望駕駛模擬者的操縱信號；對上述接收的駕駛模擬者操縱信
號進
行濾波，根據駕駛模擬者所在車輛電控系統(tǒng)的要求，用期望駕駛模擬者的操縱信號替
代濾
波后的信號，并發(fā)送至車輛模塊；
(6)車輛模塊，根據駕駛模擬者所在車輛的車輛縱橫向動力學模型，并根據上述接 收到的信息，計算出駕駛模擬者所在車輛的縱向速度、橫向速度、行駛方向、發(fā)動機轉
速、
輪速、橫向加速度、縱向加速度和橫擺角速度，并將信息同時發(fā)送至傳感器模塊、監(jiān)控
接
口模塊和視景接口模塊；
(7)監(jiān)控接口模塊，將上述接收的信息發(fā)送至以太網，用于監(jiān)控計算機的信號實時 監(jiān)控，同時監(jiān)控接口模塊從以太網接收監(jiān)控計算機的監(jiān)控命令，用于控制駕駛仿真模
型的
運行；
(8)視景接口模塊接收上述交通流模塊和車輛模塊的信息，并將信息發(fā)送至串行通 訊總線，用于生成視景圖像。本發(fā)明提出的基于快速控制原型的開發(fā)型汽車駕駛模擬方法，其優(yōu)點是第一，簡化
了開發(fā)型駕駛模擬器，尤其是車輛運動仿真系統(tǒng)的開發(fā)難度，提高了開發(fā)效率，降低了
開
發(fā)成本；第二，與快速控制原型技術相結合的駕駛仿真模型適合描述車輛和控制器等
動態(tài)
環(huán)節(jié)較多的系統(tǒng)，可增加車輛對象建模的細致程度，有效提高了駕駛模擬器的仿真精
度；
第三，使用本發(fā)明方法的駕駛模擬器可應用于車輛電控系統(tǒng)的V型開發(fā)模式，提高了
駕駛
模擬器在車輛電控系統(tǒng)開發(fā)中的適用性。


圖I是已有酌一般開發(fā)型駕駛模擬器的結構圖。圖2是本發(fā)明提出的基于快速控制原型的開發(fā)型汽車駕駛模擬器結構示意圖。圖3是本發(fā)明方法中駕駛仿真模型的模塊結構圖。圖I 圖2中，I是投影屏幕，2是車輛實物，3是控制器局域網絡總線，4是快速控
制原型器，5是監(jiān)控計算機，6是視景生成系統(tǒng)，7是投影系統(tǒng)，8是串行通訊總線，9是以太網總線，10是視頻傳輸線，11是硬件接口。
具體實施例方式以下結合一個實施例，詳細介紹本發(fā)明的內容
轎車開發(fā)型駕駛模擬器的結構如圖2所示，I是投影屏幕，2是車輛實物，3是控制 器局域網絡總線，4是快速控制原型器，5是監(jiān)控計算機，6是視景生成系統(tǒng)，7是投影系 統(tǒng)，8是串行通訊總線，9是以太網總線，10是視頻傳輸線。表I為基于快速控制原型的 轎車開發(fā)型駕駛模擬器關鍵硬件型號列表。表I轎車開發(fā)型駕駛模擬器關鍵硬件型號
權利要求
1.一種基于快速控制原型的開發(fā)型汽車駕駛模擬方法，其特征在于該方法包括以下 步驟 (1)在監(jiān)控計算機上生成XPC實時內核，并將該實時內核寫到移動存儲器上 (2)將上述移動存儲器插入快速控制原型器，快速控制原型器從移動存儲器中讀取 實時內核，為快速控制原型器中駕駛仿真模型的運行提供軟件支持； 3)在上述監(jiān)控計算機中編譯駕駛仿真模型，將該駕駛仿真模型通過以太網下載至 上述快速控制原型器； (4)采集駕駛模擬者的操縱信號，將操縱信號通過控制器局域網絡總線傳輸至快速 控制原型器； (5)快速控制原型器根據上述采集的操縱信號，利用駕駛仿真模型計算駕駛模擬者 所在車輛及參與模擬車輛的速度和方向，并將得到的速度和方向信號通過串行通訊總線發(fā) 送至視景生成系統(tǒng)，同時將得到的速度和方向信號通過以太網發(fā)送至監(jiān)控計算機； 6)視景生成系統(tǒng)根據上述接收到的信號生成駕駛模擬者所在車輛前方的視景圖像， 并將圖像投射至駕駛模擬者所在車輛前方的屏幕上； 7)上述監(jiān)控計算機接收上述信號后將信號顯示，并根據駕駛模擬者或開發(fā)人員對 駛模擬者所在車輛的運行性能、電控系統(tǒng)控制性能的要求，對駕駛仿真模犁進行修改； (8)重復步驟(3) (7)，直至滿足駕駛模擬者或開發(fā)人員的要求。
2.如權利要求I所述的方法，其特征在于其中所述的駕駛仿真模型劃分為駕駛控制 模塊、道路模塊、交通流模塊、傳感器模塊、車輛模塊、視景接口模塊、駕駛操作接口模 塊和監(jiān)控接口模塊，其信號連接關系如下 (1)駕駛操作接口模塊，采集控制器局域網絡總線上的駕駛模擬者操縱信號，并將 信號發(fā)送至駕駛控制模塊； (2)道路模塊根據道路模型同時向車輛模塊和傳感器模塊發(fā)送道路坡度、道路曲率、 路面附著系數信息 (3)交通流模塊根據交通流模型計算參與模擬車輛的速度和方向信息，并將信息同 時發(fā)送至傳感器模塊和視景接口模塊； (4)傳感器模塊，根據交通流模塊發(fā)送的車輛速度和方向信息，計算駕駛模擬者所 在車輛與參與模擬車輛之間的相對距離和速度信息根據道路模塊發(fā)送的道路坡度、道路 曲率和路面附著系數信息，計算駕駛模擬者所在車輛的車道線信息根據車輛模塊輸出的 發(fā)動機轉速、輪速、橫向加速度、縱向加速度和橫擺角速度，分別計算相應傳感器的輸出 信息；最后將上述所有信息發(fā)送至駕駛控制模塊； (5)駕駛控制模塊，根據上述傳感器模塊的信息，利用駕駛模擬者所在車輛電控系 統(tǒng)的控割算法，計算出期望駕駛模擬者的操縱信號；對上述接收的駕駛模擬者操縱信號進行濾波，根據駕駛模擬者所在車輛電控系統(tǒng)的要求，用期望駕駛模擬者的操縱信號替代濾 波后的信號，并發(fā)送至車輛模塊 (6)車輛模塊，根據駕駛模擬者所在車輛的車輛縱橫向動力學模型，并根據上述接 收到的信息，計算出駕駛模擬者所在車輛的縱向速度、橫向速度、行駛方向、發(fā)動機轉速、 輪速、橫向加速度、縱向加速度和橫擺角速度，并將信息同時發(fā)送至傳感器模塊、監(jiān)控接 口模塊和視景接口模塊； 7)監(jiān)控接口模塊，將上述接收的信息發(fā)送至以太網，用于監(jiān)控計算機的信號實時 監(jiān)控，同時監(jiān)控接口模塊從以太網接收監(jiān)控計算機的監(jiān)控命令，用于控制駕駛仿真模型的 運行； (8)視景接口模塊接收上述交通流模塊和車輛模塊的信息，并將信息發(fā)送至串行通 訊總線，用于生成視景圖像。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種基于快速控制原型的開發(fā)型汽車駕駛模擬方法，屬于汽車模擬駕駛技術領域。 首先利用監(jiān)控計算機生成的實時內核建立快速控制原型器的軟件平臺，并編譯和下載駕駛仿真模型。 其次，快速控制原型器接收駕駛模擬器的操縱信號后，計算所有模擬車輛的速度和方向，同時發(fā)送視景計算機和監(jiān)控計算機，分別用于生成視景圖像和對監(jiān)控駕駛模擬過程。 最后，駕駛模擬者或開發(fā)人員根據駕駛模擬者所在車輛及電控系統(tǒng)昀性能要求，對駕駛仿真模型進行修改，重復駕駛模擬器過程，直至滿足駕駛模擬者或開發(fā)人員的要求。 本發(fā)明的優(yōu)點是，簡化了開發(fā)型駕駛模擬器，降低了開發(fā)成本，且適用于車輛電控系統(tǒng)的V型開發(fā)模式。
文檔編號G09B9/04GK102842250SQ20111016850
公開日2012年12月26日 申請日期2011年6月22日 優(yōu)先權日2011年6月22日
發(fā)明者不公告發(fā)明人 申請人:上海日浦信息技術有限公司