專利名稱：一種三維汽車駕駛訓(xùn)練模擬裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及汽車駕駛模擬裝置，具體涉及一種三維汽車駕駛訓(xùn)練模擬裝置。
背景技術(shù)：
隨著經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，汽車逐漸成為了我們生活中必不可少的代步工具，然而交通事故也隨之迅猛增加。由于交通事故增多所引起的人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失，已經(jīng)嚴(yán)重阻礙了我國(guó)社會(huì)，經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。盡管許多汽車公司采用更先進(jìn)的主動(dòng)安全和被動(dòng)安全技術(shù)來(lái)減輕事故的傷害程度，但引發(fā)交通事故產(chǎn)生的根本原因都未得到解決。根據(jù)對(duì)道路交通事故的分析可知，交通事故的發(fā)生與駕駛員的關(guān)系最為密切。因此只有提高駕駛員的操作水平， 才能從根本上減少交通事故的發(fā)生，提高駕駛員的駕駛安全性。駕駛?cè)藛T水平提高的有效手段是在實(shí)際的道路上或在與現(xiàn)實(shí)道路中的行車狀況相近的環(huán)境中進(jìn)行訓(xùn)練，但在實(shí)際的道路中進(jìn)行訓(xùn)練其可操作性幾乎為零，因而需要在與實(shí)際路況相近的模擬環(huán)境中進(jìn)行操練，這樣也就需要能夠?yàn)轳{駛?cè)藛T提供道路模擬環(huán)境的裝置。
發(fā)明內(nèi)容針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的缺陷與不足，本實(shí)用新型的目的在于提供一種三維汽車駕駛訓(xùn)練模擬裝置。以為駕駛學(xué)員提供與現(xiàn)實(shí)路況基本相同的模擬訓(xùn)練環(huán)境，進(jìn)而使得駕駛學(xué)員在學(xué)習(xí)訓(xùn)練過(guò)程中掌握更多的實(shí)際駕車經(jīng)驗(yàn)，以減少交通事故的發(fā)生。為實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)任務(wù)，本實(shí)用新型采取如下的技術(shù)解決方案一種三維汽車駕駛訓(xùn)練模擬裝置，其特征在于，包括駕駛艙以及安裝于駕駛艙內(nèi)的操縱裝置、數(shù)據(jù)采集裝置、數(shù)據(jù)處理單片機(jī)、內(nèi)部存儲(chǔ)有基于開放源代碼的OSG圖像渲染引擎和Newton物理引擎設(shè)計(jì)開發(fā)的交通場(chǎng)景仿真系統(tǒng)的交通場(chǎng)景仿真計(jì)算機(jī)和交通場(chǎng)景顯示裝置；所述操縱裝置、數(shù)據(jù)采集裝置、數(shù)據(jù)處理單片機(jī)、交通場(chǎng)景仿真計(jì)算機(jī)和交通場(chǎng)景顯示裝置依次連接；所述操縱裝置包括方向盤、離合踏板、制動(dòng)踏板、加速踏板、檔位箱和點(diǎn)火開關(guān)；所述數(shù)據(jù)采集裝置包括轉(zhuǎn)角傳感器和十三個(gè)霍爾傳感器；所述方向盤通過(guò)轉(zhuǎn)向柱安裝于駕駛艙內(nèi)，所述轉(zhuǎn)角傳感器安裝于轉(zhuǎn)向柱上；所述離合踏板通過(guò)離合踏板延長(zhǎng)臂安裝于駕駛艙內(nèi)，所述離合踏板延長(zhǎng)臂上安裝有兩個(gè)霍爾傳感器；所述制動(dòng)踏板通過(guò)制動(dòng)踏板延長(zhǎng)臂安裝于駕駛艙內(nèi)，所述制動(dòng)踏板延長(zhǎng)臂上安裝有兩個(gè)霍爾傳感器；所述加速踏板通過(guò)加速踏板延長(zhǎng)臂安裝于駕駛艙內(nèi)，所述加速踏板延長(zhǎng)臂上安裝有兩個(gè)霍爾傳感器；所述檔位箱安裝于駕駛艙內(nèi)，且檔位箱中安裝有六個(gè)霍爾傳感器；所述點(diǎn)火開關(guān)安裝于駕駛艙內(nèi)，且點(diǎn)火開關(guān)處安裝有一霍爾傳感器；所述轉(zhuǎn)角傳感器和十三個(gè)霍爾傳感器分別與數(shù)據(jù)處理單片機(jī)連接。本實(shí)用新型的其他技術(shù)特征為所述數(shù)據(jù)處理單片機(jī)采用Atmel公司生產(chǎn)的ATMEGA16單片機(jī)。所述交通場(chǎng)景顯示裝置包括三聯(lián)屏和音響，該三聯(lián)屏和音響分別與交通場(chǎng)景仿真計(jì)算機(jī)連接。本實(shí)用新型根據(jù)在模擬汽車的行駛過(guò)程時(shí)，各傳感器對(duì)駕駛員操縱過(guò)程中的各種參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)的采集，并通過(guò)單片機(jī)對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行快速處理，然后將處理后的信號(hào)通過(guò) RS-232接口傳送給交通場(chǎng)景仿真計(jì)算機(jī)，交通場(chǎng)景仿真計(jì)算機(jī)根據(jù)控制信號(hào)實(shí)時(shí)計(jì)算交通場(chǎng)景和汽車的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，并在交通場(chǎng)景顯示裝置上予以顯示。該裝置具有真實(shí)感強(qiáng)、響應(yīng)快速、控制準(zhǔn)確、成本低的特點(diǎn)。

圖I為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本實(shí)用新型的交通場(chǎng)景仿真裝置的工作框圖。以下結(jié)合實(shí)施例與附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。
具體實(shí)施方式
本實(shí)用新型的三維汽車駕駛訓(xùn)練模擬裝置，其通過(guò)在微機(jī)上實(shí)時(shí)生成汽車行駛過(guò)程中的三維虛擬駕駛場(chǎng)景，來(lái)模擬汽車的實(shí)際駕駛過(guò)程，從而達(dá)到訓(xùn)練駕駛員形成正確地， 熟練地駕駛操作的目的。使用三維汽車駕駛訓(xùn)練模擬系統(tǒng)可以替代實(shí)車訓(xùn)練中的部分內(nèi)容和科目，從而降低駕駛員的培訓(xùn)成本，也有利于培養(yǎng)駕駛員在任何緊急情況下都能有可靠而卓有成效的工作的能力，并具有節(jié)能，安全，經(jīng)濟(jì)，高效，真實(shí)感強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。實(shí)施例參考圖1，該實(shí)施例的三維汽車駕駛訓(xùn)練模擬裝置包括駕駛艙以及安裝于駕駛艙內(nèi)的操縱裝置、數(shù)據(jù)采集裝置、Atmel公司生產(chǎn)的ATMEGA16單片機(jī)、交通場(chǎng)景仿真計(jì)算機(jī)、 二聯(lián)屏和首響；所述操縱裝置包括方向盤、離合踏板、制動(dòng)踏板、加速踏板、檔位箱和點(diǎn)火開關(guān)；所述數(shù)據(jù)采集裝置包括轉(zhuǎn)角傳感器和十三個(gè)霍爾傳感器；所述方向盤通過(guò)轉(zhuǎn)向柱安裝于駕駛艙內(nèi)，該轉(zhuǎn)向柱上安裝有轉(zhuǎn)角傳感器，所述離合踏板通過(guò)離合踏板延長(zhǎng)臂安裝于駕駛艙內(nèi)， 該離合踏板延長(zhǎng)臂上安裝有兩個(gè)霍爾傳感器以實(shí)時(shí)采集方向盤的轉(zhuǎn)角；所述制動(dòng)踏板通過(guò)制動(dòng)踏板延長(zhǎng)臂安裝于駕駛艙內(nèi)，該制動(dòng)踏板延長(zhǎng)臂上安裝有兩個(gè)霍爾傳感器實(shí)時(shí)采集離合踏板的行程；所述加速踏板通過(guò)加速踏板延長(zhǎng)臂安裝于駕駛艙內(nèi)，該加速踏板延長(zhǎng)臂上安裝有兩個(gè)霍爾傳感器實(shí)時(shí)采集制動(dòng)踏板的行程；所述檔位箱安裝于駕駛艙內(nèi)，且檔位箱中安裝有六個(gè)霍爾傳感器實(shí)時(shí)采集檔位的位置，所述點(diǎn)火開關(guān)安裝于駕駛艙內(nèi)，且點(diǎn)火開關(guān)處安裝有一霍爾傳感器實(shí)時(shí)采集點(diǎn)火開關(guān)的位置；所述轉(zhuǎn)角傳感器和十三個(gè)霍爾傳感器分別與ATMEGA16單片機(jī)連接，各個(gè)傳感器的輸出引腳分別與數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)中的單片機(jī)的相應(yīng)A/D端口或I/O端口相連接；所述交通場(chǎng)景仿真計(jì)算機(jī)與數(shù)據(jù)處理單片機(jī)；所述三聯(lián)屏和音響分別與交通場(chǎng)景仿真計(jì)算機(jī)連接；裝置中采用的Atmel公司生產(chǎn)的ATMEGA16單片機(jī)，其包含高性能、低功耗的8位微處理器，先進(jìn)的RISC結(jié)構(gòu)，512字節(jié)的EEPROM可擦寫10，000次，四通道PWM，8路10位 ADC，8個(gè)單端通道；該單片機(jī)能實(shí)時(shí)的接收傳感器所檢測(cè)到得各種信息參數(shù)，并能對(duì)接收到的各種信息參數(shù)進(jìn)行快速準(zhǔn)確的處理，同時(shí)將處理后的結(jié)果通過(guò)計(jì)算機(jī)串口 RS-232傳送給交通場(chǎng)景仿真計(jì)算機(jī)；[0019]交通場(chǎng)景仿真計(jì)算中存儲(chǔ)有基于開放源代碼的OSG圖像渲染引擎和Newton物理引擎設(shè)計(jì)開發(fā)的交通場(chǎng)景仿真系統(tǒng)；面向?qū)ο蟮膱D像渲染引擎OSG可以實(shí)現(xiàn)汽車行駛過(guò)程中虛擬的三維駕駛環(huán)境，使駕駛員有種“身臨其境”的駕駛感覺(jué)；物理引擎Newton可以真實(shí)的實(shí)現(xiàn)汽車的行駛，碰撞，側(cè)翻，上坡等比較復(fù)雜的駕駛行為；將OSG和Newton相互結(jié)合使用，就能完全的展示汽車的駕駛特性；基于OSG和Newton引擎在visual studio 2005的平臺(tái)上編寫開發(fā)的；圖像渲染引擎OSG是一種面向?qū)ο蟮?D引擎，它是用C++語(yǔ)言開發(fā)的，使用非常的靈活；軟件開發(fā)者通過(guò)應(yīng)用OSG可以方便，直接的開發(fā)基于3D硬件設(shè)備的應(yīng)用程序或軟件。OSG中的類庫(kù)不僅對(duì)更底層的系統(tǒng)庫(kù)的全部使用細(xì)節(jié)進(jìn)行了抽象，而且提供了基于現(xiàn)實(shí)世界對(duì)象的接口 ；物理引擎Newton是一個(gè)性能高，源代碼開放的剛性物理動(dòng)力學(xué)模擬庫(kù)；它的功能相當(dāng)?shù)娜妫夹g(shù)也比較成熟且平臺(tái)獨(dú)立性很強(qiáng)，非常容易和C或C++配合使用Aewton具有各種高級(jí)的鉸接類型和碰撞檢測(cè)系統(tǒng)，對(duì)交通工具，虛擬環(huán)境中的物體和虛擬生物進(jìn)行模擬非常的適合，具有相當(dāng)好的平臺(tái)獨(dú)立性，運(yùn)算速度快和體積小等特占.三聯(lián)屏和音響不僅能實(shí)時(shí)的顯示動(dòng)態(tài)的交通場(chǎng)景和汽車的各種運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，并結(jié)合音響發(fā)出汽車行駛過(guò)程中加速，減速等各種運(yùn)動(dòng)的聲響，增強(qiáng)了駕駛員模擬駕駛過(guò)程中的
真實(shí)感。本實(shí)用新型裝置的工作流程為本實(shí)用新型對(duì)汽車駕駛過(guò)程的一些基本操縱部件如方向盤、加速踏板、離合踏板、制動(dòng)踏板和檔位箱以及點(diǎn)火開關(guān)等輔助性操縱部件均來(lái)自于實(shí)車，當(dāng)駕駛員在內(nèi)部結(jié)構(gòu)類似于駕駛室的操作艙中操縱各個(gè)操縱部件來(lái)模擬駕駛時(shí)， 各傳感器實(shí)時(shí)采集各個(gè)操縱部件的狀態(tài)參數(shù)，然后將采集到得狀態(tài)參數(shù)傳送到數(shù)據(jù)處理單片機(jī)中進(jìn)行快速處理和運(yùn)算，得到汽車模型的主要控制參數(shù)，然后將這些參數(shù)通過(guò)串行通信端口 RS-232發(fā)送給交通場(chǎng)景仿真計(jì)算機(jī)中的交通場(chǎng)景仿真系統(tǒng)，仿真系統(tǒng)根據(jù)所接收的數(shù)據(jù)，結(jié)合車輛性能參數(shù)和上一時(shí)刻的車輛運(yùn)動(dòng)姿態(tài)，計(jì)算得出虛擬車輛的當(dāng)前新運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，并在交通場(chǎng)景顯示裝置上予以顯示，同時(shí)根據(jù)車輛的運(yùn)行情況發(fā)出相應(yīng)得駕駛聲音。 駕駛員就能在虛擬視景中實(shí)時(shí)的觀察到所駕駛車輛的運(yùn)行情況，感覺(jué)如同在實(shí)際的道路上行駛一樣。參照?qǐng)D2，本實(shí)用新型的交通場(chǎng)景仿真裝置的運(yùn)行過(guò)程為首先資源管理器載入粒子模板定義文件，材質(zhì)定義文件，模型文件，骨骼動(dòng)畫文件以及各種圖像文件；同時(shí)場(chǎng)景管理器從場(chǎng)景文件中讀入駕駛模擬的三維虛擬駕駛場(chǎng)景；道路參數(shù)管理器從道路參數(shù)文件中載入各種道路信息；汽車模型管理器從汽車模型定義文件中讀入汽車模型，汽車的一些重要機(jī)構(gòu)的物理參數(shù)和形狀參數(shù)都包含在這個(gè)文件中；做完上述準(zhǔn)備工作之后，OSG的幀監(jiān)聽器開始循環(huán)監(jiān)聽，實(shí)時(shí)讀取數(shù)據(jù)處理單片機(jī)通過(guò)串口 RS-232發(fā)送的控制參數(shù)，并進(jìn)行及時(shí)快速處理。其中最主要的處理工作是通過(guò)汽車模擬管理器和道路參數(shù)管理器計(jì)算得出汽車模型新的狀態(tài)參數(shù)。經(jīng)過(guò)處理后，交通場(chǎng)景仿真系統(tǒng)根據(jù)得到的新的道路信息和汽車模型信息進(jìn)行更新，從而不斷形成新的虛擬駕駛場(chǎng)景，并將它們顯示到終端，同時(shí)還伴隨著加速或減速等汽車行駛運(yùn)動(dòng)時(shí)的各種聲音。
權(quán)利要求1.一種三維汽車駕駛訓(xùn)練模擬裝置，其特征在于，包括駕駛艙以及安裝于駕駛艙內(nèi)的操縱裝置、數(shù)據(jù)采集裝置、數(shù)據(jù)處理單片機(jī)、內(nèi)部存儲(chǔ)有基于開放源代碼的OSG圖像渲染引擎和Newton物理引擎設(shè)計(jì)開發(fā)的交通場(chǎng)景仿真系統(tǒng)的交通場(chǎng)景仿真計(jì)算機(jī)和交通場(chǎng)景顯示裝置；所述操縱裝置、數(shù)據(jù)采集裝置、數(shù)據(jù)處理單片機(jī)、交通場(chǎng)景仿真計(jì)算機(jī)和交通場(chǎng)景顯示裝置依次連接；所述操縱裝置包括方向盤、離合踏板、制動(dòng)踏板、加速踏板、檔位箱和點(diǎn)火開關(guān)；所述數(shù)據(jù)采集裝置包括轉(zhuǎn)角傳感器和十三個(gè)霍爾傳感器；所述方向盤通過(guò)轉(zhuǎn)向柱安裝于駕駛艙內(nèi)，所述轉(zhuǎn)角傳感器安裝于轉(zhuǎn)向柱上；所述離合踏板通過(guò)離合踏板延長(zhǎng)臂安裝于駕駛艙內(nèi)， 所述離合踏板延長(zhǎng)臂上安裝有兩個(gè)霍爾傳感器；所述制動(dòng)踏板通過(guò)制動(dòng)踏板延長(zhǎng)臂安裝于駕駛艙內(nèi)，所述制動(dòng)踏板延長(zhǎng)臂上安裝有兩個(gè)霍爾傳感器；所述加速踏板通過(guò)加速踏板延長(zhǎng)臂安裝于駕駛艙內(nèi)，所述加速踏板延長(zhǎng)臂上安裝有兩個(gè)霍爾傳感器；所述檔位箱安裝于駕駛艙內(nèi)，且檔位箱中安裝有六個(gè)霍爾傳感器；所述點(diǎn)火開關(guān)安裝于駕駛艙內(nèi)，且點(diǎn)火開關(guān)處安裝有一霍爾傳感器；所述轉(zhuǎn)角傳感器和十三個(gè)霍爾傳感器分別與數(shù)據(jù)處理單片機(jī)連接。
2.如權(quán)利要求I所述的三維汽車駕駛訓(xùn)練模擬裝置，其特征在于，所述數(shù)據(jù)處理單片機(jī)采用Atmel公司生產(chǎn)的ATMEGA16單片機(jī)。
3.如權(quán)利要求I所述的三維汽車駕駛訓(xùn)練模擬裝置，其特征在于，所述交通場(chǎng)景顯示裝置包括三聯(lián)屏和音響，該三聯(lián)屏和音響分別與交通場(chǎng)景仿真計(jì)算機(jī)連接。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種三維汽車駕駛訓(xùn)練模擬裝置。該裝置包括駕駛艙以及安裝于駕駛艙內(nèi)的操縱裝置、數(shù)據(jù)采集裝置、數(shù)據(jù)處理單片機(jī)、內(nèi)部存儲(chǔ)有交通場(chǎng)景仿真系統(tǒng)的交通場(chǎng)景仿真計(jì)算機(jī)和交通場(chǎng)景顯示裝置；所述操縱裝置、數(shù)據(jù)采集裝置、數(shù)據(jù)處理單片機(jī)、交通場(chǎng)景仿真計(jì)算機(jī)和交通場(chǎng)景顯示裝置依次連接。數(shù)據(jù)采集裝置對(duì)駕駛員操縱過(guò)程中的各種參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)的采集，并通過(guò)單片機(jī)對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行快速處理，然后將處理后的信號(hào)通過(guò)RS-232接口傳送給交通場(chǎng)景仿真計(jì)算機(jī)，交通場(chǎng)景仿真計(jì)算機(jī)根據(jù)控制信號(hào)實(shí)時(shí)計(jì)算交通場(chǎng)景和汽車的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，并在交通場(chǎng)景顯示裝置上予以顯示。該裝置具有真實(shí)感強(qiáng)、響應(yīng)快速、控制準(zhǔn)確、成本低的特點(diǎn)。
文檔編號(hào)G09B9/04GK202352127SQ20112044069
公開日2012年7月25日 申請(qǐng)日期2011年11月9日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月9日
發(fā)明者于鵬程, 吳初娜, 張文霞, 牛增良 申請(qǐng)人:長(zhǎng)安大學(xué)