一种人-车-路环境驾驶模拟实验系统技术方案

本发明专利技术涉及一种人-车-路环境驾驶模拟实验系统，具体涉及一种开放的人-车-路环境驾驶模拟实验系统。其特征在于通过分布式的网络结构，模块化的汽车动力学模型，道路交通场景模块化快速生成，动态交通模块化实时加载，驾驶员行为与驾驶效果的一体化监测，形成人、车、路的信息环闭，所有过程都实时发生，以产生连续变化的图像。?本发明专利技术能够显著提高系统功能的开放性和扩展性；提高系统的实时性和图像运动的平滑性，使该系统具备了处理大场景的能力；显著提高了系统的应用范围。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及驾驶模拟实验系统，特别是研究人-车-路交通环境的驾驶模拟实验系统。
技术介绍
道路交通问题，其实质就是人、车、路(交通环境)的关系问题，三者之间有着深刻的内涵关系。这里的人指驾驶员，也指行人；车可指一辆车也可指多辆车。长期以来，在汽车或交通领域，主要的研究方式是”开环”式的，即研究车时较少考虑人和环境对车的影响；而在研究道路时又较少考虑车辆和人的因素。而人、车、路(环境)其实是一个整体的系统，研究该系统之间的协调关系才是解决交通问题的关键。人、车、路(环境)系统最大的一个特点在于其对象总是处于动态的过程中，变化多，情况复杂，用统计的研究方法，工作量大、费时费力，有时很难以掌握和处理好三者之间的关系。利用驾驶模拟系统对“人-车-路”交通安全、驾驶员行为特征、智能交通、汽车动力学等问题的研究 ，是近年来国际上的一个主要发展方向。国外在这方面进行过很多研究。八十年代以来，德国、瑞典、日本、美国和英国都先后分别投资建立了汽车驾驶模拟或交通模拟实验系统。交通驾驶模拟系统有着广泛的应用前景。首先，它使车辆或交通系统的设计从传统的开环设计走向闭环设计；其次是交通设计的观念从“使人适应交通”向“使交通适应人的能力范围”转变。同时，还推动了驾驶员控制行为规律研究的深入开展。目前，市场上的驾驶模拟系统，包括国外的驾驶模拟产品，以用于驾驶员培训的模拟器居多，有的用于研究的模拟器也是从培训型的模拟器改造而成的。许多用于研究的驾驶模拟器的使用范围非常有限，表现在一是系统提供的建模和运算能力较弱；另一个主要原因是系统的开放程度较低，即用户建立自主模型的方法受限。例如，用于研究道路交通工程评价的驾驶模拟器必须具有极强的建模和动态场景的构建能力，而大多数驾驶模拟器的场景是事先给定的模式，有的虽然可以白建模型，但过程复杂、限制多、功能不全，不具备完全开放的功能，或开放程度极低，因此难以实现对道路交通评价对象的真实建模。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种人-车-路交通环境的驾驶模拟实验系统，极大地提高了系统的实时性和图像运动的平滑性，使该系统具备了处理大场景的能力，因而显著提高了系统的应用范围。本专利技术的系统主要由驾驶舱、汽车动力学模型及声响、图像生成、动态交通模拟、 图像投影、集成控制等六大子系统组成。其中驾驶舱系统采集驾驶员的各种操作信息并将其传送给汽车动力学模型系统；汽车动力学模型系统运算出汽车的瞬间位置及运动姿态参数，并将其传送给图像生成系统。同时，汽车动力学模型系统根据驾驶员的操作信息调用相应的音频文件通过声响系统播放出来；图像生成系统根据汽车动力学模型系统和动态交通模拟系统提供的相应参数生成与车辆运动相对应的、连续变化的动态道路交通场景。最后通过图像投影系统将动态道路交通场景投射到驾驶舱正前方的屏幕上。而集成控制系统则是控制驾驶舱、汽车动力学模型及声响、图像生成、动态交通模拟和图像投影等子系统。系统的工作原理如下(I)由驾驶员工作舱产生驾驶操纵信号，通过传感及电路系统将采集的信号传递给汽车动力学模型系统；(2)汽车动力学模型根据操纵信号进行仿真运算得到车辆运动参数输出至图像生成系统，同时将模拟声音输出至音响系统；(3)图像生成系统根据车辆运动参数生成驾驶员的视景图像，输出至投影系统；(4)以此同时，其它机动车流、非机动车、行人等由交通动态模拟系统生成，并传入图像生成系统与道路交通的静态视景图像融为一体；(5)投影系统将视景图像投射到驾驶舱前面的屏幕上；(6)驾驶员根据屏幕上的道路交通虚拟图像驾驶车辆，产生新的操纵信息，使驾驶舱、电路系统、汽车动力学模型系统、图像生成系统、音响系统和投影系统产生的信息形成闭环。所有这些过程都实时发生，以产生连续变化的图像，从而给驾驶员一个接近真实的驾车感觉。本
技术实现思路
主要体现在分布式及模块化组合的建设方案，使得系统的开放性、可开发性得到最大体现，具体表现在(1)分布式计算机网络结构； (2)汽车动力学模型及模块化；(3)道路交通虚拟场景模块化快速生成；(4)动态交通模块化实时加载；(5)驾驶员行为与驾驶效果的一体化监测。本专利技术的有益效果是，采用分布式及模块化组合的道路交通仿真系统建设方案最大的优点是开放性好，功能扩展性强。由于车辆动力学模型及仿真、道路交通静态模型、 图像驱动引擎、交通动态模型和仿真等都是独立运行，使得系统功能的开放性和扩展性显著提高；其次，由于数据采集、汽车动力学模型计算、图像生成、动态交通模型计算等具有实时性强、计算量大的工作是通过网络并行运算，极大地提高了系统的实时性和图像运动的平滑性，使该系统具备了处理大场景的能力，因而显著提高了系统的应用范围。以下结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步说明。图I是本专利技术的模拟实验系统结构框图。图2是本专利技术的分布式计算机C / S网络结构框图。图3是本专利技术的汽车模型结构图(汽车面向对象的模型结构)。图4是本专利技术的动态交通实时加载结构框图。图5是本专利技术的驾驶员视频监视示意图。图6是本专利技术的驾驶员行为及驾驶效果的一体化监测系统结构图。具体实施例方式本专利技术的模拟实验系统主要由驾驶舱、汽车动力学模型及声响、图像生成、动态交通模拟、图像投影、集成控制等六大子系统组成；其中驾驶舱系统采集驾驶员的各种操作信息并将其传送给汽车动力学模型系统；汽车动力学模型系统运算出汽车的瞬间位置及运动姿态参数，并将其传送给图像生成系统。同时，汽车动力学模型系统根据驾驶员的操作信息调用相应的音频文件通过声响系统播放出来；图像生成系统根据汽车动力学模型系统和动态交通模拟系统提供的相应参数生成与车辆运动相对应的、连续变化的动态道路交通场景。最后通过图像投影系统将动态道路交通场景投射到驾驶舱正前方的屏幕上。而集成控制系统则是控制驾驶舱、汽车动力学模型及声响、图像生成、动态交通模拟和图像投影等子系统。系统的软硬件组织网络结构如图I所示。以下分别说明各部分的构成(I)分布式计算机网络结构本仿真系统的网络结构如图2，它由8台计算机组成。是一个小型的client / server结构网络系统,其中的主控计算机作为服务器,其余作为客户端计算机，包括数据采集计算机、交通模型计算机、汽车动力学模型计算机、4台图形计算机，信息通过IOOM/ 1000M高速局域网交换。所有计算机各自独立并行计算，网络通信均通过主控计算机(服务器端)进行收发首先，服务器接收来自数据采集机的驾驶员驾驶操作参数，并发送驾驶操作参数到汽车动力学模型机；其次，服务器收到来自汽车动力学模型计算机的模型计算完成的车辆位置、姿态等参数；与此同时，服务器接收来自交通模型计算机的动态交通流等数据；然后，服务器发送模拟器位置、姿态以及动态交通环境参数等到4 台图形计算机，同步实时更新，实现实时三维动态仿真。(2)汽车动力学模型及模块化汽车动力学模型计算是驾驶模拟器“运动”的核心部分，在驾驶过程中，车辆(模拟器)的所有运动都是通过汽车动力学模型计算获得的。 汽车动力学模型计算的输入信息来自上位的驾驶舱传感器系统，输出信息(计算结果)输入到下位 的道路交通视景生成系统。考虑到模拟器能较全面地反映出汽车的操纵和运动状态，车辆模型采用12个自由度的动力学模型，包括发动机转动、离合器的工作过程、车辆的纵向位移、横向位本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种人-车-路环境驾驶模拟实验系统，其特征在于主要由驾驶舱、汽车动力学模型及声响、图像生成、动态交通模拟、图像投影、集成控制六大子系统组成；其中驾驶舱系统采集驾驶员的各种操作信息并将其传送给汽车动力学模型系统；汽车动力学模型系统运算出汽车的瞬间位置及运动姿态参数，并将其传送给图像生成系统，同时，汽车动力学模型系统根据驾驶员的操作信息调用相应的音频文件通过声响系统播放出来；图像生成系统根据汽车动力学模型系统和动态交通模拟系统提供的相应参数生成与车辆运动相对应的、连续变化的动态道路交通场景，最后通过图像投影系统将动态道路交通场景投射到驾驶舱正前方的屏幕上，而集成控制系统则是控制驾驶舱、汽车动力学模型及声响、图像生成、动态交通模拟和图像投影子系统；通过分布式的网络结构，模块化的汽车动力学模型，道路交通虚拟场景模块化快速生成，动态交通模块化实时加载，驾驶员行为与驾驶效果的一体化监测，形成人、车、路的信息环闭，所有过程都实时发生，以产生连续变化的图像。2.根据权利要求I所述的人-车-路环境驾驶模拟实验系统，其特征在于分布式的网络结构包含数据采集计算机、交通模型计算机、汽车动力学模型计算机、4台图形计算机，信息通过IOOM / 1000M高速局域网交换，所有计算机各自独立并行计算，网络通信均通过主控计算机的服务器端进行收发。3.根据权利要求2所述的人-车-路环境驾驶模拟实验系统，其特征在于网络通信均通过主控计算机进行收发的过程是首先，服务器接收来自数据采集机的驾驶员驾驶操作参数，并发送驾驶操作参数到汽车动力学模型机；其次，服务器收到来自汽车动力学模型计算机的模型计算完成的车辆位置、姿态参数；与此同时，服务器接收来自交通模型计算机的动态交通流数据；然后，服务器发送模拟器位置、姿态以及动态交通环境参数等到4台图形计算机，同步实时更新，实现实时三维动态仿真。4.根据权利要求I所述的人-车-路环境驾驶模拟实验系统，其特征在于模块化的汽车动力学模型包含建立了包括车身、发动机、底盘和操纵机构四个系统；其中，操纵机构包括制动踏板、变速器、离合器踏板、油门踏板、方向盘5个子系统；底盘部分包含传动系、离合器、转向系、制动系、悬架系、车轮6个子系统。5.根...

【专利技术属性】
技术研发人员：不公告发明人，
申请(专利权)人：上海日浦信息技术有限公司，
类型：发明
国别省市：