一种可旋转座舱的研究型汽车驾驶模拟器制造技术

本发明专利技术提供一种可旋转座舱的研究型汽车驾驶模拟器，包括多通道投影显示系统、驾驶座舱、用户输入系统、主运算处理系统、运动控制系统和音响系统；多通道投影显示系统包括一个柱形屏幕、若干个投影仪和一个投影控制模块；驾驶座舱由运动控制系统控制旋转；用户输入系统用于人机交互输入驾驶操作信号，传输给主运算处理系统；主运算处理系统用于根据输入的驾驶操作信号和动力学模型计算虚拟车辆当前的车身姿态和车辆行驶参数，并输出车辆行驶参数对应的车辆行驶噪声，计算出的车身姿态更新虚拟驾驶场景并发送给投影控制模块；音响系统用于接收并播放车辆行驶参数对应的车辆行驶噪声。本发明专利技术具有低成本、高沉浸感和高真实感的优点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种汽车驾驶模拟器，具体是一种可旋转座舱的研究型汽车驾驶模拟器。
技术介绍
汽车驾驶模拟器，亦称为汽车驾驶仿真平台，是一种集合了现代传感、计算机仿真、虚拟现实、多媒体等多种先进技术，能够正确模拟汽车驾驶操作、获得汽车驾驶感觉的仿真系统。根据其应用方向，大致可以分为两类：一类是用于车载设备研发和人-车-环境系统基础研究(驾驶行为、道路规划、交通安全评价测试等)的研究型仿真平台；另一类是用于交通安全教育、交通规则教育和驾驶培训的训练型仿真平台。现有的汽车驾驶模拟器在功能性和复杂度上具有显著的差异。桌面级驾驶模拟器由于研制成本低廉、易搭建，在科研和驾驶培训中得到了较为广泛的应用。其结构通常较为简单，主要由桌面级计算机、显示器、驾驶座椅等组成。这一类驾驶模拟器虽然成本较低、使用较为便利，但往往功能单一、驾驶真实感差、沉浸度和交互性严重不足。由于无法提供驾驶人足够的沉浸感，该类驾驶模拟器在应用于科研用途时无法确保实验结果和研究结论的可靠性，在应用于驾驶训练时也往往难以获得理想的效果。随着运动控制技术、计算机仿真技术、图形图像处理技术和虚拟现实技术的快速发展，国内外的研究机构和企业研发了一些高复杂度的大型驾驶模拟器。国外具有代表性的大型驾驶模拟器主要包括美国Iowa大学(University of Iowa)的国家高级驾驶模拟器(National Advanced Driving Simulator)和丰田公司的大型驾驶模拟器。这一类驾驶模拟器主要由13自由度运动平台、大型圆顶式封闭座舱、实车、纵横向运动导轨等组成。其中实车被放置在圆顶式封闭座舱内，封闭式座舱的内表面用于进行360度的投影；座舱与13自由度运动平台连接为一体，通过平台的震动、转动和在导轨上的纵横向运动模拟汽车驾驶过程中的各种复杂驾驶场景，提供给驾驶人高度逼真的多种运动感。在国内，1996年吉林工业大学汽车动态模拟国家重点实验室建设完成了科研型ADSL驾驶模拟器。该模拟器由模拟舱与运动控制系统、计算机实时模拟与控制系统、视景模拟系统、数据采集与触感模拟系统、声响系统和中央控制台六大系统组成,具有真实的人-车操作界面、重复可控的试验工况、可任意嵌入实物试验、高速的仿真运算能力、无风险的极限工况试验等功能。公安部交通管理科学研究所于2009年开发了基于实车驱动的五通道视景驾驶模拟器，运用边缘融合与几何校正技术，实现五通道视景画面的无缝拼接，采用多声道数字声音仿真系统对本车及交通环境的各种类型声音进行仿真。其联网功能可以允许多台驾驶模拟器同时协作操作，能应用于驾驶人安全行为、道路安全指示设施研究及车辆安全系统测试等领域。同济大学的8自由度驾驶模拟器广泛应用于交通安全评价测试研究。上述大型驾驶模拟器能够提供较高的沉浸度和驾驶真实感，以此为基础所展开的仿真实验数据和研究结论的可信度亦能得到较为充分的保证。但该类驾驶模拟器的开发成本极为高昂，需要占据大范围的实验空间，系统使用和后续维护也具有相当大的难度。因此，该类驾驶模拟器的经济性和适用性较差，难以得到广泛地应用，无法满足相关领域大量且日益增长的科研需求。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是：提供一种可旋转座舱的研究型汽车驾驶模拟器，具有低成本、高沉浸感和高真实感的优点。本专利技术为解决上述技术问题所采取的技术方案为：一种可旋转座舱的研究型汽车驾驶模拟器，其特征在于：它包括多通道投影显示系统、驾驶座舱、用户输入系统、主运算处理系统、运动控制系统和音响系统；其中所述的多通道投影显示系统包括一个柱形屏幕、若干个投影仪和一个投影控制模块，所述的若干个投影仪组合构成360度视场，所述的投影控制模块用于将主运算处理系统输出的虚拟驾驶场景分给若干个投影仪投影在所述的柱形屏幕上；所述的驾驶座舱设置在柱形屏幕的中心，由所述的运动控制系统控制旋转；所述的用户输入系统设置在驾驶座舱周围，用于人机交互输入驾驶操作信号，并将驾驶操作信号传输给所述的主运算处理系统；所述的主运算处理系统包括动力学模型、运算处理模块和虚拟场景模块；运算处理模块用于根据输入的驾驶操作信号和动力学模型计算虚拟车辆当前的车身姿态和车辆行驶参数，并输出车辆行驶参数对应的车辆行驶噪声；虚拟场景模块用于根据运算处理模块计算出的车身姿态更新虚拟驾驶场景并发送给投影控制模块；所述的运动控制系统用于根据运算处理模块计算出的虚拟车辆当前的车身姿态，控制所述的驾驶座舱旋转；所述的音响系统用于接收并播放车辆行驶参数对应的车辆行驶噪声。按上述方案，所述的柱形屏幕为圆柱形屏幕；所述的投影控制模块用于采用预失真算法矫正投影在圆柱形屏幕上的图像几何畸变，并采用边缘融合算法消除相邻的投影仪投影中重叠区域的光度不均现象。按上述方案，所述的投影仪为6个LCD投影仪。按上述方案，所述的运动控制系统包括相互连接的数字驱动器和交流异步电机，所述的交流异步电机与所述的驾驶座舱机械连接。按上述方案，所述的用户输入系统包括加速踏板、制动踏板、离合器踏板、换挡手柄和带反力矩的方向盘，以及安设在上述部件上采集相应信号的传感器。按上述方案，它还包括数据存储模块，用于存储驾驶模拟器仿真数据。按上述方案，采用预失真算法矫正投影在圆柱形屏幕上的图像几何畸变的具体方式为：对于分辨率为w×h的原图像，原图像的像素点(m,n)在进行预变形后对应的像素点(w2,h2)的横坐标w2和纵坐标h2分别为： w 2 = r π ( w - m ) 3 ( w - 1 ) × ( a 2 + d p 2 d p 2 + - a 2 d p 2 + a 2 r 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种可旋转座舱的研究型汽车驾驶模拟器，其特征在于：它包括多通道投影显示系统、驾驶座舱、用户输入系统、主运算处理系统、运动控制系统和音响系统；其中所述的多通道投影显示系统包括一个柱形屏幕、若干个投影仪和一个投影控制模块，所述的若干个投影仪组合构成360度视场，所述的投影控制模块用于将主运算处理系统输出的虚拟驾驶场景分给若干个投影仪投影在所述的柱形屏幕上；所述的驾驶座舱设置在柱形屏幕的中心，由所述的运动控制系统控制旋转；所述的用户输入系统设置在驾驶座舱周围，用于人机交互输入驾驶操作信号，并将驾驶操作信号传输给所述的主运算处理系统；所述的主运算处理系统包括动力学模型、运算处理模块和虚拟场景模块；运算处理模块用于根据输入的驾驶操作信号和动力学模型计算虚拟车辆当前的车身姿态和车辆行驶参数，并输出车辆行驶参数对应的车辆行驶噪声；虚拟场景模块用于根据运算处理模块计算出的车身姿态更新虚拟驾驶场景并发送给投影控制模块；所述的运动控制系统用于根据运算处理模块计算出的虚拟车辆当前的车身姿态，控制所述的驾驶座舱旋转；所述的音响系统用于接收并播放车辆行驶参数对应的车辆行驶噪声。

【技术特征摘要】
1.一种可旋转座舱的研究型汽车驾驶模拟器，其特征在于：它包括多通道投影显示系统、驾驶座舱、用户输入系统、主运算处理系统、运动控制系统和音响系统；其中所述的多通道投影显示系统包括一个柱形屏幕、若干个投影仪和一个投影控制模块，所述的若干个投影仪组合构成360度视场，所述的投影控制模块用于将主运算处理系统输出的虚拟驾驶场景分给若干个投影仪投影在所述的柱形屏幕上；所述的驾驶座舱设置在柱形屏幕的中心，由所述的运动控制系统控制旋转；所述的用户输入系统设置在驾驶座舱周围，用于人机交互输入驾驶操作信号，并将驾驶操作信号传输给所述的主运算处理系统；所述的主运算处理系统包括动力学模型、运算处理模块和虚拟场景模块；运算处理模块用于根据输入的驾驶操作信号和动力学模型计算虚拟车辆当前的车身姿态和车辆行驶参数，并输出车辆行驶参数对应的车辆行驶噪声；虚拟场景模块用于根据运算处理模块计算出的车身姿态更新虚拟驾驶场景并发送给投影控制模块；所述的运动控制系统用于根据运算处理模块计算出的虚拟车辆当前的车身姿态，控制所述的驾驶座舱旋转；所述的音响系统用于接收并播放车辆行驶参数对应的车辆行驶噪声。2.根据权利要求1所述的可旋转座舱的研究型汽车驾驶模拟器，其特征在于：所述的柱形屏幕为圆柱形屏幕；所述的投影控制模块用于采用预失真算法矫正投影在圆柱形屏幕上的图像几何畸变，并采用边缘融合算法消除相邻的投影仪投影中重叠区域的光度不均现象。3.根据权利要求1或2所述的可旋转座舱的研究型汽车驾驶模拟器，其特征在于：所述的投影仪为6个LCD投影仪。4.根据权利要求1所述的可旋转座舱的研究型汽车驾驶模拟器，其特征在于：所述的运动控制系统包括相互连接的数字驱动器和交流异步电机，所述的交流异步电机与所述的驾驶座舱机械连接。5.根据权利要求1所述的可旋转座舱的研究型汽车驾驶模拟器，其特征在于：所述的用户输入系统包括加速踏板、制动踏板、离合器踏板、换挡手柄和带反力矩的方向盘，以及安设在上述部件上采集相应信号的传感器。6.根据权利要求1所述的可旋转座舱的研究型汽车驾驶模拟器，其特征在于：它还包括数据存储模块，用于存储驾驶模拟器仿真数据。7.根据权利要求2所述的可旋转座舱的研究型汽车驾驶模拟器，其特征在于：采用预失真算法矫正投影在圆柱形屏幕上的图像几何畸变的具体方式为：对于分辨率为w×h的原图像，原图像的像素点(m,n)在进行预变形后对应的像素点(w2,h2)的横坐标w2和纵坐标h2分别为： w 2 = r π ( w - m ) 3 ( w - 1 ) × ( a 2 + d p 2 d p 2 + - ...

【专利技术属性】
技术研发人员：尹智帅，聂琳真，管家意，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42