基于快速控制原型的开发型汽车驾驶模拟方法技术

本发明专利技术涉及一种基于快速控制原型的开发型汽车驾驶模拟方法，属于汽车模拟驾驶技术领域。首先利用监控计算机生成的实时内核建立快速控制原型器的软件平台，并编译和下载驾驶仿真模型。其次，快速控制原型器接收驾驶模拟器的操纵信号后，计算所有模拟车辆的速度和方向，同时发送视景计算机和监控计算机，分别用于生成视景图像和对监控驾驶模拟过程。最后，驾驶模拟者或开发人员根据驾驶模拟者所在车辆及电控系统的性能要求，对驾驶仿真模型进行修改，重复驾驶模拟器过程，直至满足驾驶模拟者或开发人员的要求。本发明专利技术的优点是，简化了开发型驾驶模拟器，降低了开发成本，且适用于车辆电控系统的Ｖ型开发模式。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种，属于汽车模拟驾驶技 术领域。技术背景目前，开发型驾驶模拟器的基本结构如图l所示，包括车辆实物(或者驾驶舱实物)、 车辆ii动仿真系统、视景生成系统、投影系统以及各系统之间的软硬件接口。其中，车辆 运动仿真系统是整个驾驶模拟器的关键组成，其软硬件结构直接影响整个驾驶模拟器的技术水平和应用范围。该系统的基本功能为利用驾驶舱传输至仿真计算机的驾驶员操作信 号，计算驾驶模拟者所在车辆及参与模拟车辆的运动状态，并将状态信息实时发送至视景 生成系统。已有车辆运动仿真系统的硬件皆釆用单一计算机平台，软件多由基于Windows平台的 汇编、(:或0++语言开发，其仿真代码编制复杂，开发周期长，开发成本也相对较高。以 QM-I工型汽车驾驶模拟器为例(程秀生等.汽车驾驶模拟器的研制.吉林工业大学学报， No. 1, 1991:64 70.)，其车辆运动仿真程序采用Z-80汇编语言编写，尽管采用模块化 设计思想，但其编写难度不言而喻，调试和维护难度较大。其他，基于0++面向对象编程 技术的车辆运动仿真软件，虽然其编程难度比起汇编语言大大简化，但其描述动态系统的 能力远不如Matlab/Simulink或Labview等专用建模软件，对软件的维护和修改也较为复 杂。更重要的是，随着驾驶模拟器在新型电控系统开发中的应用日渐增多，已有的驾驶模 拟器，尤其是车辆运动仿真系统的原技术方案，已经不能满足快速开发电控系统的要求第一，已有驾驶模拟器的车辆运动仿真程序，使用流式编程语言，不适合描述车辆和 控制器等动态环节较多的系统，导致建模难度大、开发效率低；第二，已有驾驶模拟器不适用于对道路、交通流或车辆进行建模，不能快速验证电控 系统在不同道路、交通流和车辆上的应用效果；第三，电控系统开发中，V型开发模式的应用日渐普及。该模式中，；决速控制原型作 为一种将控制算法快速转化实时控制器的技术手段，是V型开发模式中不可或缺的环节。 己有的驾驶模拟器结构因不具备快速原型功能，极大限制了驾驶模拟技术与V型开发模式 的融合，阻碍了电控系统开发，尤其是驾驶员辅助系统开发，在驾驶模拟器上的应用。
技术实现思路
本专利技术的目的是提出一种，用于设计适 用于车辆电控系统开发过程的驾驶模拟器，尤其是适用于驾驶辅助系统开发的驾驶模拟 器，并降低开发型驾驶模拟器的开发难度，提高其开发效率。本专利技术提出的，包括以下步骤(1) 在监控计算机上生成XPC实时内核，并将该实时内核写到移动存储器上；(2) 将上述移动存储器插入快速控制原型器，快速控制原型器从移动存储器中读取 实时内核，为快速控制原型器中驾驶仿真模型的运行提供软件支持；(3) 在上述监控计算机中编译驾驶仿真模型，将该驾驶仿真模型通过以太网下载至 上述快速控制原型器；(4) 采集驾驶模拟者的操纵信号，将操纵信号通过控制器局域网络总线传输至快速 控制原型器；(5) 快速控制原型器根据上述采集的操纵信号，利用驾驶仿真模型计算驾驶模拟者 所在车辆及参与模拟车辆的速度和方向，并将得到的速度和方向信号通过串行通讯总线发 送至视景生成系统，同时将得到的速度和方向信号通过以太网发送至监控计算机；(6) 视景生成系统根据上述接收到的信号生成驾驶模拟者所在车辆前方的视景图像， 并将图像投射至驾驶模拟者所在车辆前方的屏幕上；(7) 上述监控计算机接收上述信号后将信号显示，并根据驾驶模拟者或开发人员对 驶模拟者所在车辆的运行性能、电控系统控制性能的要求，对驾驶仿真模型进行修改；(8) 重复步骤(3) (7)，直至满足驾驶模拟者或开发人员的要求。 上述方法中，驾驶仿真模型划分为驾驶控制模块、道路模块、交通流模块、传感器模块、车辆模块、视景接口模块、驾驶操作接口模块和监控接口模块，其信号连接关系如下(1) 驾驶操作接口模块，采集控制器局域网络总线上的驾驶模拟者操纵信号，并将 信号发送至驾驶控制模块；(2) 道路模块根据道路模型同时向车辆模块和传感器模块发送道路坡度、道路曲率、 路面附着系数信息；(3) 交通流模块根据交通流模型计算参与模拟车辆的速度和方向信息，并将信息同 时发送至传感器模块和视景接口模块；(4) 传感器模块，根据交通流模块发送的车辆速度和方向信息，计算驾驶模拟者所 在车辆与参与模拟车辆之间的相对距离和速度信息；根据道路模块发送的道路坡度、道路曲率和路面附着系数信息，计算驾驶模拟者所在车辆的车道线信息；根据车辆模块输出的 发动机转速、轮速、横向加速度、纵向加速度和横摆角速度，分别计算相应传感器的输出 信息；最后将上述所有信息发送至驾驶控制模块；(5) 驾驶控制模块，根据上述传感器模块的信息，利用驾驶模拟者所在车辆电控系 统的控制算法，计算出期望驾驶模拟者的操纵信号；对上述接收的驾驶模拟者操纵信号进 行滤波，根据驾驶模拟者所在车辆电控系统的要求，用期望驾驶模拟者的操纵信号替代滤波后的信号，并发送至车辆模块；(6) 车辆模块，根据驾驶模拟者所在车辆的车辆纵横向动力学模型，并根据上述接 收到的信息，计算出驾驶模拟者所在车辆的纵向速度、横向速度、行驶方向、发动机转速、 轮速、横向加速度、纵向加速度和横摆角速度，并将信息同时发送至传感器模块、监控接 口模块和视景接口模块；(7) 监控接口模块，将上述接收的信息发送至以太网，用于监控计算机的信号实时 监控，同时监控接口模块从以太网接收监控计算机的监控命令，用于控制驾驶仿真模型的 运行；(8) 视景接口模块接收上述交通流模块和车辆模块的信息，并将信息发送至串行通 讯总线，用于生成视景图像。本专利技术提出的，其优点是第一，简化 了开发型驾驶模拟器，尤其是车辆运动仿真系统的开发难度，提高了开发效率，降低了开 发成本；第二，与快速控制原型技术相结合的驾驶仿真模型适合描述车辆和控制器等动态 环节较多的系统，可增加车辆对象建模的细致程度，有效提高了驾驶模拟器的仿真精度； 第三，使用本专利技术方法的驾驶模拟器可应用于车辆电控系统的V型开发模式，提高了驾驶模拟器在车辆电控系统开发中的适用性。 附图说明图l是已有的一般开发型驾驶模拟器的结构图。图2是本专利技术提出的基于快速控制原型的开发型汽车驾驶模拟器结构示意图。 图3是本专利技术方法中驾驶仿真模型的模块结构图。图1 图2中，l是投影屏幕，2是车辆实物，3是控制器局域网络总线，4是快速控 制原型器，5是监控计算机，6是视景生成系统，7是投影系统，8是串行通讯总线，9是 以太网总线，IO是视频传输线，ll是硬件接口。具体实施方式以下结合一个实施例，详细介绍本专利技术的内容轿车开发型驾驶模拟器的结构如图2所示，l是投影屏幕，2是车辆实物，3是控制 器局域网络总线，4是快速控制原型器，5是监控计算机，6是视景生成系统，7是投影系 统，8是串行通讯总线，9是以太网总线，IO是视频传输线。表l为基于快速控制原型的 轿车开发型驾驶模拟器关键硬件型号列表。表l轿车开发型驾驶模拟器关键硬件型号名称硬件型号备注车辆实物尼桑骐达车仅去掉发动机，保留原车电子系统快速控制原型器研祥810型工控机监控计算机研祥810型工控机视景计算机组合式台式计算机系统内存1G，显卡内存128M投影仪松下PT-PX7703200流明，宽高比为4:3投影屏幕布 屏宽高比为4:3以自适应本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于快速控制原型的开发型汽车驾驶模拟方法，其特征在于该方法包括以下步骤：（１）在监控计算机上生成ｘＰＣ实时内核，并将该实时内核写到移动存储器上；（２）将上述移动存储器插入快速控制原型器，快速控制原型器从移动存储器中读取实时内核，为快速控制原型器中驾驶仿真模型的运行提供软件支持；（３）在上述监控计算机中编译驾驶仿真模型，将该驾驶仿真模型通过以太网下载至上述快速控制原型器；（４）采集驾驶模拟者的操纵信号，将操纵信号通过控制器局域网络总线传输至快速控制原型器；（５）快速控制原型器根据上述采集的操纵信号，利用驾驶仿真模型计算驾驶模拟者所在车辆及参与模拟车辆的速度和方向，并将得到的速度和方向信号通过串行通讯总线发送至视景生成系统，同时将得到的速度和方向信号通过以太网发送至监控计算机；（６）视景生成系统根据上述接收到的信号生成驾驶模拟者所在车辆前方的视景图像，并将图像投射至驾驶模拟者所在车辆前方的屏幕上；（７）上述监控计算机接收上述信号后将信号显示，并根据驾驶模拟者或开发人员对驶模拟者所在车辆的运行性能、电控系统控制性能的要求，对驾驶仿真模型进行修改；（８）重复步骤（３）～（７），直至满足驾驶模拟者或开发人员的要求。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李克强，王建强，李升波，吴利军，杨馥瑞，张德兆，易世春，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]