一种汽车驾驶模拟器的制作方法

本发明涉及一种汽车驾驶模拟器。

背景技术：

当前，随着汽车越来越多地进入人们的生活，学习汽车驾驶的人也日益增多，新学员在培训的过程中，因为是第一次驾驶，对汽车驾驶的认识处在一种陌生的状态，会产生心理上的紧张和行动上的拘束，如此一来对车辆的破坏性很大，另外对学员和其他人的安全都构成很大的威胁，为此，人们就研究了不同种类的汽车驾驶模拟器，使得新学员通过汽车模拟器来熟悉汽车的驾驶操作。

然而，现有的汽车驾驶模拟器结构简单、功能单一，一般通过在离合器踏板、油门踏板、刹车踏板、手刹及方向盘对应的位置安装拉力传感器或扭力传感器，并将传感器采集到的信息通过微处理器进行处理后，再以显示器显示出来。这种汽车驾驶模拟器不仅所需安装的传感器数量多，成本高，而且只能粗略的显示汽车的驾驶情况，尤其是对于离合器踏板、油门踏板和刹车踏板而言，现有的模拟器只能通过传感器检测其传动系的拉力值或扭力值，不仅在机械测量的过程中较大的误差，而且不能直观地反映各个踏板的推动量，从而大大降低了汽车驾驶的模拟效果。

技术实现要素：

本发明的目的就是要解决当前汽车驾驶模拟器需要安装的传感器数量多、成本高，模拟效果差的问题，为此提供一种结构简单、成本低，能够精确直观地模拟档位器的操作和各个踏板的推动量的汽车驾驶模拟器。

本发明的具体方案是：一种汽车驾驶模拟器，包括底座和设置在底座上的座椅、档位器、手刹、方向盘以及从左往右并排布置的离合器踏板、刹车踏板、油门踏板，其特征是：所述方向盘和三个踏板安装在固定支架上，在固定支架上还装有高速工业相机，用于在三个踏板在动作时，对踏板的传动杆的动态进行图像采集；在固定支架右侧的底座上装有电源管理模块、工控机和显示器；在档位器上的各个档位上均装有接近开关，在档位器的档杆完成挂挡动作时，设置在相应档位的接近开关发出开关信号；所述手刹与底座之间装有拉力传感器；所述电源管理模块为高速工业相机、工控机和显示器提供工作电源；所述高速工业相机和各个接近开关以及拉力传感器分别通讯连接工控机，工控机通讯连接显示器，工控机对高速工业相机传输过来的图像进行处理，计算出各个踏板的传动杆的行程长度及其推动量，并且将接近开关传输的开关信号转换为档位器的档位信息，所述显示器用于显示档位器、手刹及各个踏板的动作信息。

本发明中所述工控机对高速工业相机采集的图像信息进行处理的过程包括以下步骤：

(1)图像预处理：对高速工业相机采集到的图像进行预处理，分别以R、G、B三通道处理得到三张灰度图片，选取三张灰度图片中对比度最高的一张作为后续处理的灰度图片；

(2)图像边缘检测：设定边缘检测时像素点之间边缘判定的色差控制差值，当像素点之间的色差大于等于色差控制差值时，则判定像素点之间为边缘位置，通过对比计算，来判定灰度图片中各个踏板的传动杆的边缘位置；

(3)计算各个踏板的传动杆边缘在灰度图片中对应的像素点坐标；

(4)计算各个踏板的传动杆的行程长度：根据各个踏板的传动杆的边缘在灰度图片中对应的像素点坐标和高速工业相机的成像角度，计算出各个踏板的传动杆实时的行程长度d；

(5)校准：获取各个踏板的传动杆在没有推动时的位置d₀，获取各个踏板的传动杆推动到最大行程时的位置d₁;

(6)计算各个踏板的推动量k=d/( d₁- d₀)。

本发明中所述方向盘的传动杆上装有横杆，高速工业相机安装在固定支架的正上方，用于对横杆的动态进行图像采集，并且高速工业相机拍摄图片的速度大于60帧。

本发明中所述底座上设有罩体，底座上的各个设备置于罩体内；所述固定支架上装有与各个踏板相对应的LED灯条，LED灯条连接电源管理模块。

本发明具有以下优点：

(1)本发明只采用一台高速工业相机即可实现对离合器踏板、刹车踏板、油门踏板及方向盘工作动态图像的实时采集，并通过工控机实现了对三个踏板的推动量和方向盘的转动量的精确计算，不仅成本低廉、误差小，而且直观明了地显示了三个踏板和方向盘的工作动态，模拟效果好；

(2)本发明通过设置在各个档位上的接近开关，实现了对档位器的档杆进行挂挡动作的实时监测，相对于机械式的触碰开关而言，用接近开关对档位信息的采集更加灵敏准确，不易受到外界条件干扰，实现了对档位器的挂挡动作和换挡动作的实时模拟；

(3)本发明通过在底座上设置罩体，使得模拟器在进行现场模拟时不易受到外界干扰，保证了现场人员的作业安全；同时通过LED灯条进行照明，确保了高速工业相机摄像的清晰度，以便工控机进行图片处理。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明中方向盘的结构示意图；

图3是本发明的控制结构框图。

图中：1—底座，2—座椅，3—档位器，4—手刹，5—方向盘，6—离合器踏板，7—刹车踏板，8—油门踏板，9—固定支架，10—高速工业相机,11—电源管理模块，12—工控机，13—显示器，14—接近开关，15—横杆，16—罩体，17—LED灯条，18—拉力传感器。

具体实施方式

参见图1-3，本发明包括底座1和设置在底座1上的座椅2、档位器3、手刹4、方向盘5以及从左往右并排布置的离合器踏板6、刹车踏板7、油门踏板8；所述方向盘5和三个踏板安装在固定支架9上，在固定支架9上还装有高速工业相机10，用于在三个踏板在动作时，对踏板的传动杆的动态进行图像采集；在固定支架9右侧的底座1上装有电源管理模块11、工控机12和显示器13；在档位器3上的各个档位上均装有接近开关14，在档位器3的档杆完成挂挡动作时，设置在相应档位的接近开关14发出开关信号；所述手刹4与底座1之间装有拉力传感器18，用于检测手刹4是否动作；所述电源管理模块11为高速工业相机10、工控机12和显示器13提供工作电源；所述高速工业相机10和各个接近开关14以及拉力传感器18分别通讯连接工控机12，工控机12通讯连接显示器13，工控机12对高速工业相机10传输过来的图像进行处理，计算出各个踏板的传动杆的行程长度及其推动量，并且将接近开关14传输的开关信号转换为档位器3的档位信息；所述显示器13用于显示档位器3、手刹4及各个踏板的动作信息。

本实施例中所述工控机12对图像信息进行处理的过程包括以下步骤：

(1)图像预处理：对高速工业相机10采集到的图像进行预处理，分别以R、G、B三通道处理得到三张灰度图片，选取三张灰度图片中对比度最高的一张作为后续处理的灰度图片；

(2)图像边缘检测：设定边缘检测时像素点之间边缘判定的色差控制差值，当像素点之间的色差大于等于色差控制差值时，则判定像素点之间为边缘位置，通过对比计算，来判定灰度图片中各个踏板的传动杆的边缘位置；

(3)计算各个踏板的传动杆边缘在灰度图片中对应的像素点坐标；

(4)计算各个踏板的传动杆的行程长度：根据各个踏板的传动杆的边缘在灰度图片中对应的像素点坐标和高速工业相机10的成像角度，计算出各个踏板的传动杆实时的行程长度d；

(5)校准：获取各个踏板的传动杆在没有推动时的位置d₀，获取各个踏板的传动杆推动到最大行程时的位置d₁;

(6)计算各个踏板的推动量k=d/( d₁- d₀)。

本实施例中所述底座1上设有罩体16，底座1上的各个设备置于罩体16内；所述固定支架9上装有与各个踏板相对应的LED灯条17，LED灯条17连接电源管理模块，通过LED灯条17进行照明，确保了高速工业相机10摄像的清晰度，以便工控机12进行图片处理。

本实施例中所述方向盘5的传动杆上装有横杆15，高速工业相机10安装在固定支架9的正上方，用于对横杆15的动态进行图像采集，并且高速工业相机10拍摄图片的速度大于60帧。工控机12可采用上述相同的方式对高速工业相机10采集到的横杆15图像信息进行处理，以此计算出方向盘5转动的角度，并将方向盘5的转动信息通过显示器13显示出来。

应当指出的是，本发明不限于实施方式，在本发明中还可以采用高速工业相机对三个踏板的传动杆及方向盘上的横杆的投影进行图像采集，以此得到三个踏板的推动量和方向盘的转动角度。简而言之，在驾驶模拟器中只要通过各类取像设备（取景器、摄像头），并采用相同的原理获取三个踏板和方向盘实时动态的数据的方式均属于本发明的保护范围。