一种基于VR模拟技术的汽车驾驶模拟系统及方法与流程

本发明属于驾驶模拟领域，具体来说，涉及一种基于VR模拟技术的汽车驾驶模拟系统及方法。

背景技术：

随着汽车工业的发展，汽车逐渐进入人们的生活并且普及率逐年提高，为了检测和研究驾驶员的驾驶行为，驾驶模拟器也应运而生，目前的驾驶模拟器只是加装了几个驾驶操作的必备组件，然后用计算机记录下模拟过程中驾驶员的操作，这样只有单纯的操作，没有操作时对驾驶员操作的反馈，也没有对应的车身动作，再有就是对驾驶场景的模拟也只是基于平面的显示，这样驾驶体验不仅很不真实，而且也不能真实地反映驾驶员的操作意图以及在不同路况下的真实反应，这样势必会让模拟驾驶过程中采集的数据准确性大打折扣，对检测和研究驾驶员的驾驶行为非常不利。

因此，如何能够为驾驶员提供更真实的模拟体验环境，已成为现在急需解决的问题。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是目前的模拟驾驶提供的体验环境不够逼真。

为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是提供一种基于VR模拟技术的汽车驾驶模拟系统，包括均与数据处理与控制单元连接的头戴式VR设备、触控显示屏、驾驶动作采集单元、驾驶员状态采集单元、驾驶操作反馈单元、车身动作反馈单元、存储模块、报警模块和供电模块：

所述头戴式VR设备，用于显示系统产生的虚拟驾驶场景，并跟踪驾驶员的视线轨迹显示相应角度的驾驶场景，系统产生的虚拟驾驶场景包括整个汽车驾驶位及相应的仪表盘、中控台，还有透过前挡风玻璃、车门窗、后视镜、倒车镜等看见的道路场景；

所述触控显示屏，兼具系统输入输出功能及人机交互界面，用于选择系统预存的各类驾驶场景、自编组合驾驶场景、实时显示驾驶模拟过程中的采集数据和反馈数据、回放驾驶员视角影像及驾驶轨迹、显示系统分析结果；

所述驾驶动作采集单元，用于采集驾驶员的驾驶动作；

所述驾驶员状态采集模块，包括心律传感器、呼吸频率传感器和体温传感器，分别采集驾驶员驾驶过程中心律、呼吸频率和体温数据；

所述驾驶操作反馈单元，用于产生模拟的驾驶操作反馈力；

所述车身动作反馈单元，用于产生模拟的车身动作；

所述存储模块，用于存储系统运行程序、驾驶模拟场景、模拟过程的实时记录数据、生成的驾驶轨迹数据；

所述报警模块，用于系统故障及异常情况报警；

所述供电模块，用于整个系统各用电部分的供电；

所述数据处理与控制单元，用于控制系统中与其相连的各部分，包括接收数据、处理数据、传输数据、发送控制信号，以保证系统各部分正常高效的工作；

所述驾驶动作采集单元，包括方向盘传感器、离合踏板传感器、档位传感器、加速踏板传感器和制动踏板传感器，分别采集驾驶员驾驶过程中的转向、挂档、加速、制动驾驶操作相关数据。

进一步的，所述头戴式VR设备，还包括眼球跟踪传感器，用于跟踪监测驾驶员驾驶过程中的眼部动作及视线轨迹；

所述驾驶操作反馈单元，包括方向盘力反馈装置、离合踏板力反馈装置、加速踏板力反馈装置和制动踏板力反馈装置，分别产生相应部分的模拟反馈力；

所述车身动作反馈单元，包括车身横向动作执行器、车身纵向动作执行器、车身垂向动作执行器、车身悬挂动作执行器和驾驶座位震动发生器，分别产生模拟的车身横向动作力、纵向动作力、垂向动作力、悬挂动作以及汽车各种状态下的震感。

本发明还请求保护一种应用于上述系统的控制方法，奇特在于，该方法包括以下步骤：

S101，系统启动，开始运行自检程序及初始化，如自检通过，整个系统初始化后开始运行，如自检未通过，报警模块的故障灯亮起，并语音提示故障部件及类型，同时触控显示屏显示具体故障部位及解除故障的具体步骤，待故障解除后系统初始化并开始运行；

S102，通过触控显示屏的人机交互界面，从系统预存的各类驾驶场景中选择本次驾驶模拟的具体场景，也可根据需要自由修改具体参数或组合驾驶场景，生成自定义的模拟场景，确定选择后，系统开始加载驾驶模拟程序；

S103，系统检测到驾驶员进入模拟系统并准备好之后，各部分开始工作，头戴式VR设备开始显示系统产生的虚拟驾驶场景，并跟踪驾驶员的视线轨迹显示相应角度的驾驶场景，同时驾驶动作采集单元和驾驶员状态采集单元开始采集驾驶员的具体驾驶操作和实时状态信息，采集的信息实时传输至数据处理与控制单元；

S104，数据处理与控制单元接收到驾驶动作采集单元传输的驾驶员转向、加速、减速、换挡等操作数据后，经过驾驶模拟程序的运算处理后，同时生成三部分控制信号，并分别传输至驾驶操作反馈单元、车身动作反馈单元和头戴式VR设备；

S105，驾驶操作反馈单元按控制信号要求模拟产生各操作部分的模拟反馈力，车身动作反馈单元按控制信号要求模拟产生车身横向动作力、纵向动作力、垂向动作力、悬挂动作以及汽车各种状态下的震感，头戴式VR设备按控制信号要求并结合驾驶员视线轨迹模拟产生启动、转向、加速、减速、颠簸、侧倾、侧滑、碰撞等道路场景，此时的驾驶操作反馈单元、车身动作反馈单元和头戴式VR设备同时接受控制信号，同步产生各自的反馈力、车身动作和道路场景；

S106，整个驾驶模拟过程一直重复步骤S103到S105，同时，驾驶模拟过程中实时采集的驾驶员操作数据、驾驶员状态信息、驾驶操作反馈数据、生成的驾驶轨迹数据全部存储到系统存储模块中，并通过触控显示屏实时显示，直至模拟过程结束；

S107，驾驶模拟结束后，系统根据驾驶过程中的各项数据为驾驶员进行综合评分，评分结果及分析结果显示于触控显示屏，通过操作触控显示屏，可以详细查看驾驶模拟过程中驾驶员的各项操作及其具体评分，还可通过回放驾驶员视角影像及驾驶轨迹详细分析此次模拟的驾驶行为；

S108，通过操作触控显示屏给系统发送“关闭系统”的指令，系统执行系统关闭程序，分步关闭各个模块、单元、设备、装置，最后供电模块断电，整个系统关闭。

与现有技术相比，本发明在模拟驾驶过程中不仅对驾驶员的驾驶操作有反馈而且还实时产生驾驶时对应的车身动作，同时动态监测模拟驾驶过程中的驾驶员状态做为驾驶行为分析结果的参考，另外，采用VR模拟技术取代平面显示驾驶模拟场景，并实时根据驾驶员的视线生成对应角度的虚拟场景及路况，让驾驶员有更加真实的感受，这样就能更真实地反映驾驶员的操作意图以及在不同路况下的真实反应，在很大程度上提高了模拟驾驶过程中采集数据的准确性，对检测和研究驾驶员的驾驶行为具有很高的参考价值。

附图说明

图1：一种基于VR模拟技术的汽车驾驶模拟系统的结构示意图；

图2：一种基于VR模拟技术的汽车驾驶模拟系统的控制方法流程图。

具体实施方式

下面通过具体实施例对本发明作进一步详述，以下实施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本发明的保护范围。

如图1所示，本发明请求保护一种基于VR模拟技术的汽车驾驶模拟系统，包括均与数据处理与控制单元连接的头戴式VR设备、触控显示屏、驾驶动作采集单元、驾驶员状态采集单元、驾驶操作反馈单元、车身动作反馈单元、存储模块、报警模块和供电模块；

所述头戴式VR设备用于显示系统产生的虚拟驾驶场景，并跟踪驾驶员的视线轨迹显示相应角度的驾驶场景，系统产生的虚拟驾驶场景包括整个汽车驾驶位及相应的仪表盘、中控台等，还有透过前挡风玻璃、车门窗、后视镜、倒车镜等看见的道路场景；

所述触控显示屏兼具系统输入输出功能及人机交互界面，用于选择系统预存的各类驾驶场景、自编组合驾驶场景、实时显示驾驶模拟过程中的采集数据和反馈数据、回放驾驶员视角影像及驾驶轨迹、显示系统分析结果等；

所述驾驶动作采集单元用于采集驾驶员的驾驶动作；

所述驾驶员状态采集模块，包括心律传感器、呼吸频率传感器和体温传感器，分别采集驾驶员驾驶过程中心律、呼吸频率和体温数据；

所述驾驶操作反馈单元用于产生模拟的驾驶操作反馈力；

所述车身动作反馈单元用于产生模拟的车身动作；

所述存储模块用于存储系统运行程序、驾驶模拟场景、模拟过程的实时记录数据、生成的驾驶轨迹等数据；

所述报警模块用于系统故障及异常情况报警；

所述供电模块用于整个系统各用电部分的供电；

所述数据处理与控制单元用于控制系统中与其相连的各部分，包括接收数据、处理数据、传输数据、发送控制信号等，以保证系统各部分正常高效的工作；

所述驾驶动作采集单元包括方向盘传感器、离合踏板传感器、档位传感器、加速踏板传感器和制动踏板传感器，分别采集驾驶员驾驶过程中的转向、挂档、加速、制动等驾驶操作相关数据，如操作力度、动作行程、角位移、角速度、加速度等。

所述头戴式VR设备还包括眼球跟踪传感器，用于跟踪监测驾驶员驾驶过程中的眼部动作及视线轨迹。

所述驾驶操作反馈单元包括方向盘力反馈装置、离合踏板力反馈装置、加速踏板力反馈装置和制动踏板力反馈装置，分别产生相应部分的模拟反馈力。

所述车身动作反馈单元包括车身横向动作执行器、车身纵向动作执行器、车身垂向动作执行器、车身悬挂动作执行器和驾驶座位震动发生器，分别产生模拟的车身横向动作力、纵向动作力、垂向动作力、悬挂动作以及汽车各种状态下的震感。

在本发明的另一个实施例当中，请求保护一种应用于上述系统的控制方法，该方法包括以下步骤：

S101，系统启动，开始运行自检程序及初始化，如自检通过，整个系统初始化后开始运行，如自检未通过，报警模块的故障灯亮起，并语音提示故障部件及类型，同时触控显示屏显示具体故障部位及解除故障的具体步骤，待故障解除后系统初始化并开始运行；

S102，通过触控显示屏的人机交互界面，从系统预存的各类驾驶场景中选择本次驾驶模拟的具体场景，也可根据需要自由编辑(修改具体参数)或组合驾驶场景，生成自定义的模拟场景，确定选择后，系统开始加载驾驶模拟程序；

S103，系统检测到驾驶员进入模拟系统并准备好之后，各部分开始工作，头戴式VR设备开始显示系统产生的虚拟驾驶场景，并跟踪驾驶员的视线轨迹显示相应角度的驾驶场景，同时驾驶动作采集单元和驾驶员状态采集单元开始采集驾驶员的具体驾驶操作(启动、转向、加速、减速、换挡等)和实时状态(心律、体温、呼吸频率等)信息，采集的信息实时传输至数据处理与控制单元；

S104，数据处理与控制单元接收到驾驶动作采集单元传输的驾驶员转向、加速、减速、换挡等操作数据(如操作力度、动作行程、角位移、角速度、加速度等)后，经过驾驶模拟程序的运算处理后，同时生成三部分控制信号，并分别传输至驾驶操作反馈单元、车身动作反馈单元和头戴式VR设备；

S105，驾驶操作反馈单元按控制信号要求模拟产生各操作部分的模拟反馈力，车身动作反馈单元按控制信号要求模拟产生车身横向动作力、纵向动作力、垂向动作力、悬挂动作以及汽车各种状态下的震感，头戴式VR设备按控制信号要求并结合驾驶员视线轨迹模拟产生启动、转向、加速、减速、颠簸、侧倾、侧滑、碰撞等道路场景，此时的驾驶操作反馈单元、车身动作反馈单元和头戴式VR设备同时接受控制信号，同步产生各自的反馈力、车身动作和道路场景；

S106，整个驾驶模拟过程一直重复步骤S103到S105，同时，驾驶模拟过程中实时采集的驾驶员操作数据、驾驶员状态信息、驾驶操作反馈数据、生成的驾驶轨迹等数据全部存储到系统存储模块中，并通过触控显示屏实时显示，直至模拟过程结束；

S107，驾驶模拟结束后，系统根据驾驶过程中的各项数据为驾驶员进行综合评分，评分结果及分析结果显示于触控显示屏，通过操作触控显示屏，可以详细查看驾驶模拟过程中驾驶员的各项操作及其具体评分，还可通过回放驾驶员视角影像及驾驶轨迹详细分析此次模拟的驾驶行为；

S108，通过操作触控显示屏给系统发送“关闭系统”的指令，系统执行系统关闭程序，分步关闭各个模块、单元、设备、装置，最后供电模块断电，整个系统关闭。

本发明中应用具体实施例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想，对于本领域的一般技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护的范围。