人机共驾及无人驾驶技术及测试用商用车智能驾驶模拟器的制作方法

本发明涉及一种商用车智能模拟器，特别涉及一种人机共驾及无人驾驶技术及测试用商用车智能驾驶模拟器。

背景技术

目前，随着车辆智能化技术的快速发展，面向人机共驾和全自动驾驶技术的开发及测试，正在成为国际企业及科研院所的研究热点。由于智能驾驶技术开发及测试过程的自身特点，传统的实车测试手段的试验周期长、成本高、安全无法保障等关键技术瓶颈日益凸显，此外，试验行驶环境不可预测、难以复制、缺乏灵活性、不可自动化等传统的测试缺陷也是智能化技术发展的另一瓶颈。人机共驾及无人驾驶技术及测试用商用车智能驾驶模拟器，通过模拟行车时驾驶人感受到的体感、视感及手感以及高精度智能化平台的灵活、高重复性试验测试环境，可以高效且可靠地实现面向人机共驾及无人驾驶技术开发及测试任务。

目前，国内外对于面向人机共驾及无人驾驶技术开发及测试用乘用车智能驾驶模拟器的技术储备，已具备较为成熟的技术路线及测试能力，而对于面向人机共驾及无人驾驶技术开发及测试用商用车智能驾驶模拟器的技术储备，尚缺乏合理且逼真的体感及视感模拟手段，以及高精度虚拟环境模拟技术，直接导致商用车平台上的人机共驾及无人驾驶技术开发及测试试验周期长、成本高且精度较低等诸多问题。

中国专利cn200880001048.7和cn201711368904分别公开了一种驾驶模拟器的构型，包括驾驶模拟套件、操控系统、显示单元、运动控制器、驾驶模拟运动平台等部件组成，通过驾驶模拟运动平台模拟驾驶人体感，并通过显示单元模拟驾驶人视感。上述两项专利仅可以对驾驶人体感中较少自由度进行模拟，无法还原六自由度体感模拟，且视感模拟主要通过显示器完成，视感模拟器不可调且模拟精度较低，不能用于拖带挂车的商用车的体感及视感模拟。

中国专利cn201610164518.8和cn201620222013.8以专利池的方式公开了一种商用半挂车电控制动系统实验台，，其包括驾驶模拟器、商用半挂车电控制动系统、主机显示屏、主机、目标机与单片机控制器。该专利池中对于商用半挂车的电控制动系统具有较成熟的技术路线及测试效果，而对于商用半挂车用模拟器的体感及视感模拟较为薄弱，故不能适用于商用车的面向人机共驾及无人驾驶技术开发及测试。

技术实现要素：

本发明的目的是为了解决现有的驾驶模拟器对于商用半挂车用模拟器的体感及视感模拟较为薄弱，不能适用于商用车的面向人机共驾及无人驾驶技术开发及测试的问题而提供的一种人机共驾及无人驾驶技术及测试用商用车智能驾驶模拟器。

本发明提供的人机共驾及无人驾驶技术及测试用商用车智能驾驶模拟器包括有视感模拟总成、挂车模拟总成、体感模拟总成、挂车冲击力模拟总成和控制系统总成，其中体感模拟总成设在一底板上，挂车冲击力模拟总成和挂车模拟总成依次设在体感模拟总成上部的顶板上，视感模拟总成设在底板的前端对应挂车模拟总成设置，视感模拟总成、挂车模拟总成、体感模拟总成和挂车冲击力模拟总成均与控制系统总成相连接，视感模拟总成、挂车模拟总成、体感模拟总成和挂车冲击力模拟总成由控制系统总成控制工作。

视感模拟总成包括有投影环幕、投影仪、第一电动缸、融合机和第一驱动器，其中投影环幕装配在三个托架上，每个托架的下部均对称倾斜设有两个第一电动缸，第一电动缸的顶端与托架的连接处设有万向节，第一电动缸的底部设在支撑架上，第一电动缸的底部与支撑架的连接处也设置有万向节，第一电动缸的型号为ibx08型，六个第一电动缸均与第一驱动器相连接并由第一驱动器控制工作，第一驱动器与控制系统总成相连接并由控制系统总成控制工作，投影环幕的中间高度与挂车模拟总成中驾驶室内驾驶人员的双眼中点的高度一致，投影仪设有三个，三个投影仪对应投影环幕设置，三个投影仪均与融合机连接并由融合机控制工作，融合机与控制系统总成相连接并由控制系统总成控制工作。

挂车模拟总成是由牵引车车头、挂车车箱和力感模拟总成组成，牵引车车头对应视感模拟总成设置，牵引车车头设在挂车冲击力模拟总成的上部，挂车车箱的前端与牵引车车头的后端相连接，挂车车箱的后端通过支架设在体感模拟总成上部的顶板上，挂车车箱的底部装配有挂车旋转底盘，力感模拟总成集成在牵引车车头的驾驶室内，力感模拟总成是由手感模拟总成和脚感模拟总成组成，手感模拟总成的型号为sd-lc型，脚感模拟总成的型号为w-u0002型，手感模拟总成和脚感模拟总成均与控制系统总成相连接并由控制系统总成控制工作。

体感模拟总成是由底板、顶板、数个第二电动缸和第二驱动器组成，其中数个第二电动缸夹设在底板和顶板之间，数个第二电动缸均与第二驱动器相连接并由第二驱动器控制工作，第二驱动器与控制系统总成连接并由控制系统总成控制工作，底板的前端为六边形板，六边形板的位置对应挂车冲击力模拟总成的位置处，六边形板上设有六个第二电动缸，六个第二电动缸两两对应倾斜设置为三组，六个第二电动缸在六边形板上每间隔一条边设置为一组形成多环并联机构，其余数个第二电动缸垂直设在底板的后部形成单环并联机构，底板的后部为一扇形板，第二电动缸的顶端和下端与顶板和底板的连接处均装配有万向节，第二电动缸的型号为ibx08型。

挂车冲击力模拟总成包括有底座、弹簧总成、支撑箱、第三电动缸、盘式电机和第三驱动器，其中弹簧总成设有八个，八个弹簧总成两两分成四组，每两组对应设置，弹簧总成的后端固连在底座上，弹簧总成的前端固连在支撑箱的侧板上，八个弹簧总成均布在支撑箱的四周，盘式电机设在底座对应挂车车箱底部的挂车旋转底盘一端，盘式电机的输出轴通过连杆与挂车旋转底盘相连接，盘式电机驱使挂车旋转底盘进行转动，第三电动缸的后端固连在挂车旋转底盘前部的竖板上，第三电动缸的前端连接在支撑箱的下部，连接处设有牵引铰链，盘式电机和第三电动缸均与第三驱动器相连接并由第三驱动器控制工作，第三驱动器与控制系统总成相连接并由控制系统总成控制工作，盘式电机的型号为yhhpy型，第三电动缸的型号为cy-z160型，支撑箱的顶盖设有车头支架，牵引车车头通过车头支架装配在支撑箱上，支撑箱底部的底座上设有悬置。

控制系统总成还连接有传感器在环总成和执行器在环总成，其中控制系统总成是由工控机、数据采集器和mabx控制器组成，mabx控制器通过can总线与数据采集器电连接，传感器在环总成是由相机和显示器组成，相机机身纵轴线与显示器的显示平面垂直，传感器在环总成的数量与原车配置的相机数量一致，相机通过以太网线与控制系统总成中的工控机及数据采集器电连接，执行器在环总成是由制动器在环总成、转向器在环总成和驱动力在环总成组成，执行器在环总成通过can总线与控制系统总成中的mabx控制器电连接，视感模拟总成中的融合机通过类型为dvi的视频线与控制系统总成中的工控机电连接，视感模拟总成中的第一驱动器通过can总线与控制系统总成中的mabx控制器电连接，挂车模拟总成中的手感模拟总成通过can总线与控制系统总成中的mabx控制器电连接，挂车模拟总成中的脚感模拟总成通过usb总线与控制系统总成中的mabx控制器电连接，体感模拟总成中的第二驱动器通过can总线与控制系统总成中的mabx控制器电连接，挂车冲击力模拟总成中的第三驱动器通过can总线与控制系统总成中的mabx控制器电连接。

上述的第一驱动器、第二驱动器、第三驱动器、工控机、数据采集器、mabx控制器、相机、显示器、制动器在环总成、转向器在环总成和驱动力在环总成均为现有设备的组装，因此，具体型号和规格没有进行赘述。

本发明的工作原理：

本发明提供的人机共驾及无人驾驶技术及测试用商用车智能驾驶模拟器处于初始配置状态时，视感模拟总成中的六个第一电动缸在第一驱动器的驱动控制下同时上升至初始位置，称为视感模拟总成中位，投影环幕同时被举升至中位。体感模拟总成中的数个第二电动缸在第二驱动器的驱动控制下同时上升至初始位置，称为体感模拟总成中位。

人机共驾及无人驾驶技术及测试用商用车智能驾驶模拟器处于工作状态时，视感模拟总成中的六个第一电动缸在第一驱动器的驱动控制下分别上升至各自的指定位置。体感模拟总成中的数个第二电动缸在第二驱动器的驱动控制下分别上升至各自的指定位置。

当原车处于转向时，挂车冲击力模拟总成中的第三驱动器控制盘式电机旋转至指定位置，盘式电机带动挂车旋转底盘转动，进而带动挂车车箱相对于牵引车车头产生旋转运动，模拟转向工况带来的体感。

当原车处于制动工况时，驾驶人需要能够感受到制动体感及挂车的冲击力体感。第三驱动器控制第三电动缸产生加大冲量，该冲量通过支撑箱传递至八个弹簧总成并使八个弹簧总成中的弹簧发生弹性形变，同时传递至支撑箱下部的悬置并产生阻尼作用，弹性形变和阻尼作用同时传递至牵引车车头，使驾驶人感受到带有弹簧阻尼性质的模拟挂车冲击力。同时顶板产生俯冲运动，模拟制动工况带来的体感。

驾驶人在牵引车车头内通过力感模拟总成发出操纵信号，操纵信号分别由手感模拟总成通过can总线，以及脚感模拟总成通过usb总线传递至mabx控制器中，mabx控制器通过can总线将驾驶人操纵信号传递至执行器在环总成中，根据信号类型及取值分别控制制动器在环总成、转向器在环总成及驱动力在环总成，制动器在环总成、转向器在环总成及驱动力在环总成将反馈的执行器信号通过can总线回传至mabx控制器中，mabx控制器通过can总线将信号分别传递至第一驱动器、第二驱动器及第三驱动器中，进而控制视感模拟总成、体感模拟总成及挂车冲击力模拟总成的运动。

传感器在环总成采集车辆行驶的虚拟环境信息，并将信息通过以太网线分别传递至数据采集器中进行存储，同时传递至工控机进行图像信息处理，工控机将处理后的图像信息通过can总线传递至mabx控制器中。

本发明的有益效果：

本发明提供的人机共驾及无人驾驶技术及测试用商用车智能驾驶模拟器通过视感模拟总成、体感模拟总成、挂车冲击力模拟总成及挂车模拟总成，能够在高精度的水平上模拟商用车的驾乘感受，在极大程度上提高了驾驶人的沉浸感，有助于商用车平台上的面向人机共驾及全自动驾驶技术开发及测试；各总成间的协同运行可以在高精度的水平上最大限度的逼近真实交通环境及车辆环境，有助于商用车平台上的面向人机共驾及全自动驾驶技术开发及测试；通过microautobox设备与商用车用转向、制动及驱动多种在环平台无缝连接，实现针对多种商用车用部件的在环测试；通过工控机可以与相机在环及雷达在环等多种传感器在环平台实现无缝连接，实现多种商用车用智能传感器配置及性能测试；通过视感模拟总成、体感模拟总成和挂车冲击力模拟总成能够与多类型的商用车无缝连接，实现针对多种商用车型的人机共驾及全自动无人驾驶技术开发及测试；视感模拟总成的环幕高度和俯仰角度能够根据商用车牵引车高度和车辆状态的变化实时自动调节，极大地提高了驾驶人的视感体验；体感模拟总成中的电动缸布置方案采用stewart型多环并联机构与单环并联机构集成的混合式并联配置方式，具有较好的动态响应能力及较高的静态载荷承受能力；挂车冲击力模拟总成通过悬置和弹簧总成，可以高精度地模拟制动、驱动及转向等单一及复合工况下产生的挂车冲击力；结构坚固，长行程旋转运动部件强度、刚度合理，摩擦及挠度较小，控制及反馈用传感器、驱动器工作安全可靠，输出的电信号灵敏度高；极大地提高了在环测试效率和精度，零部件对应材料选择合理，寿命较高。

附图说明

图1为本发明总体结构示意图。

图2为本发明所述的视感模拟总成分解结构示意图。

图3为本发明所述的体感模拟总成分解结构示意图。

图4为本发明所述的挂车冲击力模拟总成结构示意图。

图5为本发明所述的挂车冲击力模拟总成分解结构示意图。

图6为本发明所述模拟器结构框图。

1、视感模拟总成2、挂车模拟总成3、体感模拟总成

4、挂车冲击力模拟总成5、控制系统总成6、底板7、顶板

8、投影环幕9、投影仪10、第一电动缸11、融合机

12、第一驱动器13、托架14、万向节15、支撑架16、牵引车车头

17、挂车车箱18、力感模拟总成19、支架20、挂车旋转底盘

21、手感模拟总成22、脚感模拟总成23、第二电动缸24、第二驱动器

25、底座26、弹簧总成27、支撑箱28、第三电动缸29、盘式电机

30、第三驱动器31、连杆32、牵引铰链33、车头支架34、悬置

35、传感器在环总成36、执行器在环总成37、工控机38、数据采集器

39、mabx控制器40、相机41、显示器42、制动器在环总成

43、转向器在环总成44、驱动力在环总成。

具体实施方式

请参阅图1至图6所示：

本发明提供的人机共驾及无人驾驶技术及测试用商用车智能驾驶模拟器包括有视感模拟总成1、挂车模拟总成2、体感模拟总成3、挂车冲击力模拟总成4和控制系统总成5，其中体感模拟总成3设在一底板6上，挂车冲击力模拟总成4和挂车模拟总成2依次设在体感模拟总成3上部的顶板7上，视感模拟总成1设在底板6的前端对应挂车模拟总成2设置，视感模拟总成1、挂车模拟总成2、体感模拟总成3和挂车冲击力模拟总成4均与控制系统总成5相连接，视感模拟总成1、挂车模拟总成2、体感模拟总成3和挂车冲击力模拟总成4由控制系统总成5控制工作。

视感模拟总成1包括有投影环幕8、投影仪9、第一电动缸10、融合机11和第一驱动器12，其中投影环幕8装配在三个托架13上，每个托架13的下部均对称倾斜设有两个第一电动缸10，第一电动缸10的顶端与托架13的连接处设有万向节14，第一电动缸10的底部设在支撑架15上，第一电动缸10的底部与支撑架15的连接处也设置有万向节14，第一电动缸10的型号为ibx08型，六个第一电动缸10均与第一驱动器12相连接并由第一驱动器12控制工作，第一驱动器12与控制系统总成5相连接并由控制系统总成5控制工作，投影环幕8的中间高度与挂车模拟总成2中驾驶室内驾驶人员的双眼中点的高度一致，投影仪9设有三个，三个投影仪9对应投影环幕8设置，三个投影仪9均与融合机11连接并由融合机11控制工作，融合机11与控制系统总成5相连接并由控制系统总成5控制工作。

挂车模拟总成2是由牵引车车头16、挂车车箱17和力感模拟总成18组成，牵引车车头16对应视感模拟总成1设置，牵引车车头16设在挂车冲击力模拟总成4的上部，挂车车箱17的前端与牵引车车头16的后端相连接，挂车车箱17的后端通过支架19设在体感模拟总成3上部的顶板7上，挂车车箱17的底部装配有挂车旋转底盘20，力感模拟总成18集成在牵引车车头16的驾驶室内，力感模拟总成18是由手感模拟总成21和脚感模拟总成22组成，手感模拟总成21的型号为sd-lc型，脚感模拟总成22的型号为w-u0002型，手感模拟总成21和脚感模拟总成22均与控制系统总成5相连接并由控制系统总成5控制工作。

体感模拟总成3是由底板6、顶板7、十一个第二电动缸23和第二驱动器24组成，其中十一个第二电动缸23夹设在底板6和顶板7之间，十一个第二电动缸23均与第二驱动器24相连接并由第二驱动器24控制工作，第二驱动器24与控制系统总成5连接并由控制系统总成5控制工作，底板6的前端为六边形板，六边形板的位置对应挂车冲击力模拟总成4的位置处，六边形板上设有六个第二电动缸23，六个第二电动缸23两两对应倾斜设置为三组，六个第二电动缸23在六边形板上每间隔一条边设置为一组形成多环并联机构，其余五个第二电动缸23垂直设在底板6的后部形成单环并联机构，底板6的后部为一扇形板，第二电动缸23的顶端和下端与顶板7和底板6的连接处均装配有万向节14，第二电动缸23的型号为ibx08型。

挂车冲击力模拟总成4包括有底座25、弹簧总成26、支撑箱27、第三电动缸28、盘式电机29和第三驱动器30，其中弹簧总成26设有八个，八个弹簧总成26两两分成四组，每两组对应设置，弹簧总成26的后端固连在底座25上，弹簧总成26的前端固连在支撑箱27的侧板上，八个弹簧总成26均布在支撑箱27的四周，盘式电机29设在底座25对应挂车车箱17底部的挂车旋转底盘20一端，盘式电机29的输出轴通过连杆31与挂车旋转底盘20相连接，盘式电机29驱使挂车旋转底盘20进行转动，第三电动缸28的后端固连在挂车旋转底盘20前部的竖板上，第三电动缸28的前端连接在支撑箱27的下部，连接处设有牵引铰链32，盘式电机29和第三电动缸28均与第三驱动器30相连接并由第三驱动器30控制工作，第三驱动器30与控制系统总成5相连接并由控制系统总成5控制工作，盘式电机29的型号为yhhpy型，第三电动缸28的型号为cy-z160型，支撑箱27的顶盖设有车头支架33，牵引车车头16通过车头支架33装配在支撑箱27上，支撑箱27底部的底座28上设有悬置34。

控制系统总成5还连接有传感器在环总成35和执行器在环总成36，其中控制系统总成5是由工控机37、数据采集器38和mabx控制器39组成，mabx控制器39通过can总线与数据采集器38电连接，传感器在环总成35是由相机40和显示器41组成，相机40机身纵轴线与显示器41的显示平面垂直，传感器在环总成35的数量与原车配置的相机40数量一致，相机40通过以太网线与控制系统总成5中的工控机37及数据采集器38电连接，执行器在环总成36是由制动器在环总成42、转向器在环总成43和驱动力在环总成44组成，执行器在环总成36通过can总线与控制系统总成5中的mabx控制器39电连接，视感模拟总成1中的融合机11通过类型为dvi的视频线与控制系统总成5中的工控机37电连接，视感模拟总成1中的第一驱动器12通过can总线与控制系统总成5中的mabx控制器39电连接，挂车模拟总成2中的手感模拟总成21通过can总线与控制系统总成5中的mabx控制器39电连接，挂车模拟总成2中的脚感模拟总成22通过usb总线与控制系统总成5中的mabx控制器39电连接，体感模拟总成3中的第二驱动器24通过can总线与控制系统总成5中的mabx控制器39电连接，挂车冲击力模拟总成4中的第三驱动器30通过can总线与控制系统总成5中的mabx控制器39电连接。

上述的第一驱动器12、第二驱动器24、第三驱动器30、工控机37、数据采集器38、mabx控制器39、相机40、显示器41、制动器在环总成42、转向器在环总成43和驱动力在环总成44均为现有设备的组装，因此，具体型号和规格没有进行赘述。

本发明的工作原理：

本发明提供的人机共驾及无人驾驶技术及测试用商用车智能驾驶模拟器处于初始配置状态时，视感模拟总成1中的六个第一电动缸10在第一驱动器12的驱动控制下同时上升至初始位置，称为视感模拟总成1的中位，投影环幕8同时被举升至中位。体感模拟总成3中的十一个第二电动缸23在第二驱动器24的驱动控制下同时上升至初始位置，称为体感模拟总成3的中位。

人机共驾及无人驾驶技术及测试用商用车智能驾驶模拟器处于工作状态时，视感模拟总成1中的六个第一电动缸10在第一驱动器12的驱动控制下分别上升至各自的指定位置。体感模拟总成3中的十一个第二电动缸23在第二驱动器24的驱动控制下分别上升至各自的指定位置。

当原车处于转向时，挂车冲击力模拟总成4中的第三驱动器30控制盘式电机29旋转至指定位置，盘式电机29带动挂车旋转底盘20转动，进而带动挂车车箱17相对于牵引车车头16产生旋转运动，模拟转向工况带来的体感。

当原车处于制动工况时，驾驶人需要能够感受到制动体感及挂车的冲击力体感。第三驱动器30控制第三电动缸28产生加大冲量，该冲量通过支撑箱27传递至八个弹簧总成26并使八个弹簧总成26中的弹簧发生弹性形变，同时传递至支撑箱27下部的悬置34并产生阻尼作用，弹性形变和阻尼作用同时传递至牵引车车头16，使驾驶人感受到带有弹簧阻尼性质的模拟挂车冲击力。同时顶板7产生俯冲运动，模拟制动工况带来的体感。

驾驶人在牵引车车头16内通过力感模拟总成18发出操纵信号，操纵信号分别由手感模拟总成21通过can总线，以及脚感模拟总成22通过usb总线传递至mabx控制器39中，mabx控制器39通过can总线将驾驶人操纵信号传递至执行器在环总成36中，根据信号类型及取值分别控制制动器在环总成42、转向器在环总成43及驱动力在环总成44，制动器在环总成42、转向器在环总成43及驱动力在环总成44将反馈的执行器信号通过can总线回传至mabx控制器39中，mabx控制器39通过can总线将信号分别传递至第一驱动器12、第二驱动器24及第三驱动器30中，进而控制视感模拟总成1、体感模拟总成3及挂车冲击力模拟总成4的运动。

传感器在环总成35采集车辆行驶的虚拟环境信息，并将信息通过以太网线分别传递至数据采集器38中进行存储，同时传递至工控机37进行图像信息处理，工控机37将处理后的图像信息通过can总线传递至mabx控制器39中。