[发明专利]一种人-车-路环境驾驶模拟实验系统

权利要求书

1.一种人-车-路环境驾驶模拟实验系统，其特征在于主要由驾驶舱、汽车动力学模型及声响、图像生成、动态交通模拟、图像投影、集成控制六大子系统组成；其中驾驶舱系统采集驾驶员的各种操作信息并将其传送给汽车动力学模型系统；汽车动力学模型系统运算出汽车的瞬间位置及运动姿态参数，并将其传送给图像生成系统，同时，汽车动力学模型系统根据驾驶员的操作信息调用相应的音频文件通过声响系统播放出来；图像生成系统根据汽车动力学模型系统和动态交通模拟系统提供的相应参数生成与车辆运动相对应的、连续变化的动态道路交通场景，最后通过图像投影系统将动态道路交通场景投射到驾驶舱正前方的屏幕上，而集成控制系统则是控制驾驶舱、汽车动力学模型及声响、图像生成、动态交通模拟和图像投影子系统；通过分布式的网络结构，模块化的汽车动力学模型，道路交通虚拟场景模块化快速生成，动态交通模块化实时加载，驾驶员行为与驾驶效果的一体化监测，形成人、车、路的信息环闭，所有过程都实时发生，以产生连续变化的图像。

2.根据权利要求1所述的人-车-路环境驾驶模拟实验系统，其特征在于分布式的网络结构包含数据采集计算机、交通模型计算机、汽车动力学模型计算机、4台图形计算机，信息通过100M／1000M高速局域网交换，所有计算机各自独立并行计算，网络通信均通过主控计算机的服务器端进行收发。

3.根据权利要求2所述的人-车-路环境驾驶模拟实验系统，其特征在于网络通信均通过主控计算机进行收发的过程是：首先，服务器接收来自数据采集机的驾驶员驾驶操作参数，并发送驾驶操作参数到汽车动力学模型机；其次，服务器收到来自汽车动力学模型计算机的模型计算完成的车辆位置、姿态参数；与此同时，服务器接收来自交通模型计算机的动态交通流数据；然后，服务器发送模拟器位置、姿态以及动态交通环境参数等到4台图形计算机，同步实时更新，实现实时三维动态仿真。

4.根据权利要求l所述的人-车-路环境驾驶模拟实验系统，其特征在于模块化的汽车动力学模型包含建立了包括车身、发动机、底盘和操纵机构四个系统；其中，操纵机构包括：制动踏板、变速器、离合器踏板、油门踏板、方向盘5个子系统；底盘部分包含：传动系、离合器、转向系、制动系、悬架系、车轮6个子系统。

5.根据权利要求4所述的人-车-路环境驾驶模拟实验系统，其特征在于模块化的汽车动力学模型采用12个自由度的动力学模型，包括发动机转动、离合器的工作过程、车辆的纵向位移、横向位移、车身的侧倾、纵倾、横摆、四个车轮的转动、方向盘的转角运动；并确定模拟车辆的发动机的扭矩特性、轮胎的滑移特性和侧偏特性以保证摸拟器在加速、制动和转向时的真实性。

6.根据权利要求1所述的人-车-路环境驾驶模拟实验系统，其特征在于系统提供可开发的模型库、纹理库，和开放接口方法；包括调用模型的索引号、纹理号、模型参数；所提供的场景模块库由一系列模型有机组合，且是完全开放的，用分解和组合的方法，建立场景模块库。

7.根据权利要求l所述的人-车-路环境驾驶模拟实验系统，其特征在于动态交通模块提供完全开放的接口，接口参数主要包括控制参数、运动规律参数；开放的接口可接受外部交通流仿真软件的数据，实现的交通流的仿真。

8.根据权利要求1所述的人-车-路环境驾驶模拟实验系统，其特征在于道路交通虚拟场景由静态视景模型、动态视景模型、外部交通流仿真接口加载后驱动；其中静态视景模型由三维视景编辑器建立；动态视景模型由动态交通行为算法或轨迹数据提供数据；外部交通流仿真接口由相关微观仿真软件提供数据。

9.根据权利要求1所述的人-车-路环境驾驶模拟实验系统，其特征在于驾驶员行为与驾驶效果的一体化监测系统，包含在驾驶舱中安装的对驾驶员面部、手部及脚部的视频监测装置、驾驶效果图像生成系统、视频转换器、硬盘录音录像、语音对讲器。

10.根据权利要求9所述的人-车-路环境驾驶模拟实验系统，其特征在于在驾驶舱中安装三台带红外光的彩色CCD摄像机，安装于副驾驶座位前方仪表台的摄像机连接到硬盘录音录像机的第一个回路，安装在副驾驶座位左后上方车顶的摄像机连接到硬盘录音录像机的第二个回路，安装在档位拉杆旁的摄像机连接到硬盘录音录像机的第三个回路，图像生成系统计算机的VGA接口的视频输出信号连接到视频转换器后接入硬盘录音录像机的第四个回路，硬盘录音录像机的BNC视频输出信号连接到硬盘录音录像机的另外一个回路实现对上述四个通道在一个画面中进行录像，语音对讲器的音频输出连接到硬盘录音录像机第一路音频输入端实现语音录音。