[发明专利]一种人-车-路环境驾驶模拟实验系统

说明书

技术领域

 本发明涉及驾驶模拟实验系统，特别是研究人-车-路交通环境的驾驶模拟实验系统。

背景技术

  道路交通问题，其实质就是人、车、路(交通环境)的关系问题，三者之间有着深刻的内涵关系。这里的人指驾驶员，也指行人；车可指一辆车也可指多辆车。长期以来，在汽车或交通领域，主要的研究方式是”开环”式的，即研究车时较少考虑人和环境对车的影响；而在研究道路时又较少考虑车辆和人的因素。而人、车、路(环境)其实是一个整体的系统，研究该系统之间的协调关系才是解决交通问题的关键。

  人、车、路(环境)系统最大的一个特点在于其对象总是处于动态的过程中，变化多，情况复杂，用统计的研究方法，工作量大、费时费力，有时很难以掌握和处理好三者之间的关系。

  利用驾驶模拟系统对“人-车-路”交通安全、驾驶员行为特征、智能交通、汽车动力学等问题的研究，是近年来国际上的一个主要发展方向。国外在这方面进行过很多研究。八十年代以来，德国、瑞典、日本、美国和英国都先后分别投资建立了汽车驾驶模拟或交通模拟实验系统。

  交通驾驶模拟系统有着广泛的应用前景。首先，它使车辆或交通系统的设计从传统的开环设计走向闭环设计；其次是交通设计的观念从“使人适应交通”向“使交通适应人的能力范围”转变。同时，还推动了驾驶员控制行为规律研究的深入开展。

  目前，市场上的驾驶模拟系统，包括国外的驾驶模拟产品，以用于驾驶员培训的模拟器居多，有的用于研究的模拟器也是从培训型的模拟器改造而成的。许多用于研究的驾驶模拟器的使用范围非常有限，表现在：一是系统提供的建模和运算能力较弱；另一个主要原因是系统的开放程度较低，即用户建立自主模型的方法受限。例如，用于研究道路交通工程评价的驾驶模拟器必须具有极强的建模和动态场景的构建能力，而大多数驾驶模拟器的场景是事先给定的模式，有的虽然可以白建模型，但过程复杂、限制多、功能不全，不具备完全开放的功能，或开放程度极低，因此难以实现对道路交通评价对象的真实建模。

发明内容

 本发明的目的是提供一种人-车-路交通环境的驾驶模拟实验系统，极大地提高了系统的实时性和图像运动的平滑性，使该系统具备了处理大场景的能力，因而显著提高了系统的应用范围。

 本发明的系统主要由驾驶舱、汽车动力学模型及声响、图像生成、动态交通模拟、图像投影、集成控制等六大子系统组成。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等子系统。

 系统的工作原理如下：(1)由驾驶员工作舱产生驾驶操纵信号，通过传感及电路系统将采集的信号传递给汽车动力学模型系统；(2)汽车动力学模型根据操纵信号进行仿真运算得到车辆运动参数输出至图像生成系统，同时将模拟声音输出至音响系统；(3)图像生成系统根据车辆运动参数生成驾驶员的视景图像，输出至投影系统；(4)以此同时，其它机动车流、非机动车、行人等由交通动态模拟系统生成，并传入图像生成系统与道路交通的静态视景图像融为一体；(5)投影系统将视景图像投射到驾驶舱前面的屏幕上；(6)驾驶员根据屏幕上的道路交通虚拟图像驾驶车辆，产生新的操纵信息，使驾驶舱、电路系统、汽车动力学模型系统、图像生成系统、音响系统和投影系统产生的信息形成闭环。所有这些过程都实时发生，以产生连续变化的图像，从而给驾驶员一个接近真实的驾车感觉。

本发明内容主要体现在分布式及模块化组合的建设方案，使得系统的开放性、可开发性得到最大体现，具体表现在：

    (1)分布式计算机网络结构；

    (2)汽车动力学模型及模块化；

    (3)道路交通虚拟场景模块化快速生成；

    (4)动态交通模块化实时加载；

    (5)驾驶员行为与驾驶效果的一体化监测。