專利名稱：駕駛模擬系統的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及模擬器技術領域，特別涉及一種駕駛模擬系統。
背景技術：
駕駛模擬系統是一種用于模擬駕駛感覺的擬真系統，現有的駕駛模擬系統是通過預先設置好的程序來控制駕駛模擬艙動作，其中駕駛模擬艙內根據所模擬的載具，如飛機、坦克、汽車、船舶等，設置有多種不同的操控設備，如方向盤、油門剎車等，并且設置有顯示器以顯示模擬駕駛的載具周圍的環境；用戶操作方向盤、油門等操控設備時，操控設備產生控制信號給駕駛模擬艙，駕駛模擬艙按照程序預先設定的參數，將操控設備產生的控制信號轉換為驅動信號，令駕駛模擬艙模內的動作裝置，例如液壓缸，氣動缸，電動缸，電動轉軸等執行相應的動作，令駕駛模擬艙按照用戶的操作進行運動，同時按照程序預設的方式，在顯示器上配合顯示載具周圍環境的變化，從而模擬出駕駛的感覺。但是現有的駕駛模擬系統模擬載具的運動時，只能按照程序預先設定的參數執行，運動模式固定，所提供的模擬駕駛體驗的真實性較差，無法準確還原出真實的駕駛環境。
實用新型內容本實用新型提供了一種駕駛模擬系統，能夠準確還原出真實的駕駛環境。為達上述目的，本實用新型的技術方案具體是這樣實現的:—種駕駛模擬系統，該系統包括:模擬器和載具；所述模擬器，實時接收模擬器內用戶的操作信息，并向載具發送；接收載具發送的運動狀態信息，轉換為相應的動作指令，并根據所述動作指令進行動作，使所述模擬器的運動狀態與所述載具的運動狀態相同；接收載具發送的載具周圍環境的視頻信息，并在顯示設備上顯示。所述載具，接收所述用戶的操作信息，并根據所述用戶的操作信息進行動作；實時獲取運動狀態信息，以及周圍環境的視頻信息；將所述運動狀態信息發送給所述模擬器；將所述載具周圍環境的視頻信息發送給所述模擬器。優選地，所述模擬器包括:座椅，用于承載用戶；操控設備，實時獲取用戶的操作信息，并向數據傳輸設備發送；數據傳輸設備，將所述用戶的操作信息向所述載具發送；接收所述載具發送的運動狀態信息，并向模擬器控制器發送；接收所述載具發送的所述載具周圍環境的視頻信息，并向所述顯示設備發送；模擬器控制器，用于接收所述運動狀態信息，并轉換為動作指令，向動作執行設備發送；動作執行設備，根據所述動作指令驅動所述座椅動作，使所述座椅的運動狀態與所述載具的運動狀態相同；顯示設備，用于接收并顯示所述載具周圍環境的視頻信息。優選地，所述載具包括:運動狀態獲取設備，實時獲取運動狀態信息，并向載具控制器發送；視頻獲取設備，實時獲取載具周圍環境的視頻信息，并向信息傳輸設備發送；載具控制器，用于將所述運動狀態信息，發送給所述信息傳輸設備；根據用戶的操作信息控制載具主體進行動作；信息傳輸設備，用于將所述運動狀態信息，以及所述載具周圍環境的視頻信息向所述模擬器發送；接收所述用戶的操作信息，并向所述載具控制器發送；載具主體，根據所述載具控制器的控制進行動作。優選地,所述載具進一步包括:音頻獲取設備，用于實時獲取載具周圍環境的音頻信息，并發送給所述信息傳輸設備；所述信息傳輸設備進一步將所述載具周圍環境的音頻信息向所述模擬器發送；所述模擬器進一步包括:音響設備，所述數據傳輸設備進一步接收所述載具周圍環境的音頻信息，并向所述音響設備發送；所述音響設備，用于播放所述載具周圍環境的音頻信息。優選地，所述運動狀態獲取設備包括:三軸陀螺儀，用于實時獲取載具的運動軌跡數據，并向所述載具控制器發送；加速度計，用于實時獲取載具的加速度數據，并向所述載具控制器發送。優選地，所述載具控制器包括:數據收集模塊，用于接收所述運動軌跡數據和所述加速度數據；接收用戶的操作
信息；數據組合模塊，用于將所述運動軌跡數據和所述加速度數據組合為所述載具的姿態數據；控制模塊，用于根據所述數據收集模塊接收到的用戶的操作信息控制所述載具主體進行動作。優選地，所述動作執行設備包括:三個電動缸，三個所述電動缸設置于所述座椅的底部的底盤上，并在所述底盤上呈三角形分布。優選地，三個所述電動缸設置于所述座椅的底部的底盤上，包括:三個所述電動缸的推桿頭部均朝下，并通過缸體與所述座椅的底部的底盤固定連接；電動缸推桿頭部設置有球形腳墊。由上述技術方案可見，本實用新型的這種駕駛模擬系統，將原有完全通過程序控制模擬器，改為通過載具來獲取運動狀態信息，并通過該載具的運動狀態信息來控制模擬器動作，而用戶對于模擬器的操作信號，又會反饋到載具上，令載具通過該操作信號進行動作，而載具對該操作信號的動作，又會被獲取到并轉換為相應的動作指令，模擬器根據該動作指令進行動作，從而使模擬器的運動狀態和載具相同；同時，捕獲載具周圍環境的視頻信息，并在模擬器內的顯示設備中顯示，使模擬器內的用戶可以看到其操作的載具周圍真實的環境。 由于本實用新型中，模擬器的運動的動作指令通過對載具真實的運動狀態進行捕獲而得到，而非現有通過程序以預設參數控制，因此模擬器模擬出的運動將更加真實。而且由于模擬器內用戶看到的是載具周圍真實的環境影像，而非程序按照預設的參數模擬出的畫面，結合更加真實的模擬器運動，從而能夠準確還原出真實的駕駛環境。
圖1為本實用新型實施例的駕駛模擬系統數據交互示意圖。圖2為本實用新型實施例的駕駛模擬系統結構圖圖3為本實用新型實施例的模擬器結構示意圖。圖4為本實用新型實施例的載具結構示意圖。圖5為本實用新型實施例的載具控制器結構示意圖。圖6為本實用新型優選實施例的載具結構示意圖。圖7為本實用新型優選實施例的模擬器結構示意圖。圖8為本實用新型優選實施例的動作執行設備的結構示意圖。
具體實施方式
為使本實用新型的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下參照附圖并舉實施例，對本實用新型進一步詳細說明。本實用新型實施例提供一種駕駛模擬系統，該系統如圖2所示，包括:模擬器201和載具202 ；所述模擬器201，實時接收模擬器201內用戶的操作信息，并向載具202發送；接收載具202發送的運動狀態信息，轉換為相應的動作指令，使所述模擬器201的運動狀態與所述載具202的運動狀態相同；接收載具202發送的載具202周圍環境的視頻信息，并在顯示設備上顯示。所述載具202，接收所述用戶的操作信息，并根據所述用戶的操作信息進行動作；實時獲取運動狀態信息，以及周圍環境的視頻信息；將所述運動狀態信息發送給所述模擬器201 ;將所述載具202周圍環境的視頻信息發送給所述模擬器201。優選地，所述模擬器201如圖3所示，包括:座椅301,用于承載用戶；操控設備302，實時獲取用戶的操作信息，并向所述數據傳輸設備303發送；例如方向盤、剎車、油門等，可以采用現有任意模擬操控設備實現。數據傳輸設備303，將所述用戶的操作信息向所述載具202發送；接收所述載具202發送的所述運動狀態信息，并向模擬器控制器304發送；接收所述載具202發送的所述載具202周圍環境的視頻信息，并向所述顯示設備306發送；數據傳輸設備303可以通過例如藍牙、WIF1、射頻、紅外等各種無線或有線的數據傳輸設備實現。模擬器控制器304，用于接收所述運動狀態信息，并轉換為相應的動作指令，向動作執行設備305發送；可以用復雜可編程邏輯器件(CPLD)、現場可編程門陣列(FPGA)、中央處理器(CPU )、單片機等各種芯片實現。動作執行設備305，與所述座椅301連接，根據所述動作指令驅動所述座椅301動作，使所述座椅301的運動狀態與所述載具202的運動狀態相同；例如液壓缸，氣動缸，電動缸，電動轉軸等任意動作執行設備，一般設置在座椅301的底部。顯示設備306，用于接收并顯示所述載具202周圍環境的視頻信息，例如顯示器、投影屏幕、頭戴式顯示眼鏡等任意顯示設備。優選地,所述載具202如圖4所示,包括:運動狀態獲取設備401，實時獲取運動狀態信息，并向所述載具控制器403發送；可以使用任意運功傳感器實現，例如陀螺儀、加速度計、水平儀等等。視頻獲取設備402,例如攝像頭等,實時獲取載具周圍環境的視頻信息，并向所述信息傳輸設備404發送。載具控制器403，用于將所述動作指令發送給所述信息傳輸設備404 ;根據用戶的操作信息控制載具202主體進行動作；可以用復雜可編程邏輯器件(CPLD)、現場可編程門陣列(FPGA)、中央處理器(CPU)、單片機等各種芯片實現。信息傳輸設備404，用于將所述運動狀態信息，以及所述載具202周圍環境的視頻信息向所述模擬器201發送；接收所述用戶的操作信息，并向所述載具控制器403發送；可以通過例如藍牙、WIF1、射頻、紅外等各種無線或有線的數據傳輸設備實現。載具主體405，根據載具控制器403的控制進行動作。優選地，所述載具202可以進一步包括:音頻獲取設備406，用于實時獲取載具周圍環境的音頻信息，并發送給所述信息傳輸設備404 ；所述信息傳輸設備404進一步將所述載具周圍環境的音頻信息向所述模擬器201發送；所述模擬器201進一步包括:音響設備307，所述數據傳輸設備404，進一步接收所述載具周圍環境的音頻信息，并向所述音響設備307發送；所述音響設備307，用于播放所述載具周圍環境的音頻信息。其中，所述運動狀態獲取設備401可以包括:三軸陀螺儀和加速度計。其中，三軸陀螺儀用于實時獲取載具202的運動軌跡數據，并向所述載具控制器403發送；加速度計用于實時獲取載具的加速度數據，并向所述載具控制器403發送。優選地，所述載具控制器403如圖5所示，包括:數據收集模塊501，用于接收所述運動軌跡數據和所述加速度數據；接收用戶的操作信息，并向控制模塊503發送；數據組合模塊502，用于將所述運動軌跡數據和所述加速度數據組合為所述載具的姿態數據；控制模塊503，用于根據所述數據收集模塊501接收到的用戶的操作信息控制載具主體405進行動作。[0080] 下面，提供一個優選實施例，如圖6、7所示，所述動感駕駛模擬系統由模擬器和載具兩部分組成，圖6示出的為載具，圖7示出的為模擬器。 其中，載具可以選用等比縮小的無線遙控車輛/飛行器/水面及水下船只；載具上安裝有攝像機Cl、無線視音頻發送器C2、三軸陀螺儀C3、加速度計C4、載具控制器C5、無線通信模塊C6 ;其中攝像機Cl可以為廣視角高清運動型攝像機，用于采集圖像和聲音；無線視音頻發送器C2實時地將攝像機采集到的視頻和音頻數據發送回模擬器；三軸陀螺儀C3記錄載具的運動軌跡并以數值形式輸出；加速度計C4根據載具當前姿態產生加速度信號；無線通信模塊C6用于在載具和模擬器之間傳輸指令和數據；載具控制器C5采集加速度計C4生成的載具加速度數據和三軸陀螺儀C3生成的載具運動軌跡數據，經處理后轉換為載具的姿態數據發送回模擬器；載具控制器C5接收用戶操控指令控制載具的運動方向和速度。其中，無線視音頻發送器C2和無線通信模塊C6組成信息傳輸設備404，載具控制器C5對應載具控制器403。參見圖7所示，所述模擬器用于模擬載具的運動，模擬器上安裝有顯示器Ml、無線視音頻接收器M4、模擬器控制器M10、無線通信模塊M3、伺服電機驅動器M9、伺服電機M7、電動缸18、避震器16、底盤115、座椅肌1、操控設備M2 ;其中無線視音頻接收器M4用于接收載具發回的影音數據并傳輸給顯示器Ml ;顯示器Ml顯示載具攝像機拍攝到的實時圖像，顯示器內裝有音箱，輸出載具周邊音效，用戶M12根據當前顯示器圖像控制載具的運動方向及速度；無線通信模塊M3用于在載具和模擬器之間傳輸指令和數據；模擬器控制器MlO將載具姿態數據轉換為伺服電機驅動器可執行的動作指令，并控制模擬器運動；伺服電機驅動器M9驅動伺服電機M7并帶動電動缸M8執行運動；避震器M6安裝在電動缸M8與底盤M5之間用于緩沖電動缸高速運動對底盤的沖擊力；座椅Mll和操控設備M2模擬出駕駛艙的效果，用戶M12使用操控設備M2無線遙控載具運動。其中，無線視音頻接收器M4和無線通信模塊M3組成數據傳輸設備303，模擬器控制器MlO對應模擬器控制器304 ;伺服電機驅動器M9、伺服電機M7、電動缸M8組成動作執行設備305 ;操控設備M2對應模擬器控制器304。另外，動作執行設備305的優選實施例參見圖8所示，所述動作執行設備305產生的運動可以包括三維空間水平面上的XY軸2自由度的傾斜以及Z軸的上下運動，可以由3個安裝在座椅底部的底盤上的電動缸實現上述動作；其中電動缸Dll和D12安裝于底盤前部兩側，電動缸D13安裝于底盤尾部中間，呈三角形分布，每個電動缸均可以倒置安裝在底盤上并與底盤平面垂直固定連接，即電動缸的缸體朝上，推桿朝下設置。在工作過程中電動缸軸向與底盤平面間不產生任何方向的角度變化；每個電動缸的后部均串聯有伺服電機D3，電動缸推桿的頭部裝有球形腳墊D2，腳墊可以為軟性材料制成并與地面接觸，用于補償電動缸伸縮時與地面產生的角度變化。3個電動缸為底盤與地面間的唯一支撐點，電動缸推桿伸縮運動即可實現底盤的整體運動，用戶坐在模擬器座椅上隨模擬器一起運動，從而感受到動感效果。傳統的電動缸均為推桿通過活動連接件與底盤連接，缸體通過活動連接件設置在地面上，而本實用新型中，采用倒置設置的電動缸，缸體可以固定連接在底盤上，而推桿也可以直接觸地，無需在電動缸與底盤之間以及電動缸與地面之間設置活動連接件，結構簡單，實現成本低。另外，模擬器與載具之間的數據通信可以參見圖1所示，方框代表設備，帶箭頭直線代表數據，箭頭所指為數據傳輸方向；其中，(I)為攝像機采集的視頻和音頻數據，經無線通信模塊C6和M3無線傳輸至模擬器的顯示器上。其中一個應用實例為:攝像機采集視頻和音頻信息，通過高清晰度多媒體接口(HDMI)信號實時發送給無線家庭數字接口(WHDI系統)，WHDI系統(對應無線通信模塊C6和M3)使用5.8GHz頻段實時傳輸HDMI信號給顯示器。(2)為三軸陀螺儀根據載具姿態產生的軌跡數據，包含空間xyz軸的角度值以及角度方向以數值形式輸出至載具控制器C5。(3)為加速度計根據載具當前運動方向產生的空間xyz軸的加速度值，以電壓形式輸出，經過模數(A/D)電路轉換采樣后轉變為數值形式發送給載具控制器C5。(4)為載具姿態數據，包含經過濾波采樣后的加速度值和運動軌跡數據。(5)為操控設備根據用戶操作產生的控制指令，包含一個方向數據和一個速度數據，經無線通信模塊發送至載具控制器C5，用于控制載具運動的方向及速度。(6)為電機控制指令，由載具姿態數據計算得出，可以通過工業領域常用的通信協議(modbus)總線發送給電機驅動器。(7)為空間矢量脈寬調制(SVPWM)波形，用于驅動伺服電機工作。以上所述僅為本實用新型的較佳實施例而已，并不用以限制本實用新型，凡在本實用新型的精神和原則之內，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本實用新型保護的范圍之內。
權利要求1.一種駕駛模擬系統,其特征在于,該系統包括:模擬器和載具； 所述模擬器，實時接收模擬器內用戶的操作信息，并向載具發送；接收載具發送的運動狀態信息，轉換為相應的動作指令，并根據所述動作指令進行動作，使所述模擬器的運動狀態與所述載具的運動狀態相同；接收載具發送的載具周圍環境的視頻信息，并在顯示設備上顯示; 所述載具，接收所述用戶的操作信息，并根據所述用戶的操作信息進行動作；實時獲取運動狀態信息，以及周圍環境的視頻信息；將所述運動狀態信息發送給所述模擬器；將所述載具周圍環境的視頻信息發送給所述模擬器。
2.如權利要求1所述的駕駛模擬系統，其特征在于，所述模擬器包括: 座椅，用于承載用戶； 操控設備，實時獲取用戶的操作信息，并向數據傳輸設備發送； 數據傳輸設備，將所述用戶的操作信息向所述載具發送；接收所述載具發送的運動狀態信息，并向模擬器控制器發送；接收所述載具發送的所述載具周圍環境的視頻信息，并向所述顯示設備發送； 模擬器控制器，用于接收所述運動狀態信息，并轉換為動作指令，向動作執行設備發送； 動作執行設備，根據所述動作指令驅動所述座椅動作，使所述座椅的運動狀態與所述載具的運動狀態相同； 顯示設備，用于接收并顯示所述載具周圍環境的視頻信息。
3.如權利要求2所述的駕駛模擬系統，其特征在于，所述載具包括: 運動狀態獲取設備，實時獲取運動狀態信息，并向載具控制器發送； 視頻獲取設備，實時獲取載具周圍環境的視頻信息，并向信息傳輸設備發送； 載具控制器，用于將所述運動狀態信息，發送給所述信息傳輸設備；根據用戶的操作信息控制載具主體進行動作； 信息傳輸設備，用于將所述運動狀態信息，以及所述載具周圍環境的視頻信息向所述模擬器發送；接收所述用戶的操作信息，并向所述載具控制器發送； 載具主體，根據所述載具控制器的控制進行動作。
4.如權利要求3所述的駕駛模擬系統，其特征在于，所述載具進一步包括: 音頻獲取設備，用于實時獲取載具周圍環境的音頻信息，并發送給所述信息傳輸設備; 所述信息傳輸設備進一步將所述載具周圍環境的音頻信息向所述模擬器發送； 所述模擬器進一步包括:音響設備， 所述數據傳輸設備進一步接收所述載具周圍環境的音頻信息，并向所述音響設備發送； 所述音響設備，用于播放所述載具周圍環境的音頻信息。
5.如權利要求3所述的駕駛模擬系統，其特征在于，所述運動狀態獲取設備包括: 三軸陀螺儀，用于實時獲取載具的運動軌跡數據，并向所述載具控制器發送； 加速度計，用于實時獲取載具的加速度數據，并向所述載具控制器發送。
6.如權利要求2所述的駕駛模擬系統，其特征在于，所述動作執行設備包括:三個電動缸， 三個所述電動缸設置于所述座椅的底部的底盤上，并在所述底盤上呈三角形分布。
7.如權利要求6所述的駕駛模擬系統,其特征在于,三個所述電動缸設置于所述座椅的底部的底盤上，包括: 三個所述電動缸的推桿頭部均朝下，并通過缸體與所述座椅的底部的底盤固定連接； 電動缸推桿頭部設置有球·形腳墊。
專利摘要本實用新型公開了一種駕駛模擬系統，該系統包括模擬器和載具；所述模擬器，實時接收模擬器內用戶的操作信息，并向載具發送；接收載具發送的運動狀態信息，轉換為相應的動作指令，并根據所述動作指令進行動作，使所述模擬器的運動狀態與所述載具的運動狀態相同；接收載具發送的載具周圍環境的視頻信息，并在顯示設備上顯示；所述載具，接收所述用戶的操作信息，并根據所述用戶的操作信息進行動作；實時獲取運動狀態信息，以及周圍環境的視頻信息；將所述運動狀態信息發送給所述模擬器；將所述載具周圍環境的視頻信息發送給所述模擬器。本實用新型的駕駛模擬系統，能夠準確還原出真實的駕駛環境。
文檔編號G09B9/02GK203165264SQ20122066949
公開日2013年8月28日 申請日期2012年12月6日 優先權日2012年12月6日
發明者孫波, 韓啟文 申請人:孫波