基本信息
- 項目名稱：
- 車輛運行狀態(tài)數(shù)據(jù)可導出的模擬駕駛器開發(fā)
- 小類：
- 機械與控制
- 大類：
- 科技發(fā)明制作B類
- 簡介：
- 針對現(xiàn)有教學型模擬駕駛器和開發(fā)型模擬駕駛器研究的缺點，本文構(gòu)建一套車輛運行狀態(tài)數(shù)據(jù)可導出的模擬駕駛系統(tǒng)，為研究“人- 車-路”閉環(huán)系統(tǒng)的特性提供數(shù)據(jù)來源；為基于車輛狀態(tài)數(shù)據(jù)的駕駛員行為分析研究提供實驗平臺。
- 詳細介紹：
- 虛擬現(xiàn)實技術(shù)作為當代科學技術(shù)的一個嶄新領(lǐng)域，以其生動逼真的效果和極具潛力的發(fā)展前景正日益顯示出其旺盛的生命力。本文以桌面虛擬現(xiàn)實技術(shù)為基礎(chǔ)，針對傳統(tǒng)開發(fā)型模擬駕駛器成本高、教學型模擬駕駛器不能導出車輛運行狀態(tài)數(shù)據(jù)的缺點，開發(fā)了一套低成本車輛運行狀態(tài)數(shù)據(jù)可導出的模擬駕駛系統(tǒng)，為研究“人-車-路”閉環(huán)系統(tǒng)的特性提供數(shù)據(jù)來源，同時為基于車輛狀態(tài)數(shù)據(jù)的駕駛員行為分析研究提供實驗平臺。 在構(gòu)建車輛運行狀態(tài)數(shù)據(jù)可導出的模擬駕駛系統(tǒng)時采取了如下步驟：首先，利用汽車操縱動力學相關(guān)知識對八自由度的整車動力學模型進行程序?qū)崿F(xiàn)。其次，運用三維建模軟件實現(xiàn)了汽車三維模型的建立；運用光照模型、紋理映射等技術(shù)實現(xiàn)了虛擬汽車模型的真實感表達。第三，運用分形理論和DEM模型建立了道路及周邊環(huán)境的三維模型。第四，運用優(yōu)先繪制技術(shù)、外部引用等場景顯示優(yōu)化技術(shù)，解決了場景模型顯示的流暢性問題。第五，實現(xiàn)虛擬車輛運行狀態(tài)數(shù)據(jù)的記錄顯示模塊。最終實現(xiàn)了一套低成本的車輛運行狀態(tài)數(shù)據(jù)可導出的模擬駕駛系統(tǒng)，為研究人車路閉環(huán)駕駛系統(tǒng)的特性、駕駛員操作動力學行為、車輛專業(yè)相關(guān)實驗教學、道路設(shè)計與駕駛安全等課題，提供了必不可少的仿真運行環(huán)境及車輛運行狀態(tài)數(shù)據(jù)支撐，對相關(guān)領(lǐng)域的理論研究和實際應用均有重要意義。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設(shè)計、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標
- 目的：構(gòu)建一套車輛運行狀態(tài)數(shù)據(jù)可導出的模擬駕駛系統(tǒng)。 基本思路：利用汽車操縱動力學的相關(guān)知識對八自由度的整車汽車模型進行程序?qū)崿F(xiàn)；運用三維建模軟件、光照模型、紋理映射技術(shù)、分形理論和DEM模型、優(yōu)先繪制技術(shù)、外部引用等場景顯示優(yōu)化技術(shù)，實現(xiàn)一套低成本的車輛運行狀態(tài)數(shù)據(jù)可導出的模擬駕駛系統(tǒng)。 創(chuàng)新點： ① 針對傳統(tǒng)開發(fā)型模擬駕駛器成本高，開發(fā)了一套低成本車輛運行狀態(tài)數(shù)據(jù)可導出的模擬駕駛系統(tǒng)； ② 采用外部引用優(yōu)化繪制等技術(shù)，進而降低了實現(xiàn)該系統(tǒng)的成本； ③ 該系統(tǒng)采用8自由度車輛模型模擬汽車的動力學特性，使模擬駕駛系統(tǒng)更加符合車輛動力學特性，使得利用其導出的數(shù)據(jù)進行人-車-路閉環(huán)駕駛特性的研究更加可靠。 技術(shù)關(guān)鍵： ① 三維車輛模型與車輛動力學模型的關(guān)聯(lián)顯示技術(shù)； ② 基于多尺度的外部引用優(yōu)化繪制技術(shù)的程序?qū)崿F(xiàn)； ③ 車輛、道路及周邊環(huán)境模型真實感處理技術(shù)實現(xiàn)。 主要技術(shù)指標： ① 能夠選擇不同的虛擬車型、虛擬道路進行模擬駕駛實驗； ② 能夠?qū)С鎏摂M駕駛實驗中車輛的運行狀態(tài)數(shù)據(jù)； ③ 導出的車輛運行狀態(tài)數(shù)據(jù)符合車輛動力學特性。
科學性、先進性
- 現(xiàn)有的虛擬駕駛系統(tǒng)主要有開發(fā)型虛擬駕駛系統(tǒng)和教學型虛擬駕駛系統(tǒng)。開發(fā)型虛擬駕駛系統(tǒng)：它從整體性出發(fā)，對車輛安全性能進行仿真研究和開發(fā)的大型試驗設(shè)備，雖然在運行過程中它也可以采集到車輛運行狀態(tài)的各種參數(shù)，但如果把它用于對駕駛員行為和心理的研究，成本巨大，難以進行大量的駕駛員模擬駕駛，不適合研究出其中進行大量的并行試驗；教學型虛擬駕駛系統(tǒng)：該系統(tǒng)雖然價格適中，且可以進行仿真駕駛訓練，但是不可以導出車輛運行過程中的數(shù)據(jù)。我們結(jié)合現(xiàn)有虛擬駕駛系統(tǒng)的優(yōu)點，進行全新的設(shè)計，使新系統(tǒng)不僅可以用于虛擬駕駛，還可以導出車輛運行狀態(tài)數(shù)據(jù)，并且投資較小，同時滿足現(xiàn)有汽車相關(guān)研究的需求。
獲獎情況及鑒定結(jié)果
- 該作品在西安科技大學挑戰(zhàn)杯作品的評比活動中獲得了各位評委老師的一致好評，同意推薦。
作品所處階段
- 實驗生產(chǎn)階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 轉(zhuǎn)讓
作品可展示的形式
- 實物、產(chǎn)品、現(xiàn)場演示、圖片、錄像
使用說明,技術(shù)特點和優(yōu)勢,適應范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場分析,經(jīng)濟效益預測
- 該系統(tǒng)的開發(fā)完全遵守現(xiàn)有模擬駕駛器的使用規(guī)范，其技術(shù)特點是能夠?qū)С鲕囕v運行狀態(tài)數(shù)據(jù)，優(yōu)勢是整個系統(tǒng)成本低廉，適用于人車路閉環(huán)駕駛系統(tǒng)特性的研究，特別是涉及以車輛行駛狀態(tài)數(shù)據(jù)為對象研究行駕駛員行為的場合。因該類型研究需要大量虛擬駕駛實驗，開發(fā)型模擬駕駛器和教學型模擬駕駛器均不具備這個優(yōu)勢。 該系統(tǒng)可以作為車輛工程專業(yè)學生學習車輛動力學相關(guān)課程的實驗平臺；同時可以作為“人-車-路”閉環(huán)駕駛安全性評測的實驗平臺，還可以做汽車動力學仿真，對道路的設(shè)計對和駕駛員行為引起的人車路安全性評價提供依據(jù)。由于該系統(tǒng)可以廣泛應用于教學及生產(chǎn)實際，同時可以為交通部門判定交通事故提供數(shù)據(jù)來源，因而其市場前景極其廣闊，可以產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟效益。
同類課題研究水平概述
- 現(xiàn)有的虛擬駕駛系統(tǒng)主要有開發(fā)型虛擬駕駛系統(tǒng)和教學型虛擬駕駛系統(tǒng)。開發(fā)型虛擬駕駛系統(tǒng)：它主要是利用計算機，在電子、液壓技術(shù)控制下，從整體性出發(fā)，對車輛安全性能進行仿真研究和開發(fā)的大型試驗設(shè)備。 該方面的研究有：1993年，美國交通部(DOT)招標建立美國的大型駕駛模擬器，IOWA大學中標。1991年日本馬自達公司興建了跑車型開發(fā)性駕駛模擬器，1995年日本汽車研究所(JARI)也建成了帶有立體感模擬系統(tǒng)的駕駛模擬器。吉林大學建設(shè)的具有6自由度運動系統(tǒng)的開發(fā)型車輛駕駛模擬器，其規(guī)模和性能居世界先進水平。但是開發(fā)性模擬駕駛器價格貴，成本以千萬元計，主要用于研究車輛的控制系統(tǒng)，性能改進等，重點立足于車輛研發(fā)領(lǐng)域，用其研究人車路閉環(huán)系統(tǒng)特性，尤其是研究駕駛員行為而引起的閉環(huán)系統(tǒng)動力學改變，因需要大量的試驗，而導致試驗成本過高，不適合進行此類研究。根本上是因成本因素限制了其應用推廣。而且研究人車路閉環(huán)駕駛的特性也不需要完全模擬車輛的細節(jié)特性，只有符合基本汽車動力學模型，符合駕駛實際就能夠滿足此類研究的需要。 總之，開發(fā)型模擬駕駛器雖然在運行過程中它也可以采集到車輛運行狀態(tài)的各種參數(shù)，但如果把它用于對駕駛員行為和心理的研究，成本巨大，難以進行大量的駕駛員模擬駕駛，不適合研究初期中進行大量的并行試驗。 教學型模擬器是對開發(fā)型模擬器的一個簡化版本，它能夠使得使初學者快速掌握駕駛理論知識和基本操作技能，使學員的駕駛座艙既可以獨立使用，也可以通過數(shù)據(jù)通信單元與電腦控制中心配合使用。座艙單獨使用時，可以實現(xiàn)汽車駕駛教學與訓練功能，與電腦控制中心配合使用時，整個系統(tǒng)可以實現(xiàn)由汽車駕駛教學與考試、駕駛訓練與考核、無紙化考試、學員檔案管理與打印等功能。 但是教學型模擬駕駛器的側(cè)重點是視景模擬，即設(shè)置與再現(xiàn)道路交通景觀，構(gòu)成與實際道路逼真或相似的交通信息。這些信息包括自身車輛、其他車輛、行人、道路與路旁景致、各種交通設(shè)施的視覺信息。對車輛動力學的模擬放在了次要的地位，而且在模擬駕駛過程中其虛擬車型運行狀態(tài)數(shù)據(jù)不可導出。教學型模擬駕駛器的上述缺陷，影響其應用推廣，尤其不能用于研究駕駛員行為而導致的車輛行駛狀態(tài)改變方面的課題。
