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2012-10-15 08:11

汽車駕駛模擬器的由來

   在我國,隨著經(jīng)濟的迅速發(fā)展,行車高速化、駕駛員非職業(yè)化是必然趨勢。但是,由于我國人口眾多,交通設施狀況也還不盡人意,因而行車困難程度比較高,發(fā)生交通事故的概率也很大,尤其是新駕駛員發(fā)生事故的比例占50%以上。這說明,在我國駕駛員的培訓還沒有達到很好的效果,駕駛員的素質有待進一步提高。另一方面,實車培訓駕駛員需耗費昂貴的油料,還要加上大量的車輛維修費等,而且新駕駛員因操縱不當而給生態(tài)環(huán)境帶來噪音、廢氣等污染也比熟練駕駛員高得多。這些問題都是非,F(xiàn)實的,迫切需要解決。為解決以上各種矛盾,針對性地開發(fā)出FBS-07 型汽車駕駛模擬器。 DB-QS622 型汽車駕駛模擬器(Vehicle Simulator)是一種能正確模擬汽車駕駛動作,獲得實車駕駛感覺的仿真設備,故又稱為汽車模擬駕駛仿真系統(tǒng)。是一種既能提高駕駛員水平,又降低各種費用的最為有效的訓練工具。由于它集成了傳感器技術、計算機技術、三維實時動畫技術、計算機接口技術、人工智能技術、數(shù)據(jù)通信技術、網(wǎng)絡技術、多媒體技術、等先進技術。以計算機仿真和計算機三維成像等高技術為核心,能夠模擬汽車駕駛的運行環(huán)境和操作效果,受訓人員可以有駕駛汽車的真實感覺。顯然,汽車駕駛模擬器具有節(jié)能、安全、經(jīng)濟和培訓不受時間、氣候、場地的限制,訓練效率高、培訓周期短等優(yōu)點。將它廣泛用于車輛駕駛培訓,非常適合中國市場需求。 在國外,汽車駕駛模擬器的研究開始較早,汽車駕駛模擬器作為培訓工具在發(fā)達國家早已普遍運用,日本政府在1970 年就以正式法律規(guī)定,汽車駕駛學校必須裝備汽車駕駛模擬器。美國在上一世紀70 年中期就有500 多所汽車駕駛學校裝備了汽車駕駛模擬訓練器,大多數(shù)歐洲國家也相繼制定了使用汽車駕駛訓練模擬器的法規(guī)。然而,在國內,在駕駛模擬器方面的研究起步較晚,經(jīng)歷了一個從引進國外產(chǎn)品到自行研制的較漫長的發(fā)展過程。一些公司開發(fā)了汽車駕駛訓練模擬器,但與國際先進水平相比,有較大的差距。還存在著開發(fā)技術含量低,汽車視景與操縱動作脫節(jié)、滯后,“沉浸感”,“交互性”,與“實時性” 不強,價格偏高等不足。 FBS-08 型汽車駕駛模擬器是基于分布式虛擬現(xiàn)實技術的特點,虛擬現(xiàn)實技 6 術是用高科技手段如高速圖形計算機、頭盔顯示器或其他三維視覺通道、 維位置跟蹤器和立體聲音響等構造出一種人工環(huán)境,它具有模仿人的視覺、聽覺、觸覺等感知功能的能力,具有使人可以親身體驗沉浸在這種虛擬環(huán)境中并與之相互作用的能力。虛擬現(xiàn)實技術具有以下四個重要特征: 多感知性。所謂多感知性就是指除了一般計算機所具有的視覺感知外,還有聽覺感知、力覺感知、觸覺感知、運動感知等,理想的虛擬現(xiàn)實就是應該具有人所具有的感知功能。 存在感。又稱臨場感。它是指用戶感到作為主角存在于模擬環(huán)境中的真實程度。理想的虛擬環(huán)境應該達到使用戶難以分辨真假的程度。 交互性。交互性是指用戶對虛擬環(huán)境內物體的可操作程度和從環(huán)境得到反饋的自然程度(包括實時性)。例如,用戶可以用手去直接抓取環(huán)境中的物體,這時手有握住東西的感覺,并可以感覺物體的重量,視場中的物體也隨手的移動而移動。 自主性。它是指虛擬環(huán)境中物體依據(jù)物理定律動作的程度。例如,用戶使用駕駛模擬器駕駛虛擬汽車時,用腳踩剎車時就有汽車停住并有一定慣性的感覺,視場中的物體也隨汽車的行駛而向后移動。 分布式虛擬現(xiàn)實技術(DVR)是基于網(wǎng)絡的虛擬環(huán)境,在這個環(huán)境中,位于不同物理環(huán)境位置的多個用戶或多個虛擬環(huán)境通過網(wǎng)絡相聯(lián)結,每個用戶在一個虛擬現(xiàn)實環(huán)境中,通過計算機與其他用戶進行交互,并共享信息。 設計和實現(xiàn)DVR 系統(tǒng)時,必須考慮以下網(wǎng)絡信息因素: 網(wǎng)絡帶寬,它是虛擬世界大小和復雜度的一個決定因素。當參加者增加時,帶寬需要也隨著增加。 分布機制,它直接影響系統(tǒng)的可擴充性。其中多播機制能為駕駛模擬器系統(tǒng)提供一對多和多對多的消息發(fā)布服務。 延遲響應,虛擬環(huán)境交互和動態(tài)特性的因素是延遲。如果要使分布式環(huán)境仿真真實世界,則必須實時操作,從而增加真實感。對于 DVR 系統(tǒng)中的網(wǎng)絡延遲可以通過使用專用聯(lián)結、對路由器和交換技術進行改進、快速交換接口和計算機等來縮減。 可靠性,在增加通信帶寬和減少通信延遲這兩方面進行折中時,這要考慮通信的可靠性問題。可靠性由具體的應用要求來決定。有些協(xié)議有較高的可靠 7 性,則傳輸速度慢,反之亦然。 8 第二章 汽車駕駛模擬器操縱系統(tǒng)的總布置 2.1 離合器操縱系統(tǒng)的功用和要求 1.功用 (1)保證汽車平穩(wěn)起步 汽車起步之前,駕駛員先踩下離合器踏板,將離合器分離,使發(fā)動機與傳動系斷開,再將變速器掛上檔,然后緩速松開離合器踏板,使離合器逐漸接合。在離合器逐漸接合過程中,發(fā)動機所受阻力矩也逐漸增加,故應同時逐漸踩下加速踏板,增加發(fā)動機的輸出功率,使發(fā)動機的轉速始終保持在最低穩(wěn)定轉速以上而不熄火。由于離合器的接合緊密程度逐漸增大,驅動輪的轉矩便逐漸地增加,到牽引力足以克服起步阻力時,汽車即開始平穩(wěn)起步并逐步加速。 保證變速器換檔時工作平順 在汽車行駛過程中,為了適應不斷變化的行駛條件,變速器需要經(jīng)常換用不同檔位工作。普通齒輪式變速器的換檔一般是通過撥動換檔機構來實現(xiàn)的,使原用檔位的齒輪副退出嚙合,另一檔位的齒輪副進入工作。在換檔前必須踩下離合器踏板,中斷動力傳遞,然后再進行換檔操作,便于使原用檔位的嚙合齒輪副脫開,同時有可能使新檔位嚙合齒輪副的嚙合部位的速度逐漸趨于相等(同步),這樣,進入嚙合時的沖擊可以大為減輕。 2.要求 (1)能實現(xiàn)漸進接合。 (2)分離迅速徹底,接合柔和平順。 (3)工作可靠,操縱輕便。 2.2 制動器操縱系統(tǒng)的功用和要求 1.功用 (1)保證汽車減速或停車 汽車以一定的車速行駛時具有一定的動能。隨著汽車行駛速度的不斷提高,要使行駛中的汽車減速或停車,就必須強制地對汽車施加一個與汽車行駛方向 9 相反的制動力,駕駛員根據(jù)道路和交通等情況對制動力進行控制,以實現(xiàn)一定程度的強制制動,使汽車減速或停車。 (2)保證汽車下坡時維持穩(wěn)定的車速 汽車在下長坡時,在重力的作用下,有不斷加速到危險程度的趨勢,此時應控制制動力將車速限制在一定的安全值以內,并保持穩(wěn)定。 (3)保證汽車原地可靠停車 當汽車停下來后,需要可靠的停車(包括在坡道上停車),使汽車可靠地駐留原地不動。 2.要求 (1)具備使行駛中的汽車減速或停車的行車制動器(腳制動)。 (2)具備使已停駛的汽車駐留原地不動的駐車制動器(手制動)。 (3)行車制動器制動力的大小應在一定范圍內逐漸變化,駐車制動器則無此必要。 (4)工作可靠,操縱輕便。 2.3 加速操縱系統(tǒng)的功用和要求 1.功用 汽車在一定的使用條件下需要加速前進或超車時,需要增加發(fā)動機的輸出功率,對于汽油發(fā)動機是加大節(jié)氣門的開度,對于柴油發(fā)動機是增加噴油泵的供油量。駕駛員根據(jù)需要,踩下加速踏板,增加發(fā)動機的輸出功率。 2.要求 (1)發(fā)動機的輸出功率的大小應在一定范圍內逐漸變化, (2)工作可靠,操縱輕便。 2.4 變速器操縱系統(tǒng)的功用和要求 1.功用 (1)改變傳動比,改變汽車的行駛速度和牽引力。 汽車的使用情況非常復雜,它要求汽車的牽引力和車速能在相當大的范圍變化,而發(fā)動機輸出的轉矩和轉速變化范圍小,為適應經(jīng)常變化的行駛條件, 10 同時使發(fā)動機在有利的工況下(功率較高、油耗較低)工作,傳動系中須設置變速器,并具備上述功用。 (2)使汽車能倒退行駛 發(fā)動機不能反轉,在發(fā)動機的旋轉方向不變的情況下,汽車能倒退行駛。 (3)利用空檔,切斷動力傳遞 在汽車滑行、停車時,不必關閉發(fā)動機,便能切斷發(fā)動機與傳動系統(tǒng)的動力傳遞,或在汽車啟動、怠速、換檔時,也能切斷發(fā)動機與傳動系統(tǒng)的動力傳遞。 2.要求 (1)應具有適當?shù)臋n位數(shù)和變速比,使汽車具有良好的動力性和經(jīng)濟性,并能與發(fā)動機的工作匹配。 (2)應設置有倒檔位和空檔位,使汽車能倒退行駛及切斷動力傳遞。 (3)工作可靠,操縱輕便。 2.5 轉向操縱系統(tǒng)的功用和要求 1.功用 (1)改變汽車的行駛方向 汽車在道路行駛時,駕駛員根據(jù)道路情況和交通狀況轉動方向盤,轉向力矩通過轉向系統(tǒng)變向及放大后使轉向輪偏轉,改變汽車的行駛方向。 (2)恢復汽車原來的行駛方向 在汽車直線行駛時,轉向盤往往會受到路面?zhèn)认蚋蓴_力的作用,自動偏轉而改變行駛方向,此時駕駛員也可以通過轉向系統(tǒng)使轉向輪向相向方向偏轉,使汽車恢復原來的行駛方向。 (3)使轉向盤自動回正 在汽車直線行駛時,轉向輪會受到偶然出現(xiàn)的路面?zhèn)认蚍戳Χl(fā)生意外偏轉,使汽車意外地轉向,為了使汽車能穩(wěn)定地保持直線行駛方向,要求轉向輪偶然發(fā)生偏轉后能自動回復到相應于直線行駛的中立位置,這也相當于轉向盤自動回正。另一方面,汽車在完成轉向后需要恢復直線行駛時,自動回正功能也能使汽車能輕便、穩(wěn)定地恢復直線行駛方向。 11 2.要求 (1)有適當?shù)淖兯俦,將轉向盤較大的轉動角度減小為轉向輪較小的轉動角度。 (2)有專門的機構使轉向盤自動回正,轉向盤回正時不打手。 (3)轉向盤的轉動總圈數(shù)與實車基本相同。 (4)工作可靠,操縱輕便。