[发明专利]面向训练的汽车驾驶模拟机实现方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种面向训练的汽车驾驶模拟机实现方法，其特点是面向驾驶训练，在为社会节约了场地、汽车、汽油等消耗的同时，让驾车者掌握各项基本驾车基本技能，达到真实场景训练相同的效果。

背景技术

汽车驾驶模拟训练系统是面向驾驶培训型的汽车驾驶模拟器早在70年代，美国、西欧等一些发达国家就开始汽车驾驶模拟机的研究，国内起步较晚，一些早期开发的汽车驾驶模拟训练系统或是被动式的，或虽是主动式，但由于开发工具和开发环境落后，图像真实感差，系统升级困难。近年来，国内不少单位都在研究将新技术应用于汽车驾驶模拟训练系统中，以提高系统性能。将虚拟现实技术应用于汽车驾驶模拟训练系统中，实践证明不仅在技术上是可行的，而且使整个系统的性能比传统的驾驶模拟训练系统有了显著的提高。

驾驶模拟的研究最早开始于飞行模拟的研究。日本政府在1970年就以正式法律规定，汽车驾驶学校必须装备汽车驾驶模拟机。美国在上一世纪70年代中期就有500多所汽车驾驶学校装备了汽车驾驶模拟机，大多数欧洲国家也相继制定了使用汽车驾驶模拟机的法规。上一世纪80年代以来，德国、瑞典、日本、美国的各大汽车厂家都分别建立了开发型汽车驾驶模拟器。德国奔驰公司于1985年建成的6自由度汽车驾驶模拟机，其性能代表当时汽车模拟驾驶机技术的最高水平；1989年，德国大众汽车公司则更新了原有驾驶模拟机的计算机系统和视景生成系统，并用于新产品的研制中。在80年代，瑞典VDI公司也投资建成了汽车驾驶模拟机，用于瑞典车辆和交通系统的研究与开发；美国GM汽车公司1989年开始研制开发型模拟机，至今为止已经开发出第二代产品，其性能指标居世界领先水平；1993年，美国FORD汽车公司也开始研制自己的开发型驾驶模拟机；美国依阿华车辆中心于1993年就启用1300万美元来开发汽车驾驶模拟系统，1996年又增加投资3000万美元由TRW公司进行改进，作为研究高速公路及车辆系统的国家研究基地的一部分，被称之为国家先进汽车驾驶模拟机(NDAS)；1993年，美国交通部(DOT)招标建立美国的大型驾驶模拟机，IOWA大学中标现在正在执行中。1991年日本马自达公司兴建了跑车型开发型驾驶模拟机；1995年日本汽车研究所(JARI)也建成了带有体感模拟系统的驾驶模拟机。

在国内，一些公司开发了汽车驾驶训练模拟机，但与国际先进水平相比，有较大的差距。目前，北京航空航天大学、国防科技大学、中国航空精密机械研究所、东南大学、吉林工业大学等单位在此研究领域正在进行积极地开展研究工作，并开发出了一些初期的产品，其中，北京航空航天大学研制的MCGI-9410T计算机成像系统、航空精密机械研究所研制的QM-CGI汽车驾驶训练模拟系统较为有代表性，吉林工业大学建设的具有6自由度运动系统的开发型车辆驾驶模拟机，其规模和性能居世界先进水平。武汉理工大学提出了基于分布式虚拟现实技术的汽车驾驶模拟机的系统模型和系统构成，将基于人工神经网络和模糊数学理论的驾驶汽车知识描述等关键技术用于汽车驾驶模拟机。

General Motors和Virginia Polytechnic Institute and State University于1970年代在基于Human-in-the-loop模式的驾驶模拟上作出了开创性的工作。他们的工作极大的推动了驾驶模拟这一领域的发展，并对之后的工作产生了深远的影响。在这之后，对这一领域的研究又持续了30多年。1990年代，这一领域取得了许多重要进展，许多成功的驾驶模拟机被开发出来，其中有：IOWA大学的计算机辅助设计中心开发的IOWA驾驶模拟机。该仿真器有一个巨大的六脚底座，操作表盘以及操作仪器。驾驶员通过方向盘、油门、刹车操作虚拟汽车，并能从中获得触觉反馈。在驾驶舱内，高分辨率的图像通过Evans&Sutherland ESIG 2000投影到驾驶舱前部的屏幕上，同时，驾驶舱后部的一个较小的屏幕可以通过真实的后视镜看到。与此相比，通过借助图形学最新的研究成果以及新一代的图形硬件，可以在视觉反馈的真实性方面作出更进一步的改进工作，给用户提供更好的视觉体验。得益于计算机硬件的发展，生产价格低廉的驾驶模拟机成为可能。Systems Technology Incorporated开发出了可以运行在个人计算机上的系统。STI也在这一领域作了许多开创性的工作。但是，视角的狭窄成了他们的主要瓶颈。