模拟转向盘操纵感觉力反馈转向系统及汽车模拟驾驶系统

摘要

本发明公开了一种模拟转向盘操纵感觉力反馈转向系统及汽车模拟驾驶系统。所述力反馈转向系统包括：上位机，用于分析视景子系统的场景信息，并根据汽车动力学模型生成第一控制信号；主控电路板，用于接收第一控制信号，并解析第一控制信号，生成第二控制信号；控制板和控制装置，控制板用于接收第二控制信号，并根据第二控制信号控制控制装置的运行状态；控制装置与模拟转向装置相连，控制装置用于控制模拟转向装置，使模拟转向装置模拟真实汽车转向盘的受力状态。本发明通过控制装置控制模拟转向装置，使所述模拟转向装置模拟真实汽车转向盘的受力状态，能真实的模拟方向盘在各种情况下的不同受力情况，提高了汽车模拟驾驶的仿真性和操作感。

说明书

技术领域

本发明主要涉及模拟技术领域，特别是指一种模拟转向盘操纵感觉的力反馈转向系统及汽车模拟驾驶系统。

背景技术

2008年末我国民用汽车保有量已达6000多万辆，并正以每年10％以上的速度飞速增长。随着国家取消对小排量经济型小汽车的限制，有专家预测我国汽车保有量将增长更快。随着汽车保有量的迅猛增长，汽车交通安全事故也急剧增加。

为了减少汽车交通安全事故，提高驾驶的熟练程度，驾驶人员有必要进行一定的训练和评测，然而如果全部进行实际的训练和评测，则需要花费大量的金钱和场地，同时由于驾驶人员的巨大数量，有可能需要等待较长的时间才能参加类似的训练和评测。因此出现了一种模拟汽车驾驶感受的互动式汽车驾驶案例教学与考试系统和方法(参见中国发明专利CN101034501)，所述互动式汽车驾驶案例教学与考试系统包括车身与支架子系统、信号采集子系统、视景子系统。该系统虽然能模拟汽车驾驶感受，但还是与真实的汽车驾驶感受相关甚远，特别是模拟系统的汽车转向盘由于没有反馈转向系统，与真实的操纵感觉并不相同。

发明内容

本发明提出一种模拟转向盘操纵感觉的反馈转向系统及包含该模拟转向盘操纵感觉的反馈转向系统的汽车模拟驾驶系统，能真实的模拟方向盘在各种情况下的不同受力情况，提高了汽车模拟驾驶的仿真性和操作感。

本发明的技术方案是这样实现的：

一种模拟转向盘操纵感觉的反馈转向系统，应用于汽车模拟驾驶系统中，所述汽车模拟驾驶系统包括车身与支架子系统、信号采集子系统、视景子系统，所述车身与支架子系统包括有模拟转向盘的模拟转向装置，所述模拟转向盘操纵感觉的反馈转向系统包括：

上位机，用于分析所述视景子系统的场景信息，并根据汽车动力学模型生成第一控制信号；

主控电路板，用于接收所述上位机的第一控制信号，并解析所述第一控制信号，生成第二控制信号；

控制板和控制装置，所述控制板用于接收所述第二控制信号，并根据所述第二控制信号控制所述控制装置的运行状态；

所述控制装置与所述模拟转向装置相连，所述控制装置用于控制所述模拟转向装置，使所述模拟转向装置模拟真实汽车转向盘的受力状态。

优选的，所述控制装置包括：

直流无刷电机，用于控制所述模拟转向盘的转向阻力，使所述模拟转向盘的转向阻力与所述模拟转向盘的转角成正比，并能向所述模拟转向盘提供突然的转向力。

优选的，所述控制装置还包括：

齿轮组，用于控制所述模拟转向盘的左右旋转和旋转角度。

优选的，所述控制装置还包括：

力反馈装置，用于向所述模拟转向装置施加反馈力。

一种汽车模拟驾驶系统，包括车身与支架子系统、信号采集子系统、视景子系统，所述车身与支架子系统包括有模拟转向盘的模拟转向装置，还包括模拟转向盘操纵感觉的力反馈转向系统，所述模拟转向盘操纵感觉的力反馈转向系统包括：

上位机，用于分析所述视景子系统的场景信息，并根据汽车动力学模型生成第一控制信号；

主控电路板，用于接收所述上位机的第一控制信号，并解析所述第一控制信号，生成第二控制信号；

控制板和控制装置，所述控制板用于接收所述第二控制信号，并根据所述第二控制信号控制所述控制装置的运行状态；

所述控制装置与所述模拟转向装置相连，所述控制装置用于控制所述模拟转向装置，使所述模拟转向装置模拟真实汽车转向盘的受力状态。

优选的，所述控制装置包括：

直流无刷电机，用于控制所述模拟转向盘的转向阻力，使所述模拟转向盘的转向阻力与所述模拟转向盘的转角成正比，并能向所述模拟转向盘提供突然的转向力。

优选的，所述控制装置还包括：

齿轮组，用于控制所述模拟转向盘的左右旋转和旋转角度。

优选的，所述控制装置还包括：

力反馈装置，用于向所述模拟转向装置施加反馈力。

本发明所述模拟转向盘操纵感觉的力反馈转向系统及包含该模拟转向盘操纵感觉的力反馈转向系统的汽车模拟驾驶系统，通过控制装置控制模拟转向装置，使所述模拟转向装置模拟真实汽车转向盘的受力状态，能真实的模拟方向盘在各种情况下的不同受力情况，提高了汽车模拟驾驶的仿真性和操作感。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为现有技术一种汽车模拟驾驶系统的结构图；

图2为本发明一种模拟转向盘操纵感觉的力反馈转向系统优选实施例的结构图；

图3为本发明一种汽车模拟驾驶系统优选实施例的结构图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

为方便本发明的描述，在此先对本发明所涉及到的一些概念进行说明。

道路元素，包括机动车、非机动车、人物、道路障碍、交通警察指挥手势信号、交通信号与标志等。

路基，是指没有运动元素的道路，其可以采用一定的分类方式将其分为城市道路、分向道路、混合道路、夜间道路、雨天道路、泥泞路、冰雪路、雾天路、山区道路、高速公路等。

路况，是指道路交通状况，按道路元素的多少与密集度可分为简单路况、一般路况、复杂路况。同时路况又可分为常规路况和险情路况两种，所谓常规路况是指道路元素均按交通法规的要求设置与运行的路况；险情路况是指设有事故案例中违法设置与运行的道路元素的路况。

路谱，通过在路基上设置道路元素而构成的各种情况的驾驶情境。

如下表所示，为其中的一种路谱的设置的举例说明。

  照明条件  良好  道路类型  城市主干道  交通控制方式  标志标线  道路线形  平直路  天气条件  阴天  路口路段类型  三支分叉路  路面类型  水泥  地形条件  平原  车道设置横断面  分向式  路面条件  干燥  路宽  14米  车道宽  1.5米

根据上表中的各种交通条件，选定对应的路基，并在路基上添加道路元素后即可得到对应的一条路谱。

下面对现有技术中的一种汽车模拟驾驶系统进行简单的介绍，如图1，现有技术中的所述汽车模拟驾驶系统包括车身与支架子系统、信号采集子系统、视景子系统，其中：

车身与支架子系统，用于操作人员实现模拟驾驶，其中设置有各种操作部件，如有模拟转向盘的模拟转向装置、离合踏板总成及油门踏板总成等；同时还包括各种仪表，该仪表根据操作人员对操作部件的操作产生对应的指示信号，所述车身与支架子系统可以为真车驾驶室或其它模拟驾驶室。

信号采集子系统，用于采集操作人员对车身与支架子系统的操作部件进行操作后各操作部件的运动数据，并用于采集操作人员的运动信号；同时还可用于根据采集到的车身与支架子系统的操作部件的运动数据驱动车身与支架子系统的仪表显示。

视景子系统，用于将路谱展现给操作人员，并用于根据汽车动力学模型和采集到各操作部件的运动数据控制路谱中被操作人员所操作的车辆的运动，并展现给操作人员；该被操作人员所操作的车辆的运动与真实车辆在真实环境下被同样的动作操作所产生的运动相同。

参照图2，为本发明一种模拟转向盘操纵感觉的力反馈转向系统优选实施例的结构图。所述模拟转向盘操纵感觉的力反馈转向系统应用于汽车模拟驾驶系统中，所述汽车模拟驾驶系统包括车身与支架子系统、信号采集子系统、视景子系统，所述车身与支架子系统、信号采集子系统、视景子系统等各组成部分已经在前面进行了详细描述，在此不再赘述，其中，所述车身与支架子系统包括有模拟转向盘的模拟转向装置。

所述模拟转向盘操纵感觉的力反馈转向系统包括：

上位机，用于分析所述视景子系统的场景信息，并根据汽车动力学模型生成第一控制信号。

所述场景信息优选为路谱信号，包括各种路况等信息，所述上位机可以是计算机等具有信息处理能力的装置。

主控电路板，用于接收所述上位机的第一控制信号，并解析所述第一控制信号，生成第二控制信号。

控制板和控制装置，所述控制板用于接收所述第二控制信号，并根据所述第二控制信号控制所述控制装置的运行状态。

所述控制装置与所述模拟转向装置相连，所述控制装置用于控制所述模拟转向装置，使所述模拟转向装置模拟真实汽车转向盘的受力状态。

其中，所述控制装置包括：

直流无刷电机，用于控制所述模拟转向盘的转向阻力，使所述模拟转向盘的转向阻力与所述模拟转向盘的转角成正比，并根据上位机中虚拟三维道路地面和车轮接触状态的计算结果产生突然的转向力。

所述模拟转向盘的转角越大，所述直流无刷电机控制所述模拟转向盘的转向阻力也就越大，实现转向盘越转阻力越大，从而能真实的模拟转向盘在各个角度不同的受力情况。

其中，所述控制装置还包括：

齿轮组，用于控制所述模拟转向盘的左右旋转和旋转角度。

例如，所述齿轮组控制所述模拟转向盘的旋转角度不超过900，即左右旋转转向盘不超过两圈半，从而提高模拟转向装置的仿真性。

其中，所述控制装置还包括：

力反馈装置，用于向所述模拟转向装置实施力反馈。

路谱上的模拟汽车遇到突出部处时，通过所述力反馈装置向所述模拟转向装置施加反馈力，所述模拟转向盘可产生反馈力，从而更真实的模拟汽车在道路上的行驶感觉。

在本发明中，所述上位机分析视景子系统中不同的场景信息以及不同的行驶状况，并根据汽车动力学模型生成不同控制状态的第一控制信号。如场景路面上遇到突出部处时，所述上位机生成的第一控制信号经过所述主控电路板的解析后，所述控制板会根据解析后的信号控制所述控制装置中的力反馈装置向所述模拟转向装置实施力反馈，从而能真实的模拟汽车行驶途中通过突出部处时真实的受力情况；又例如，需要转弯时，所述上位机生成的第一控制信号经过所述主控电路板的解析后，所述控制板会根据解析后的信号控制所述控制装置中的直流无刷电机，所述直流无刷电机控制所述模拟转向盘越转阻力越大。

本发明所述模拟转向盘操纵感觉的力反馈转向系统，通过控制装置控制模拟转向装置，使所述模拟转向装置模拟真实汽车转向盘的受力状态，能真实的模拟方向盘在各种情况下的不同受力情况，提高了汽车模拟驾驶的仿真性和操作感。

参照图3，示出了本发明一种汽车模拟驾驶系统优选实施例的组成结构图。所述汽车模拟驾驶系统包括车身与支架子系统、信号采集子系统、视景子系统和模拟转向盘操纵感觉的力反馈转向系统，所述车身与支架子系统包括有模拟转向盘的模拟转向装置，所述车身与支架子系统、信号采集子系统、视景子系统在前面已经进行了详细的描述，在此不再赘述。

所述模拟转向盘操纵感觉的力反馈转向系统包括：

上位机，用于分析所述视景子系统的场景信息，并根据汽车动力学模型生成第一控制信号。

所述场景信息优选为路谱信号，包括各种路况等信息，所述上位机可以是计算机等具有信息处理能力的装置。

主控电路板，用于接收所述上位机的第一控制信号，并解析所述第一控制信号，生成第二控制信号。

控制板和控制装置，所述控制板用于接收所述第二控制信号，并根据所述第二控制信号控制所述控制装置的运行状态。

所述控制装置与所述模拟转向装置相连，所述控制装置用于控制所述模拟转向装置，使所述模拟转向装置模拟真实汽车转向盘的受力状态。

其中，所述控制装置包括：

直流无刷电机，用于控制所述模拟转向盘的转向阻力，使所述模拟转向盘的转向阻力与所述模拟转向盘的转角成正比，并根据上位机中虚拟三维道路地面和车轮接触状态的计算结果产生突然的转向力。

所述模拟转向盘的转角越大，所述直流无刷电机控制所述模拟转向盘的转向阻力也就越大，实现转向盘越转阻力越大，从而能真实的模拟转向盘在各个角度不同的受力情况。

其中，所述控制装置还包括：

齿轮组，用于控制所述模拟转向盘的左右旋转和旋转角度。

例如，所述齿轮组控制所述模拟转向盘的旋转角度不超过900，即左右旋转转向盘不超过两圈半，从而提高模拟转向装置的仿真性。

其中，所述控制装置还包括：

力反馈装置，用于向所述模拟转向装置实施力反馈。

路谱上的模拟汽车遇到突出部处时，通过所述力反馈装置向所述模拟转向装置施加反馈力，所述模拟转向盘可产生反馈力，从而更真实的模拟汽车在道路上的行驶感觉。

在本发明中，所述上位机视景子系统中不同的场景信息以及不同的行驶状况，并根据汽车动力学模型生成不同控制状态的第一控制信号。如场景路面上遇到突出部处时，所述上位机生成的第一控制信号经过所述主控电路板的解析后，所述控制板会根据解析后的信号控制所述控制装置中的力反馈装置向所述模拟转向装置实施力反馈，从而能真实的模拟汽车行驶途中通过突出部处时真实的受力情况；又例如，需要转弯时，所述上位机生成的第一控制信号经过所述主控电路板的解析后，所述控制板会根据解析后的信号控制所述控制装置中的直流无刷电机，所述直流无刷电机控制所述模拟转向盘越转阻力越大。

本发明所述的汽车模拟驾驶系统，通过控制装置控制模拟转向装置，使所述模拟转向装置模拟真实汽车转向盘的受力状态，能真实的模拟方向盘在各种情况下的不同受力情况，提高了汽车模拟驾驶的仿真性和操作感。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。