一种汽车驾驶模拟器动感平台系统及模拟汽车驾驶的方法

摘要

本发明提供了一种汽车驾驶模拟器动感平台系统，其特征在于，所述系统包括：所述数据采集模块，用于在汽车驾驶模拟器上采集虚拟汽车的行车数据；所述数据处理模块，用于将采集到的虚拟汽车的行车数据进行分析处理，并形成可传输的数据物理量；所述逻辑处理模块，用于将可传输的数据物理量进行逻辑处理以实现对测服电机的控制；所述通讯模块，用于将经过所述逻辑处理模块处理后的数据进行打包成标准的用户数据报协议数据包以实现能在用户数据报协议中的进行通信。本发明还提供一种模拟汽车驾驶的方法。本发明提供的技术方案通过UDP通信数据传输技术实现高精度电缸运动。

说明书

技术领域

本发明涉及汽车领域，尤其涉及一种汽车驾驶模拟器动感平台系统及模拟 汽车驾驶的方法。

背景技术

动感平台是一种发展快、应用广的典型模拟器，且属于运动映射设备。然 而，市面上的动感平台都是偏向于娱乐方向的，一般都使用在电玩城和游乐场 等娱乐场所，都是进行大幅度升降以增强娱乐性。

汽车驾驶模拟器能让驾驶员在虚拟场景中进行真实驾驶的一种仿真机器， 它能完全模拟汽车的基本操作和视觉体感，随着人们考驾驶证在逐年的增长， 新学员使用汽车驾驶模拟器也在大幅增长，这已成为一个趋势，学员在驾驶模 拟器能体验到和汽车一样的驾驶视觉和熟悉车内布局；但由于没有运行的动态 感觉，学员在训练阶段总会和汽车驾驶不太一样驾驶感。为此人们就在汽车驾 驶模拟器中植入了娱乐性的动感技术，但传统的驾驶模拟器动感都是以一个简 易的汽车模型来做的，驾驶器框架简单，计算机直接通过上下位机和伺服电机 进行数据通讯，这种效果粗糙，只能模拟汽车加速、减速的效果，精确度不足 无法完全模拟汽车行驶的真实体感，由于无法完全模拟汽车行驶的实际效果， 从而导致模拟的精度不高。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种汽车驾驶模拟器动感平台系统及模 拟汽车驾驶的方法，旨在解决现有技术中汽车驾驶模拟器所模拟汽车驾驶的精 度不高的问题。

本发明提出一种汽车驾驶模拟器动感平台系统，其中，所述系统包括：数 据采集模块、数据处理模块、逻辑处理模块以及通讯模块，其中，

所述数据采集模块，用于在汽车驾驶模拟器上采集虚拟汽车的行车数据；

所述数据处理模块，用于将采集到的虚拟汽车的行车数据进行分析处理， 并形成可传输的数据物理量；

所述逻辑处理模块，用于将可传输的数据物理量进行逻辑处理以实现对测 服电机的控制；

所述通讯模块，用于将经过所述逻辑处理模块处理后的数据进行打包成标 准的用户数据报协议数据包以实现能在用户数据报协议中的进行通信。

优选的，所述虚拟汽车的行车数据包括车速数据、离合数据、油门数据、 方向盘数据、档位数据以及倾斜度数据。

优选的，所述数据处理模块，具体用于对前向车速进行处理、对曲线或转 弯的加速度进行处理、对坡道或凹凸路面汽车倾斜的处理。

优选的，所述逻辑处理模块，具体用于将可传输的数据物理量量转换成电 缸的伸缩量和电缸升降的速度。

优选的，所述系统还包括测服电机模块与机械运动模块，其中，

所述测服电机模块用于通过网络传输用户数据报协议来进行测服电机的数 据传输，并传递给机械运动模块；

所述机械运动模块，用于根据所述测服电机模块所传来的数据进行对应相 关的机械运动，以实现虚拟模型的运动映射。

另一方面，本发明还提供一种模拟汽车驾驶的方法，应用于汽车驾驶模拟 器动感平台系统，其中，所述方法包括：

在汽车驾驶模拟器上采集虚拟汽车的行车数据；

将采集到的虚拟汽车的行车数据进行分析处理，并形成可传输的数据物理 量；

将可传输的数据物理量进行逻辑处理以实现对测服电机的控制；

将经过逻辑处理后的数据进行打包成标准的用户数据报协议数据包以实现 能在用户数据报协议中的进行通信。

优选的，所述虚拟汽车的行车数据包括车速数据、离合数据、油门数据、 方向盘数据、档位数据以及倾斜度数据。

优选的，所述方法还包括：

通过网络传输用户数据报协议来进行测服电机的数据传输，并传递给机械 运动模块；

所述机械运动模块根据所传来的数据进行对应相关的机械运动，以实现虚 拟模型的运动映射。

本发明提供的技术方案能实现模拟汽车的各种驾驶运行效果，例如实现模 拟汽车打火和半联动的抖动效果、错误驾驶操作导致的熄火动态效果、汽车的 速度变化和转弯时的运动效果、路面不平或或过减速带等汽车行驶的上下抖动 效果，并且通过UDP通信数据传输技术实现高精度电缸运动，将动感的精确度 提升到0.01cm，能让学员在汽车驾驶模拟上不仅只是视觉驾驶效果而且还有动 态的体感效果，犹如在汽车上驾驶一样。

附图说明

图1为本发明一实施方式中汽车驾驶模拟器动感平台系统10的内部结构示 意图；

图2为本发明一实施方式中模拟汽车驾驶的方法流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实 施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅 仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明具体实施方式提供了一种汽车驾驶模拟器动感平台系统10，其中， 所述系统包括：数据采集模块11、数据处理模块12、逻辑处理模块13以及通 讯模块14，其中，

所述数据采集模块11，用于在汽车驾驶模拟器上采集虚拟汽车的行车数 据；

所述数据处理模块12，用于将采集到的虚拟汽车的行车数据进行分析处 理，并形成可传输的数据物理量；

所述逻辑处理模块13，用于将可传输的数据物理量进行逻辑处理以实现对 测服电机的控制；

所述通讯模块14，用于将经过所述逻辑处理模块处理后的数据进行打包成 标准的用户数据报协议数据包以实现能在用户数据报协议中的进行通信。

本发明提供的一种汽车驾驶模拟器动感平台系统10能实现模拟汽车的各 种驾驶运行效果，例如实现模拟汽车打火和半联动的抖动效果、错误驾驶操作 导致的熄火动态效果、汽车的速度变化和转弯时的运动效果、路面不平或或过 减速带等汽车行驶的上下抖动效果，并且通过UDP通信数据传输技术实现高精 度电缸运动，将动感的精确度提升到0.01cm，能让学员在汽车驾驶模拟上不仅 只是视觉驾驶效果而且还有动态的体感效果，犹如在汽车上驾驶一样。

以下将对本发明所提供的一种汽车驾驶模拟器动感平台系统10进行详细 说明。

请参阅图1，为本发明一实施方式中汽车驾驶模拟器动感平台系统10的内 部结构示意图。

在本实施方式中，汽车驾驶模拟器动感平台系统10主要包括数据采集模块 11、数据处理模块12、逻辑处理模块13以及通讯模块14。

数据采集模块11，用于在汽车驾驶模拟器上采集虚拟汽车的行车数据。

在本实施方式中，所述虚拟汽车的行车数据包括车速数据、离合数据、油 门数据、方向盘数据、档位数据以及倾斜度数据。

在本实施方式中，整个数据采集是依托于驾驶模拟器的，通过在虚拟汽车 上面获取汽车的速度、四个车轮的位置等一些信息。采集车速数据通过读取汽 车刚体的velocity，取velocity的模得到速度这个物理量，例如velocity＝ car.rigidbody.velocity，speed＝velocity.magnitude，每5帧采集一次速度数据并保 存到浮点数数组list_Speed里面；采集离合数据、油门数据、方向盘数据、档 位数据通过在计算机处理系统中读取下位机的数据获得；采集倾斜度数据是通 过记录汽车的四个轮子的位置(即position_LL、position_LR、position_RL、 position_RR)以及通过四个轮子的位置来计算汽车的前向倾斜度和侧向倾斜度。

在本实施方式中，汽车驾驶模拟器动感平台系统10使用了高仿真的中智仿 真汽车驾驶模拟器，外观与汽车高度相识且又加入创新，传统的都是三电缸和 六电缸，本发明则采用四轴电缸。而且，本发明的主体设计方向是通过加速度 来体现电缸的升降幅度，根据汽车在不同情况下对速度大小和方向的改变，从 而求出对应方向所受到的力和加速度，通过加速度的大小和方向来控制电缸的 升降高度和对应的是哪几个电缸，根据加速度的变化曲线来控制电缸升降的速 度。

例如，作为线性运动，汽车在一个方向上行驶，在加速(或减速)过程中 都会有一个加速度的过程，因为受惯性的作用会有一个前仰(或前倾)的感觉， 这样可通过汽车电缸中的前两个电缸上升(或下降)和后两个电缸下降(或上 升)来实现这个功能，通过汽车前后的速度来求加速度的大小a，通过加速度a 的大小来设定电缸的升降高度和速度。

例如，作为曲线运动，汽车在以恒定大小的速度行驶过程中变换方向使之 偏离原来的方向而做曲线运动，汽车在曲线行驶过程中，会产生向心力，根据 力的作用设计相互的汽车会受到离心力的作用，使之产生一个向侧抛的感觉， 根据方向盘的旋转度数或汽车前轮的角度求出向心加速度，通过加速度的大小 来设定电缸的升降高度和速度。

例如，作为坡道行驶，汽车在坡道上行驶会受到重力的影响，更具汽车在 坡道上的角度，把重力的作用分解到沿车身和垂直车身的作用力。

例如，作为不平路段行驶，在不平路段上行驶时因为路面高低不平，在极 短时间内速度的方向变化快会有极大的离心力和重力的作用，在这两个作用 力下会产生颠婆。

本发明的技术方案用高仿的中智仿真汽车驾驶模拟器作为载体，获取汽车 物理引擎产生的数据，依据刚体物理学、动力学、运动学等来处理获取的数据， 其中，物理引擎使用对象属性(如动量、扭矩或者弹性)来模拟刚体行为，这 可以得到更加真实的结果，本发明使用四轴电缸的设计方式大大加大了安全性， 而且，中智仿真汽车驾驶模拟器采用的是新型的汽车物理引擎能完全模拟汽车 运行的实际路况，采用了UDP数据传输机制能让电缸完全的模拟毫米级别的精 细度运动效果。

数据处理模块12，用于将采集到的虚拟汽车的行车数据进行分析处理，并 形成可传输的数据物理量。

在本实施方式中，所述数据处理模块12，具体用于对前向车速进行处理、 对曲线或转弯的加速度进行处理、对坡道或凹凸路面汽车倾斜的处理。

在本实施方式中，主要是对速度的处理得到加速度，将加速度转换成汽车 的惯性力，由此来模拟运动的效果。

例如，对前向车速的处理采用了极值去噪的算法获取横向加速度。

例如，对曲线或转弯的加速度处理，汽车在曲线行驶或进行转弯的时候， 方向盘会有一定的偏转，从而汽车会进行弧线行驶，当汽车沿着圆周或曲线轨 道运动时会受到与其速度方向不同的合外力作用，也就是离心力。

例如，对坡道或凹凸路面汽车倾斜的处理，在坡道或凹凸路面行驶时汽车 会产生不同方向的倾斜，倾斜度的不停变换就会导致颠簸感，在程序中通过获 取汽车颠簸时的角度来计算上下浮动的加速度(也即纵向加速度)。

逻辑处理模块13，用于将可传输的数据物理量进行逻辑处理以实现对测服 电机的控制。

在本实施方式中，所述逻辑处理模块13，具体用于将可传输的数据物理量 量转换成电缸的伸缩量和电缸升降的速度。

在本实施方式中，前面经过数据采集和数据处理最后得出的是直观的物理 量，在逻辑处理模块13这个模块中将其做处理控制使其能对测服电机的控制来 达到最后的效果。

在本实施方式中，逻辑处理模块13是将物理量转换成电缸的伸缩量和电缸 升降的速度，来模拟汽车行驶的颠簸感：

例如，沿车身方向电缸的伸缩量，其一根据在等量时间内，速度的改变的 大小可知汽车是在加速还是在减速，档位的数据量可判断是前进还是在倒退； 其二汽车被撞导致减速或加速，这时候是一个突变量，会产生一个极值；其三 汽车在非平路段行驶，有会倾斜取其中纵向倾斜量，这些量通过一些物理运动 学原理和牛顿的万有引力原理转换成对应的电缸伸缩量。

例如，垂直车身方向电缸的伸缩量，其一汽车在非平路段行驶，有会倾斜 取其中横向倾斜，其二转动方向盘，汽车弧线运动，产生横向物理量，这些量 通过一些物理运动学原理和牛顿的万有引力原理转换成对应的电缸伸缩量。

例如，电缸的升降速度，其一等量的时间内速度的变化量可以体现电缸升 降速度，变化量越大则升降速度越快，反正则升降速度越慢，其二三踏板的操 作，无论是对离合、油门、刹车的操作都会导致汽车的运行效果，等量时间内 操作的越快则升降速度越快，反正则升降速度越慢，其三外部因素的影响，比 如撞墙则会产生急停，这时候我们则要模拟一个瞬间值来模拟这次碰撞。

通讯模块14，用于将经过所述逻辑处理模块处理后的数据进行打包成标准 的用户数据报协议数据包以实现能在用户数据报协议中的进行通信。

在本实施方式中，以太网数据通讯采用UDP通讯协议，通过MAC地址， IP地址，以及用户用于实现以太网数据流向控制定义的UDP源端口号和目标 端口号。在本实施方式中，以太网的UDP数据部分分为3个子域，分别为应用 控制区域、应用处理域以及应用数据域。

除此之外，本发明的汽车驾驶模拟器动感平台系统10还包括测服电机模块 与机械运动模块，其中，

所述测服电机模块用于通过网络传输用户数据报协议来进行测服电机的数 据传输，并传递给机械运动模块；

所述机械运动模块，用于根据所述测服电机模块所传来的数据进行对应相 关的机械运动，以实现虚拟模型的运动映射。

在本实施方式中，根据汽车在不同情况下对速度大小和方向的改变，从而 求出对应方向所受到的力和加速度，通过这些运动学物理量来进行虚拟运动与 现实机械运动的转换。

本发明提供的一种汽车驾驶模拟器动感平台系统10能实现模拟汽车的各 种驾驶运行效果，例如实现模拟汽车打火和半联动的抖动效果、错误驾驶操作 导致的熄火动态效果、汽车的速度变化和转弯时的运动效果、路面不平或或过 减速带等汽车行驶的上下抖动效果，并且通过UDP通信数据传输技术实现高精 度电缸运动，将动感的精确度提升到0.01cm，能让学员在汽车驾驶模拟上不仅 只是视觉驾驶效果而且还有动态的体感效果，犹如在汽车上驾驶一样。

本发明具体实施方式还提供一种模拟汽车驾驶的方法，应用于汽车驾驶模 拟器动感平台系统，其中，所述方法主要包括：

S11、在汽车驾驶模拟器上采集虚拟汽车的行车数据；

S12、将采集到的虚拟汽车的行车数据进行分析处理，并形成可传输的数据 物理量；

S13、将可传输的数据物理量进行逻辑处理以实现对测服电机的控制；

S14、将经过逻辑处理后的数据进行打包成标准的用户数据报协议数据包以 实现能在用户数据报协议中的进行通信。

本发明提供的一种模拟汽车驾驶的方法，能实现模拟汽车的各种驾驶运行 效果，例如实现模拟汽车打火和半联动的抖动效果、错误驾驶操作导致的熄火 动态效果、汽车的速度变化和转弯时的运动效果、路面不平或或过减速带等汽 车行驶的上下抖动效果，并且通过UDP通信数据传输技术实现高精度电缸运 动，将动感的精确度提升到0.01cm，能让学员在汽车驾驶模拟上不仅只是视觉 驾驶效果而且还有动态的体感效果，犹如在汽车上驾驶一样。

请参阅图2，为本发明一实施方式中模拟汽车驾驶的方法流程图。

在步骤S11中，在汽车驾驶模拟器上采集虚拟汽车的行车数据。

在本实施方式中，所述虚拟汽车的行车数据包括车速数据、离合数据、油 门数据、方向盘数据、档位数据以及倾斜度数据。

在本实施方式中，采集虚拟汽车的行车数据的具体采集方法如上述数据采 集模块11中的相关记载，在此不做重复叙述。

在步骤S12中，将采集到的虚拟汽车的行车数据进行分析处理，并形成可 传输的数据物理量。

在本实施方式中，具体分析处理的方法如上述数据处理模块12中的相关记 载，在此不做重复叙述。

在步骤S13中，将可传输的数据物理量进行逻辑处理以实现对测服电机的 控制。

在本实施方式中，具体逻辑处理的方法如上述逻辑处理模块13中的相关记 载，在此不做重复叙述。

在步骤S14中，将经过逻辑处理后的数据进行打包成标准的用户数据报协 议数据包以实现能在用户数据报协议中的进行通信。

在本实施方式中，具体打包成标准的用户数据报协议数据包的方法如上述 通讯模块14中的相关记载，在此不做重复叙述。

除此之外，本发明的一种模拟汽车驾驶的方法还包括：

通过网络传输用户数据报协议来进行测服电机的数据传输，并传递给机械 运动模块；

所述机械运动模块根据所传来的数据进行对应相关的机械运动，以实现虚 拟模型的运动映射。

在本实施方式中，根据汽车在不同情况下对速度大小和方向的改变，从而 求出对应方向所受到的力和加速度，通过这些运动学物理量来进行虚拟运动与 现实机械运动的转换。

本发明提供的一种模拟汽车驾驶的方法，能实现模拟汽车的各种驾驶运行 效果，例如实现模拟汽车打火和半联动的抖动效果、错误驾驶操作导致的熄火 动态效果、汽车的速度变化和转弯时的运动效果、路面不平或或过减速带等汽 车行驶的上下抖动效果，并且通过UDP通信数据传输技术实现高精度电缸运 动，将动感的精确度提升到0.01cm，能让学员在汽车驾驶模拟上不仅只是视觉 驾驶效果而且还有动态的体感效果，犹如在汽车上驾驶一样。

值得注意的是，上述实施例中，所包括的各个单元只是按照功能逻辑进行 划分的，但并不局限于上述的划分，只要能够实现相应的功能即可；另外，各 功能单元的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本发明的保护范 围。

另外，本领域普通技术人员可以理解实现上述各实施例方法中的全部或部 分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，相应的程序可以存储于一计 算机可读取存储介质中，所述的存储介质，如ROM/RAM、磁盘或光盘等。

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、等同替换和改进等，均应包含在本发明 的保护范围之内。