駕駛模擬器是一種用於汽車產品開發、“人-車-環境”交通特性研究或駕駛培訓的重要工具。由於具有安全性高、再現性好、可開發性強、成本低等顯著特點,近年來,研究開發型駕駛模擬器已成為國際上的一個重要發展方向。
六自由度汽車駕駛模擬系統
駕駛模擬器一般由硬體和軟體兩部分組成。以計算機成像的大型模擬器為例,其硬體系統一般包括駕駛艙、計算機、投射儀、顯示屏、運動液壓系統等,軟體系統包括道路環境的計算機實時動畫生成,汽車行駛動態模擬,聲響模擬,網路控制,操作平臺等。基本原理是由安裝在駕駛艙的感測器將駕駛員的操縱訊號傳遞到主控計算機,由主控計算機中的汽車模型軟體計算出車輛瞬間的運動位置及姿態,再將車輛運動引數不斷地傳到計算機圖形工作站,由影象軟體生成對應的連續變化的道路視景圖,最後再由投射儀將視景圖投射到駕駛艙正前方的螢幕上,與此同時,由主控計算機控制液壓系統,使駕駛艙產生一定的運動,並模擬汽車噪聲,給駕駛員一個接近真實的駕車感覺。這種模擬器規模大、造價高,主要用於汽車新產品的開發。如 Daimler-Benz 公司 80 年代建成的具有六個自由度的世界上規模最大的模擬器、美國交通部 93 年在IOWA 大學建立的大型駕駛模擬器、我國吉林大學汽車動態模擬國家重點實驗實 97年研製的我國第一臺大型駕駛模擬器 ADSL 等。
另外一種模擬器規模比較小,有的採用了靜止的駕駛艙,極大地降低了成本。這類模擬器主要用於道路交通的研究,在歐洲和日本應用比較多。如日本大板產業大學透過近 30年的研究不斷開發完善的用於駕駛員行為研究的小型液壓式駕駛模擬器、瑞典 VDI 80 年代投資建成的具有大的側向位移的駕駛模擬器、日本汽車研究所(JARI)93 年建成的帶有體感模擬系統的駕駛模擬器,英國利茲大學 1997年開發成功的固定式汽車駕駛模擬器等。
還有一種駕駛模擬器更為簡單,只是用於駕駛培訓。國內外都有較多產品。這種模擬器一般不能進行二次開發,因而不能用於研究。
六自由度汽車駕駛模擬系統
研究型的汽車駕駛模擬器主要應用於汽車動力學研究和道路交通問題的研究兩個方面。一般說來,大型模擬器主要用於汽車動力學效能的研究;而中小型模擬器,更多的是用於研究道路交通問題。
近年來,隨著虛擬現實(VR)技術的迅速發展,在汽車駕駛模擬系統開發的過程中引入了虛擬現實技術。虛擬現實技術自 1989 年美國計算機科學家 JaronLanier提出後,發展十分迅速,並廣泛應用於軍事、航空航天、自動控制、醫療康復、教育娛樂等各個領域。虛擬現實的本質是客觀事物在計算機上的一種模擬實現,“是一種由計算機全部或部分生成的多維感覺環境,給參與者產生各種感官資訊,如視覺、聽覺、觸覺等,使參與者有身臨其境的感覺,能體驗、接受和認識客觀世界中的客觀事物”,虛擬現實具有“沉浸(Immersion)-互動(Interaction)一構想(Imagination)”三個基本特徵。
虛擬現實技術應用於汽車駕駛模擬系統中,就是透過計算機產生汽車行駛過程中的虛擬視景、音響效果和運動模擬,使駕駛員沉浸到虛擬駕駛環境中,並有實車駕駛的感覺,駕駛員根據虛擬駕駛環境提供的視覺、聽覺、觸覺感受,構想其駕駛動作,操縱模擬駕駛艙中的操縱機構,計算機根據駕駛員的操作狀態,改變汽車在虛擬環境中的狀態,其過程的不斷迴圈,構成駕駛員一虛擬駕駛環境之間的互動作用,實現汽車的虛擬駕駛,從而體驗、認識和學習現實世界中的汽車駕駛。基於虛擬現實技術的汽車駕駛模擬系統極大地提高了系統的主動性、互動性和沉浸感等效能,給駕駛員更逼真的駕駛環境,對駕駛模擬器的各種應用提供了更為逼真的效果。
六自由度汽車駕駛模擬系統
目前,開發型駕駛模擬器主要用於:
車輛安全效能設計。在開發駕駛模擬器上,可以任意設定高速、臨界實驗條件,無風險進行全工況模擬,成為當前高速安全效能設計必不可少的工具。車輛控制系統開發目前,世界上的開發型駕駛模擬器都在從事車輛控制系統的試驗開發,利用模擬器研究新的控制規律和機理,或對新開發的系統進行檢驗和評價。
道路效能驗證和設計。透過人工設定道路場景,開發型駕駛模擬器可以用來分析道路曲線段和駛入駛出過渡路段的事故率,分析指示設施的位置等對路段事故率的影響,為道路設計和施工提供參考。
交通法規和理性的檢驗。在現已發生的交通事故,對事故責任進行輔助分析,檢驗交通規則的合理性,為制定交通規則提供理論依據。