技术领域
[0001] 本
发明涉及一种模拟体验训练系统，尤其是一种基于实车体的防御性驾驶模拟体验训练系统，属于交通安全宣传教育的技术领域。
背景技术
[0002]
汽车驾驶模拟训练教育作为提高驾驶人驾驶技能与安全驾驶意识的重要手段，由于其具有无安全隐患、无污染、无场地与道路条件制约、低成本等优势，越来越受到世界各国的重视。汽车驾驶模拟训练教育通过计算机技术、
虚拟现实技术、
人机交互技术、软
硬件系统集成技术等手段营造虚拟的道路交通环境，体验者在此环境中进行模拟驾驶，具有较好的训练教育效果。
[0003] 现有汽车驾驶模拟训练教育装置中，已经实现对基本道路交通环境的仿真模拟，但仍存在诸多不足。例如：受硬件条件制约，场景逼真度不高，降低教育训练效果；以训练驾驶技能为主，缺乏对实际道路交通环境中交通事件的模拟，导致实用性不强；教育训练内容以孤立事件的拼盘为主，缺乏系统性，影响训练教育的效率。
[0004] 防御性驾驶是一种基于驾驶实践经验的驾驶理念，要求驾驶人能对各种潜在危险和危及生命的驾驶状况做好应急准备，做出正确有效的应对措施。防御性驾驶理论有五大原则：放眼远方、留有余地、环顾四周、视线灵活、引人注意。目前，现有汽车驾驶模拟训练教育均不能针对防御性驾驶进行有效的模拟训练。
发明内容
[0005] 本发明的目的是克服
现有技术中存在的不足，提供一种基于实车体的防御性驾驶模拟体验训练系统，其能有效营造逼真的道路交通环境，实现防御性驾驶的模拟体验，使体验者有效掌握安全驾驶的操作技能，切实提高安全驾驶意识，以促使养成良好的驾驶习惯，适应性好，安全可靠。
[0006] 按照本发明提供的技术方案，所述一种基于实车体的防御性驾驶模拟体验训练系统，包括能进行多
自由度运动的多自由度运动平台；所述多自由度运动平台上安装用于提供驾驶操作环境的实车
体模块，所述实车体模块能跟随多自由度运动平台同步运动；所述实车体模块、多自由度运动平台通过
数据采集处理模块与控制台连接，所述控制台与用于提供可视模拟道路交通环境的视觉仿真模块以及用于提供模拟驾驶环境声音的听觉仿真模块连接；
[0007] 通过控制台确定所需的模拟体验训练方案，并在确定模拟体验训练方案后，控制台通过视觉仿真模块输出与模拟体验训练方案适配的可视模拟道路交通环境，并通过听觉仿真模块同时输出与所述可视模拟道路交通环境相匹配的模拟驾驶环境声音；
[0008] 数据采集处理模块实时采集实车体模块的驾驶操作信息，并将所述驾驶操作信息传输至控制台内，控制台根据驾驶操作信息将产生的车体运动信息通过数据采集处理模块传输至多自由度运动平台，以使得多自由度运动平台根据车体运动信息带动实车体模块模拟对应的车体运动状态；
[0009] 在多自由度运动平台带动实车体模块模拟对应的车体运动状态时，控制台根据数据采集处理模块实时采集实车体模块的驾驶操作信息以及实车体模块对应的车体运动状态，实时更新视觉仿真模块输出的可视模拟道路交通环境以及听觉仿真模块输出的模拟驾驶环境声音，以使得当前可视模拟道路交通环境、模拟驾驶环境声音与实车体模块的驾驶操作信息以及实车体模块的车体运动状态相匹配。
[0010] 所述数据采集处理模块对实车体模块采集的驾驶操作信息包括点火
开关的开关状态信息、
方向盘的
位置信息、
离合器踏板的位置信息、
油门踏板的位置信息、
刹车踏板的位置信息、档位信息、
雨刮器的开关状态信息、灯光信息、驻车
制动信息以及安全带佩戴信息。
[0011] 所述视觉仿真模块包括前向视景子模块以及后向视景子模块；在实车体模块内进行驾驶操作时，控制台控制前向视景子模块输出行进方向上的可视模拟道路交通环境，控制台控制后向视景子模块输出在行进过程中后方的可视模拟道路交通环境。
[0012] 所述听觉仿真模块输出的模拟驾驶环境声音包括
发动机轰鸣声、
转向灯滴答声、轮胎摩擦声、换挡不进时的
齿轮碰撞声、碰撞响声、环境背景音以及系统提示声音。
[0013] 通过控制台确定的模拟体验训练方案包括防御性驾驶分项体验方案以及防御性驾驶综合测评方案；所述防御性驾驶分项体验方案包括防御性驾驶理论中的放眼远方驾驶体验、留有余地驾驶体验、环顾四周驾驶体验以及引人注意驾驶体验；所述防御性驾驶综合测评方案包括综合测试、综合评价以及过程回放。
[0014] 所述放眼远方驾驶体验中，控制台确定可视模拟道路交通环境中的前方
视野区域，并利用标识框对前方视野区域中物体对象进行标识，且在物体对象进入不同视野区域时，标识框的色彩不同，物体对象包括动态交通对象以及静态目标；在可视模拟道路交通环境中还设置有用于训练放眼远方驾驶原则的突发事件。
[0015] 所述留有余地驾驶体验中，控制台在可视模拟道路交通环境中确定安全驾驶空间，并能根据可视模拟道路交通环境中的交通状态确定安全驾驶空间的
颜色色彩，且在可视模拟交通环境中还设置用于训练留有余地驾驶原则突发事件。
[0016] 所述环顾四周驾驶体验中，控制台在可视模拟道路交通环境中设置用于训练环顾四周驾驶原则的突发事件。
[0017] 所述引人注意驾驶体验中，控制台在可视模拟道路交通环境中设置用于训练引人注意驾驶原则的突发事件，并利用听觉仿真模块进行语音提示。
[0018] 所述综合测试中，控制台在可视模拟道路交通环境中综合交错设置与放眼远方、留有余地、环顾四周、引人注意四个防御性驾驶原则适配的危险交通事件。
[0019] 本发明的优点：基于实车体模块、多自由度运动平台、视觉仿真模块以及听觉仿真模块配合模拟道路交通环境，提高营造道路交通环境的逼真度，有效提升体验训练者的
沉浸感和警示教育效果，基于防御性驾驶理念的模拟体验训练方案，实现防御性驾驶的模拟体验，使体验者有效掌握安全驾驶的操作技能，切实提高安全驾驶意识，以促使养成良好的驾驶习惯，适应性好，安全可靠。
附图说明
[0021] 图2为本发明放眼远方驾驶体验的场景示意图。
[0022] 图3为本发明留有余地驾驶体验的场景示意图。
[0023] 图4为本发明环顾四周驾驶体验的场景示意图。
[0024] 图5为本发明引人注意驾驶体验的场景示意图。
[0025] 图6为本发明综合测评的场景示意图。
[0027] 附图标记说明：1-控制台、2-数据采集处理模块、3-实车体模块、4-多自由度运动平台、5-视觉仿真模块以及6-听觉仿真模块。
具体实施方式
[0028] 下面结合具体附图和
实施例对本发明作进一步说明。
[0029] 如图1所示：为了能有效营造逼真的道路交通环境，实现防御性驾驶的模拟体验，使体验者有效掌握安全驾驶的操作技能，切实提高安全驾驶意识，以促使养成良好的驾驶习惯，本发明包括能进行多自由度运动的多自由度运动平台4；所述多自由度运动平台4上安装用于提供驾驶操作环境的实车体模块3，所述实车体模块3能跟随多自由度运动平台4同步运动；所述实车体模块3、多自由度运动平台4通过数据采集处理模块2与控制台1连接，所述控制台1与用于提供可视模拟道路交通环境的视觉仿真模块5以及用于提供模拟驾驶环境声音的听觉仿真模块6连接；
[0030] 通过控制台1确定所需的模拟体验训练方案，并在确定模拟体验训练方案后，控制台1通过视觉仿真模块5输出与模拟体验训练方案适配的可视模拟道路交通环境，并通过听觉仿真模块6同时输出与所述可视模拟道路交通环境相匹配的模拟驾驶环境声音；
[0031] 数据采集处理模块2实时采集实车体模块3的驾驶操作信息，并将所述驾驶操作信息传输至控制台1内，控制台1根据驾驶操作信息将产生的车体运动信息通过数据采集处理模块2传输至多自由度运动平台4，以使得多自由度运动平台4根据车体运动信息带动实车体模块3模拟对应的车体运动状态；
[0032] 在多自由度运动平台4带动实车体模块3模拟对应的车体运动状态时，控制台1根据数据采集处理模块2实时采集实车体模块3的驾驶操作信息以及实车体模块3对应的车体运动状态，实时更新视觉仿真模块5输出的可视模拟道路交通环境以及听觉仿真模块6输出的模拟驾驶环境声音，以使得当前可视模拟道路交通环境、模拟驾驶环境声音与实车体模块3的驾驶操作信息以及实车体模块3的车体运动状态相匹配。
[0033] 具体地，多自由度运动平台4可以采用六自由度运动平台，多自由度运动平台4能带动实车体模块3进行多自由度运动，即能通过实车体模块3与多自由度运动平台4的配合实现模拟驾驶的过程。实车体模块3采用真实车辆的实际架构作为主体，保留车
框架、外观部件、座椅、
车轮以及操控部件，再将驾驶模拟中不需要的相关部件拆除，如拆除真实车辆的发动机等部件，实车体模块3可以通过
螺栓等方式与多自由度运动平台4固定连接，以实现实车体模块3跟随多自由度运动平台4的同步运动。实车体模块3跟随多自由度运动平台4多自由度的同步运动，能够为位于实车体模块3内的体验者提供对应的驾驶运动感受。实车体模块3的车体运动状态是指实车体模块3跟随多自由度运动平台4同步运动时，多自由度运动平台4带动实车体模块3运动后产生的车体运动状态，如多自由度运动平台4带动实车体模块3爬坡、前进等运动，具体为本技术领域人员所熟知，此处不再赘述。
[0034] 所述数据采集处理模块2对实车体模块3采集的驾驶操作信息包括点火开关的开关状态信息、方向盘的位置信息、离合器踏板的位置信息、油门踏板的位置信息、
刹车踏板的位置信息、档位信息、雨刮器的开关状态信息、灯光信息、驻车制动信息以及安全带佩戴信息。
[0035] 本发明实施例中，数据采集处理模块2能对实车体模块3的驾驶操作信息进行采集，能获取多自由度运动平台4带动实车体模块3模拟对应的车体运动状态，数据采集处理模块2可以通过CAN总线等获取实车体模块3的驾驶操作信息，数据采集处理模块2获取驾驶操作信息以及车体运动状态的具体方式为本技术领域人员所熟知，此处不再赘述。在具体实施时，数据采集处理模块2还包括座舱的仪表和指示灯，所述座舱的仪表和指示灯与实车体模块3配合，能够为体验者提供真实驾驶的感受。
[0036] 所述视觉仿真模块5包括前向视景子模块以及后向视景子模块；在实车体模块3内进行驾驶操作时，控制台1控制前向视景子模块输出行进方向上的可视模拟道路交通环境，控制台1控制后向视景子模块输出行进过程中后方的可视模拟道路交通环境。
[0037] 本发明实施例中，前向视景子模块可以通过双通道柱形投影屏幕和被动立体投影显示系统配合形成，前向视景子模块位于实车体模块3的车头前方，能为位于实车体模块3内的体验人员提供行进方向上的可视模拟道路交通环境，后向视景子模块包括安装于实车体模块3外的模拟
后视镜以及安装于实车体模块3内的模拟内视镜，模拟后视镜、模拟内视镜可以采用与真实车辆后视镜、内视镜尺寸相匹配的显示器。前向视景子模块、后向视景子模块的显示内容均由控制台1根据确定的模拟体验训练方案进行控制，控制台1可以采用计算机等形式实现，具体为本技术领域人员所熟知，此处不再赘述。
[0038] 进一步地，所述听觉仿真模块6输出的模拟驾驶环境声音包括发动机轰鸣声、转向灯滴答声、轮胎摩擦声、换挡不进时的齿轮碰撞声、碰撞响声、环境背景音以及提示声音。本发明实施例中，听觉仿真模块6安装于实车体模块3的驾驶座舱内，从而能形成环绕声场，提高体验者的环境沉浸感。听觉仿真模块6输出模拟驾驶环境声音的类型可以由控制台1进行控制确定，实现与可视模拟道路交通环境相适配，具体为本技术领域人员所熟知，此处不再赘述。
[0039] 进一步地，通过控制台1确定的模拟体验训练方案包括防御性驾驶分项体验方案以及防御性驾驶综合测评方案；所述防御性驾驶分项体验方案包括防御性驾驶中的放眼远方驾驶体验、留有余地驾驶体验、环顾四周驾驶体验以及引人注意驾驶体验；所述防御性驾驶综合测评方案包括综合测试、综合评价以及过程回放。
[0040] 所述放眼远方驾驶体验中，控制台1确定可视模拟道路交通环境中的前方视野区域，并利用标识框对前方视野区域中物体对象进行标识，且在物体对象进入不同视野区域时，标识框的色彩不同，物体对象包括动态交通对象以及静态目标；在可视模拟道路交通环境中还设置有用于训练放眼远方驾驶原则的突发事件。
[0041] 本发明实施例中，对放眼远方驾驶体验，体验者在实车体模块3中进行驾驶操作，通过视觉仿真模块5输出的可视模拟道路交通环境以及听觉仿真模块6输出的模拟驾驶环境声音配合，提供驾驶体验的道路环境。具体实施时，前方视野区域按与模拟车体的时距被分成1-3秒、4-6秒、7-15秒三个级别，不同级别视野区域内的动态交通对象以及重要静态目标上方有半透明的、不同颜色的标识框；标识框的信息内容包括：所标识对象的速度、离本车距离、车头时距；标识框随所标识的物体对象进入不同级别视野区域变换相应颜色。重要静态目标指对本车行驶有重要影响的目标，如前车跌落在车道上的物体、高速公路
匝道口等。
[0042] 如图2所示，为本发明放眼远方驾驶体验的场景设计示意图，放眼远方驾驶体验的场景通过视觉仿真模块5输出。具体地，路线长度约为5公里，双向4车道，限速120千米/小时，设置2个出入口，周边地段为村庄居民区。该路段设置多个训练放眼远方驾驶原则的危险交通事件，例如，前方车道因施工封闭、
前方车辆从左侧车道快速驶入匝道、前方车道因交通事故堵塞、左前车减速并向本车前方变道等。事件设置与道路条件及驾驶环境相协调，触
发条件综合考虑了驾驶人的观察范围和反应时间。本发明实施例中，通过控制台1设置训练放眼远方驾驶原则的突发事件，并由视觉仿真模块5输出的具体过程为本技术领域人员所熟知，此处不再赘述。
[0043] 所述留有余地驾驶体验中，控制台1在可视模拟道路交通环境中确定安全驾驶空间，并能根据可视模拟道路交通环境中的交通状态确定安全驾驶空间的颜色色彩，且在可视模拟交通环境中还设置用于训练留有余地驾驶原则的突发事件。
[0044] 本发明实施例中，对留有余地驾驶体验，在视觉仿真模块5输出的可视模拟道路交通环境中，以本车为中心设置一个围绕本车的透明长方体用于表示安全驾驶空间，在前向视景区域的底部，可以显示所述透明长方体围绕本车前侧的部分。当所述安全驾驶空间内无其它车辆或交通参与者时，显示为绿色；根据本车及他车状态进行推算，数秒后有他车可能侵入本车所述安全驾驶空间时，显示为黄色；有他车已经侵入本车所述安全驾驶空间后，显示为红色。
[0045] 如图3所示，为本发明留有余地驾驶体验的场景设计示意图，留有余地驾驶体验的场景通过视觉仿真模块5输出。具体地，路线长度约为3公里，至少包括1条双向6车道、中央
栏杆隔离、机非隔离，1条双向4车道、中央栏杆隔离、机非隔离，1条双向4车道、中央绿化带、机非隔离，1条双向2车道、中央单黄线、机非隔离，5个道路交叉口，周边地段为商业区、休闲区。该体验路段设置多个训练留有余地驾驶原则的危险交通事件，例如，前方出租车急停载客、
自行车驶入机动车道、车辆跟驰过程中遇到前车突然减速，前方左右车道均有车慢速行驶等。
[0046] 所述环顾四周驾驶体验中，控制台1在可视模拟道路交通环境中设置用于训练环顾四周驾驶原则的突发事件。
[0047] 本发明实施例中，对环顾四周驾驶体验，对体验者驾驶车辆构成危险倾向的交通对象下方有明显标识，并以连线图的方式给出所述交通对象的预测轨迹；对体验者驾驶车辆未构成危险倾向的交通对象无标识及轨迹显示。
[0048] 如图4所示，为本发明环顾四周驾驶体验的场景设计示意图，环顾四周驾驶体验的场景通过视觉仿真模块5输出。具体地，路线长度约为3公里，至少包括1条双向4车道、中央绿化带、机非隔离，1条双向2车道、中央单黄线、机非隔离，2条单车道、机非混行，2个道路交叉口，周边地段为村庄居民区、农田区。该路段设置多个训练环顾四周驾驶原则的突发事件，例如经过居民区时窄路上有儿童追皮球突然跑上行车道、在中央绿化带开口处非机动车或行人突然横穿
马路、本车右前侧停靠站的公交车前方突然有行人窜出、右侧停靠的车辆突然起步或开启车门等。
[0049] 所述引人注意驾驶体验，体验者驾驶实车体模块3在模拟道路交通环境中驾车行驶，在需要体验者实施引人注意的驾驶行为时，前方视景中有提示信息，同时利用听觉仿真模块6进行语音提示，交通参与者的视野范围有动态显示标记。
[0050] 如图5所示，为本发明引人注意驾驶体验的场景设计示意图，引人注意驾驶体验的场景通过视觉仿真模块5输出。具体地，路线长度约为3公里，至少包括1条双向4车道、中央绿化带、机非隔离，1条双向2车道、中央单黄线、机非隔离，1个道路交叉口，周边地段为工厂区、农田区以及村庄居民区。该体验路段设置多个训练引人注意驾驶原则的突发事件，例如驾驶时遭遇团雾天气、他车夜间行驶不开车灯、本车路口转弯或变更车道、前方道路上有多辆非机动车并行阻挡道路等。
[0051] 如图6所示，为本发明综合测评的场景设计示意图，综合测评的场景依然由控制台1控制视觉仿真模块5输出。具体地，路线长度约为5公里，路线经过村庄居民区、山区、以及城镇集市区，通过6个道路交叉口。综合交错设置与放眼远方、留有余地、环顾四周、引人注意四个防御性驾驶原则相应的危险交通事件。
[0052] 所述综合评价，体验者完成所述综合测试的驾驶任务中，控制台记录体验者的违法驾驶行为以及是否正确利用防御性驾驶原则处理相应交通事件，据此制定评分标准，给出体验者本次综合驾驶体验的得分以及扣分项目。
[0053] 所述过程回放，系统依次回放本车在模拟道路交通环境中的运动过程，在相应交通事件中有违法/错误驾驶行为或违反防御性驾驶原则的行为时，在前方视景中以明显的标记指出。
[0054] 如图7所示，为本发明的训练体验流程，启动控制台1后，首先进入系统管理界面，由管理员进行操作，须输入登录口令。口令正确进入管理界面后，点击“开始驾驶模拟训练”进入驾驶模拟训练主程序，首先进入“学员登录”界面。学员登录后，即进入“选择主界面”，在该界面选择训练内容，包括分项体验和综合测评。学员完成驾驶训练后也返回此界面，选择“学员退出”，则该学员的数据信息被写入
数据库，系统返回“学员登录”界面，由下一个学员进行登录。在“综合测评”结束后，系统即进入“综合评分” 给出评判得分，并给出扣分项细目，然后进入“过程回放”。点击“下一步”则系统跳转至“选择主界面”，可以选择进行分项体验或综合测评。
[0055] 本发明基于实车体模块3、多自由度运动平台4、视觉仿真模块5以及听觉仿真模块6配合模拟道路交通环境，提高营造道路交通环境的逼真度，有效提升体验训练者的沉浸感和警示教育效果，基于防御性驾驶理念的模拟体验训练方案，实现防御性驾驶的模拟体验，使体验者有效掌握安全驾驶的操作技能，切实提高安全驾驶意识，以促使养成良好的驾驶习惯，适应性好，安全可靠。
