CN106548697A - 一种实景汽车模拟器及其实现方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种实景汽车模拟器及其实现方法，汽车模拟器包括动感平台，其上设有座椅、脚刹、油门、方向盘、档位，该动感平台具有水平、前倾、后倾、左倾、右倾、前倾并左倾、前倾并右倾、后倾并左倾、后倾并右倾中的至少两种工作状态；显示器，用于显示实景地图；主机，用于存储实景地图数据，并控制显示器播放实景地图；用于提取实景地图中相应位置的地理数据，并将其传输给下述控制总成；控制总成，用于根据接收的地理数据控制动感平台保持或调整工作状态；播放控制单元，其输出信号给所述主机，使主机控制实景地图中的实景运动。本发明将汽车模拟器与实景地图相结合，使驾驶者模拟真实路况下的驾驶状态，从中提高趣味性和体验效果。
Description
技术领域
本发明涉及一种汽车模拟器，特别是涉及一种实景汽车模拟器及其实现方法。
背景技术
目前，现有的汽车模拟器是一个固定基座搭载高仿真动感平台，可以拟真在电玩或者动态电影中搭乘交通工具的动作，整体上给驾驶者带来更完整、更真实以及更具趣味的感官体验。汽车模拟器的动感座椅能读取环境中的力反馈数据，动态反映到驾驶者身上，可以实现真车的离心力，推背，摇晃，颠簸，各种路况的状态还原，让驾驶者能感觉身处驾驶舱中，体验驾驶带来的视觉和触觉冲击。但所有的场景都是预先开发好的虚拟环境，可选择的场景较少，驾驶者体验效果较差，容易产生心理疲劳。
发明内容
本发明提供了一种实景汽车模拟器及其实现方法，其克服了现有技术的汽车模拟器所存在的不足之处。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种实景汽车模拟器，包括：
活动设置的动感平台，其上设有座椅、脚刹、油门、方向盘、档位；
显示器，用于显示实景地图；
主机，用于存储实景地图数据，并控制显示器播放实景地图；用于提取实景地图中相应位置的地理数据，并将其传输给下述控制总成；
控制总成，用于根据接收的地理数据控制动感平台保持或调整工作状态；
播放控制单元，其输出信号给所述主机，使主机控制实景地图中的实景运动。
进一步的，还包括设定模块，用于设定路线或起点，并连接所述主机。
进一步的，所述控制总成包括处理器、若干电机驱动器，所述动感平台通过升降驱动机构设置在一支架上，所述升降驱动机构包括若干电动推杆，各电动推杆的电机分别通过电机驱动器连接所述处理器，所述处理器连接所述主机。
进一步的，所述播放控制单元包括由鼠标芯片及其***电路构成的控制电路、双向光电开关和由方向盘带动旋转的调制转盘，调制转盘上沿其圆周方向交替分布有遮光区和非遮光区，所述光电开关的发射管和接收管位于调制转盘相对的两侧面；控制电路连接所述油门、脚刹和双向光电开关，并将信号输出给所述主机，使主机控制实景前进和/或转向。
进一步的，所述控制电路还连接所述档位；所述动感平台上还设有离合，所述控制电路还连接离合。
进一步的，所述主机和显示器合为一体机，或者，二者分体设置；所述地理数据包括经纬度和/或海拔数据。
一种实景汽车模拟器的实现方法，所述汽车模拟器包括活动设置的动感平台，其上设有座椅、脚刹、油门、方向盘、档位；包括如下步骤：
1)、用显示器显示实景地图；
2)、提取实景地图中相应位置的地理数据；
3)、根据所述地理数据调整或保持动感平台的工作状态；控制实景地图中的实景运动。
进一步的，所述步骤2)包括：提取实景地图中开始位置的地理数据，并将其存储，之后每间隔预设时间提取一次新的地理数据，并与最近一次提取及存储的地理数据进行比较，若二者不一致，则更新所存储的地理数据；所述地理数据包括经纬度和/或海拔数据。
进一步的，所述步骤3)中，当经纬度变化小于或等于第一预设值，或者，经纬度变化大于或等于第二预设值时，控制动感平台保持或调整为水平状态，当经纬度变化大于第一预设值小于第二预设值时，控制动感平台左倾或右倾相应角度；当海拔数据变化小于或等于第三预设值时，动感平台的坡度不作调整，当海拔数据变化大于第三预设值时，控制动感平台前倾或后倾相应角度。
进一步的，所述步骤3)中，通过获取方向盘的转向信息并根据该转向信息控制实景转向，通过踩油门控制实景前进，通过踩脚刹控制实景停止运动，通过操作档位调节实景前进的速度。
相较于现有技术，本发明具有以下有益效果：
本发明将汽车模拟器与实景地图相结合，并能根据实景地图中相应位置的地理数据调整汽车模拟器的动感平台的工作状态，以模拟转弯、直行、上下坡的状态，使驾驶者在汽车模拟器中模拟真实路况下的驾驶状态，从中大大提高趣味性和体验效果，解决现有汽车模拟器环境场景少、驾驶者容易产生心理疲劳等不足之处。
以下结合附图及实施例对本发明作进一步详细说明；但本发明的一种实景汽车模拟器及其实现方法不局限于实施例。
附图说明
图1是本发明的原理框图；
图2是本发明的汽车模拟器的俯视图；
图3是本发明的控制总成与电动推杆电机的电路连接示意图；
图4是本发明的经纬度坐标变化示意图；
图5是本发明的播放控制单元的电路连接示意图；
图6是本发明的X1、X2输入的波形示意图。
具体实施方式
实施例，请参见图1-图6所示，本发明的一种实景汽车模拟器，包括：
活动设置的动感平台9，其上设有座椅91、脚刹92、油门93、方向盘94、档位95和离合96，该动感平台9具有水平、前倾、后倾、左倾、右倾、前倾并左倾、前倾并右倾、后倾并左倾、后倾并右倾中这几种工作状态；
显示器1，用于显示实景地图；
主机2，用于存储实景地图数据，并控制显示器1播放实景地图；用于提取实景地图中相应位置的地理数据，并将其传输给下述控制总成；
控制总成，用于根据接收的地理数据控制动感平台9保持或调整工作状态；
播放控制单元8，其输出信号给所述主机2，使主机2控制实景地图中的实景运动；
设定模块，用于设定路线或起点，并连接所述主机2。所述设定模块集成于汽车模拟器的操作面板6。
本实施例中，所述控制总成包括处理器3、若干电机驱动器，所述动感平台9通过升降驱动机构设置在一支架上，所述升降驱动机构包括若干电动推杆，各电动推杆的电机分别通过电机驱动器连接所述处理器3，所述处理器3连接所述主机2。具体，处理器3通过汽车模拟器的仪表控制台4与电机驱动器实现通讯连接，处理器3通过信号输入输出模块7(包括USB接口及USB数据线)连接主机2。
本实施例中，所述主机2和显示器1可以合为一体机，也可以分体设置，主机2的类型可以是台式电脑，也可以是笔记本电脑，显示器1的类型包括电视机、投影机、曲面显示器1，其中，曲面显示器1优先。所述动感平台9水平模拟直行，前倾(前低后高)模拟下坡，后倾(后低前高)模拟上坡，左倾(左低右高)模拟左转，右倾(右低左高)模拟右转。所述地理数据包括经纬度和海拔数据。
本实施例中，具体包括四个电动推杆，该四个电动推杆安装在动感平台9底部的四个角处，相应的，包括四个电机驱动器，与四个电动推杆一一对应，用于连接四个电动推杆的电机M1-M4。
本实施例中，所述处理器3采用型号为STM32F102的主控芯片，其是一款基于ARMCodex—M3内核的32位处理器3，具有杰出的功耗控制与众多外设。该芯片内置128K FLASH、20K SRAM、3个串口、1个USB，该芯片有两种版本LQFP48(简化版)、LQFP64(完整版)。本发明由于需要I/O口较多，采用LQFP64。所述电机驱动器采用型号为L6203的直流电机驱动芯片，内部包含有一个H桥，供电电压最高可达48V，工作电流可达到4A。只需外接很少的元件即可完成对直流电机的驱动。L6203驱动芯片的EN脚为使能控制端，输入为1时可驱动电机，为0时芯片不工作，PWM1、PWM2引脚上输入PWM信号，分别控制正转和反转，PWM波形的占空比则控制电机转速。
本发明采用STN32F102控制芯片作为核心器件，通过USB接口获取主机22的数据，协调4个电机驱动器(即四个L6203芯片)控制4个电动升降杆的运行。具体电路如图3所示，STN32F102控制芯片U1的44、45脚及+5V、GND组成USB接口；3-6脚及C17-C20组成32K、8M双时钟振荡器；37-40脚输出4路PWM信号(采用单PWM信号)是电机转速控制；33-36、51-54脚是电机正转和反转控制。L6203芯片U2-U5是4个相同的电机驱动器，以L6203芯片U2为例，其1、3脚和4、8脚及C1-C3、D1、D2组成电机输出控制；2脚是电机电源输入；9脚是内部电压基准；6脚是接地；10脚是电流检测(未使用接地)；11脚是使能控制端，本发明用于转速控制，即PWM信号输入；5、7脚是电机控制输入，本发明用于控制正转和反转；M1-M4是四个电动推杆的电机，其中M1、M2是动感平台9前部左右两侧的电动推杆的电机，M3、M4是动感平台9后部左右两侧的电动推杆的电机，模拟状态如表1所示。
表1动感平台工作状态
M1、M2正转控制上坡、启动，反转控制还原；M3、M4正转控制下坡、脚刹，反转控制还原；M1、M3正转控制右转，反转控制还原；M2、M4正转控制左转，反转控制还原；M1、M2、M3正转控制上坡右转，反转控制还原；M1、M2、M4正转控制上坡左转，反转控制还原；M1、M3、M4正转控制下坡右转，反转控制还原；M2、M3、M4正转控制下坡左转，反转控制还原。
本发明的控制过程为：STN32F102控制芯片U1通过USB接口从主机2获取相应位置的地理数据(即经纬度和海拔数据)，并将其存储。为了更好模拟跑步时的路况状态，避免频繁调整，采用相对数据控制：获取实景地图中开始位置的地理数据，并将其存储，之后每间隔预设时间(本实施例中设定间隔时间为1秒)提取一次新的地理数据，并与最近一次提取及存储的地理数据进行比较，若二者不一致，则更新所存储的地理数据，即用新提取的地理数据替换上一次提取及存储的地理数据。下文提及的经纬度变化、海拔数据变化即为新提取的地理数据(经纬度/海拔数据)与最近一次提取及存储的地理数据(经纬度/海拔数据)的差值。
当经纬度变化小于或等于第一预设值(本实施例中，该第一预设值为±10°)，或者，经纬度变化大于或等于第二预设值(本实施例中，该第二预设值为±80°)时，汽车模拟器模拟直行状态，即，控制动感平台9保持或调整为水平状态，当经纬度变化大于第一预设值小于第二预设值时，按角度变化调整相应电动推杆的电机的工作状态，模拟左转或右转。如图4所示，以当前位置1的经纬度为零度进行说明，位置4与位置1相比，经纬度没有变化(小于±10°)，因此，从位置1到位置4相当于直行，控制各个电动推杆的电机保持不动或反转还原，使动感平台9保持水平或还原到水平状态；位置2的经纬度为-20°，与位置1相比，经纬度变化大于-10°小于-80°，因此，从位置1到位置2相当于右转，控制电机M1、M3正转，电机M2、M4保持不动或反转还原；位置3的经纬度为+70°，与位置1相比，经纬度变化大于10°小于80°，因此，从位置1到位置3相当于左转，控制电机M2、M3正转，电机M1、M3保持不动或反转还原。实际上当没有岔路或预先设定路线时，下一个位置的经纬度坐标是可以预先获得，就像在实际导航中，可以预先知道前方的路况信息一样。经纬度相对变化角度大于±10°小于±80°时，相当于左转或右转，左转为+，右转为-。相对变化角度小于±10°时，相当于直行。相对变化角度大于±80°时，相当于转直角弯或调头行，这时要模拟减速转弯，动感平台9不调整。
当海拔变化小于或等于第三预设值(本实施例中，该第三预设值为±0.1m)时，坡度(即动感平台9前倾或后倾)控制不作调整；当海拔变化大于第三预设值时，正值表示上坡，相应调整动感平台9向后倾斜的角度(即控制电机M1、M2正转)；负值表示表示下坡，相应调整运平台向前倾斜的角度(即控制电机M3、M4正转)。所述海拔变化指新提取的海拔数据与最近一次提取的海拔数据的差值，所述动感平台9的最大调整坡度为±15°，左右倾斜的最大调整角度为±15°。
本实施例中，如图5所示，所述播放控制单元8包括由鼠标芯片MX84521及其***电路构成的控制电路、双向光电开关20和由方向盘94带动旋转的调制转盘10，调制转盘10的半圆周方向(也可以整个圆周方向)上交替分布有遮光区和非遮光区，所述双向光电开关20具体采用双向输入红外传感器，其发射管和接收管位于调制转盘10相对的两侧面；控制电路连接所述油门、脚刹(图5中第一开关Y1表示油门93、第二开关Y2表示脚刹92)和双向光电开关20，并将信号输出给所述主机2，使主机2控制实景前进和/或转向。所述控制电路还连接档位95(档位95可以实现加档和减档，即档位+和档位-，图5中第三开关Y3、第四开关Y4分别表示档位+和档位-)；所述控制电路还连接离合96(图5中第五开关Y5表示离合96)。当方向盘94转动时，调制转盘10会切割双向光电开关20发出的光线，使得其接收管接收的是光脉冲，再转换成电脉冲，根据初始脉冲就可判断方向。图5中，X1输入控制左转，X2输入控制右转，二者的波形示意图如图6所示，X2的波形滞后X1的波形，鼠标芯片MX84521通过判断二者的波形差，即可判断是X1输入还是X2输入；KL左键控制档位+；KR右键控制档位-；KM中键控制离合96。获取汽车模拟器的操作信息，把信息通过USB接口传给主机2，就可以实现实景与模拟器同步运动。所述鼠标芯片可以采用有线或无线的，优选采用有线USB鼠标芯片。通过获取方向盘94的转向信息并根据该转向信息控制实景转向，通过踩油门93控制实景前进，通过踩脚刹92控制实景停止运动，通过踩离合96和操作档位95(离合96和档位95配合使用，即踩下离合96，操作档位95控制才有效，否则无效)调节实景前进的速度(加档提速，减档减速)。
本发明实现实景汽车模拟驾驶具有两种选择，一种是通过所述设定模块先设定好路线，驾驶者开始驾驶时，相当于开启模拟导航。模拟驾驶时，控制总成根据实景路况的状态及汽车模拟器的方向盘94、脚刹92、油门93、离合96、档位95，控制速度、转向，动感平台9配合前后倾斜(模拟上下坡、启动和脚刹)和左右倾斜(模拟转弯)。另一种是自由式，驾驶者可以自由选择起点，当遇到路口时，可以通过方向盘94选择是否转向，不选为直行，其他与第一种相同。
本发明的一种实景汽车模拟器的实现方法，包括如下步骤：
1)、设定路线或起点；
2)、用显示器1显示实景地图；
3)、提取实景地图中相应位置的地理数据；
4)、根据所述地理数据调整或保持动感平台9的工作状态；控制实景地图中的实景运动。
本实施例中，所述步骤3)包括：提取实景地图中开始位置的地理数据，并将其存储，之后每间隔预设时间提取一次新的地理数据，并与最近一次提取及存储的地理数据进行比较，若二者不一致，则更新所存储的地理数据；所述地理数据包括经纬度和海拔数据。
本实施例中，所述步骤4)中，当经纬度变化小于或等于第一预设值，或者，经纬度变化大于或等于第二预设值时，控制动感平台9保持或调整为水平状态，当经纬度变化大于第一预设值小于第二预设值时，控制动感平台9左倾或右倾相应角度；当海拔数据变化小于或等于第三预设值时，动感平台9的坡度不作调整，当海拔数据变化大于第三预设值时，控制动感平台9前倾或后倾相应角度。
本实施例中，当经纬度变化小于或等于±10°，或者经纬度变化大于或等于±80°时，跑步机模拟直行，控制动感平台9保持或调整为水平状态；当经纬度变化大于±10°小于±80°时，按角度变化调整相应电动推杆的电机的工作状态，模拟左转或右转。当海拔变化小于±0.1m时，坡度(即动感平台9保持前倾或后倾或水平)控制不作调整；当海拔数据变化大于±0.1m时，正值表示上坡，相应调整动感平台9向后倾斜的角度(即控制电机M1、M2正转)；负值表示表示下坡，相应调整运平台向前倾斜的角度(即控制电机M3、M4正转)。
本实施例中，所述步骤4)中，通过获取方向盘94的转向信息并根据该转向信息控制实景转向，通过踩油门93控制实景前进，通过踩脚刹92控制实景停止运动，通过操作档位95调节实景前进的速度。
本发明将汽车模拟器与实景地图相结合，从而在汽车模拟器上模拟驾驶者在真实路况下的驾驶状态，使驾驶者在室内真正体验到在室外驾驶的效果，提高驾驶者模拟驾驶的效果，解决现有汽车模拟器环境单调，容易产生心理疲劳和体验效果差的问题。
上述实施例仅用来进一步说明本发明的一种实景汽车模拟器及其实现方法，但本发明并不局限于实施例，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均落入本发明技术方案的保护范围内。
Claims (10)
1.一种实景汽车模拟器，其特征在于：包括：
活动设置的动感平台，其上设有座椅、脚刹、油门、方向盘、档位；
显示器，用于显示实景地图；
主机，其连接显示器和下述控制总成，用于存储实景地图数据，并控制显示器播放实景地图；用于提取实景地图中相应位置的地理数据，并将其传输给下述控制总成；
控制总成，用于根据接收的地理数据调整或保持动感平台的工作状态；
播放控制单元，其输出信号给所述主机，使主机控制实景地图中的实景运动。
2.根据权利要求1所述的实景汽车模拟器，其特征在于：还包括设定模块，用于设定路线或起点，并连接所述主机。
3.根据权利要求1所述的实景汽车模拟器，其特征在于：所述控制总成包括处理器、若干电机驱动器，所述动感平台通过升降驱动机构设置在一支架上，所述升降驱动机构包括若干电动推杆，各电动推杆的电机分别通过电机驱动器连接所述处理器，所述处理器连接所述主机。
4.根据权利要求1所述的实景汽车模拟器，其特征在于：所述播放控制单元包括由鼠标芯片及其***电路构成的控制电路、双向光电开关和由方向盘带动旋转的调制转盘，调制转盘上沿其圆周方向交替分布有遮光区和非遮光区，所述光电开关的发射管和接收管位于调制转盘相对的两侧面；控制电路连接所述油门、脚刹和双向光电开关，并将信号输出给所述主机，使主机控制实景前进和/或转向。
5.根据权利要求4所述的实景汽车模拟器，其特征在于：所述控制电路还连接所述档位；所述动感平台上还设有离合，所述控制电路还连接所述离合。
6.根据权利要求1所述的实景汽车模拟器，其特征在于：所述主机和显示器合为一体机，或者，二者分体设置；所述地理数据包括经纬度和/或海拔数据。
7.一种实景汽车模拟器的实现方法，其特征在于：所述汽车模拟器包括活动设置的动感平台，其上设有座椅、脚刹、油门、方向盘、档位；包括如下步骤：
1)、用显示器显示实景地图；
2)、提取实景地图中相应位置的地理数据；
3)、根据所述地理数据调整或保持动感平台的工作状态；控制实景地图中的实景运动。
8.根据权利要求7所述的实景汽车模拟器的实现方法，其特征在于：所述步骤2)包括：提取实景地图中开始位置的地理数据，并将其存储，之后每间隔预设时间提取一次新的地理数据，并与最近一次提取及存储的地理数据进行比较，若二者不一致，则更新所存储的地理数据；所述地理数据包括经纬度和/或海拔数据。
9.根据权利要求8所述的实景汽车模拟器的实现方法，其特征在于：所述步骤3)中，当经纬度变化小于或等于第一预设值，或者，经纬度变化大于或等于第二预设值时，控制动感平台保持或调整为水平状态，当经纬度变化大于第一预设值小于第二预设值时，控制动感平台左倾或右倾相应角度；当海拔数据变化小于或等于第三预设值时，动感平台的坡度不作调整，当海拔数据变化大于第三预设值时，控制动感平台前倾或后倾相应角度。
10.根据权利要求7所述的实景汽车模拟器的实现方法，其特征在于：所述步骤3)中，通过获取方向盘的转向信息并根据该转向信息控制实景转向，通过踩油门控制实景前进，通过踩脚刹控制实景停止运动，通过操作档位调节实景前进的速度。
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