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汽車駕駛模擬器
汽車駕駛模擬器的用途及應(yīng)用前景
1.1 汽車駕駛模擬器方向
汽車駕駛模擬器1006110688是一種駕駛訓(xùn)練的教學(xué)設(shè)備。它利用虛擬現(xiàn)實仿真技術(shù)營造一個虛擬的駕駛訓(xùn)練環(huán)境，人們通過模擬器的操作部件與虛擬的環(huán)境進行交互，從而進行駕駛訓(xùn)練。模擬駕駛環(huán)境幾乎完全“克隆”真實學(xué)車環(huán)境，能夠消除駕駛初學(xué)者的恐懼心理，適時規(guī)范駕駛者的操作，為駕校駕駛培訓(xùn)的有力幫助.曾紀(jì)國, 戰(zhàn)守義. 《基于PC的廉價主被動駕駛模擬器的設(shè)計與實現(xiàn)》.系統(tǒng)仿真學(xué)報, 2005, 17(5): 1092-1096.
曾紀(jì)國，研究方向：汽車駕駛模擬器及交通仿真】
1.2 汽車駕駛模擬器應(yīng)用范圍
早在20世紀(jì)70年代，世界各先進國家就已普遍應(yīng)用汽車駕駛模擬器這一先進的手段來培訓(xùn)學(xué)員，并在有關(guān)法規(guī)上加以認可。據(jù)有關(guān)資料統(tǒng)計，1982年全日本培訓(xùn)駕駛員240多萬人，其中90%都是借用駕駛模擬器來實現(xiàn)培訓(xùn)計劃的。目前，我國汽車駕駛培訓(xùn)行業(yè)采用駕駛模擬器的普及率非常低，培訓(xùn)仍是以師傅帶徒弟的方式為主，訓(xùn)練效率比較低，投入較大。
公安部統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，我國每年交通事故50萬起，因交通事故死亡人數(shù)均超過數(shù)萬人，相當(dāng)于一個小型縣，居世界第一，每5分鐘就有一人喪身車輪，每1分鐘都會有一人因為交通事故而傷殘。每年因交通事故所造成的經(jīng)濟損失達數(shù)百億元。2006年我國因車禍死亡人數(shù)為8.9萬人，平均每天就有二三百人喪生車禍，遠遠多于汽車保有量高得多的美國。而且，態(tài)勢越來越嚴重，2007年全世界交通事故死亡人數(shù)為50萬人。其中，中國交通事故死亡人數(shù)為10.4萬人,超過總?cè)藬?shù)的20%。
僅僅09年上半年，一個北京市單單因為酒后駕車而導(dǎo)致死亡的就有97人，而全國的車禍數(shù)據(jù)也在不斷的“刷新”著記錄，“杭州飆車案”，“南京酒后駕車案”，“河南靈寶案”無不時時刻刻的刺激著人們對安全駕車的體會，數(shù)據(jù)顯示，道路傷害所造成的負擔(dān)更多地落在年輕人身上。年輕人缺乏認識和經(jīng)驗，這意味著他們更易出現(xiàn)超速、駕駛時不佩戴安全帶或頭盔、酒后駕車等危險行為。
近年來，隨著機動車保有量的增加，道路里程的延伸，道路交通愈趨復(fù)雜，交通事故有愈演愈烈的趨勢。其中新駕駛員的交通事故率占有相當(dāng)大的比重。根據(jù)一項研究發(fā)現(xiàn)，與有經(jīng)驗的駕駛員相比，新駕駛員更容易發(fā)生交通事故，而使用廉價的駕駛模擬器就能有效地降低交通事故的發(fā)生，因此開發(fā)價格低廉且能滿足駕駛培訓(xùn)需要的駕駛模擬器具有非常積極的意義。
1.3 汽車駕駛模擬器的用途及前景
使用駕駛模擬器進行訓(xùn)練可以減少1/3的實車訓(xùn)練時間，減少交通事故，減少環(huán)境污染，減少汽車的油耗、磨損以及教練的指導(dǎo)時間。另外駕駛模擬器可以在室內(nèi)進行，不受天氣、時間等的影響，便于管理和維護，因而維護費用也可以降低許多。
代替真車訓(xùn)練時間根據(jù)2005年3月1號由交通部制定的《機動車駕駛員培訓(xùn)教學(xué)大綱》，每個學(xué)員上模擬器訓(xùn)練10個學(xué)時，就等同于實車駕駛訓(xùn)練3小時。
使用主動型汽車駕駛模擬器可以代替真車20%～30%的訓(xùn)練時間，而使用被動型駕駛模擬可以代替真車5%左右的訓(xùn)練時間。如果在不減少真車訓(xùn)練時間的情況下，那么將極大地提高學(xué)習(xí)效率，使得學(xué)員很快進入狀態(tài)（教練少生氣，學(xué)員少挨罵）。
節(jié)能環(huán)保，據(jù)駕校實測數(shù)據(jù)：實車訓(xùn)練1小時，耗油4升，每一個學(xué)員利用駕駛模擬器學(xué)習(xí)3個小時，這樣每培訓(xùn)一名學(xué)員就可以節(jié)油12升；按一年招生1萬人算，一年可節(jié)約12萬升汽油（約人民幣：660,000.00元），此外，模擬器還不排廢氣，無車輛磨損，非常環(huán)保。
消除學(xué)員恐懼心理，新學(xué)員（尤其是女生），剛上真車時，由于手腳配合不協(xié)調(diào)，動作慌亂，因而有不同程度的恐懼心理。使用模擬器后，學(xué)員可以很好地掌握離合器、剎車、油門、檔位、方向盤等的協(xié)調(diào)。例如危險情況（行人突然跌倒，剎車失效等），其他天氣（如雨天、雪天、霧天、黑夜等），反復(fù)練習(xí)平時真車不能實現(xiàn)的場景，消除真車駕駛時遇到突發(fā)事件的緊張感。
減少真車損耗，新學(xué)員通過駕駛模擬器的熟練操作，可以減少由于學(xué)員誤操作而帶來的真車損耗。避免因不規(guī)范操作對發(fā)動機、變速箱等汽車部件的損害。
提高市場競爭力，率先引用科技教學(xué)方法，有效提升駕校的品牌形象，標(biāo)示自己行業(yè)領(lǐng)導(dǎo)者的角色。
1.4 汽車駕駛模擬器工作原理
模擬器的工作原理為：駕駛員操縱操作部件，使得與操作部件直接相連的傳感器發(fā)生變化，從而引起電信號的變化。信號采集及處理子系統(tǒng)按照一定的精度定期采集傳感器上的電信號，并進行濾波等處理。處理后的信號作為車輛動力學(xué)模型子系統(tǒng)的輸入，經(jīng)過車輛動力學(xué)模型模擬運算，計算出車輛的當(dāng)前狀態(tài)，例如發(fā)動機轉(zhuǎn)速、發(fā)動機輸出扭矩、車速、車輛當(dāng)前的位置等信息。車輛動力學(xué)模型計算出的結(jié)果送入顯示系統(tǒng)進行圖形顯示、送入音響系統(tǒng)進行聲音模擬以及送入儀表系統(tǒng)進行儀表顯示。
2 汽車駕駛模擬器分類
2.1 簡易汽車駕駛模擬器
簡易汽車駕駛模擬器。安裝了方向盤、離合器、油門、腳剎、手剎、檔位、轉(zhuǎn)向燈燈操作部件，但是沒有配置電腦，也沒有顯示器，學(xué)員可以利用這種模擬器熟悉檔位等部件的操作，是屬于最簡單的模擬器。
2.2 被動式汽車駕駛模擬器。
被動式汽車駕駛模擬器。采用前面介紹的簡易型駕駛模擬器，所不同的是在學(xué)員前方放置了錄像播放裝置，例如DVD等。訓(xùn)練的時候，DVD中播放已經(jīng)錄制好了教學(xué)錄像，并播放操作提示語音，學(xué)員根據(jù)提示語音進行操作。但是播放的是錄像，學(xué)員的操作不會對播放影像產(chǎn)生影響，故名被動。
2.3 單屏幕主動式汽車駕駛模擬器
單屏幕主動式汽車駕駛模擬器。在這種模擬器上，安裝了方向盤、離合器、檔位等操作部件，操作部件上還安裝了傳感器，傳感器中的數(shù)據(jù)是通過傳感器采集系統(tǒng)進行采集獲取，然后輸入計算機系統(tǒng)。在模擬器的內(nèi)部安裝有一臺計算機，一個屏幕，學(xué)員在操作方向盤等部件的時候，屏幕上的圖像會實時的跟著變化，并且會對學(xué)員的錯誤操作進行提示，例如換檔未踩下離合器。由于用戶的操作會對屏幕中顯示的圖像產(chǎn)生影響，故名主動式，又名互動式。這種模擬器不同廠家的硬件配置都差不多，主要區(qū)別在在于軟件的功能。
2.4 三屏幕主動式汽車駕駛模擬器
三屏幕主動式汽車駕駛模擬器。這種模擬器是在單屏幕主動式模擬器的基礎(chǔ)上增加了2個屏幕，這樣就使得顯示的視角大于150度，視野更加寬廣，沉浸感更強。
2.5 液壓伺服體感模擬器
液壓伺服體感模擬器。這種模擬器在主動式模擬器的基礎(chǔ)上增加了液壓伺服裝置，可以產(chǎn)生運動提干，能夠更加逼真地模擬駕駛的感受。不過這種模擬器造價較高，主要用于研究。這種模擬器的代表是美國愛荷華大學(xué)的動感模擬器。
汽車駕駛模擬器軟件
3.1 基礎(chǔ)駕駛
基礎(chǔ)駕駛包括“原地駕駛訓(xùn)練”，“基礎(chǔ)駕駛技能訓(xùn)練”，“初級訓(xùn)練場景”。
3.1.1 原地駕駛
原地駕駛主要用于初級學(xué)員進行換檔訓(xùn)練，練習(xí)換檔時候與離合器的配置，目的是使得學(xué)員可以不低頭就可以實現(xiàn)踩離合器和正確換檔。
3.1.2 基礎(chǔ)駕駛技能訓(xùn)練
“基礎(chǔ)駕駛技能訓(xùn)練”主要訓(xùn)練學(xué)員起步、停車、倒車以及通過控制離合器實現(xiàn)半聯(lián)動駕駛，目的是使得學(xué)員熟練掌握半聯(lián)動駕駛技能，為場地訓(xùn)練打下堅實的基礎(chǔ)。
3.1.3 初級訓(xùn)練場景
“初級訓(xùn)練場景”主要用于訓(xùn)練學(xué)員的初級道路駕駛技能，為道路訓(xùn)練打下堅實的基礎(chǔ)。
3.2 場地駕駛
場地駕駛包括場地九項和倒庫，即“樁考”，“側(cè)方停車”，“坡道停車和起步”，“通過單邊橋”，“曲線行駛”，“直角轉(zhuǎn)彎”，“限速通過限寬門”，“連續(xù)通過障礙”，“百米加減檔”，“起伏路駕駛”。對于這10項訓(xùn)練內(nèi)容，大車和小車有不同的訓(xùn)練場景。所有的考核和評判嚴格按照公安部標(biāo)準(zhǔn)進行。
進行場地訓(xùn)練時，如果考試不合格，則系統(tǒng)自動將車輛退回到起點位置，方便學(xué)員重新進行訓(xùn)練和考試。
3.2.1 樁考
“樁考”考核機動車駕駛?cè)瞬倏剀囕v完成側(cè)方移位、倒車入庫和正確判斷車身空間位置的能力。
從起點倒入乙?guī)焱Ｕ?，再?jīng)過二進二退移位到甲庫停正，前進穿過乙?guī)熘谅飞?，倒入甲庫停正，前進返回起點。
評判及提示語有：倒樁考試開始，倒樁考試結(jié)束，不按規(guī)定路線、順序行駛，碰擦樁桿，車身出線，移庫不入，中途熄火，中途調(diào)整車身位置。
3.2.2側(cè)方停車
“側(cè)方停車”讓駕駛員掌握將整車正確停于路右車位（庫）中的技能，以適應(yīng)日常駕駛生活中臨時停車的需要。
駕駛?cè)藛T駕駛車輛在不碰，擦庫位樁桿，車輪不壓碰車道邊線，庫位邊線的情況下，通過一進一退，將整車移入右側(cè)車庫位中。
評判及提示語有：側(cè)方停車考試開始，側(cè)方停車考試結(jié)束，車輛在入庫后車身出線，碰擦樁桿，行駛中輪胎觸軋車道邊線，中途調(diào)整車身位置。
3.2.3坡道停車和起步
考核機動車駕駛?cè)嗽谄碌郎像{駛車輛的技能，準(zhǔn)確判斷車輛的位置，正確使用制動、擋位和離合器，以適應(yīng)在上坡路段停車與起步的需要。核駕駛員上坡路的駕御車輛的能力，正確的固定地點靠邊停穩(wěn)車輛的能力，以準(zhǔn)確適用檔位和離合器的能力，以適應(yīng)在上坡路段等候放行時的操作需要。
機動車駕駛?cè)藨?yīng)通過視覺和感覺及時判斷坡道的坡度大小、長短及路寬等道路情況，采取正確的操作方法，控制車輛平穩(wěn)停車和起步。做到轉(zhuǎn)向正確，換擋迅速，操縱加速踏板、駐車制動器和離合器踏板的動作準(zhǔn)確協(xié)調(diào)。
評判及提示語有：“坡道定點停車和起步”考試開始，“坡道定點停車和起步”考試結(jié)束，車輛停止后，汽車前保險杠距離樁桿線超過50厘米，車輛保險杠未停于樁桿線上，前后超過 20厘米，不超過 50厘米，車輛停止后，車身距離路邊緣線30厘米以上，起步時后溜大于30厘米，起步時后溜小于30厘米。
3.2.4 通過單邊橋
考核機動車駕駛?cè)藛T對所駕駛的車輛能準(zhǔn)確運用方向，并對所有車輪位置的直線行駛軌跡的正確判斷和掌握車輛不平行運行技術(shù)。
駕駛員要正確掌握方向，將甲、乙兩橋分別用左、右邊輪壓于輪下，平穩(wěn)順暢通過，用一檔（含）以上檔位。（單側(cè)前后車輪一次通過左、右單邊橋。）
評判及提示語有：“通過單邊橋”考試開始，“通過單邊橋”考試結(jié)束，有一車輪未上橋，行駛中出現(xiàn)一個車輪掉下橋面，未通過單邊橋。
3.2.5曲線行駛
考核駕駛遠方向的運用與對車輛軌跡運行的掌握。
機動車駕駛?cè)笋{駛車輛從彎道的一端前進駛?cè)?，減速換擋，以低擋低速從另一端駛出。行駛中不得軋彎道邊緣線，轉(zhuǎn)向自如。
評判及提示語有：“曲線行駛”考試開始，“曲線行駛”考試結(jié)束，車輪駛出邊緣線，車輪壓路邊緣線，中途調(diào)整車身位置。
3.2.6直角轉(zhuǎn)彎
考核駕駛員急彎路段迅速運用方向?qū)囕v內(nèi)輪差距進行正確判斷。
機動車駕駛?cè)笋{駛車輛按規(guī)定的線路低速行駛，由左向右或者由右向左直角轉(zhuǎn)彎，一次通過，中途不得停車。
評判及提示語有： “直角轉(zhuǎn)彎”考試開始，“直角轉(zhuǎn)彎”考試結(jié)束，車輪觸軋突出點或者駛出邊緣線，中途調(diào)整車身位置，車輪觸軋道路邊緣線，借助倒車完成。
3.2.7限速通過限寬門
考核駕駛員在一定的車速下對車身位置的正確判斷能力。
機動車駕駛?cè)笋{駛車輛以不低于20公里/小時的速度，從三門之間穿越，不得碰擦懸桿。
評判及提示語有：“限速通過限寬門” 考試開始，“限速通過限寬門” 考試結(jié)束，時速低于20公里/小時通過，不按規(guī)定路線、順序行駛，碰擦限寬門懸桿。
3.2.8連續(xù)通過障礙
考核機動車駕駛?cè)笋{駛車輛通過連續(xù)障礙時，對車輪行駛軌跡和內(nèi)、外輪差的判斷能力。
除小型車輛用一擋外，其他車輛用二擋（含）以上擋位，將車騎于圓餅之上通過，車輪不得碰、擦、軋圓餅，并且不得超、軋兩側(cè)路邊緣線。
評判及提示語有：“通過連續(xù)障礙”考試開始，“通過連續(xù)障礙”考試結(jié)束，不按規(guī)定路線行駛的，車輪駛出邊緣線，車輪壓路邊緣線，壓圓餅，碰、擦圓餅。
2.9百米加減檔
考核機動車駕駛?cè)瞬倏v車輛擋位的熟練程度。
機動車駕駛?cè)笋{駛車輛由起點線起步，在百米內(nèi)完成從最低擋逐級加至最高擋，再從最高擋逐級減至二擋。
評判及提示語有：“百米加減擋”考試開始，“百米加減擋”考試結(jié)束，未完成規(guī)定加、減擋，越級換擋。
3.2.10起伏路駕駛
考核駕駛員掌握起伏（凹凸）路的駕駛要領(lǐng)和對起伏（凹凸）路面進行正確判斷的能力，并做到制動、離合器、檔位三者配合適當(dāng)。
車輛正常行駛在障礙物前 20 米 內(nèi)制動減速，用低檔（一檔）或使用半聯(lián)動通過，保證車輛平穩(wěn)安全的通過障礙。
評判及提示語有：“起伏路駕駛”考試開始，“起伏路駕駛”考試結(jié)束，車速控制不當(dāng)，車輛嚴重跳躍，通過起伏路前不減速，通過起伏路前過早減速。
3.3 綜合訓(xùn)練
綜合訓(xùn)練中，設(shè)置了“城市道路”，“高速公路”，“鄉(xiāng)村道路”等訓(xùn)練場景。在各訓(xùn)練場景中，又設(shè)置了各種危險情況，如行人橫穿公路，行人滑倒，側(cè)風(fēng)等。
綜合訓(xùn)練中，嚴格按照公安部科目三考試要求進行判別和提示，判別和提示語音參見后附表格。
3.1 城市道路
城市道路場景中設(shè)置了立交橋、十字路口、丁字路口、環(huán)形島、環(huán)城路、隧道等內(nèi)容。
3.2 高速公路
場景中有收費站、超車道、行車道、出口等交通標(biāo)志牌，車距確認、隧道、高速公路出入口等內(nèi)容。
3.3 鄉(xiāng)村道路、山區(qū)道路、泥濘路
設(shè)置了急彎、陡坡，泥濘路，漫水路等場景。
3.4 網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)
通過中央控制臺，可以連接40臺駕駛艙進行聯(lián)網(wǎng)訓(xùn)練。中央監(jiān)控臺由高性能計算機、、打印機、 100M 網(wǎng)絡(luò)交換機等組成。監(jiān)控計算機可以監(jiān)控任意一臺模擬器，監(jiān)視窗口將顯示與被監(jiān)視模擬器完全一樣的畫面，并實時圖形顯示其“五大”操作件——方向盤、離合器、腳制動、油門及手制動當(dāng)前的狀態(tài)；另外檔位、喇叭、轉(zhuǎn)向燈、點火開關(guān)等的狀態(tài)也通過圖示表示出來。
3.5 理論知識
采用最新（2007年4月公布的最新標(biāo)準(zhǔn)，四選一）標(biāo)準(zhǔn)化試題，題庫里共有1500道試題。
2010年7月 最新增加了2010年題庫，滿足不同地區(qū)的考試需要。
3.6 教學(xué)視頻
豐富的教學(xué)錄像功能，利用該功能，可以播放汽車培訓(xùn)教學(xué)錄像。 例如，系統(tǒng)提供最新的8種交通警察手勢信號（原交通警察手勢為11種）教學(xué)錄像，離合器工作原理錄像等等。
3.7 系統(tǒng)設(shè)置
可以對系統(tǒng)進行相應(yīng)設(shè)置，如增加刪除教學(xué)錄像，修改扣分模式和錯誤分值，修改方向盤靈敏度系數(shù)等。
3.8 回放功能
訓(xùn)練結(jié)束后，學(xué)員可以以俯視的方式查看最后3分鐘的駕駛過程，從而仔細分析錯誤駕駛發(fā)生的原因，以便以后改正。
3.9 訓(xùn)練記錄
訓(xùn)練完畢后，學(xué)員可以查看訓(xùn)練過程中所出現(xiàn)的錯誤動作，并且可以將訓(xùn)練成績及錯誤明細表作為歷史記錄保持下來。