汽車駕駛模拟器:一種駕駛訓練的教學設備-中文百科頻道

介紹

虛拟現實（Virtual Reality，VR）技術是一種計算機仿真技術，通過給用戶提供視覺、聽覺、觸覺等各種直觀而自然的實時感知交互手段，方便用戶操作，增加用戶對現實的認知能力。虛拟現實技術集成了計算機圖形技術、計算機仿真技術、人工智能、傳感技術、顯示技術、網絡并行處理技術等的最新發展成果，廣泛應用于軍事、航空航天、自動控制、醫療康複、教育娛樂等領域。

汽車駕駛模拟器（Vehicle Driving Simulator，VDS）将虛拟現實技術應用于汽車駕駛系統中，通過計算機技術産生汽車行駛過程中的虛拟視景、音響效果和運動仿真，使駕駛員沉浸到虛拟駕駛環境中，産生實車駕駛感覺，從而體驗、認識和學習現實世界中的汽車駕駛，既能安全、有效地提高駕駛員技術水平，又能降低各種費用。汽車駕駛模拟器作為交通安全系統的重要組成部分，能夠提高駕駛員的安全意識，降低事故發生率，正日益受到國内外交通安全領域的廣泛關注。

用途前景

方向

模拟駕駛環境幾乎完全“克隆”真實學車環境，能夠消除駕駛初學者的恐懼心理，适時規範駕駛者的操作，為駕校駕駛培訓的有力幫助.曾紀國,戰守義.《基于PC的廉價主被動駕駛模拟器的設計與實現》.系統仿真學報,2005,17(5):1092-1096.

曾紀國，研究方向：汽車駕駛模拟器及交通仿真】

應用範圍

早在20世紀70年代，世界各先進國家就已普遍應用汽車駕駛模拟器這一先進的手段來培訓學員，并在有關法規上加以認可。據有關資料統計，1982年全日本培訓駕駛員240多萬人，其中90%都是借用駕駛模拟器來實現培訓計劃的。目前，我國汽車駕駛培訓行業采用駕駛模拟器的普及率非常低，培訓仍是以師傅帶徒弟的方式為主，訓練效率比較低，投入較大。

公安部統計數據顯示，我國每年交通事故50萬起，因交通事故死亡人數均超過數萬人，相當于一個小型縣，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濟損失達數百億元。2006年我國因車禍死亡人數為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，态勢越來越嚴重，2007年全世界交通事故死亡人數為50萬人。其中，中國交通事故死亡人數為10.4萬人,超過總人數的20%。

僅僅09年上半年，一個北京市單單因為酒後駕車而導緻死亡的就有97人，而全國的車禍數據也在不斷的“刷新”着記錄，“杭州飙車案”，“南京酒後駕車案”，“河南靈寶案”無不時時刻刻的刺激着人們對安全駕車的體會，數據顯示，道路傷害所造成的負擔更多地落在年輕人身上。年輕人缺乏認識和經驗，這意味着他們更易出現超速、駕駛時不佩戴安全帶或頭盔、酒後駕車等危險行為。

近年來，随着機動車保有量的增加，道路裡程的延伸，道路交通愈趨複雜，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大的比重。根據一項研究發現，與有經驗的駕駛員相比，新駕駛員更容易發生交通事故，而使用廉價的駕駛模拟器就能有效地降低交通事故的發生，因此開發價格低廉且能滿足駕駛培訓需要的駕駛模拟器具有非常積極的意義。

用途及前景

使用駕駛模拟器進行訓練可以減少1/3的實車訓練時間，減少交通事故，減少環境污染，減少汽車的油耗、磨損以及教練的指導時間。另外駕駛模拟器可以在室内進行，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。

代替真車訓練時間根據2005年3月1号由交通部制定的《機動車駕駛員培訓教學大綱》，每個學員上模拟器訓練10個學時，就等同于實車駕駛訓練3小時。

使用主動型汽車駕駛模拟器可以代替真車20%～30%的訓練時間，而使用被動型駕駛模拟可以代替真車5%左右的訓練時間。如果在不減少真車訓練時間的情況下，那麼将極大地提高學習效率，使得學員很快進入狀态（教練少生氣，學員少挨罵）。

節能環保，據駕校實測數據：實車訓練1小時，耗油4升，每一個學員利用駕駛模拟器學習3個小時，這樣每培訓一名學員就可以節油12升；按一年招生1萬人算，一年可節約12萬升汽油（約人民币：660,000.00元），此外，模拟器還不排廢氣，無車輛磨損，非常環保。

消除學員恐懼心理，新學員（尤其是女生），剛上真車時，由于手腳配合不協調，動作慌亂，因而有不同程度的恐懼心理。使用模拟器後，學員可以很好地掌握離合器、刹車、油門、檔位、方向盤等的協調。例如危險情況（行人突然跌倒，刹車失效等），其他天氣（如雨天、雪天、霧天、黑夜等），反複練習平時真車不能實現的場景，消除真車駕駛時遇到突發事件的緊張感。

減少真車損耗，新學員通過駕駛模拟器的熟練操作，可以減少由于學員誤操作而帶來的真車損耗。避免因不規範操作對發動機、變速箱等汽車部件的損害。

提高市場競争力，率先引用科技教學方法，有效提升駕校的品牌形象，标示自己行業領導者的角色。

工作原理

模拟器的工作原理為：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生變化，從而引起電信号的變化。信号采集及處理子系統按照一定的精度定期采集傳感器上的電信号，并進行濾波等處理。處理後的信号作為車輛動力學模型子系統的輸入，經過車輛動力學模型模拟運算，計算出車輛的當前狀态，例如發動機轉速、發動機輸出扭矩、車速、車輛當前的位置等信息。車輛動力學模型計算出的結果送入顯示系統進行圖形顯示、送入音響系統進行聲音模拟以及送入儀表系統進行儀表顯示。

分類

簡易汽車駕駛模拟器

簡易汽車駕駛模拟器。安裝了方向盤、離合器、油門、腳刹、手刹、檔位、轉向燈燈操作部件，但是沒有配置電腦，也沒有顯示器，學員可以利用這種模拟器熟悉檔位等部件的操作，是屬于最簡單的模拟器。

被動式汽車駕駛模拟器

被動式汽車駕駛模拟器。采用前面介紹的簡易型駕駛模拟器，所不同的是在學員前方放置了錄像播放裝置，例如DVD等。訓練的時候，DVD中播放已經錄制好了教學錄像，并播放操作提示語音，學員根據提示語音進行操作。但是播放的是錄像，學員的操作不會對播放影像産生影響，故名被動。

單屏幕主動式汽車駕駛模拟器

單屏幕主動式汽車駕駛模拟器。在這種模拟器上，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，傳感器中的數據是通過傳感器采集系統進行采集獲取，然後輸入計算機系統。在模拟器的内部安裝有一台計算機，一個屏幕，學員在操作方向盤等部件的時候，屏幕上的圖像會實時的跟着變化，并且會對學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産生影響，故名主動式，又名互動式。這種模拟器不同廠家的硬件配置都差不多，主要區别在于軟件的功能。

三屏幕主動式汽車駕駛模拟器

三屏幕主動式汽車駕駛模拟器。這種模拟器是在單屏幕主動式模拟器的基礎上增加了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。

液壓伺服體感模拟器

液壓伺服體感模拟器。這種模拟器在主動式模拟器的基礎上增加了液壓伺服裝置，可以産生運動體感，能夠更加逼真地模拟駕駛的感受。不過這種模拟器造價較高，主要用于研究。這種模拟器的代表是美國愛荷華大學的動感模拟器。

汽車駕駛模拟器軟件

基礎駕駛

基礎駕駛包括“原地駕駛訓練”，“基礎駕駛技能訓練”，“初級訓練場景”。

3.1.1原地駕駛

原地駕駛主要用于初級學員進行換檔訓練，練習換檔時候與離合器的配置，目的是使得學員可以不低頭就可以實現踩離合器和正确換檔。

3.1.2基礎駕駛技能訓練

“基礎駕駛技能訓練”主要訓練學員起步、停車、倒車以及通過控制離合器實現半聯動駕駛，目的是使得學員熟練掌握半聯動駕駛技能，為場地訓練打下堅實的基礎。

3.1.3初級訓練場景

“初級訓練場景”主要用于訓練學員的初級道路駕駛技能，為道路訓練打下堅實的基礎。

場地駕駛

場地駕駛包括場地九項和倒庫，即“樁考”，“側方停車”，“坡道停車和起步”，“通過單邊橋”，“曲線行駛”，“直角轉彎”，“限速通過限寬門”，“連續通過障礙”，“百米加減檔”，“起伏路駕駛”。對于這10項訓練内容，大車和小車有不同的訓練場景。所有的考核和評判嚴格按照公安部标準進行。

進行場地訓練時，如果考試不合格，則系統自動将車輛退回到起點位置，方便學員重新進行訓練和考試。

3.2.1樁考

“樁考”考核機動車駕駛人操控車輛完成側方移位、倒車入庫和正确判斷車身空間位置的能力。

從起點倒入乙庫停正，再經過二進二退移位到甲庫停正，前進穿過乙庫至路上，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，倒樁考試結束，不按規定路線、順序行駛，碰擦樁杆，車身出線，移庫不入，中途熄火，中途調整車身位置。

3.2.2側方停車

“側方停車”讓駕駛員掌握将整車正确停于路右車位（庫）中的技能，以适應日常駕駛生活中臨時停車的需要。

駕駛人員駕駛車輛在不碰，擦庫位樁杆，車輪不壓碰車道邊線，庫位邊線的情況下，通過一進一退，将整車移入右側車庫位中。

評判及提示語有：側方停車考試開始，側方停車考試結束，車輛在入庫後車身出線，碰擦樁杆，行駛中輪胎觸軋車道邊線，中途調整車身位置。

3.2.3坡道停車和起步

考核機動車駕駛人在坡道上駕駛車輛的技能，準确判斷車輛的位置，正确使用制動、擋位和離合器，以适應在上坡路段停車與起步的需要。核駕駛員上坡路的駕禦車輛的能力，正确的固定地點靠邊停穩車輛的能力，以準确适用檔位和離合器的能力，以适應在上坡路段等候放行時的操作需要。

機動車駕駛人應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，采取正确的操作方法，控制車輛平穩停車和起步。做到轉向正确，換擋迅速，操縱加速踏闆、駐車制動器和離合器踏闆的動作準确協調。

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”考試結束，車輛停止後，汽車前保險杠距離樁杆線超過50厘米，車輛保險杠未停于樁杆線上，前後超過20厘米，不超過50厘米，車輛停止後，車身距離路邊緣線30厘米以上，起步時後溜大于30厘米，起步時後溜小于30厘米。

3.2.4 通過單邊橋

考核機動車駕駛人員對所駕駛的車輛能準确運用方向，并對所有車輪位置的直線行駛軌迹的正确判斷和掌握車輛不平行運行技術。

駕駛員要正确掌握方向，将甲、乙兩橋分别用左、右邊輪壓于輪下，平穩順暢通過，用一檔（含）以上檔位。（單側前後車輪一次通過左、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”考試結束，有一車輪未上橋，行駛中出現一個車輪掉下橋面，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迹運行的掌握。

機動車駕駛人駕駛車輛從彎道的一端前進駛入，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”考試結束，車輪駛出邊緣線，車輪壓路邊緣線，中途調整車身位置。

3.2.6直角轉彎

考核駕駛員急彎路段迅速運用方向對車輛内輪差距進行正确判斷。

機動車駕駛人駕駛車輛按規定的線路低速行駛，由左向右或者由右向左直角轉彎，一次通過，中途不得停車。

評判及提示語有：“直角轉彎”考試開始，“直角轉彎”考試結束，車輪觸軋突出點或者駛出邊緣線，中途調整車身位置，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确判斷能力。

機動車駕駛人駕駛車輛以不低于20公裡/小時的速度，從三門之間穿越，不得碰擦懸杆。

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”考試結束，時速低于20公裡/小時通過，不按規定路線、順序行駛，碰擦限寬門懸杆。

3.2.8連續通過障礙

考核機動車駕駛人駕駛車輛通過連續障礙時，對車輪行駛軌迹和内、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，将車騎于圓餅之上通過，車輪不得碰、擦、軋圓餅，并且不得超、軋兩側路邊緣線。

評判及提示語有：“通過連續障礙”考試開始，“通過連續障礙”考試結束，不按規定路線行駛的，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

考核機動車駕駛人操縱車輛擋位的熟練程度。

機動車駕駛人駕駛車輛由起點線起步，在百米内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”考試結束，未完成規定加、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）路的駕駛要領和對起伏（凹凸）路面進行正确判斷的能力，并做到制動、離合器、檔位三者配合适當。

車輛正常行駛在障礙物前20米内制動減速，用低檔（一檔）或使用半聯動通過，保證車輛平穩安全的通過障礙。

評判及提示語有：“起伏路駕駛”考試開始，“起伏路駕駛”考試結束，車速控制不當，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。

綜合訓練

綜合訓練中，設置了“城市道路”，“高速公路”，“鄉村道路”等訓練場景。在各訓練場景中，又設置了各種危險情況，如行人橫穿公路，行人滑倒，側風等。

綜合訓練中，嚴格按照公安部科目三考試要求進行判别和提示，判别和提示語音參見後附表格。

3.1城市道路

城市道路場景中設置了立交橋、十字路口、丁字路口、環形島、環城路、隧道等内容。

3.2高速公路

場景中有收費站、超車道、行車道、出口等交通标志牌，車距确認、隧道、高速公路出入口等内容。

3.3鄉村道路、山區道路、泥濘路

設置了急彎、陡坡，泥濘路，漫水路等場景。

網絡互聯

通過中央控制台，可以連接40台駕駛艙進行聯網訓練。中央監控台由高性能計算機、、打印機、100M網絡交換機等組成。監控計算機可以監控任意一台模拟器，監視窗口将顯示與被監視模拟器完全一樣的畫面，并實時圖形顯示其“五大”操作件——方向盤、離合器、腳制動、油門及手制動當前的狀态；另外檔位、喇叭、轉向燈、點火開關等的狀态也通過圖示表示出來。

理論知識

采用最新（2007年4月公布的最新标準，四選一）标準化試題，題庫裡共有1500道試題。

2010年7月最新增加了2010年題庫，滿足不同地區的考試需要。

教學視頻

豐富的教學錄像功能，利用該功能，可以播放汽車培訓教學錄像。例如，系統提供最新的8種交通警察手勢信号（原交通警察手勢為11種）教學錄像，離合器工作原理錄像等等。

系統設置

可以對系統進行相應設置，如增加删除教學錄像，修改扣分模式和錯誤分值，修改方向盤靈敏度系數等。

回放功能

訓練結束後，學員可以以俯視的方式查看最後3分鐘的駕駛過程，從而仔細分析錯誤駕駛發生的原因，以便以後改正。

訓練記錄

訓練完畢後，學員可以查看訓練過程中所出現的錯誤動作，并且可以将訓練成績及錯誤明細表作為曆史記錄保持下來。

面向交通安全的駕駛模拟器的特點

1、具有良好的沉浸感、交互性及多感知性

2、實現交通危險場景的虛拟仿真

3、針對不同受衆的駕駛安全意識培訓體系

4、擴展性能強，能适用于不同的場所

應用展望

随着相關基礎學科、技術和社會需求的發展，駕駛模拟器呈現以下發展趨勢：

1、結合傳感器網絡技術進行實際路網的交通模拟。随着交通系統傳感器網絡的逐步推廣和完善，未來可将虛拟駕駛系統與實際的道路系統相結合，如Google等開發的三維地圖網絡，針對城市的實際交通環境，訓練駕駛員的駕駛技能，熟悉道路标志，避免新手不熟悉道路情況的發生。結合交通傳感器網絡，如車速限制監控器、闖紅燈監控器、道路通信網絡等，加入實際道路車流和行人，增加十字路口闖紅燈的體驗及虛拟的交警檢查和罰款等互動練習，使駕駛員熟悉交通安全法規和城市交通環境，更好地提高駕駛員的安全意識。

2、建立不同駕駛員的模拟駕駛行為數據庫。建立駕駛員緊急情況下心理素質考核評價體系是減少交通事故的重要手段之一。在緊急情況下，駕駛員的心理反應及行為對于是否發生交通事故起着決定性的作用。應用駕駛模拟器可設定不同的訓練場景和道路交通危險工況，如突發車禍、異常天氣、自身生理不适等，由不同類型駕駛員（不同性别、年齡、駕齡等）駕駛車輛，測量駕駛員的心理、生理反應，記錄并分析此類數據，針對不同類型駕駛員建立駕駛特征數據庫，指導駕駛員的駕車行為。

3、實現特大道路交通事故現場的快速三維重構。利用計算機圖形技術，結合無線信息傳輸技術，能實現特大交通事故信息的快速收集，并傳遞到公安交警指揮中心，結合車輛特征、道路環境及駕駛員數據庫等，采用3D成像技術，對交通事故現場進行快速重現，結合駕駛員在駕駛模拟器上的訓練檔案，有利于公安系統對交通事故的分析和偵破。

4、建立統一的軟件開發規範和系統管理平台。随着駕駛模拟技術的發展，有必要研發一個統一的軟件開發規範，為各個廠家的産品提供标準的開發環境，從而提高開發效率、促進行業的有序發展。建立統一的系統管理平台，建立健全完整的城市立體地圖和車型數據庫，便于對車輛性能、交通狀況、道路條件、信号配時等數據進行日常更新維護，有利于面向對象的二次開發。

5、與智能交通系統（Intelligent Transportation System，ITS）相結合。智能交通系統包含智能車輛安全技術等領域，能很好地改善交通擁擠、重特大事故頻發等現狀。但智能交通系統投資較大、規劃複雜，涉及到城市規劃、路橋建設等重大工程。結合駕駛模拟器的虛拟現實技術及智能車輛的安全技術，在虛拟現實的環境下進行交通安全研究，能減少智能交通系統的工程成本，提高研發效率。

D動感汽車模拟器

特點介紹

4D系列汽車模拟駕駛技術是虛拟現實技術在學習駕駛領域的具體應用，利用虛拟現實技術的經濟性、安全性及逼真性等特點，對用戶進行交通、駕駛知識的訓練、休閑場所娛樂和駕駛技能的鍛煉，廣泛用于學習，休閑，娛樂，3D汽車駕駛模拟器是現實生活中的訓練裝備。

4D系列汽車模拟器在國内外滿足客戶現實生活上的運用，産品技術先進，品質好，在國内國際同類産品的競争中占據優勢，創新的3D駕駛網絡為客戶提供了良好的駕駛體驗與社區交流增值服務功能。

主要特征有：

★采用變頻式控制電機傳動，節能環保，低功耗，系統穩定；

★三屏幕顯示，3D視野動感逼真，平台動态感靈敏度強；

★安裝簡單、容易、靈活操作練習；

★外觀新穎，軟件場景真實，按照真車駕駛要求設計。

★豐富的個性化軟件設置功能，純三維軟件界面，美觀大方；

系統簡介

4D系列汽車模拟器是我公司自行研發的新一代駕駛模拟系統，它涉及視景仿真、機械設計、儀器儀表、嵌入計算機、實時網絡數據傳輸、數據圖象處理、自動控制、人體工效學等技術，自主軟件開發及單片機開發，整個系統可以實現駕駛知識、休閑娛樂，支持多樣賽車軟件，與其它模拟駕駛系統相比，系統具有場景逼真、實用性強、性價比高等特點。

結構描述

4D系列汽車模拟器采用真車部件為用戶提供仿真操作的環境，方向盤、油門、離合器、刹車、檔位、儀表操作方法與真車相似，平台結構強，适合長時間運行，外觀新穎，每一個操作信号通過數據采集模塊的同步的傳感系統傳給控制計算機，系統對數據進行分析處理後，實現實時圖像轉變，并通過相應的仿真裝置，實現力反饋和位移等的模拟，使用者操作時有與真車駕駛基本相同的感覺。