本發(fā)明涉及一種汽車駕駛模擬器。

背景技術(shù)：

當(dāng)前，隨著汽車越來越多地進入人們的生活，學(xué)習(xí)汽車駕駛的人也日益增多，新學(xué)員在培訓(xùn)的過程中，因為是第一次駕駛，對汽車駕駛的認識處在一種陌生的狀態(tài)，會產(chǎn)生心理上的緊張和行動上的拘束，如此一來對車輛的破壞性很大，另外對學(xué)員和其他人的安全都構(gòu)成很大的威脅，為此，人們就研究了不同種類的汽車駕駛模擬器，使得新學(xué)員通過汽車模擬器來熟悉汽車的駕駛操作。

然而，現(xiàn)有的汽車駕駛模擬器結(jié)構(gòu)簡單、功能單一，一般通過在離合器踏板、油門踏板、剎車踏板、手剎及方向盤對應(yīng)的位置安裝拉力傳感器或扭力傳感器，并將傳感器采集到的信息通過微處理器進行處理后，再以顯示器顯示出來。這種汽車駕駛模擬器不僅所需安裝的傳感器數(shù)量多，成本高，而且只能粗略的顯示汽車的駕駛情況，尤其是對于離合器踏板、油門踏板和剎車踏板而言，現(xiàn)有的模擬器只能通過傳感器檢測其傳動系的拉力值或扭力值，不僅在機械測量的過程中較大的誤差，而且不能直觀地反映各個踏板的推動量，從而大大降低了汽車駕駛的模擬效果。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的就是要解決當(dāng)前汽車駕駛模擬器需要安裝的傳感器數(shù)量多、成本高，模擬效果差的問題，為此提供一種結(jié)構(gòu)簡單、成本低，能夠精確直觀地模擬檔位器的操作和各個踏板的推動量的汽車駕駛模擬器。

本發(fā)明的具體方案是：一種汽車駕駛模擬器，包括底座和設(shè)置在底座上的座椅、檔位器、手剎、方向盤以及從左往右并排布置的離合器踏板、剎車踏板、油門踏板，其特征是：所述方向盤和三個踏板安裝在固定支架上，在固定支架上還裝有高速工業(yè)相機，用于在三個踏板在動作時，對踏板的傳動桿的動態(tài)進行圖像采集；在固定支架右側(cè)的底座上裝有電源管理模塊、工控機和顯示器；在檔位器上的各個檔位上均裝有接近開關(guān)，在檔位器的檔桿完成掛擋動作時，設(shè)置在相應(yīng)檔位的接近開關(guān)發(fā)出開關(guān)信號；所述手剎與底座之間裝有拉力傳感器；所述電源管理模塊為高速工業(yè)相機、工控機和顯示器提供工作電源；所述高速工業(yè)相機和各個接近開關(guān)以及拉力傳感器分別通訊連接工控機，工控機通訊連接顯示器，工控機對高速工業(yè)相機傳輸過來的圖像進行處理，計算出各個踏板的傳動桿的行程長度及其推動量，并且將接近開關(guān)傳輸?shù)拈_關(guān)信號轉(zhuǎn)換為檔位器的檔位信息，所述顯示器用于顯示檔位器、手剎及各個踏板的動作信息。

本發(fā)明中所述工控機對高速工業(yè)相機采集的圖像信息進行處理的過程包括以下步驟：

(1)圖像預(yù)處理：對高速工業(yè)相機采集到的圖像進行預(yù)處理，分別以R、G、B三通道處理得到三張灰度圖片，選取三張灰度圖片中對比度最高的一張作為后續(xù)處理的灰度圖片；

(2)圖像邊緣檢測：設(shè)定邊緣檢測時像素點之間邊緣判定的色差控制差值，當(dāng)像素點之間的色差大于等于色差控制差值時，則判定像素點之間為邊緣位置，通過對比計算，來判定灰度圖片中各個踏板的傳動桿的邊緣位置；

(3)計算各個踏板的傳動桿邊緣在灰度圖片中對應(yīng)的像素點坐標；

(4)計算各個踏板的傳動桿的行程長度：根據(jù)各個踏板的傳動桿的邊緣在灰度圖片中對應(yīng)的像素點坐標和高速工業(yè)相機的成像角度，計算出各個踏板的傳動桿實時的行程長度d；

(5)校準：獲取各個踏板的傳動桿在沒有推動時的位置d₀，獲取各個踏板的傳動桿推動到最大行程時的位置d₁;

(6)計算各個踏板的推動量k=d/( d₁- d₀)。

本發(fā)明中所述方向盤的傳動桿上裝有橫桿，高速工業(yè)相機安裝在固定支架的正上方，用于對橫桿的動態(tài)進行圖像采集，并且高速工業(yè)相機拍攝圖片的速度大于60幀。

本發(fā)明中所述底座上設(shè)有罩體，底座上的各個設(shè)備置于罩體內(nèi)；所述固定支架上裝有與各個踏板相對應(yīng)的LED燈條，LED燈條連接電源管理模塊。

本發(fā)明具有以下優(yōu)點：

(1)本發(fā)明只采用一臺高速工業(yè)相機即可實現(xiàn)對離合器踏板、剎車踏板、油門踏板及方向盤工作動態(tài)圖像的實時采集，并通過工控機實現(xiàn)了對三個踏板的推動量和方向盤的轉(zhuǎn)動量的精確計算，不僅成本低廉、誤差小，而且直觀明了地顯示了三個踏板和方向盤的工作動態(tài)，模擬效果好；

(2)本發(fā)明通過設(shè)置在各個檔位上的接近開關(guān)，實現(xiàn)了對檔位器的檔桿進行掛擋動作的實時監(jiān)測，相對于機械式的觸碰開關(guān)而言，用接近開關(guān)對檔位信息的采集更加靈敏準確，不易受到外界條件干擾，實現(xiàn)了對檔位器的掛擋動作和換擋動作的實時模擬；

(3)本發(fā)明通過在底座上設(shè)置罩體，使得模擬器在進行現(xiàn)場模擬時不易受到外界干擾，保證了現(xiàn)場人員的作業(yè)安全；同時通過LED燈條進行照明，確保了高速工業(yè)相機攝像的清晰度，以便工控機進行圖片處理。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明中方向盤的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是本發(fā)明的控制結(jié)構(gòu)框圖。

圖中：1—底座，2—座椅，3—檔位器，4—手剎，5—方向盤，6—離合器踏板，7—剎車踏板，8—油門踏板，9—固定支架，10—高速工業(yè)相機,11—電源管理模塊，12—工控機，13—顯示器，14—接近開關(guān)，15—橫桿，16—罩體，17—LED燈條，18—拉力傳感器。

具體實施方式

參見圖1-3，本發(fā)明包括底座1和設(shè)置在底座1上的座椅2、檔位器3、手剎4、方向盤5以及從左往右并排布置的離合器踏板6、剎車踏板7、油門踏板8；所述方向盤5和三個踏板安裝在固定支架9上，在固定支架9上還裝有高速工業(yè)相機10，用于在三個踏板在動作時，對踏板的傳動桿的動態(tài)進行圖像采集；在固定支架9右側(cè)的底座1上裝有電源管理模塊11、工控機12和顯示器13；在檔位器3上的各個檔位上均裝有接近開關(guān)14，在檔位器3的檔桿完成掛擋動作時，設(shè)置在相應(yīng)檔位的接近開關(guān)14發(fā)出開關(guān)信號；所述手剎4與底座1之間裝有拉力傳感器18，用于檢測手剎4是否動作；所述電源管理模塊11為高速工業(yè)相機10、工控機12和顯示器13提供工作電源；所述高速工業(yè)相機10和各個接近開關(guān)14以及拉力傳感器18分別通訊連接工控機12，工控機12通訊連接顯示器13，工控機12對高速工業(yè)相機10傳輸過來的圖像進行處理，計算出各個踏板的傳動桿的行程長度及其推動量，并且將接近開關(guān)14傳輸?shù)拈_關(guān)信號轉(zhuǎn)換為檔位器3的檔位信息；所述顯示器13用于顯示檔位器3、手剎4及各個踏板的動作信息。

本實施例中所述工控機12對圖像信息進行處理的過程包括以下步驟：

(1)圖像預(yù)處理：對高速工業(yè)相機10采集到的圖像進行預(yù)處理，分別以R、G、B三通道處理得到三張灰度圖片，選取三張灰度圖片中對比度最高的一張作為后續(xù)處理的灰度圖片；

(2)圖像邊緣檢測：設(shè)定邊緣檢測時像素點之間邊緣判定的色差控制差值，當(dāng)像素點之間的色差大于等于色差控制差值時，則判定像素點之間為邊緣位置，通過對比計算，來判定灰度圖片中各個踏板的傳動桿的邊緣位置；

(3)計算各個踏板的傳動桿邊緣在灰度圖片中對應(yīng)的像素點坐標；

(4)計算各個踏板的傳動桿的行程長度：根據(jù)各個踏板的傳動桿的邊緣在灰度圖片中對應(yīng)的像素點坐標和高速工業(yè)相機10的成像角度，計算出各個踏板的傳動桿實時的行程長度d；

(5)校準：獲取各個踏板的傳動桿在沒有推動時的位置d₀，獲取各個踏板的傳動桿推動到最大行程時的位置d₁;

(6)計算各個踏板的推動量k=d/( d₁- d₀)。

本實施例中所述底座1上設(shè)有罩體16，底座1上的各個設(shè)備置于罩體16內(nèi)；所述固定支架9上裝有與各個踏板相對應(yīng)的LED燈條17，LED燈條17連接電源管理模塊，通過LED燈條17進行照明，確保了高速工業(yè)相機10攝像的清晰度，以便工控機12進行圖片處理。

本實施例中所述方向盤5的傳動桿上裝有橫桿15，高速工業(yè)相機10安裝在固定支架9的正上方，用于對橫桿15的動態(tài)進行圖像采集，并且高速工業(yè)相機10拍攝圖片的速度大于60幀。工控機12可采用上述相同的方式對高速工業(yè)相機10采集到的橫桿15圖像信息進行處理，以此計算出方向盤5轉(zhuǎn)動的角度，并將方向盤5的轉(zhuǎn)動信息通過顯示器13顯示出來。

應(yīng)當(dāng)指出的是，本發(fā)明不限于實施方式，在本發(fā)明中還可以采用高速工業(yè)相機對三個踏板的傳動桿及方向盤上的橫桿的投影進行圖像采集，以此得到三個踏板的推動量和方向盤的轉(zhuǎn)動角度。簡而言之，在駕駛模擬器中只要通過各類取像設(shè)備（取景器、攝像頭），并采用相同的原理獲取三個踏板和方向盤實時動態(tài)的數(shù)據(jù)的方式均屬于本發(fā)明的保護范圍。