駕駛模擬器

駕駛模擬器

駕駛模擬器座艙由駕駛艙座,視景計算機,視屏(19寸顯示器),操作感測器,數據採集卡,耳機和話筒等組成。座艙包含了與真實車輛相同的操作部件,"五大"操縱機構:方向盤、離合器,腳剎,油門和手剎。真車變速器:倒檔、一檔、二檔、三檔、四檔、五檔和空擋(自動檔只含前進檔、倒車檔和駐車檔)。真車操作開關:左轉向燈、右轉向燈、應急燈、喇叭、點火開關、總電開關、安全帶、車門、雨刷、遠光燈、近光燈、遠近光交替。座艙既可以進行聯網訓練,也可以進行單機訓練。

基本信息

用途及前景

定義

駕駛模擬器是一種駕駛訓練的教學設備。它利用虛擬現實仿真技術營造一個虛擬的駕駛訓練環境,人們通過模擬器的操作部件與虛擬的環境進行互動,從而進行駕駛訓練廣義上的駕駛模擬器包括汽車駕駛模擬器、飛機駕駛模擬器、船舶駕駛模擬器等等。凡是用來“駕駛”的模擬設備,通通可以稱之為駕駛模擬器。當然,相對於其他駕駛模擬器,汽車駕駛模擬器是套用最為廣泛的。現代社會,汽車已經是一種非常普通的代步和運輸工具,因為汽車駕駛模擬器套用面更加廣泛。
汽車駕駛模擬器幾乎完全“克隆”真實學車環境,能夠消除駕駛初學者的恐懼心理,適時規範駕駛者的操作,為駕校駕駛培訓的有力幫助。

套用範圍

早在20世紀70年代,世界各先進國家就已普遍套用汽車駕駛模擬器這一先進的手段來培訓學員,並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%都是借用駕駛模擬器來實現培訓計畫的。目前,我國汽車駕駛培訓行業採用駕駛模擬器的普及率非常低,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,相當於一個小型縣,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,遠遠多於汽車保有量高得多的美國。而且,態勢越來越嚴重,2007年全世界交通負擔事故死亡人數為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致死亡的就有97人,而全國的車禍數據也在不斷的“刷新”著記錄,“杭州飆車案”,“南京酒後駕車案”,“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,這意味著他們更易出現超速、駕駛時不佩戴安全帶或頭盔、酒後駕車等危險行為。
近年來,隨著機動車保有量的增加,道路里程的延伸,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擬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擬器具有非常積極的意義。
基於以上幾種原因,駕駛模擬器教學有望成為學車流程一部分。

駕駛模擬器教學

駕駛模擬器教學,是指通過一種類似機動車駕駛的設備,採用電腦設定相應程式,模擬出各種路況場景,以達到培訓的目的。具體安排是,學開車的市民在完成理論考試之後,要首先玩玩這個“電子遊戲”-駕駛模擬器,才能在現實中開車上路練習駕駛技能。

用途及前景

使用駕駛模擬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。另外駕駛模擬器可以在室內進行,不受天氣、時間等的影響,便於管理和維護,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號由交通部制定的《機動車駕駛員培訓教學大綱》,每個學員上模擬器訓練10個學時,就等同於實車駕駛訓練3小時。
使用主動型汽車駕駛模擬器可以代替真車20%~30%的訓練時間,而使用被動型駕駛模擬可以代替真車5%左右的訓練時間。如果在不減少真車訓練時間的情況下,那么將極大地提高學習效率,使得學員很快進入狀態(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擬器學習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(約人民幣:660,000.00元),此外,模擬器還不排廢氣,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,由於手腳配合不協調,動作慌亂,因而有不同程度的恐懼心理。使用模擬器後,學員可以很好地掌握離合器、剎車、油門、檔位、方向盤等的協調。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),反覆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,新學員通過駕駛模擬器的熟練操作,可以減少由於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。
提高市場競爭力,率先引用科技教學方法,有效提升駕校的品牌形象,標示自己行業領導者的角色。

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感測器發生變化,從而引起電信號的變化。信號採集及處理子系統按照一定的精度定期採集感測器上的電信號,並進行濾波等處理。處理後的信號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擬運算,計算出車輛的當前狀態,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擬以及送入儀表系統進行儀表顯示。

分類

汽車駕駛模擬器分類如下:

簡易式

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擬器熟悉檔位等部件的操作,是屬於最簡單的模擬器。

被動式

被動式汽車駕駛模擬器。採用前面介紹的簡易型駕駛模擬器,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中播放已經錄製好了教學錄像,並播放操作提示語音,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產生影響,故名被動。
駕駛模擬器駕駛模擬器

單螢幕主動式

單螢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感測器,感測器中的數據是通過感測器採集系統進行採集獲取,然後輸入計算機系統。在模擬器的內部安裝有一台計算機,一個螢幕,學員在操作方向盤等部件的時候,螢幕上的圖像會實時的跟著變化,並且會對學員的錯誤操作進行提示,例如換檔未踩下離合器。由於用戶的操作會對螢幕中顯示的圖像產生影響,故名主動式,又名互動式。這種模擬器不同廠家的硬體配置都差不多,主要區別在在於軟體的功能。

三螢幕主動式

三螢幕主動式汽車駕駛模擬器。這種模擬器是在單螢幕主動式模擬器的基礎上增加了2個螢幕,這樣就使得顯示的視角大於150度,視野更加寬廣,沉浸感更強。

液壓伺服體感式

液壓伺服體感模擬器。這種模擬器在主動式模擬器的基礎上增加了液壓伺服裝置,可以產生運動提乾,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,主要用於研究[5]。這種模擬器的代表是美國愛荷華大學的動感模擬器。

配套軟體

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”。
1原地駕駛
原地駕駛主要用於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確換檔。
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初級訓練場景
“初級訓練場景”主要用於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”。對於這10項訓練內容,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標準進行[7]。
進行場地訓練時,如果考試不合格,則系統自動將車輛退回到起點位置,方便學員重新進行訓練和考試。
1樁考
“樁考”考核機動車駕駛人操控車輛完成側方移位、倒車入庫和正確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,碰擦樁桿,車身出線,移庫不入,中途熄火,中途調整車身位置。
2側方停車
“側方停車”讓駕駛員掌握將整車正確停於路右車位(庫)中的技能,以適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,碰擦樁桿,行駛中輪胎觸軋車道邊線,中途調整車身位置。
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,準確判斷車輛的位置,正確使用制動、擋位和離合器,以適應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車輛的能力,以準確適用檔位和離合器的能力,以適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,採取正確的操作方法,控制車輛平穩停車和起步。做到轉向正確,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確協調。
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,汽車前保險槓距離樁桿線超過50厘米,車輛保險槓未停於樁桿線上,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,起步時後溜大於30厘米,起步時後溜小於30厘米。
4通過單邊橋
考核機動車駕駛人員對所駕駛的車輛能準確運用方向,並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。
駕駛員要正確掌握方向,將甲、乙兩橋分別用左、右邊輪壓於輪下,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。
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。
6直角轉彎
考核駕駛員急彎路段迅速運用方向對車輛內輪差距進行正確判斷。
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,藉助倒車完成。
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
機動車駕駛人駕駛車輛以不低於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”考試結束,時速低於20公里/小時通過,不按規定路線、順序行駛,碰擦限寬門懸桿。
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,對車輪行駛軌跡和內、外輪差的判斷能力。
用二擋(含)以上擋位,將車騎於圓餅之上通過,車輪不得碰、擦、軋圓餅,並且不得超、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。
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,在百米內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。
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)路面進行正確判斷的能力,並做到制動、離合器、檔位三者配合適當。
車輛正常行駛在障礙物前20米內制動減速,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,設定了“城市道路”,“高速公路”,“鄉村道路”等訓練場景。在各訓練場景中,又設定了各種危險情況,如行人橫穿公路等[8]。
1城市道路
城市道路場景中設定了立交橋、十字路口、丁字路口、環形島、環城路、隧道等內容。
2高速公路
場景中有收費站、超車道、行車道、出口等交通標誌牌,車距確認、隧道、高速公路出入口等內容。
3鄉村道路、山區道路、泥濘路
設定了急彎、陡坡,泥濘路,漫水路等場景。

網路互聯

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

理論知識

採用最新(2013年1月公布的最新標準,四選一)標準化試題,題庫里共有1500道試題。

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種交通警察手勢信號(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。

系統設定

可以對系統進行相應設定,如增加刪除教學錄像,修改扣分模式和錯誤分值,修改方向盤靈敏度係數等。

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,並且可以將訓練成績及錯誤明細表作為歷史記錄保持下來。

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