学文网驾驶模拟器篇1
关键词：汽车驾驶模拟器；驾驶培训；虚拟现实技术
The Reviewed on Research and Application of Automobile Driving Simulator
LONG Qiong1, ZHOU Zhao-ming
School of Civil Engineering, Hunan City University, Yiyang 413000, China
Abstract: A dynamic Through creating a virtual driving environment and vehicle driving simulator for driver driving training, can effectively save energy, reduce the training costs, improve training efficiency and level. This paper summarizes the research and application of driving simulator problem, first of all, the concept of vehicle driving simulator, the principle has carried on the brief introduction; Then, this paper analyzes the research and application status of vehicle driving simulator, puts forward the application of driving simulator in driving training; Finally the future development prospect of vehicle driving simulator is discussed. In this paper, we study for our better use of advantage of backwardness, the development and application of driving simulator has a certain reference and guidance significance.
Key words: Automobile Driving Simulator; Driving training; Virtual reality technology
中***分类号：F407文献标识码： A
0 引言
随着我国经济的发展，机动车保有量日益增加，交通安全问题越来越成为人们高度关注的社会问题。按照系统论观点，驾驶员、机动车、道路、出行环境是道路交通系统的基本组成要素。而驾驶员作为道路交通系统中的重要元素之一，具有较强的可塑性和主观能动性，为使交通系统整体系统功能达到最优，对驾驶员的培训应在不影响其效益的前提下尽可能处于最优状态。驾驶员的最优基本标准有两个，一是驾驶安全，二是工作量和驾驶效益。因此，加强驾驶员的驾驶技能培训，对于提高整个交通系统安全指标具有较强的理论和实践意义。在这种条件下，汽车驾驶员培训蓬勃发展。但是作为一种飞速发展的培训行业，如何有效地提高驾驶员培训的质量，确保交通安全是驾驶员培训面临的重要问题。在这种情况下，汽车驾驶模拟器(Driving Simulator，DS)应运而生。
本文阐述汽车驾驶模拟器的研究现状及驾驶员培训中的应用问题，并对其发展前景进行了展望。本文研究对于我们更好地利用后发优势，开发与应用驾驶模拟器具有一定的借鉴与指导意义.
1 汽车模拟器简介
汽车驾驶模拟系统是综合计算机、控制、微电子、光学、精密机械等多学科的高新技术产品，是展示汽车特性和性能、模拟汽车驾驶的有效工具，它具备了视觉、听觉、身体触觉的实时模拟功能，不但能对汽车的大部分驾驶情形及不同驾驶条件下的驾驶情况进行模拟，而且可以无任何风险地重复和再现现实世界中的各种灾难性事件，如汽车碰撞等。它利用虚拟现实仿真技术营造一个虚拟的驾驶训练环境，人们通过模拟器的操作部件与虚拟的环境进行交互，从而进行驾驶训练。
汽车驾驶模拟器按用途不同，可分为两类：一类训练型驾驶模拟器，用于安全教育、交通规则教育和驾驶训练等。另一类是是科研型驾驶模拟器，用于汽车安全产品开发和人-车-路基础学科研究；如***1中（a）、（b）是训练型驾驶模拟器，（c）和（d）则是科研型驾驶模拟器。
(a) 单屏驾驶模拟器
(b) 多屏驾驶模拟器
(c) 支架式驾驶模拟器
(d) 真实汽车驾驶模拟器
***1 各种典型的驾驶模拟器
汽车驾驶模拟器的工作基本工作过程为：
Step1：驾驶员对操作部件进行操作，产生相应的机电控制信号；
Step2：机电控制信号经过信号采集与处理，形成相应的车辆动力学模型输入信号；
Step3：车辆动力学模型进行仿真计算，获得当前的车辆状态，例如发动机转速、发动机输出扭矩、车速、车辆当前的位置等信息；
Step4：将车辆状态信号传输至输出设备，如显示系统、音响系统、仪表系统等；
Step5：驾驶员获得车辆状态的模拟信息，进行下一步操作。
整个过程如***2所示。
***2 驾驶模拟器工作原理框***
2驾驶模拟器研究与应用现状
本文主要研究汽车驾驶模拟器在驾驶员培训中的应用，在此仅对训练型驾驶模拟器的研究与应用现状进行综述。
（1）国外驾驶模拟器研究与应用现状
在国外，驾驶模拟器最早出现在航空驾驶训练中，随着电子计算机技术和虚拟现实技术的不断发展，驾驶模拟器逐渐应用到汽车驾驶训练中。目前，美国、日本和欧洲等发达国家已普遍在驾驶员培训中使用汽车驾驶模拟器。早在20世纪70年代中期，美国就有500多所汽车驾校装备了各种驾驶模拟训练器。而在1970年，日本***府甚至以正式法律明确规定：汽车驾校必须装备汽车驾驶模拟器。大多数欧洲国家也相继制定了使用汽车驾驶训练模拟器的法规。由于***府的大力支持，驾驶模拟器的研究与推广应用得以飞速发展，大大提高了培训效率和水平。
以日本为例，日本在汽车驾驶模拟器开发领域的代表企业有Forum8、丰田、本田等公司。Forum8的体验型驾驶模拟器结合了富士重工航空宇航部门的飞行模拟器技术及斯巴鲁汽车的电动六轴运动平台。UC-win/Roadwebviewer软件能提供道路、交通、城市等模型，并在此基础上，进行道路障碍、信号控制等各类互动场景的制作。丰田公司的驾驶模拟器使用实车方向盘，驾驶模拟器控制部分能根据驾驶操作，如加油、刹车、方向盘操作等，并结合环境条件，如路面状况，摩擦系数、横风等，对车辆的运动情况进行分析，从而实现场景的驱动。
在驾驶模拟器应用方面，日本驾校中普遍设有一项叫做“危险预测”的模拟驾车课程，学员通过驾驶模拟器进行操作，车辆参数设置和驾驶环境设置与真实值一模一样，操作者在操作前系上安全带，然后踩离合器、挂挡、踩油门、上路。导航仪提示在路口转弯，前面有来车或路面上出现诸多紧急情况，操作者都必须正确应对，模拟驾驶结束后，教练结合学员驾驶的录像，指出在各种情况下可能遇到的危险和驾驶员的各种应对措施。通过这种模拟驾车，学员在操作中能够快速增长实际驾驶经验。
（2）国内驾驶模拟器研究与应用现状
在国内，一些公司（如北京宣爱、安徽三联等）也相继开发了汽车驾驶训练模拟器，但这些产品相对比较低端，与国外先进水平相比有较大的技术差距。虽然，这些驾驶模拟器具有成本较低的优点，但结构简单，功能单一，使用效果与宣传差距很大，不具备高沉浸感，也难以实现驾驶的互动性，毋庸讳言，这些产品主要通过低端软硬件采购组装而成，缺少***的知识产权是制约其开发的根本原因，因而，驾驶真实感差，制作画面粗糙。随着国内交通量的增加，驾驶员人数的增多，目前国内的驾驶模拟器技术难以满足日益增长的交通安全教育方面的要求。当前的驾校培训主要通过“师傅带徒弟”，“一车、一教练、一徒弟（或多徒弟）”的传统培养模式开展的，基于驾驶模拟器进行驾驶培训的驾校非常少。
3 驾驶模拟器在驾驶培训中的应用问题
国内的训练型驾驶模拟器应用处于刚刚起步的阶段，经过数十年的发展，已基本能提供驾驶理论培训和驾驶技能模拟培训，采用了国外成熟的技术平台，成本控制较好，性价比高，已经在部分省市开始试点使用，但与国外相比存在较大的差距。概括而言，主要存在一下问题。
（1） 对汽车驾驶技能的整体性、系统性认识不明，因而培训目标设计缺乏科学依据，导致培训工作顾此失彼、被动应付的的局面。
技术教育的目的在于“提高劳动者的素质”，以适应现代科学技术发展的需要。从宏观意义上讲，这是完全正确的。但是，模拟培训技术工作还需要阐明作为培训预期目标的技术能力的整体结构、组成要素及其相互关系，否则，是很难提高技术培训的科学化水平的。近年来，正是由于缺乏这方面的理论研究，使得技术培训方案的制定工作存有较大的盲目性，往往是“头疼医头，脚疼医脚”，造成了某些培训内容缺乏针对性、求学积极性不高和培训效果不佳的恶性循环。显然，如果对技术能力的整体性、系统性的认识问题不解决，即使在培训中投入再多的人力、物力，其效果都只会是事倍功半，无助于从根本上扭转当前培训工作的被动局面。我们认为，要解决提高培训效率的问题，研究的关键在于首先从宏观上阐明汽车驾驶技能结构的组成要素及其相互关系。只有如此，才能为培训内容的整体设计提供科学的依据，也才能确保对学习者进行有目的、有计划、高效率的定向培养。
（2）对汽车驾驶技能结构中操作成分与心智成分的主从关系认识不明，在确定培训的战略重点时，或者主次不分，或者本末倒置，导致培训不能适应现代科学技术发展对驾驶员的新要求。
一些部门在制定汽车驾驶培训的教学大纲和方案时，或者片面强调操作技能，或者局限于一些操作性知识，都较少涉及急需的心智技能的培养内容，必须指出，这种指导思想的盲目性都是由于缺乏对汽车驾驶技能结构各要素主从关系的研究造成的。所以，当前汽车驾驶技能培训研究所面临的又一项任务，就是结合我国推进传统汽车驾驶培训改革和赶超新技术***的要求，在研究汽车驾驶技能整体结构的同时，揭示出对现代技术能力结构中起决定性作用的组成要素，为今后的技术培训战略重点的抉择提供理论依据。
（3）对技术培训的学习规律认识不明，缺乏专门的动态研究，导致现行培训沿袭经验主义或工匠式的教学方法，妨碍了学员汽车驾驶技能的有效形成，特别是在心智技能的培养方面，其影响尤为突出。
技术培训是一种社会生产经验的传递过程，它是借助于一定的媒体（如文字符号、***表、仪器.、机器或自动控制台等）进行的。为要使汽车驾驶培训取得预期的效果，必须充分注意汽车驾驶技能各种要素形成和发展的规律，也就是学员获得经验时的各种规律，即学习规律。可以认为，培训内容的结构再完整，对各要素内容的主从关系再明确，如果忽视了受培训学员的接受规律，也难获得理想的成效。众所周知，有关学习规律的研究一般是由教育心理学家来进行的。然而，近年来，教育心理学家却较少参与技术培训的研究工作。一些调查表明，我国技术教育水平目前普遍落后于普通教育。在汽车驾驶技能培训过程中，或者沿用普通教育模式，或者采用传统的“是师傅带徒弟”的方法；或套用实车训练的组训方式，培训效果难以达到预期的要求，特别是在急需的心智技能的培养上，其成效更差。我们认为，缺乏吸收教育心理学已有成果以及系统研究汽车驾驶技能培训的特殊规律、特别是心智技能的形成规律，是其主要原因之一。要改变这种状况，除了将教育心理学理论的成果有选择地应用于汽车驾驶技能培训之外，应根据汽车驾驶技能培训的特殊要求，系统地开展一些专题研究，在各项培训要素中，心智技能的形成和迁移规律问题又是其难度较大、且对现代汽车驾驶培训整体效率影响最大的问题，可以作为当前汽车驾驶技能形成规律的研究重点。
综上所述，当前汽车驾驶模拟培训技术的研究方面存在的问题是，缺乏明确的指导思想，其具体表现为：宏观上对汽车驾驶技能的整体结构、组成要素及其主从关系认识不明；微观上缺乏对汽车驾驶技能形成规律的方法探讨，可以认为，这就是妨碍汽车驾驶模拟培训技术科学化的症结所在。
4 发展前景展望
随着电子技术、计算机技术及虚拟现实技术的蓬勃发展，汽车驾驶模拟器的未来将有更加美好的发展前景，概括而言，未来汽车驾驶模拟器将具有以下几个方面的特点。
（1）沉浸感强，交互友好
理想模拟驾驶环境应该使用户完全沉浸其中，使用户在虚拟化解下实现车辆真实行驶情况下的驾驶感受。友好的交互性能是指用户对模拟环境内物体的可操作程度和从环境得到反馈的自然程度具有一致性，能给驾驶员产生接近现实的动态驾驶体验。通过模拟驾驶体验，驾驶员不仅能够获得视觉、听觉、力觉、触觉等方面的感知体验，还能够结合人的视觉和运动等生理特性，让驾驶员在潜移默化中学会各种操作细节、交通法规，从而达到能够真正户外驾驶的目的。
（2）能够模拟驾驶过程中的非常规环境，提高驾驶员应急反应能力
在传统的驾校培训过程中，往往只能进行常规培训，告诉学员怎么驾驶，而在非常规条件下，如车辆刮擦、冰雪天气、酒后驾驶、超速行驶等危险场景，驾驶员如何操作，传统驾校则无法进行针对性的培训，事实上，非常规条件下的驾驶能力，更能够反映驾驶员的实际水平。因此，模拟驾驶过程中的非常规环境，提高驾驶员应急反应能力，是未来驾驶模拟器的另一个发展方向。
（3） 个性化培训定制
未来的驾驶模拟器将基于国家道路安全法规和驾驶员培训体系，考虑驾驶员不同年龄、不同职业、不同性别、不同体质、不同偏好的驾驶人能够实施个性化定制，并进行有针对性的培训体验，根据不同驾驶员的驾驶表现，研究建立完善的驾驶员安全意识分类培训体系和数据库。
（4）可扩展性
不同的场所，不同的用户对于驾驶模拟器的要求是存在差异的：驾校往往偏向于驾驶理论和驾驶技能的培养，交管所更加注重驾驶员安全技能和意识的教育，而游乐场则需要通过模拟驾驶的游戏体验，加强青少年的交通安全意识。诸多环境的模拟驾驶需求对驾驶模拟器提出了较高的可扩展性要求，要求驾驶模拟器能够具有较强的二次开发能力。
5 结论
驾驶模拟器的推广与应用，在虚拟现实的环境下进行驾驶员培训，能有效节约能源，降低成本，提高培训效率。随着视景技术的成熟和硬件成本的降低，国外驾驶模拟器的研究与应用水平的稳步提高，为我们利用后发优势，开发驾驶模拟器提供了良好的发展机遇。
参考文献：
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驾驶模拟器篇2
关键词：汽车驾驶模拟器 回正力矩 单片机 直流电机
中***分类号：TP391.9 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2013）06-0012-02
1 引言
驾驶员在汽车驾驶模拟器上不仅能实现实车驾驶上一系列操控动作，通过识景仿真系统体验实车的感觉。集合了传感器、计算机三维实时动画、计算机接口、人工智能、数据通信、网络、多媒体等多种先进技术的汽车驾驶模拟器用于研究和训练时，可以模拟不同路况、天气状况，让驾驶员获得逼真的“路感”，以及以分析汽车的性能指标。驾驶模拟器的在研究和训练中可以节省大量的自然资源，因此得到了越来越广泛的应用。
转向系统是车辆的重要组成部分。车辆转向系统的发展经历了机械式转向系统、液压助力转向系统、电液助力转向系统和电动助力转向系统四个阶段[3]-[9]。方向盘回正力矩的仿真效果直接影响到汽车驾驶模拟器的真实感。过去采用特性弹簧或大型液压元器件输出力矩，不是仿真误差太大，达不到动态仿真效果，就是造价太高不能只能用于科学研究而不能在日常生活中推广[10]。近年来，随着电子技术发展，电子元器件的成本大幅下降，使直流电动机作为回正力矩的生成部件得到广泛的应用。
2 硬件系统的设计
驱动电路采用运动控制处理器LM629与运动控制H桥组件LMD18200构成直流伺服系统，通过改变单片机的PWM占空比控制电机的输出力矩。
3 串口通信电路
4 回正力矩的模拟
本系统通过直流力矩电机输出力矩实现回正力矩的模拟。由于直流力矩电机输出力矩与电流之间构成正比关系，控制好直流电机电流的大小就能准确的控制直流电机的输出力矩。本系统回正力矩的模拟是通过单片机的PWM（脉宽调制）方式控制直流电机的平均电压，选择输出力矩所需要的占空比，实现所需输出力矩的控制。
5 回正力矩的计算
在计算机上输入汽车车速和方向盘的转角，算出方向盘上受到的回正力矩。计算机通过串口通信电路，将计算的回正力矩值传送到单片机C8051上，单片机根据这个数值对直流电机发出控制指令控制输出力矩。电机运行后，传感器开始工作，将直流电机的输出力矩反馈给单片机，单片机再将这一数值传送给计算机，如果这个数值与计算值不在误差范围内，计算机就通过PID算法实现调速，直到输出值与计算值在误差范围内。
6 结语
本系统以单片机C8051与运动控制芯片LM629处运动控制H桥组件LMD18200构成直流伺服系统，通过积分分离型PID控制算法把输出力矩控制在一定误差范围内，提高了输出力矩的精确度。经实验验证，本系统力矩的输出值与计算理论值非常接近，达到了方向盘回正力矩仿真的效果。
参考文献
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驾驶模拟器篇3
2014年2月，德国一家飞机模拟驾驶舱制造商推出了价格高达约62万元人民币的家用模拟驾驶舱，购买这种驾驶舱的玩家，在家中就可开着极具真实感的空中巴士A320或波音737飞机，遨游万里长空。
这个仿真机舱拥有3个高清投影荧幕，玩家可以设定各种突况，考验自己的驾驶能力。这么昂贵的“假机舱”，能有市场吗？这家德国制造商并不担心这个问题，经济能力高而且想体验虚拟飞行乐趣者，大有人在。
有的人无法购买价格昂贵的飞行模拟器，那就自己动手，慢慢购买各种配件组装，一样可以达到目的。19岁的英国青年汤姆・霍尔，早在两三年前，就用了8个月的时间，花费8 830美元，组装了较为简单的模拟驾驶舱。
霍尔的飞行兴趣始自10岁那年，父亲在他生日时，带他到飞行学校试课，没料到让他疯狂地爱上了飞行。于是，他开始每个月上一次飞行课，但这并不能满足他，在父亲的支持下，他开始打造自己的驾驶舱。父亲把家里一间房间给他当了私人机舱，从大荧幕、表盘、控制箱、操纵杆，一应俱全。甚至，他还在椅子上安装了可与操纵杆同步的震动器，可随着气流或着陆时颠簸而震动。
霍尔的飞行模拟器物有所值，因为长时间操作训练，让他非常熟悉飞机操作，并且在17岁考取飞行驾照，成为英国苏格兰地区最年轻的飞行员。
相比霍尔，法国人劳伦・艾贡可没那么幸运。艾贡从小爱看飞机起降，喜爱有关飞机的一切，但没机会上飞行课，也没有成为飞行员。然而，艾贡热爱飞机的心没变，35岁那年，他在朋友协助下，一步一步自己添置737飞机驾驶舱的材料。经过5年时间，在花掉数千欧元后，他终于打造出一个如幻如真的飞行模拟器平台。
艾贡与霍尔不同的是：艾贡是一位电脑游戏爱好者，利用设备加上电脑程式，满足自己对飞行的渴望。霍尔则是以飞行模拟器，操练自己的飞行技术，以成为真正的飞行员。
上述两人创建自己的飞行模拟器的目的不一，一为虚拟飞行，一为真实操控飞机，但都同样达到飞行目的。因此，飞行模拟器对飞行爱好者而言，可是一种不可多得的好东西！
游戏与训练大有分别
一般在家中设置的飞行模拟器，不少是与电子游戏接轨，达到仿真效果；但是，真正的机舱模拟器，除了电脑设备齐全，同时还在舱外设有机械支架，由电脑控制左右移动，仿真程度极高！
在港剧《冲上云霄II》中，就有一幕由张智霖饰演外号“Cool魔”的机长，在模拟机舱内测试另两位副机长的应变能力。
航空公司的这类机舱，动辄百万美元计，并非电子游戏，主要是用来训练机师，尤其是驾驶巨型客机的机师，必须在这类模拟机舱中完成许多飞机操作技能。在进行训练的模拟机舱中，机师需要懂得各种导航技术指令、飞机滑行程序、无线电呼唤、无线电频率、机坪程序等，同时需要懂得解读航线***、航路导航点等。
也就是说，充作游戏用途的飞行模拟器和训练之用的模拟器，虽然模拟场景或电脑控制内容有一定相似度，但在实际操作和训练时，依然有着极大的分别。
汽车模拟驾驶日益重要
早在20多年前，国外就有一些汽车驾驶训练学院引进了汽车模拟驾驶系统，就像如今在购物商场游乐中心所见的立体赛车电子游戏。
驾驶模拟器最初应用在航空驾驶训练，随后大量应用在汽车驾驶训练，成为培训汽车驾驶者的初阶工具。
现今，许多国家已频繁使用汽车驾驶模拟器，一些国家例如日本，更是立法规定汽车培训学校，必须备有汽车驾驶模拟器。仿真汽车驾驶训练包括汽车转向、制动和加速模拟，已从早前的平面驾驶场景，转变成利用电脑技术创造3D场景，甚至加入逼真的声音模拟，几乎完全“克隆”了真实的学车环境，能够消除初学者的恐惧心理，规范他们的操作。
飞行模拟游戏仿真度最高
当电脑技术越来越进步，飞行模拟器与飞行模拟软件越来越无法切割！如今，飞行模拟器上的软件，可以成为飞行员训练的内容，也可以成为一般飞行爱好者所热衷的电脑游戏。
1977年，第一个飞行模拟游戏出现了，让许多游戏迷为之疯狂，发明人是当时24岁的美国人布鲁斯・阿特维克。这款游戏引起微软公司的注意，并迅速把它收购。1982年《微软模拟飞行》出现，发展至今，这款游戏已成为飞行游戏迷心中的经典。
2006年后，一款名为《X-Plane》的飞行模拟游戏崛起，它与微软的飞行模拟游戏同时拥有不少支持者，在飞行模拟游戏界分量举足轻重。
除了飞行爱好者，各国空***和航空公司同样关注飞行模拟游戏软件的发展，将一些仿真度极高的游戏，列为飞行员训练项目之一，甚至与游戏软件公司合作，开发适合的软件。
一些精准度高的飞行模拟游戏，例如《X-Plane》第二级（Level 2）以上的版本，已得到美国联邦航空管理局认证，可以用在真实和虚拟的飞行训练。目前，美国联邦航空管理局和欧洲航空安全局是全球主要航空器适航证认证者，能够得到这类航空认证单位认同，可见飞行模拟游戏已非泛泛之辈，在航空界已占有重要地位。
单人操控变成集体游戏
现实中，每架飞机起落需要各方面配合，飞行员、航空管理员皆是重要人物，以此协调空中的“路况”和安全。
模拟飞行这件事已从个人爱好，演变成在各网络论坛讨论和分享心得，然后出现网上联合飞行社区。飞行模拟游戏也从单打独斗，变成群体合作，与志同道合者一起玩转虚拟世界！
驾驶模拟器篇4
摘要：本文针对汽车综合性能试验在试验安全性、试验的可重复性、试验设备等方面存在问题，提出了一种基于汽车驾驶模拟器的车辆性能测试虚拟系统。该系统具备驾驶模拟、车辆运行状态参数与驾驶员操纵数据采集、驾驶员操作规范性分析、数据的时间序列存储和可视化呈现等功能，可在试验室内完成汽车加速、滑行、制动等整车性能试验，解决现有实车试验的瓶颈问题，从而达到提高实践教学效率的目的。
关键词：汽车驾驶模拟器；车辆性能；虚拟系统；车辆工程
中***分类号：G642.3 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2017）26-0243-02
对于普通高校而言，在开展较为专业的汽车性能试验时，往往会受到试验设备老化、试验场地不专业、天气条件多变等方面的不利影响，导致实践环节的教学效果不理想。[1-5]为此，本文提出了一种开展汽车性能试验教学的新平台，即一种基于汽车驾驶模拟器的车辆性能测试虚拟系统。
一、车辆性能测试虚拟系统的功能
基于汽车驾驶模拟器的车辆性能测试虚拟系统具备驾驶模拟、车辆运行状态参数与驾驶员操纵数据采集、驾驶员操作规范性分析、数据的时间序列存储和可视化呈现等功能，可在试验室内完成汽车加速、滑行、制动等整车性能试验。
（一）驾驶模拟
汽车驾驶模拟器主要由敞开式驾驶室、视景子系统、音响子系统、信号采集与处理单元、各类模型、核心计算单元等六部分组成。可根据驾驶员的操纵输入来解算车辆的状态参数，为视景子系统和数据分析提供数据源。
（二）数据采集
汽车性能试验虚拟系统由上位机和下位机组成，汽车驾驶模拟器的核心计算单元作为上位机，通过局域网实现与下位机的物理连接，采用UDP网络通讯协议上位机与下位机之间的数据交换功能。在下位机上，基于QT-creator开发平台实现了车辆运行状态参数与驾驶员操纵数据采集、驾驶员操作规范性分析、数据的时间序列存储和可视化呈现等功能。如***1所示，是下位机的人机交互主界面。
（三）操作规范性分析
参照GB/T 12534-1990《汽车道路试验方法通则》等规范的要求，对驾驶员的操纵进行了量化处理，并结合车辆的性能指标，计算了表征操作规范性的参数数值。
通过信息提示栏的提示功能来为驾驶员提供操作指引，进而确保操作的规范性，如***2所示，在开始加速试验时，信息提示栏给出的提示是“请开始加速试验！采用直接档位，加速至65km/h”。在车辆参数监控与规范性评价栏中，通过参数的颜色来区分不同的评价结果，当参数颜色为红色时，说明相应的操作不规范；当参数颜色为蓝色时，则说明操作规范。
（四）数据的时间序列存储和可视化
如***1所示，用户可在下位机的人机交互主界面中对试验的日期和时间进行设置，日期和时间的默认值为下位机系统的相应数值。如***3所示，在下位机根目录下，日期用来创建试验数据保存的一级子目录，该目录的格式为“yyyy-mm-dd”，其中y表示年，m表示月，d表示日。以试验类型来定义数据存储的二级目录，其格式为“前缀_hhmmrr_试验编号”，加速试验、滑行试验和制动试验的前缀分别为“ACC”、“GLIDE”、和“BRAKE”。
如***2所示，基于QWT数据库开发了用于关I试验参数可视化的数据显示栏。该显示栏采用仪表和曲线两种形式来显示速度、距离、加速度等关键参数，其中仪表用于实时呈现车辆的速度，为驾驶员开展试验提供速度参考。
二、结论
在实验服务项目方面，首先该系统可为课程《汽车试验及设备》中汽车性能有关章节的内容的教学环节，提供演示和实践平台；其次，服务于车辆工程专业的综合实习环节，完成汽车性能试验等相关设备的认知、试验过程与试验方法的熟悉，可为学生的汽车综合实习过程提供一个室内虚拟系统，保证汽车综合试验能安全、准确、全天候地开展，提高学生的参与度和实习效率。
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驾驶模拟器篇5
关键词：虚拟现实；汽车模拟驾驶；汽车动力学；模型；仿真
1 引言
开发汽车模拟驾驶系统具有重大的 社会 效益和 经济 效益。它可取代驾驶培训中学员实车训练中的部分科目和 内容 以及 研究 道路行驶的安全状况，有利于驾驶培训正规化、 科学 化和规范化，减少 交通 事故的发生率，并具有节能、安全、经济、高效等优点。在汽车模拟驾驶系统的开发中，为了尽量达到实车的驾驶效果，则利用 计算 机技术、控制技术和声像技术来模拟汽车驾驶及其行驶环境，所以需要建立逼真的仿真模型。模拟驾驶系统中要求仿真的内容很多,而建立并实现汽车模拟驾驶的汽车动力学模型是研制汽车模拟驾驶系统的前提。要做好汽车动力学仿真,建立正确的动力学模型是关键。笔者在汽车模拟驾驶系统研究过程中,基于汽车动力学知识和计算机控制技术,采用动力学和运动学分析 方法 对汽车所受的力进行研究，将得出的动力学数学模型通过实验建模用于汽车模拟驾驶系统的仿真，开发了适合我国交通国情和道路状况的汽车模拟驾驶系统。此系统主要通过模拟驾驶舱和计算机生成汽车行驶过程中虚拟的视景、音响等驾驶环境，将仿真的实验数据发送给视景计算机，驱动视景变化，视景计算机对车辆运动进行碰撞检测，将碰撞结果反馈给主机进行所受外力的计算，将计算结果以脉冲信号的形式发送给下位机，下位机通过电机控制模拟驾驶座椅摇动及振动来达到模拟驾驶的效果。下面仅就动力学仿真方面内容进行论述。
2 汽车运行状态的受力分析
汽车在行驶过程中,不仅受发动机驱动力 影响 ,还要克服各种阻力等，而汽车的动力性又是汽车各种性能中最基本、最重要的一种性能，要建立汽车模拟驾驶系统的动力学模型需 应用 计算机对汽车的动力学性能进行模拟仿真，最关键的 问题 就在于计算是否与实际情况相符合。通过数学公式所以建立适当的、符合实际的模型，对于精确描述汽车动力系统的运动状态，提高仿真模拟精度是非常重要的。以下是对汽车在不同情况下的受力分析。
汽车在起动时,受到水平方向发动机的驱动力f1,静摩擦力ff,空气阻力(小)fw,坡度阻力fi(上坡时为阻力,下坡时则转化为动力,坡度为零时此力为零,下同)，加速阻力fj。
汽车在运行过程中受到发动机的驱动力ft，滚动阻力ff,空气阻力fw,坡度阻力fi,加速阻力fj,在运动过程中踩刹车时还受制动力fb。加速阻力fj与制动力fb不会同时存在。
汽车在刹车时的受到发动机的驱动力ft，滚动阻力ff,空气阻力fw,坡度阻力fi，地面制动fb，fh手刹制动力fh(手刹拉起时)作用。当汽车发生碰撞时，碰撞外力为fo，是从视景计算机的碰撞检测中计算得到的。
3 车辆动力学仿真运动模型的建立
车辆运动模型主要包括匀速运动、匀变速运动、摘空挡后滑行、踏下离合器踏板后车辆滑行等模型，在模拟驾驶系统的开发过程中，采用了动力学和运动学分析方法对汽车行驶过程进行研究，得出其动力学数学方程，利用数学公式以及后面采用的试验方案进行仿真并检验其仿真度。下面仅讨论匀变速运动和滑行的模型。
3.1 匀变速运动
汽车的操纵性、稳定性是汽车的重要性能之一，下面仅就六自由度汽车操纵动力学模型中汽车行驶包括加速行驶、
5 结论
文章分析介绍了作者在开发基于虚拟现实技术的汽车模拟驾驶系统中进行的动力学分析和仿真所需建立的相关动力学模型，为开发汽车模拟驾驶系统提供了有益的 参考 。在模拟驾驶系统中利用基于力学分析的动力学模型进行仿真，其加速度的产生、发动机转速的计算完全模拟力学、动力学过程；通过上述的建模方法在实验过程中所建立的模型经适当修正后用于汽车模拟驾驶器上运行效果良好，有身临其境的感觉，通过视景计算机产生的视景***像不产生抖动，运动流畅，基本能够真实仿真汽车的运行。
参考 文献
［1］余志生.汽车 理论 ［m］.北京:机械 工业 出版社，1981.
［2］［美］thomas d.gillespie著.车辆动力学基础［m］.北京;清华大学出版社，2006.
驾驶模拟器篇6
关键词:虚拟交通; 定制; 虚拟仿真; 虚拟驾驶
中***分类号:TP391.9 文献标识码:A
文章编号:1004-373X(2010)10-0146-03
Development of Customization Platform for Virtual Traffic Scene
HU Zhao-yong1, GE Hai-song2, YI Ying-xiang2
(1. Faculty of Electromechanical Engineering, Guangdong University of Technology, Guangzhou 510006, China;
2. Dongguan Xinleishen Simulation Control Co. Ltd., Dongguan 523077, China)
Abstract:Construction of virtual traffic scene is a fussy work. The traffic scene of basic roads is created by Creator software, a virtua traffic scene customization system is developed by Vega virtual simulated platform invisual C++ environment. Users can create virtual traffic roads, automobile, traffic light and tree according to their own requirement. At the same time, a virtual automobile can be manipulated with keyboard.
Keywords:virtual traffic; customization; simulation; virtual driving
基于虚拟现实技术的交通仿真广泛应用于驾驶体验、驾驶训练等[1-3]。然而在驾驶模拟器中,交通场景多是实现制作完成的。用户不能够根据自己的需求来设置虚拟交通场景。在此研究可自定制的虚拟交通场景编辑平台,该平台可用于构建常见的虚拟交通场景,从而用于驾驶体验,添加扩展功能后也可用于交通规划的研究中。
1.1 基础模型设计
虚拟交通场景的编辑平台是为了能够根据用户需要,由用户自己建立所需的虚拟交通环境。道路、车辆、行人、红绿灯以及路旁的景色是构成交通场景的基本元素。作为交通场景基本元素中的必备元素,道路是最为重要的建模对象。实际的交通道路可谓复杂多变。但从本质上讲,道路可以分为2种基本类型:直道和弯道[4-5]。为便于编辑虚拟场景,可以将基础道路分成如***1所示的12种类型。
在虚拟交通场景的基本元素中,车辆和行人均属于动态元素。该平台的主要任务是能够自定义虚拟交通场景,因而这里选择了车辆进行研究。
***1 基础道路模型
汽车模型主要包含了汽车的外观和汽车的驾驶行为。相对来说,汽车的外观通过贴***来体现,关键是汽车的行为建模。在虚拟交通场景的编辑平台中,设置了2种汽车。一种是受用户控制的汽车,可以通过键盘来控制;另一种是具有智能行为的虚拟自主汽车[6-7]。对于第1种虚拟汽车来说,汽车的运动完全取决于用户通过键盘4个方向键的操纵。在此参考了文献[8-9]给出的视觉行为建模的思想和方法,建立了新手型、稳重型和冒进型3种驾驶行为类型的虚拟自主汽车。虚拟交通场景编辑平台的核心在于场景的定制功能,因而,将3种行为模型的特征按照表1进行建模。
红绿灯的种类也非常多,在此建立了常见的十字路口红绿灯模型,并通过用户输入接口来自定义红灯和绿灯的时间。而黄灯过渡时间则直接设定为2 s,用户不能自定义。虚拟交通场景中的虚拟自主汽车具有自动识别红绿灯的功能,从而达到红灯停、绿灯行的效果。***2给出红绿灯的模型。
表1 不同驾驶行为模型的主要特征
行为模型速度特征超车行为
新手型
稳重型
冒进型
路旁的景色可以作为静态元素,这里选择了树木作为实景建模的对象。在此基础上,其他静态景色元素也可以类似。而道路和红绿灯是虚拟交通场景的必备元素。作为虚拟交通场景的装饰,树木的建模比较简单,这里采用贴***的方法,建立了***3的虚拟树木。
***2 红绿灯模型
***3 虚拟树木
1.2 系统功能设计
作为一个编辑平台,系统应能提供基本元素的编辑、交通场景的管理和交通场景的仿真。交通场景的管理主要是对用户添加的道路、汽车、树木、交通灯等进行管理。交通场景的仿真则是能够在定制完交通场景后,可以在虚拟交通场景中完成驾驶体验。
虚拟场景的编辑主要是虚拟道路的拼接。为便于对不同种类的道路进行任意连接,该系统将道路全部设为双向六车道。道路的拼接最关键的便是道路在虚拟交通场景中的坐标。为此,在场景编辑过程中,有2个坐标需要进行转换。一个是整个虚拟场景的世界坐标,定义为屏幕的最中央,并在此处放置了由用户控制的虚拟汽车,作为整个虚拟交通场景的零点;另一个是放置模型是鼠标在屏幕中的位置,需要将这个坐标按照虚拟场景的世界坐标进行转换。
***5为虚拟交通场景生成的基本流程。
***5 虚拟交通场景自定制流程
在生成虚拟交通场景时,虚拟道路是必备的元素,但可以跳过添加汽车、交通灯和树木等虚拟物体。这样生成的虚拟交通场景仅有道路和受用户自行控制的虚拟汽车,同样可以进行驾驶体验和场景漫游。
3 虚拟交通场景的实例
***6 系统主界面
该平台事先铺设了草皮,中间的车辆即为受用户控制的虚拟汽车,也是整个虚拟交通场景的原点。***7给出了建立一个局部虚拟交通场景的主要过程。
4 结 语
讨论了虚拟交通场景的编辑平台,该平台提供了典型道路的虚拟模型,用户能够自定制所需的虚拟交通场景。通过设置不同驾驶行为模型的虚拟自主汽车、红绿灯及静态树木等,用户可以通过键盘操作受自己控制的虚拟汽车,从而在自行编辑的虚拟交通场景中进行驾驶体验。
***7 虚拟交通场景定制示例
参考文献
[1]PIZZA Fabio, CONTARDI ontardi, MOSTACCI Barbara, et al. A driving simulation task: correlations with multiple sleep latency test[J]. Brain Research Bulletin, 2008, 63(5): 423-426.
[2]成经平,尹念东,陈定方.基于分布式虚拟现实技术的汽车驾驶模拟器研究[J].黄石理工学院学报,2005,21(3):15-18.
[3]李安定.虚拟现实建模技术研究及其在汽车驾驶模拟器中的应用[D].武汉:武汉理工大学,2006.
[4]娄燕.驾驶模拟器中的虚拟自主汽车视觉行为模型关键技术研究[D].广州:广东工业大学,2006.
[5]卢永明.驾驶安全控制实验平台中虚拟交通环境创建方法的研究[D].广州:广东工业大学,2007.
[6]娄燕,何汉武,卢桂萍,等.虚拟自主汽车智能驾驶行为模型的研究及实现[J].系统仿真学报,2005,17(12):2935-2938.
[7]CASUCCI M,MARCHITTO M, CACCIABUE P C. A numerical tool for reproducing driver behaviour: Experiments and predictive simulations[J]. Applied Ergonomics, 2010, 41(2): 198-210.
驾驶模拟器篇7
[关键词]驾驶行为；驾龄；注意特性
中***分类号：U491.254 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）08-0313-01
1 低驾龄驾驶员生心理特征分析
1.1 低驾龄驾驶员生理特性
低驾龄驾驶员的心率过速基本上是生理性心率过速，许多因素都会影响心率，如驾驶改变、情绪焦虑、兴奋、恐惧、激动等，都可使心率增快，个别情况下也会出现减缓的现象。
低驾龄驾驶员在平直道路上安全行驶时，呼吸的节奏是比较平稳的，当遇到对向来车或被超车时，驾驶员会自然的适度产生紧张的心理状态，将会出现呼吸抑制，造成浅呼吸现象，使平均进气量变小。
低驾龄驾驶员的眼动特性主要包括注视、跳印⒆匪妗Q劬Χ宰寄勘晡铮使其影像落在视网膜的中央窝上，以达到最清楚的视觉活动叫做注视。眼睛在搜索目标物，驾驶员根据需要将注视点由一个物体转移到另一个物体，使注视点对准那个位置时，眼球并不是在做平滑移动，而是在做跳跃运动。追随是眼球的一种较为平稳的运动方式。在头部保持不动的状态下或是当头部和身体运动时眼球做追随运动。
1.2 低驾龄驾驶员心理特性
低驾龄驾驶员安全驾驶的水平首先取决于对驾驶危险的认识水平，低驾龄驾驶员对驾驶危险的认识越深刻，发生交通肇事的可能性就越小。其次，根据低驾龄驾驶员的情感及外在的情绪反应的特性和作用，应尽量采取措施，调动低驾龄驾驶员的积极情绪，避免和防止消极情绪等情感过程。
2 低驾龄驾驶员心理-生理研究指标
2.1 低驾龄驾驶员典型心理一行为特性指标筛选
根据***交通管理局道路交通事故情况综述报告，低驾龄驾驶人肇事率居高不下，既反映出驾驶经验不足，在紧急情况下缺乏应急操作技术和经验，也暴露出低驾龄驾驶人过分自信、忽视安全的问题，本文选择了低驾龄驾驶人的注意能紧张特性、信息处理能力、自我效能感等典型心理一行为指标作为主要研究对象。
2.2 低驾龄驾驶人典型心理一行为特性实验指标确定
瞳孔面积变化，瞳孔变化可以反映内心世界的某些心理活动，凡在出现强烈兴趣或追求动机时，瞳孔会迅速扩大。当人受惊吓或情绪剧烈波动时的瞳孔放大也是交感神经兴奋的结果。
注视点的位置，在不同的驾驶心理负荷水平下，被试的注视点分布模式存在显著差异， 随着心理负荷增大，注视点的分布特征越来越趋于集中。
注意持续时间，注视持续时间代表着处理与危险相关的信息所花费的时间，反映的是提取信息的难易程度。
注视点的数目，区域的几何形状重要性与在该区域的注视持续时间之间有相关性。分区域的注视次数是衡量搜索效率的一个指标。
3 实验方案设计
3.1 实验目的
本实验通过虚拟技术即驾驶模拟器进行实验，通过实验得出数据，并分析不同道路交通情况下下驾驶员的眼动特性，初步揭示影响低驾龄驾驶人驾车安全的内在因素。
3.2 实验人员要求
受检对象是经常进行驾驶行为的低驾龄驾驶员，要求驾龄在三年以下（含三年），无明显的身体疾病。为了更清楚地初步揭示影响低驾龄驾驶人驾车安全的内在因素，在驾驶模拟舱内实验中选取1名经验丰富驾龄驾驶员作为对照参考。
3.3 实验仪器
（1）驾驶适性心理综合测试系统--心理综合测试仪LJ9305-B
驾驶适性心理综合测试系统是根据已有的驾驶适性研究理论和检测方法，将原来独有的仪器、量表等检测工具转移到计算机上，通过软、硬件将测试刺激物和问题同被测者的反应联系起来。该系统集六项测试于一体，在计算机上完成系统实现的六项心理测试为：速度估计测试、复杂反应判断测试、操纵机能测试、危险感受性测试、驾驶员人格测试、驾驶员安全态度测试。
（2）眼动仪
（3）驾驶模拟舱
3.4 实验方案
驾驶适应性心理综合测试是在实验室进行，利用驾驶适性心理综合测试系统进行实验和记录。分别对驾驶员进行速度估计测试，复杂反应判断测试，操纵机能测试，危险感受性测试，驾驶员人格测试，驾驶员安全态度测试六项测试，记录测试结果。
驾驶员典型性驾驶生理行为指标测试是对被检测驾驶员进行两组对照，分别为驾驶低驾龄组与经验丰富组。低驾龄组需要三名男性，一名驾驶经验丰富的人作为对照组。测试不同连续驾驶时间下，经验丰富驾驶员与低驾龄驾驾驶员感知、判断及操作特性指标的影响。
4 实验数据分析
通过对数据的分析比对，不同驾龄的驾驶员在速度估计方面的评价大致相同，具有正确的速度估计能力，对前方、后方车辆的运行速度判断正确。但是，驾龄为一年的驾驶员却存在明显低估车速的现象，驾驶时易开快车且对危险情况防备不足；而在复杂反应方面，驾龄为一年的驾驶员与驾龄为三年的驾驶员反应敏捷，手、脚协调性好，注意力不易分散。驾龄为二年的驾驶员却存在驾驶时过于急躁，易受外界干扰，常出现不适宜的驾驶行为和误操作的现象。
在驾驶员的人格测试方面，驾龄超于一年的的驾驶员驾驶时情绪基本稳定，驾驶时大多数情况能礼让三先，驾驶时基本能***解决各种交通场合情况，有时会采取一定的风险驾驶行为，能适应各种交通环境。而驾龄为一年的驾驶员却在驾驶时情绪起伏较大，心不在焉，驾驶行为不果断。常抢道口、强行超车。不注意互相谦让，不能严格遵守道路交通法规，具有开“英雄车”的典型驾驶心理倾向。
5 结语
本文针对低驾龄驾驶员的驾驶心理-行为特性进行研究，主要分析了被试驾驶员的眼动特性，以理论分析为指导，利用眼动仪等仪器设备，研究驾驶员的瞳孔面积变化、眨眼情况变化、驾驶速度的变化，对驾驶员的紧张情绪进行研究，得出低驾龄驾驶人在紧张性、注意品质、信息处理能力方面存在欠缺的结论，并提出安全对策。
参考文献
[1] 高玲玲，胡江碧，李彦辉心理生理测试技术在道路交通中的应用，第九次全国城市道路与交通工程学术会议论文集.
[2] 张开冉，低驾龄驾驶人典型驾驶心理一行为特性研究，西南交通大学博士学位论文，2008.11.
驾驶模拟器篇8
[关键词]多资源；交叉组合；教学方式；驾驶培训；应用
【中***分类号】G712
驾驶技能的形成，通过何种培训方式，使学驾人员规范而快速掌握驾驶技能，树立安全意识，养成文明驾驶习惯，是每个机动车驾驶培训机构和每个驾驶教练员都在考虑的问题，也都进行了研讨，但总的来说收效甚微。因为目前大多数驾驶培训过程一直停留在原始的以师带徒的层面上，不仅驾驶操作的动作不规范，而且安全意识缺乏、文明驾驶习惯缺失，培训成本一直居高不下，新手上路事故率也成了社会急待解决的热点问题。
本人从事驾驶教学工作已近30余年，对培训方式进行了大量的调查研究，认真分析了目前培训中的误区、教学效率低下的原因、新手上路交通行为特点等方面的问题，同时也进行了多种方式的教学实验，总结出一种适合现阶段驾驶培训教学方式，即多资源交叉组合教学方式。
一.目前驾驶培训教学中的误区
1.目前的培训模式，一般都是学驾人员通过第一阶段理论教学后，取得了驾驶技能准考证明，也就有了上车练习的资格，但他们对交通法规和车辆结构的知识掌握仅仅能应对理论考试，既谈不上理解，更不能在实际训练中应用。
2.教练员在教学中片面强调驾驶操作的动作训练，在整个培训过程中大量的时间精力放在了动作技能的教学上，忽略了法规知识的实际应用和安全意识的培养；***行车时对交通情况的预测和动态估计能力差，更有甚者无法应对一般交通情况处理。
3.动作技能的教学，仅采用简单重复训练，缺乏科学合理的安排，未能正确使用有限的教学资源，造成教学资源浪费严重。
4.在整个培训过程中对学驾人员心理素质培养未能引起重视或缺乏有效的手段和方法。导致新手上路心理素质差，遇突况就惊慌失措。
5.应试教学现象突出，教练员平时只注重考试项目的训练，忽略了日常驾驶生活中实用性技能的教学，其结果是新手上路后无法应对复杂的交通环境变化，造成交通事故多发。
二.驾驶培训教学效率低下的主要原因
社会对驾驶培训的要求是，学驾人员通过培训能熟练操作车辆机件，灵活处理一般道路交通情况，能适应各种复杂交通环境和恶劣气象条件下的驾驶。而培训效率则是驾驶培训机构和教练员通过各种教学手段和教学方法，对学驾人员进行施教，使学驾人员快速掌握驾驶技能，成为合格的驾驶人。当前的培训质量不尽人意，培训效率低下，社会对此颇有微词。造成原因主要有以下方面：
1.目前的教学过程是从学员开始上车培训到考试结束，都由一个教练员***完成教学。培训理念、培训方式老化，教学方法单调，结果导致学驾人员安全意识淡薄、驾驶操作不规范，技能掌握单一，无法应对复杂的交通环境，这与学驾人员心理需求有较大的差距。
2.当前驾驶培训中，驾驶培训机构和教练员未能深入探讨驾驶技能形成的必要途径和教学规律，未能从驾驶操作的动作由简单构成到有机结合进行系统分析；培训过程混乱，培训方式五花八门，教学重点不突出，未能实现《机动车驾驶培训教学与考试大纲》所要求的形成自觉遵守交通法规、有效处置随机交通状况、无意识合理操纵车辆的能力。导致新手上路处理交通情况时频频出错，事故率一直居高不下。
三.新手上路交通行为特点
根据本人多年观察统计分析，新手上路交通违法行为主要有车道选择错误、违反信号灯规定、长期骑压车道分界线、不按规定使用灯光等；发生交通事故的主要类型有刮擦、追尾、驶出路面和倒车事故等；发生事故和交通违法的原因主要有心理素质差、技能不成熟，遇突况时惊慌失措，应急处置失当；驾驶过程中常见现象是该快不能快、该慢不能慢导致车流通行速度下降；交通标志标线交通指挥信号观察不到位和识别错误；车身空间位置估计和判断能力不足，导致跟车、会车、超车中安全间距控制不当，引发刮擦事故和追尾事故发生。
四.多资源交叉组合教学方式的应用
驾驶培训实际操作教学过程应有一套系统的、行之有效的教学方式或教学模式，突出理论教学与实际操作的有效结合，强调驾驶教学中理论指导作用和多种教学资源的合理使用。
目前我们所采用的驾驶训练模拟器进行模拟教学，各机件的操作方法及操作配合方面真实感较强，适合基础驾驶，对于规范机件操作比较有利。道路驾驶训练项目如复杂道路、恶劣气象条件驾驶等，仅管场景模拟较为简单，与实际的驾驶环境有一定的差距，但预见性驾驶的原理、操作的方式有较好的实用性。
多资源交叉组合教学方式安排：多媒体教学―驾驶模拟教学―实车教学―驾驶模拟教学―实车教学。
具体措施：教学内容安排根据《机动车驾驶培训教学与考试大纲》，学员进入实际技能阶段（第二阶段和第三阶段）后，在训练每个科目前，第一步先利用多媒体对学员进行基础驾驶理论教学，通过系统讲解和演示，使学员对各机件的操作建立定向；第二步.进行驾驶模拟训练。通过驾驶模拟练习，使学员基本掌握基础的驾驶操作要领；第三步进行实车教学，学员在驾驶模拟器上练习是静态练习，实车训练则是车辆在动态条件下的练习，学员的操作会受环境的影响，出现动作变样、配合上出现差错。第四步，再返回进行驾驶模拟训练，目的使操作动作的精确、规范；最后再进行实车训练，重点解决配合和精确控制问题。
教学内容中关于操作方法和程序这方面的内容在模拟训练中解决，而涉及动作的精确调控的教学内容则在实车教学完成，这样就可以充分发挥模拟与实车的各自优势，达到高效培训的目的。
三、结语
随着科技的发展，人类社会的进步，人民生活水平的提高，学车的人越来越多，汽车驾驶作为一种基本的生活技能，已被世人共认。汽车驾驶技能培训是动作技能和心智技能的统一。我们要在汽车驾驶教学过程中不断地探讨教学方式，充分发挥理论指导作用，利用各种教学资源进行组合，优化教学过程，体现优质高效的驾驶培训，培养学员成为遵章守法、技能熟练，思维敏捷、反应迅速、判断准确、沉着冷静、处置果断、心里健康的安全型驾驶人。
参考文献
[1]安全驾驶的引路人：北京中德安驾科技有限公司，人民交通出版社编，2006.4
ISBN978-7-114-05866-0
[2]《汽车驾驶培训教学与考试大纲》交通运输部、***文件，交运发【2012】729号
驾驶模拟器篇9
精明强干的刘百顺高工正在指导检查学员的上课，当高干事把记者介绍给他时，他很爽快地答应了记者的采访要求。
潜艇驾驶是一项很难很危险的工作，它比在地上开汽车，水上开轮船，天上开飞机还要难得多！之所以这样讲主要就是因为潜艇在几十米、数百米深的水下行驶，那里黑得伸手不见五指，而且几乎是个无声世界。海底山脉、沉船、战时埋伏的敌人潜艇，只要它不发声，你很难知道它的存在。当然，现代潜艇上都装有先进的声呐探测装备，但也不能大意。世界上最先进的美国核潜艇，前几年不是也撞上了日本渔船。潜艇在水下航行困难，上升也充满着危险。特别是近些年随着我国对外开放步伐的加快，开发海洋活动的大幅增加，对潜艇行动和上浮造成的危害也在不断的加大，我们必须加以充分注意。
培训合格的、能驾驶现代化潜艇的专业技术人才是我们潜艇学院的重要任务之一。学员在课堂努力学好潜艇驾驶的理论之后，到模拟驾驶舱进行一定课时数的训练学习也是必不可少的。学员模拟驾驶要占到总课时的2/3以上。这一点不论在国内、国外都非常重视，现在不仅学院有模拟舱，基层部队也有，因为驾驶太重要了，要打仗，首先就要开的出去，开的回来。
潜艇出海执行作战训练任务，短期几天还行，但时间一长对艇员的心理影响就非常大。我也随艇出过远航，一过两个星期，艇员的心理就起了微妙的变化。长时间在封闭、狭小的空间里工作，而且时刻要绷紧安全、战斗的“弦”，这对艇上的所有人都是一个考验。所以对潜艇艇员进行模拟心理干预也是很重要的。
刘高工热情邀记者进入模拟舱。“这里的面积和实艇差不多。”刘高工说。
“您感受一下。”刘高工让记者坐到模拟台前的木凳上。操纵台上有各种仪表、精确地显示着潜艇的位置、水深、前进方向、姿态等各种与驾驶相关的各种数据，还有操作手柄。记者抬头看了一下深度表，此时潜艇正处在50米的深度。我试着拉了一下手柄，很轻快一点都不费力。显示潜艇姿态的各种数据也随之发生变化，有身临其境的感觉。
“这些器材都是真的吗？实艇操作也这样省力吗？”“是的，模拟器材都是从退役艇上拆下来的，实操艇时也这样。”
一条排水量几千吨的潜水艇在深海里操纵还如此省力，足见现代工业的发展水平之高了。记者默默地想……
驾驶模拟器篇10
关键词：疲劳驾驶；检测方法；预警系统；发展趋势
中***分类号：U471文献标文献标志码：A文献标DOI：10.3969/j.issn.2095-1469.2012.03.001
世界卫生组织2009年的研究分析表明，37.91%的交通事故是由疲劳驾驶引起的。疲劳驾驶已经成为交通事故的重要因素，严重威胁着人们的生命和财产安全；找出疲劳驾驶的诱因及表征，快速、实时、有效地检测疲劳驾驶状态并向驾驶员发出预警信号，将能有效地减少交通事故发生的概率。近年来，国内外学者对监测疲劳驾驶状态的方法和装置都有较深入的研究并取得了一定的研究成果。其代表性的研究主要从3个方面进行：（1）从驾驶员的自身特征出发，通过特定设备检测驾驶员的生理参数或面部表情，根据驾驶员的特征模式在清醒状态与疲劳状态的不同，采用相应的模式识别技术进行疲劳检测。（2）从驾驶行为出发，通过传感器和视觉设备进行驾驶行为信号的采集，最后利用数理分析和模式识别技术达到检测驾驶疲劳的目的。（3）根据车辆运行特征间接判断疲劳驾驶，这种方法既可以用来检测驾驶员的疲劳，又适合进行长途运输管理。
1 疲劳驾驶诱因及疲劳驾驶表征
疲劳驾驶是指驾驶员在长时间连续驾车后，产生心理机能和生理机能的失调，出现诸如视线模糊、反应迟钝、动作呆板、腰酸背疼、驾驶能力下降等现象。
1.1疲劳驾驶的诱因
疲劳驾驶是驾驶员在人―车―环境这个大系统中产生的。驾驶过程中，驾驶员需要时刻接收相关信息，并实时地对之进行判断，做出相关决定和动作。在此过程中驾驶员的中枢神经系统始终处于高度紧张状态，容易导致他们的精神疲劳。同时，驾驶员的肢体因为不断操纵汽车也会引起其肩、臂、腿、脚等部位疲劳，坐姿的长时间固定引起腰、背疲劳，这些因素综合引起驾驶员的心理与体力疲劳。
1.2疲劳驾驶表征
驾驶员疲劳时会表现出一些特殊的生理现象和心理现象。根据驾驶时间的长短，疲劳驾驶可以分为短时间驾驶疲劳和长时间驾驶疲劳。通过对长途车驾驶员的问卷调查，可得出在不同时间连续驾驶出现的一些疲劳表征。
短时间驾驶疲劳出现的表征：（1）频频眨眼，感到有些疲劳，减少了对安全的注意。（2）换挡不及时，不准确，注意力出现不集中。（3）汽车不随路况的不同而及时改变速度等。长时间驾驶疲劳出现的表征：（1）口干舌燥，哈欠连天，频频点头，很难保持抬头姿势。（2）眼睛发干、发痛，眼睛时开时闭，打瞌睡，视线模糊。（3）精神不振，反应迟钝，判断迟缓。（4）往往下意识操作方向盘，车道偏离，分辨不清方位，车速盲目提高等。
此外，在道路条件太好且没有什么变化，或者驾驶员的精力不集中时，也会导致驾驶员产生视觉疲劳。
2 疲劳驾驶的检测方法及特点
目前的疲劳驾驶检测方法有很多，按照测量参数选取的不同可以分为：基于驾驶员本身特征的检测方法（包括检测生理信号和驾驶员的操作特征），汽车行驶状态的检测方法和多特征信息融合方法。这些方法均需要借助仪器对驾驶员的驾驶行为或状态进行实时监测和客观评价，属于被动检测方法。
此外，还有主观检测法，依靠驾驶员的日常驾驶记录或调查问卷，主要用来验证其他驾驶员疲劳检测方法的相关性。下面主要介绍几种被广泛认可的疲劳驾驶检测方法。
2.1基于生理指标的疲劳驾驶检测
相关研究表明，驾驶员在疲劳状态下，生理反应会变得迟钝，信号的激励响应出现延时，生理指标会偏离正常状态，因此可以利用生理传感器检测驾驶员生理指标的变化来判断驾驶员是否进入疲劳状态。目前较为成熟的检测方法包括检测驾驶员的脑电信号、心电信号、呼吸频率等方法。
（1）脑电信号检测。研究者[1-2]发现脑电波（EEG）与疲劳之间有一定的关系，疲劳状态变化的过程中，慢波增加，快波降低，即delta波和theta波增加，alpha波和beta波降低。基于脑电波波形与驾驶疲劳程度的这一关系，参考文献[3-4]进一步根据驾驶员在精力充沛时和疲劳驾驶时的脑电波频谱，分别选取alpha波和theta波在某一频带的平均功率谱密度比值作为疲劳驾驶的评价指标。为了确定采用delta波和alpha波实现驾驶疲劳预报是可行的，赵晓华等人[5-6]利用脑电仪在模拟驾驶中采集驾驶员的脑电数据，采用BP神经网络构建预报系统，分别对delta波、alpha波单独输入和两者同时输入时的预报精度进行验证。脑电信号一直被誉为检测疲劳的“金标准”。
（2）心电信号检测。研究表明，经过长时间的驾驶，驾驶员的心率变动幅度能反映驾驶员所承受的心理和生理上的负担程度。浙江大学的董占勋等人通过心率变异性（Hart Rate Variability，HRV）检测与眼动跟踪同步试验研究[7]，在HRV信号的线性指标中,表征交感2副交感神经张力平衡状态的频谱低频与高频部分比值与PERCLOS p80 值的相关程度最大，皮尔逊相关系数达到0.728,所以HRV可以作为实时监测驾驶疲劳的量化心电指标。因此研究心率（Heart Rate，HR）指标和HRV指标对于描述驾驶疲劳具有潜在的意义。许多学者对HR及HRV信号进行综合研究，结果表明，精神负荷的增加会使HRV信号降低，但对HR信号的影响不明显；随着体力负荷的增加，HRV降低的同时，HR信号也显著提高[8]。
（3）皮电信号检测[9]。随着驾驶疲劳征兆的出现，驾驶员的皮电信号呈上升趋势，并且随着疲劳驾驶时间的延长上升趋势逐渐平缓，最后趋于平稳。
（4）呼吸频率检测[9]。疲劳驾驶情况下，驾驶员的呼吸频率有总体变缓的趋势，并随着时间的延长而趋于平稳。
基于驾驶员生理信号的检测方法准确性比较高，但生理信号测量需要接触人的身体，检测设备会干扰驾驶员的正常操作，影响行车安全。而且，由于不同人的生理信号特征有所不同，并且生理信号与心理活动关联较大，所以，此法实际用于驾驶员疲劳检测时有很大的局限性。
2.2基于面部特征的疲劳驾驶检测
利用机器视觉技术或传感器技术检测驾驶员的面部特征，如眼睛特征、瞳孔的直径变化、视线方向变化及嘴部状态等来研究驾驶疲劳问题。
（1）眼睛特征检测。当驾驶员出现疲劳时，其眼睑运动速度变慢，眨眼频率会加快，同时眨眼的幅度随着工作时间的增加而降低[10]。比如：Hertmann等人[11]从眼睛凝视数据出发，通过瞳孔的直径变化情况检测驾驶员的疲劳状况。试验发现，当眼睛凝视坐标不变时，在疲劳前，瞳孔直径显示出缓慢波动模式；在出现轻微疲劳时，瞳孔直径减少；突发事件时，瞳孔直径突然增大，同时眼睛凝视的相关系数也快速振动。Boverie 等人[12]通过研究眼睑运动监视驾驶员的疲劳；Wang等人[13]在人脸识别后，用小波提取眼睛，最后用神经网络分类器进行疲劳识别；Mita和Ito等人[14-15]用眨眼频率在运动***像中检测驾驶疲劳。合肥工业大学设计了嵌入式实时驾驶员疲劳报警系统，该装置实时跟踪驾驶员的驾驶状态，获取其眨眼频率和持续驾驶时间等数据，用以判断驾驶员是否疲劳或是否集中注意力[16]。
目前被认为是最有应用前景的实时疲劳检测方法――PERCLOS（Percent Eye Closure，指在一定的时间内眼睛闭合时所占的时间比例），为了提高疲劳检测准确率，可以综合检测平均睁眼程度、最长眼睛闭合时间的特征作为疲劳指标，可达到较高的疲劳检测准确率[9]。通过眼睛特征检测驾驶员的疲劳程度，不会对驾驶员行为带来任何干扰，因此它成为这一领域现行研究的热点。
（2）视线方向的检测。把眼球中心与眼球表面亮点的连线定为驾驶员视线方向。清醒状态下，驾驶员正视车辆运动前方，同时，视线方向移动速度比较快；疲劳时，驾驶员视线方向的移动速度会变慢，表现出迟钝现象，并且视线轴会偏离正常的位置。通过摄像头获取眼睛的***像，对眼球建模，把视线是否偏离正常范围作为判别驾驶员是否疲劳的特征之一。
（3）嘴部状态检测。根据常识，人在疲劳时往往都有频繁的哈欠动作，如果监测到哈欠的频率超过一个预定的阈值，则判断已处于疲劳状态[17]。基于此原理，可以完成对驾驶员的疲劳检测。
研究表明，利用视频采集驾驶员的面部特征，判断驾驶员是否疲劳具有准确性高和可靠性高的优点，在性能上比基于生理信号的检测技术要强，而且是无接触的检测方法,驾驶员容易接受，但是这种方法对视频检测技术的要求比较高，测量的准确性与可靠性等相关的技术需要取得突破。
2.3基于头部位置的疲劳驾驶检测
在驾驶过程中，驾驶员正常和疲劳时其头部位置是不同的，可以利用驾驶员头部位置的变化检测疲劳程度。利用头部位置传感器，对驾驶员的头部位置进行实时跟踪，并且根据头部位置的变化规律判定驾驶员是否瞌睡。参考文献[18]中提出了利用微电机系统（Micro-Electro-Mechanical Systems，MEMS）技术的三轴加速度传感器ADXL330置于驾驶员的头部，通过采集驾驶员头部的加速度变化来检测疲劳。
2.4基于方向盘的疲劳驾驶检测
（1）驾驶员手握方向盘的压力检测。驾驶员趋于疲劳时，其对方向盘的握力逐渐减小。马来西亚Kebangsaan Malaysia大学对驾驶员手握转向盘压力变化进行统计学分析，寻找反映驾驶员疲劳状态的重要压力变化点，对疲劳驾驶及分神进行预警。意大利的Universit`a di Pisa 信息工程系[19]设计了一个分布式传感器网络――由16个电容传感器元件组成的传感器单元链，嵌入在方向盘里面，更精确更实时地用于汽车安全系统检查驾驶员的疲劳。
（2）方向盘的转角检测。驾驶员疲劳时对汽车的控制能力下降，方向盘转角左右摆动的幅度会较大，然后在一段时间内其值没有明显变化，同时操作方向盘的频率会下降。通过对方向盘转角时域、频域、幅值域的分析，方向盘转角的方差或平方差可以作为疲劳驾驶评价指标[20-21]。参考文献[22]则通过对方向盘转角的分析，采用模糊神经网络制定疲劳规则，利用改进的BP算法对驾驶员安全进行辨识，预防驾驶员疲劳。
驾驶员对方向盘的操作特征能间接、实时地反映驾驶员的疲劳程度，具有可靠性高、无接触的优点，由于传感器技术的限制，其准确度有待提高。
2.5基于车辆行驶特征的疲劳检测
基于车辆行驶特征的疲劳检测方法，不是从驾驶员本人出发去研究，而是从驾驶员对车辆的操控情况去间接判断是否有疲劳发生。该种检测方法主要利用CCD摄像头和车载传感器检测车辆本身的速度、侧向加速度、横向位移量、车道偏离和车辆行驶轨迹的变化等特征来推测驾驶人的疲劳状态。参考文献[23]通过模拟驾驶获得车辆行驶相关的参数如车速、方向盘角度、加速状态等，去噪后用小波分析提出高频信号特征，然后构造正常情况以及非正常情况的分类器。目前准确度较高的是以驾驶员面部表情和生理信号参数作为判断驾驶员疲劳程度的基准，然后建立疲劳与车辆行驶轨迹的关系模型[24]。这种方法不仅检测驾驶员疲劳，还可以把检测数据传输至长途运输管理中心进行统计分析，再由疲劳检测的结果采取相应管理处理和提供外部服务。
基于车辆行驶特征的疲劳检测设备不需要接触驾驶员，不会干扰其正常驾驶，以车辆的现有装置为基础，只需增加少量的硬件设施而且不会对驾驶员的正常驾驶造成干扰，因此具有很高的实用价值。其缺点是受到车辆的具体型号、道路的具体状况和驾驶员的个人驾驶习惯、驾驶经验和驾驶条件的限制，所以用此方法测量的准确性有待提高。
2.6基于信息融合技术的疲劳检测
从汽车主动安全出发，利用数字***像信号处理和传感器等技术，综合驾驶员的各种疲劳特征信息对驾驶员的疲劳状态进行判别与预警，大大降低了采用单一特征造成的误警或漏警现象。大量研究结果和试验数据证明，使用多特征综合监测驾驶员的疲劳驾驶状态是非常有效和有前途的方法，华南理工大学提出了一种基于多元信息融合技术的驾驶员疲劳检测方法[25]，即利用摄像头和传感器等装置检测眼睛特征、视线方向和驾驶行为，结合信息融合理论建立疲劳特征的判决构架，准确判断驾驶员的疲劳状态。
信息融合技术的应用，使疲劳检测技术得到更进一步的发展和提高，能客观、实时、快捷、准确地判断出驾驶员的疲劳状态，避免疲劳驾驶所引起的交通事故。
3 目前驾驶疲劳检测系统的研究成果
随着科学技术的发展，各种防疲劳系统和产品相继问世。无论是车载防疲劳系统还是加装防疲劳系统都体现了汽车产业与科技产业的紧密结合。现有的研究成果中具有代表性的有以下几种。
日本电脑便民公司开发的感知手握方向盘时脉搏跳动的疲劳报警系统[26]；澳大利亚Advanced Safety Concepts 公司研制的专门头部位置检测仪；沃尔沃汽车公司推出的能不断监测车辆行驶速度，判断车辆是否处于有效控制状态的驾驶疲劳警示系统[27]；沃尔沃汽车公司与澳大利亚国立大学合作研发了最新版FaceLAB系统[28]，以及准确度较高的车道偏离预警系统（LDWS）。这些防疲劳系统主要是通过一些电子检测仪，检测驾驶员的生理信号、操作行为和车辆行驶特征的变化，进而检测驾驶员疲劳并且预警。
目前市场上主流的防疲劳系统分为：通过车载摄像头进行面部特征捕捉，并基于采集到的特征进行疲劳驾驶判断预警的防疲劳系统（比如美国的Attention Technologies 公司推出的DD850和中国的南京远驱科技有限公司研发的“安乃达”牌疲劳驾驶预警系统gogo850）；还有通过汽车行驶时间与行驶里程来计算预警的防疲劳系统（AntiSleepPilot，ASP， 防瞌睡领航员技术）。
伴随着科技的发展，防疲劳技术也在不断进步。国内外专家已经利用驾驶模拟技术和相关检测手段开展驾驶疲劳的研究，并且取得了一定的成果。比如德国弗劳恩霍夫协会数字媒体技术研究所正在研发的预警疲劳驾驶监视仪，可对驾驶员的眼球运动情况进行检测，并通过声音、灯光以及振动等方式进行预警。这种监视仪重点监视瞳孔的移动方向和眼皮的位置，忽略驾驶员头部运动以减少误报的可能。北京工业大学的赵晓华等人[29]通过模拟驾驶仿真验证了用生理信号的综合指标作为驾驶疲劳评价指标的有效性；还通过正交试验分析了声音刺激的声强和刺激间隔对驾驶员状态的影响。试验证明声音刺激不仅对驾驶疲劳有警告作用，还可以在很大程度上减轻驾驶员的疲劳，这为以后的驾驶疲劳预警提示声音的设定提供了理论依据。
4 疲劳驾驶检测方法研究的不足及发展趋势
由上述对国内外关于疲劳驾驶检测方法研究情况的综述可以看出，目前关于疲劳驾驶的研究还存在如下几点不足之处。
（1）现有的疲劳检测方法的评价指标很难客观量化，且不完善。只能观察相关指标在疲劳前后是否存在显著性变化，无法准确判定什么时候进入疲劳驾驶状态。
（2）现今的疲劳驾驶检测装置不是检测效果不理想，就是成本太高，难以获得广泛的应用。因此，寻求高性价比的疲劳驾驶检测装置是目前研究人员关注的热点之一。
（3）利用视觉技术和传感器技术检测驾驶员的行为特征和车辆行驶特征，虽然现在的研究正在朝着非接触式、实时的检测疲劳，但是由于人体差异和复杂多变的外界环境影响，会给测量带来一定的难度。
（4）利用驾驶模拟技术和相关检测手段开展驾驶疲劳研究的方法虽然能够有效地减少实车验证的风险、费用与时间，但由于疲劳驾驶产生的相关机理和检测方法与手段还不够完善，相关仿真软件的有效性、检测精度与可靠性等方面还有待进一步提高。
（5）不论是从驾驶员自身特征还是从车辆运行特征方面看，可以直接获得的特征有限，直接获取的表面特征数据多且有冗余。因此一方面要对疲劳特征再进一步挖掘，提取最能表征疲劳的特征参数，另一方面要采用信号融合处理技术，将多个疲劳特征参数结合起来去对驾驶员疲劳状况进行检测，克服空间、光照、天气等影响，提高检测算法的实时性和准确度。
（6）疲劳表现特征因人而异，疲劳检测系统应该智能化，能够自学习、推断。在驾车初期，系统通过获取驾驶员的相关数据对系统自身进行训练，得出驾驶员的疲劳特征从而选择最适合该驾驶员的检测方法。
从驾驶舒适度、驾驶环境差异以及检测的方便性与可靠性等方面来看，目前基于车辆运行特征的疲劳驾驶检测方法比基于驾驶员生理参数以及操作行为的方法更受研究者关注。在“人―车―路―环境”驾驶系统中，寻求受非驾驶员因素影响比较小的车辆运行特征检测方法，实现传感器智能化与信息融合是未来疲劳驾驶检测方法研究的热点。综上所述，作者认为疲劳驾驶的研究将围绕两个平行的方向展开。（1）利用接触式传感器对人们的疲劳机理和表征进行精确研究，从机理上认识研究疲劳驾驶的特性，建立驾驶员的驾驶行为与疲劳表象之间客观而又精确的关联数学模型，为实现实时检测驾驶员疲劳驾驶提供理论依据。（2）利用智能传感器、信息融合与提取技术以及相关智能算法，通过理论建模和试验分析验证，建立车辆行驶状态与疲劳的关系，并利用高性能的数码智能平台构成智能实时处理系统，从技术上实现对疲劳驾驶实时、精确的检测，并利用现代电子控制技术实现疲劳驾驶的主动控制，从而有效地抑制疲劳驾驶事故的发生。