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【摘 要】面向道路交通网，研究与开发了一种可在室内环境下适应道路交通的汽车驾驶模拟器，能够让驾驶者在几乎真实的道路上进行模拟驾驶训练，显著地提高学车效率与驾驶能力。因此，本文对这样一个汽车驾驶模拟器的研发与应用工作进行了较为详细的论述，希望其可以得到广泛地推广和应用。
【关键词】汽车驾驶模拟器；道路交通网；车辆模型；模拟实景生成；电传感
面对日益变化的城市交通道路情况，倘若驾驶训练不能以真实的道路交通网为依托，驾驶初学者很难快速与熟练地掌握交通规范和驾驶技巧。有必要面向城市道路交通网，研究与开发一种与真实道路交通几乎一样的汽车驾驶模拟器，进一步强化驾驶训练设备的功效。因此，本文较为详细地阐述了如何面向城市道路交通网研发一种可在室内环境下适应道路交通的汽车驾驶模拟器，让驾驶者在几乎真实的道路上进行模拟驾驶训练，进一步提高学车效率，加强驾驶技巧训练。下面将对此项研究内容进行简单论述，并对其实际应用做了初步介绍。
1.汽车驾驶模拟器及其组成
汽车驾驶模拟器作为一种驾驶训练的教学设备，利用虚拟现实仿真技术营造了一个与真实驾驶环境几乎一模一样的学车环境，能够消除驾驶初学者的恐惧心理，为其训练提供有力帮助。
2.电传感器系统
在汽车驾驶模拟器组成中，操纵驾驶舱进行数据采集和处理是其非常重要的环节与内容。本研究系统中的模拟信号来自于方向盘转角、油门踏板、离台器踏板、制动踏板及手制动的位移等，以及通过变速箱各档位、左右转向灯、电门、启动等产生的开关信号。在系统中模拟信号必须通过A/D板进入计算机，开关信号必须通过D/A板进入计算机，由汽车模型计算得到的发动转速、车速等参数也通过D/A板进入控制仪表器。
在这里需要注意一点，模拟信号基本是低频率信号，通常采样的信号频率不可超过10Hz。但考虑本系统的图像生成速速可达30-50帧/秒，为了保证汽车模型计算的精确度，采样频率应当采取10Hz。
3.车辆运动模型系统
在汽车驾驶模拟器中，车辆运动模型系统是控制计算机的核心软件，其计算结果是汽车驾驶动态仿真、车辆声响生成的主要来源和依据。因而，车辆模型中应当包括发动机转动模型、离合器运作模型、纵向位移模型、轮胎转动模型、方向盘转角模型、发动机扭矩模型、车身侧倾和纵倾模型等。
4.模拟道路交通实景及其生成过程
4.1道路交通的模拟实景
模拟道路交通的真实环境是提高汽车驾驶模拟器真实程度的关键部分，也是该模拟器的重要内容。汽车教学没有必要把真实的道路交通环境搬到训练场地，并且这也是不可能做到的事情。因此，利用模拟实景构建较为真实的道路交通环境及周围运行车辆，更加能够起到较好的训练效果。为了节省计算机资源，本研究系统中的模拟实景应当包括以下主要部分：
（1）主要驾驶道路：弯道、桥梁、坡道等。
（2）道路干道上的主要交通标识：红绿灯、通行线、各种类的标识牌等。
（3）其他车辆和行人：按照交通规则在道路上设置其他车俩及行人。
（4）建立车辆声响模型：模拟车辆运动过程中发出的真实声音建立车辆声音模型，有利于使驾驶处于真实的车辆运动环境中，感觉自己在驾驶真实的车辆。
（5）设置远视镜：包括天空、道路前方的精武，使模拟交通环境具有纵深感。
4.2景的生成过程
通常情况下，模拟实景需要利用计算机技术一步一步地按照实情建造模型，但这种方法太过浪费时间。因此，本研究中利用OpenGL图形编程技术研发了一种能够自动生成模拟实景的软件。这种软件只需要建立一个完善的道路交通数据库，就可以利用数据库生成模型实景，非常简单、快捷。为了进一步增加模拟实景的真实度，可以利用传统的模型生成技术对进行修缮，将交通标识、其他车辆、行人、天空等因素设置上去。对于车辆声响来讲，可以利用特效技术，也可利用现场同期声录制真实的车辆声音，这样更加能够增强真实度。
鉴于实景建模的重要性，下面将详细论述建模方面的相关技术和内容。在实时实景仿真中，如果显示精度不高，将会严重影响模型的清晰度和逼真度。因此，汽车驾驶模拟器的设计与制作既要达到经济性要求，也要追究高清晰度和高逼真度。在建模过程中，可以通过相关的建模软件和实时建模相结合的方式，并利用相应的处理技术将真实景物生成驾驶模拟器可视景物，然后进行接下来的绘制工作，便于保证模型的精度。其中，道路中山脉、环岛及行人等不需要太高的精确度，但是建模过程中一定要掌握它们的构图比例，使画面看起来更加协调。
5.汽车驾驶模拟器的具体应用
下面将针对高速公路的道路交通情况，利用本文研究的汽车驾驶模拟器构建一个道路交通模型，向大家展示该模拟器的具体工作过程。
对于本研究中的汽车驾驶模拟器来说，如何模拟道路交通实景是其非常重要的工作内容。对于高速公路来讲，道路交通实景的模拟内容主要包括两个方面：再现道路交通的基本情况，例如交通标志、路形等；再现道路交通的特殊状况，例如交通事故、交通流等。除此之外，还应包括交通收费站、桥梁、道路两遍的基础设施等交通因素。
首先，构建虚拟实景之前需要按照真实的道路情况构建道路模型，在此基础上再制作其他实景；其次，收集某段高速公路的基本信息（交通标识、长度、路形、收费站等），并将基本信息输入该OpenGL图形编程软件中，利用自动生成软件再现道路交通状况；再次，根据该段高速公路的实际情况，利用传统模型生成技术对其进行修改和完善；然后，利用特效等技术完美再现车辆声音；最后，设计者应当自行进行驾驶，检查其是否存在不合理之处。倘若存在不合理之处，能够及时发现、及时纠正，进而使其得到不断地完善与修改，形成最终成效。至此，高速公路的道路交通模拟实景构建完毕，在没有任何质量问题的情况下可以投向市场使用。
6.结束语
通过本文的研究，开发与创造了一种以道路交通条件为依托的汽车驾驶模拟器。它的研发与应用，能够成功地再现与真实道路交通几乎一模一样的交通环境，使驾驶初学者在虚拟的道路交通环境下快速地掌握驾驶技能，提高学车速度。可见，本文研究的汽车驾驶模拟器是一种十分有效的驾驶教学与训练方式。在模拟高速公路交通实景中，我们已经知晓了该模拟器的具体工作过程。尽管已经取得了很大的成就，但其仍然存在不同程度的问题，例如自动生成软件不完善的问题。但随着与之相关的计算机技术的发展与进步，该种汽车驾驶模拟器定能实现进一步完善与发展，终将拥有广泛的应用前景。
【参考文献】
［１］潘兵宏，赵一飞，梁孝忠.动视觉原理在公路线形设计中的应用[J].长安大学学报(自然科学版).2004.(06).
［２］何树林.谈新训汽车驾驶员驾驶技能的形成规律[J].辽宁警专学报.2005.(01).
［３］李安定，陈定方.汽车驾驶模拟器视景建模技术研究[J].湖北工业大学学报.2006.(03).
［４］左为民，隋日安.汽车驾驶模拟器在机动车驾驶技能培训中的应用[J].鲁东大学学报(自然科学版).2007.(04).
［５］左为民.汽车驾驶模拟器在驾驶培训中的应用研究[J].科学时代.2008.(04).
【关键词】汽车驾驶模拟器；道路交通网；车辆模型；模拟实景生成；电传感
面对日益变化的城市交通道路情况，倘若驾驶训练不能以真实的道路交通网为依托，驾驶初学者很难快速与熟练地掌握交通规范和驾驶技巧。有必要面向城市道路交通网，研究与开发一种与真实道路交通几乎一样的汽车驾驶模拟器，进一步强化驾驶训练设备的功效。因此，本文较为详细地阐述了如何面向城市道路交通网研发一种可在室内环境下适应道路交通的汽车驾驶模拟器，让驾驶者在几乎真实的道路上进行模拟驾驶训练，进一步提高学车效率，加强驾驶技巧训练。下面将对此项研究内容进行简单论述，并对其实际应用做了初步介绍。
1.汽车驾驶模拟器及其组成
汽车驾驶模拟器作为一种驾驶训练的教学设备，利用虚拟现实仿真技术营造了一个与真实驾驶环境几乎一模一样的学车环境，能够消除驾驶初学者的恐惧心理，为其训练提供有力帮助。
2.电传感器系统
在汽车驾驶模拟器组成中，操纵驾驶舱进行数据采集和处理是其非常重要的环节与内容。本研究系统中的模拟信号来自于方向盘转角、油门踏板、离台器踏板、制动踏板及手制动的位移等，以及通过变速箱各档位、左右转向灯、电门、启动等产生的开关信号。在系统中模拟信号必须通过A/D板进入计算机，开关信号必须通过D/A板进入计算机，由汽车模型计算得到的发动转速、车速等参数也通过D/A板进入控制仪表器。
在这里需要注意一点，模拟信号基本是低频率信号，通常采样的信号频率不可超过10Hz。但考虑本系统的图像生成速速可达30-50帧/秒，为了保证汽车模型计算的精确度，采样频率应当采取10Hz。
3.车辆运动模型系统
在汽车驾驶模拟器中，车辆运动模型系统是控制计算机的核心软件，其计算结果是汽车驾驶动态仿真、车辆声响生成的主要来源和依据。因而，车辆模型中应当包括发动机转动模型、离合器运作模型、纵向位移模型、轮胎转动模型、方向盘转角模型、发动机扭矩模型、车身侧倾和纵倾模型等。
4.模拟道路交通实景及其生成过程
4.1道路交通的模拟实景
模拟道路交通的真实环境是提高汽车驾驶模拟器真实程度的关键部分，也是该模拟器的重要内容。汽车教学没有必要把真实的道路交通环境搬到训练场地，并且这也是不可能做到的事情。因此，利用模拟实景构建较为真实的道路交通环境及周围运行车辆，更加能够起到较好的训练效果。为了节省计算机资源，本研究系统中的模拟实景应当包括以下主要部分：
（1）主要驾驶道路：弯道、桥梁、坡道等。
（2）道路干道上的主要交通标识：红绿灯、通行线、各种类的标识牌等。
（3）其他车辆和行人：按照交通规则在道路上设置其他车俩及行人。
（4）建立车辆声响模型：模拟车辆运动过程中发出的真实声音建立车辆声音模型，有利于使驾驶处于真实的车辆运动环境中，感觉自己在驾驶真实的车辆。
（5）设置远视镜：包括天空、道路前方的精武，使模拟交通环境具有纵深感。
4.2景的生成过程
通常情况下，模拟实景需要利用计算机技术一步一步地按照实情建造模型，但这种方法太过浪费时间。因此，本研究中利用OpenGL图形编程技术研发了一种能够自动生成模拟实景的软件。这种软件只需要建立一个完善的道路交通数据库，就可以利用数据库生成模型实景，非常简单、快捷。为了进一步增加模拟实景的真实度，可以利用传统的模型生成技术对进行修缮，将交通标识、其他车辆、行人、天空等因素设置上去。对于车辆声响来讲，可以利用特效技术，也可利用现场同期声录制真实的车辆声音，这样更加能够增强真实度。
鉴于实景建模的重要性，下面将详细论述建模方面的相关技术和内容。在实时实景仿真中，如果显示精度不高，将会严重影响模型的清晰度和逼真度。因此，汽车驾驶模拟器的设计与制作既要达到经济性要求，也要追究高清晰度和高逼真度。在建模过程中，可以通过相关的建模软件和实时建模相结合的方式，并利用相应的处理技术将真实景物生成驾驶模拟器可视景物，然后进行接下来的绘制工作，便于保证模型的精度。其中，道路中山脉、环岛及行人等不需要太高的精确度，但是建模过程中一定要掌握它们的构图比例，使画面看起来更加协调。
5.汽车驾驶模拟器的具体应用
下面将针对高速公路的道路交通情况，利用本文研究的汽车驾驶模拟器构建一个道路交通模型，向大家展示该模拟器的具体工作过程。
对于本研究中的汽车驾驶模拟器来说，如何模拟道路交通实景是其非常重要的工作内容。对于高速公路来讲，道路交通实景的模拟内容主要包括两个方面：再现道路交通的基本情况，例如交通标志、路形等；再现道路交通的特殊状况，例如交通事故、交通流等。除此之外，还应包括交通收费站、桥梁、道路两遍的基础设施等交通因素。
首先，构建虚拟实景之前需要按照真实的道路情况构建道路模型，在此基础上再制作其他实景；其次，收集某段高速公路的基本信息（交通标识、长度、路形、收费站等），并将基本信息输入该OpenGL图形编程软件中，利用自动生成软件再现道路交通状况；再次，根据该段高速公路的实际情况，利用传统模型生成技术对其进行修改和完善；然后，利用特效等技术完美再现车辆声音；最后，设计者应当自行进行驾驶，检查其是否存在不合理之处。倘若存在不合理之处，能够及时发现、及时纠正，进而使其得到不断地完善与修改，形成最终成效。至此，高速公路的道路交通模拟实景构建完毕，在没有任何质量问题的情况下可以投向市场使用。
6.结束语
通过本文的研究，开发与创造了一种以道路交通条件为依托的汽车驾驶模拟器。它的研发与应用，能够成功地再现与真实道路交通几乎一模一样的交通环境，使驾驶初学者在虚拟的道路交通环境下快速地掌握驾驶技能，提高学车速度。可见，本文研究的汽车驾驶模拟器是一种十分有效的驾驶教学与训练方式。在模拟高速公路交通实景中，我们已经知晓了该模拟器的具体工作过程。尽管已经取得了很大的成就，但其仍然存在不同程度的问题，例如自动生成软件不完善的问题。但随着与之相关的计算机技术的发展与进步，该种汽车驾驶模拟器定能实现进一步完善与发展，终将拥有广泛的应用前景。
【参考文献】
［１］潘兵宏，赵一飞，梁孝忠.动视觉原理在公路线形设计中的应用[J].长安大学学报(自然科学版).2004.(06).
［２］何树林.谈新训汽车驾驶员驾驶技能的形成规律[J].辽宁警专学报.2005.(01).
［３］李安定，陈定方.汽车驾驶模拟器视景建模技术研究[J].湖北工业大学学报.2006.(03).
［４］左为民，隋日安.汽车驾驶模拟器在机动车驾驶技能培训中的应用[J].鲁东大学学报(自然科学版).2007.(04).
［５］左为民.汽车驾驶模拟器在驾驶培训中的应用研究[J].科学时代.2008.(04).