用於機動車輛模擬駕駛的設備的製作方法
2023-05-23 17:48:46
專利名稱：用於機動車輛模擬駕駛的設備的製作方法
技術領域：
本發明涉及用於機動車輛模擬駕駛的設備。該設備可以設置以用於駕駛訓練目的或用於模擬賽車，例如短程加速賽車或環道賽車。本發明將特別針對用於機動汽車模擬駕駛的設備進行描述，但是應理解，本發明可以應用於其它類型的車輛，如摩託車、卡車或四輪驅動越野車。
背景技術：
對於機動車輛駕駛學習者的訓練，可始於私人場地或公共道路上的實際車輛中。在任一種情況下，如果控制車輛的人對於如何控制車輛沒有或幾乎沒有實際經驗，加之他或她不熟悉所述車輛及其操作特性，那麼都會有安全風險。進一步的因素是駕駛學習者很可能非常擔心。如果駕駛訓練在公共道路上進行，就可能出現其它行駛車輛，因此增加了事故風險。
可選地，駕駛訓練可以始於一種車輛模擬設施中。雖然這是針對於在實際車輛中開始駕駛訓練所帶來的安全風險，但是缺乏使用實際車輛的真實感，這可能導致駕駛訓練項目的無效。
機動車輛競賽是一種在專用比賽地點進行的規範運動，通常涉及專門設計的具有極高性能的車輛。這也是一種經常發生在街道上的活動，有時合法，而有時非法，通常由年輕駕駛者參與，特別是短程加速賽車。這些駕駛者經常是不熟練的賽車駕駛者，想要測試他們技術和車輛，通常車輛的動力很強，以彼此競賽。顯然，這種由不熟練駕駛者進行的街道賽車，對於參與者及其汽車，並且如果進行的是非法賽車，則對於無意中進入街道賽車區的其他人，都會產生缺乏安全的問題。
本發明希望提供一種設備，可以設置用於駕駛訓練中機動車輛的模擬駕駛，或用於模擬賽車，如短程加速賽車或環道賽車，以替代實際賽車。這種模擬同時涉及車輛駕駛者和實際車輛(可為該駕駛者自己的車輛)，在虛擬實境環境中，至少車輛速度處於駕駛者的控制下。在模擬過程中車輛有效地保持靜止，這樣，上面所提到的有關駕駛訓練和街道實際賽車的安全問題得以解決。由於這種模擬使駕駛者參與到實際車輛中，而該車輛可以是駕駛者自己的車輛，因此相信駕駛者會發現這樣的駕駛訓練或賽車模擬是一種有吸引力的、可替代實際駕駛或賽車的體驗。
發明內容
根據本發明，提供用於機動車輛模擬駕駛的設備，所述機動車輛具有至少一個驅動輪，所述設備包括一個旋轉支撐所述機動車輛驅動輪的支撐物，使得當所述機動車輛的駕駛者控制所述驅動輪的旋轉速度時，所述機動車輛保持靜止；一個包括模擬軟體的電腦，用於為所述機動車輛的駕駛者產生虛擬景物影像；和一個具有一種視屏裝置的視覺顯示系統；其中所述支撐物、電腦和視覺顯示系統被可操作地相互連接，使得當所述駕駛者控制所述驅動輪的旋轉速度時，所述模擬軟體在所述視覺顯示系統的視屏裝置上產生虛擬景物影像供駕駛者觀看，所述虛擬景物影像根據所述驅動輪的旋轉速度而行進；其中用於所述機動車輛的所述設備的視覺顯示系統的視屏裝置，包括一個在所述機動車輛前方橫向展開的部分，和分別沿著所述機動車輛兩側延伸一段距離的部分，其中所述模擬軟體和視覺顯示系統，在所述視屏裝置上為所述駕駛者產生前面和側面的虛擬景物影像。
本發明提供一種用於駕駛訓練或賽車的安全且高度真實的環境。這種真實感由三個特徵的組合效果而實現，即，駕駛者「駕駛」真實的機動車輛(可以是駕駛者自己的車輛)，同時，顯示在視屏裝置上的虛擬景物影像有效地「環繞」駕駛者(也就是說，虛擬景物影像在車輛的前面橫向展開並以某種方式沿車輛的側面延伸)，並且，虛擬景物影像根據駕駛者對固定車輛的「駕駛」而實時地行進變化。由於機動車輛在駕駛者「駕駛」它時保持靜止，因此不會出現在公共道路上或街道賽車時出現的安全缺乏問題。
較佳地，所述視覺顯示系統包括三個投影機，每個投影機將虛擬景物影像投影到視屏裝置上的相應部分，以提供完整的並且相對於車輛內的駕駛者至少橫跨180度的虛擬景物影像。較佳地，所述屏幕裝置可使虛擬景物影像相對於駕駛者橫跨超過180度，例如，虛擬景物影像可以相對於駕駛者橫跨180度到大約270度之間的任意角度。屏幕部分和投影機的這種布置增加了通過使用該設備用於駕駛訓練或賽車而提供的真實感。所述用來產生虛擬景物影像的模擬軟體設置為，在虛擬實境中產生的效果與在現實生活中的道路條件下實際發生的結果相同。
該設備可以設置為用於駕駛訓練，即，使模擬軟體適應於駕駛訓練，在這種情況下，該設備可包括一個固定到支撐物上適當位置的機動車輛，確保當該車輛的驅動輪旋轉時該車輛保持靜止。較佳地，所述支撐物是一個底盤測力計。這樣，提供了可有效地用於駕駛訓練而仍使用真實機動車輛的設備。通過將車輛固定在所述測力計上，進一步提高了安全性。
到目前為止描述的本發明的設備，不需包括可探測駕駛者對車輛的操作控制以影響駕駛者訓練或模擬賽車進程的裝置。然而，該設備對於駕駛訓練仍然有用。因為駕駛者能夠學習協調使用某些控制器(例如，加速器和制動器，或離合器和用於手動變速汽車的換檔)，而同時不增加負擔來學習控制。該設備也可用於不需涉及控制的賽車模擬，例如，短程加速賽車。不過，較佳地，該設備將包括用於駕駛訓練或模擬賽車的機動車輛的控制的裝置。
因此，較佳地，該設備包括一個控制傳感裝置，用於可操作地連接到車輛控制器，以提供駕駛者的操作行為信號，該操作行為信號被輸入電腦。對這種控制輸入，電腦可以為該操作行為信號編程以影響模擬軟體，使得虛擬景物影像的轉映與駕駛者的操作行為同步。
較佳地，所述控制傳感裝置包括一對傳感器，每個傳感器向目標發射信號並接收從目標反射的信號，用來提供表示傳感器與目標之間距離的輸出電信號。這對傳感器彼此相對安裝，使得用於具有轉向輪的車輛時，每個傳感器發射信號到轉向輪上的目標位置，這些目標位置位於轉向輪同側，且相對於轉向輪的中心反向相離。結合兩個傳感器的輸出電信號來得出一個電信號，表示轉向輪相對於一條穿過其中心且基本上豎直的直線的轉動及轉動幅度，以檢測機動車輛駕駛者的操作行為。這個表示操作運動及操作量(隨著操作的變化而變化)的信號被輸入電腦，模擬軟體以此將虛擬景物影像轉映，並與駕駛者的操作行為同步，從而增加在視屏裝置上「環繞」駕駛者的虛擬實境環境的真實感。較佳地，傳感器為超聲波傳感器，並且其安裝使得轉向輪上的目標位置沿一條基本上水平的直徑線、相對於轉向輪的中心基本上等距相離。
為了確保更高的安全水平，該設備較佳地包括一個固定機構，用來將機動車輛固定在適當位置，該固定機構包括一個能夠與機動車輛接合的車輛接合組件，以確保當機動車輛的驅動輪在支撐物上旋轉時機動車輛保持靜止，該支撐物較佳地為利用一個底盤測力計。
較佳地，提供一個具有遠程操作地點的控制系統，也就是說，操作地點與驅動輪的支撐物分開，來操作固定機構以移動車輛接合組件與機動車輛接合。較佳地還提供一個視像監視系統，用來觀察車輛固定機構以及將該固定機構的視像顯示提供到控制系統的遠程操作地點，因而操作員能夠在操作控制系統的同時監視固定機構的車輛接合組件的運動。由於這樣將車輛接合組件的運動以及最終將車輛的正確固定直接反饋給操作員，因此增加了該設備操作的安全性。
所述設備中包含的遠程可控的車輛固定機構，除了通過在模擬駕駛過程中確保車輛保持靜止以提供安全之外，還另外提供了一個優點，即只要車輛的驅動輪位於支撐物上就能夠很快地固定車輛，而在模擬駕駛過程結束後也能夠很快地鬆開車輛。這樣，使得該設備具有車輛的高通過能力，特別是在該設備被設置作為賽車模擬器的情況下，從而，與使用牽制繩、鏈、帶或類似物件手動固定其中車輛的設備相比，增加了所述設備的收益性。
用於車輛固定機構的控制系統主要可為氣動、液壓或電子系統，而所述固定機構包括至少一個相應可操作的致動器，例如，分別可為氣動衝件、液壓衝件或電子馬達。通常，該系統可以包括電子組件，例如操作員操作的位置開關，以及氣動或液壓組件。較佳地，該控制系統主要為一個氣動系統，所述車輛固定機構包括至少一個氣動可操作的致動器，用來移動組件以接合車輛。
優選地，所述車輛固定機構，使得車輛接合組件可沿至少兩個基本垂直的坐標軸移動，如朝向或離開支撐物的方向和支撐物上車輛的橫向的移動。更優選地，固定機構使車輛接合組件可沿三個基本上正交的坐標軸移動，即沿著支撐物上車輛的橫向，基本上沿著支撐物上車輛的縱向，以及基本上沿著支撐物的法向而朝向和離開車輛方向的移動。因此，該機構可以包括一個致動器組件，可通過控制系統遠程操作該組件，以在基本上正交的方向上移動車輛接合組件。
固定機構的車輛接合組件需要接合與驅動輪直接連接的車輛結構部件。例如，對於具有剛性軸後輪驅動的車輛，這種結構部件可以是後軸架，或者，如果驅動輪獨立懸置，這種結構部件可位於直接連接輪轂關節組件的位置，例如其上安裝有諸如彈簧或減震器的懸置組件的支架。車輛接合組件接合直接連接到驅動輪的結構部件，是為了增加安全性，因為，如果接合車輛的其它部分，將驅動輪「下拉」到設備的支撐物上是間接的，即，車輛懸架將會位於固定機構的車輛接合組件接合車輛的位置與接觸支撐物的車輛部分即驅動輪之間。由於這種車輛的間接固定，可能發生驅動輪在支撐上的旋轉，從而不僅對於車輛固定的穩固性而且對於模擬駕駛過程都有負面影響。
固定機構的車輛接合組件可以接合車輛而不改變車輛。例如，車輛接合組件可以包括一個鉤形部分用來鉤住車輛的適當部分。然而，更常見的是，車輛接合組件將接合車輛專門提供的部件，例如固定到車輛適當位置的支架。這種支架例如可為鉤形，安裝在後軸架上(如下文將要描述的)，在這種情況下，車輛接合組件可以為一個銷(同樣如下文將要描述的)。車輛接合組件的另一個可能是包括一個輥軸來接合驅動輪的輪緣內部。這樣可能需要車輛驅動輪具有專門提供的輪緣。
如果所述用於模擬駕駛的設備可理想地適用於儘可能廣的各種車輛，為確保所有車輛安全固定，較佳地，任何要使用所述設備的車輛，都預先安裝有一個或多個專用支架，以接合固定機構的車輛接合組件。這種支架將根據不同車輛類型而有所不同，但有一個共同點是，都具有一種車輛接合組件能夠與其接合的形式。較佳地，固定機構的車輛接合組件是一種銷，而任意提供的支架具有一個孔或開口用於承接所述銷。
較佳地，本發明的設備包括一種被可操作地連接到電腦的電子閱讀器，用於當機動車輛靠近所述設備時，從機動車輛上遠程讀取數據，電腦以此指示操作員該車輛已被授權並註冊為可使用所述設備。
機動車輛的數據可以包含在位於機動車輛之內或之上的一種條形碼器件或一種遠程可讀電子存儲器件(例如「智慧卡」)中。如果使用條形碼器件，該條形碼器件可以具有一個膠粘背貼，粘貼在車輛擋風玻璃的方便位置，並僅包含授權該車輛使用所述設備的數據。可選地，可以在機動車輛之內或之上提供遠程可讀電子存儲器件，包含用於電腦識別該車輛被授權使用所述設備的車輛相關的存儲數據，以及其它數據，用於電腦針對該車輛對所述設備進行準備(例如，對於支撐物是底盤測力計的情況，調整測力計適合該車輛的前後車輪軸距)，和/或用於所述設置為賽車模擬器的設備，使視覺顯示系統顯示該車輛以前的比賽成績信息。另一個可能性是，所述電子閱讀器可被設置為讀取車輛上的條形碼器件，該條形碼器件提供授權該車輛使用所述設備的數據，而且也讀取在車輛之內或之上的遠程可讀電子存儲器件，該遠程可讀電子存儲器件提供數據，用於電腦為該車輛類型對所述設備進行準備，以及用於設置為賽車模擬器的設備來顯示該車輛以前的比賽成績信息。
較佳地，對於設置為賽車模擬器的設備，電子閱讀器包括發射器，用來將數據發射到電子存儲器件，該電子存儲器件位於車輛之內或之上，並存儲該車輛在模擬賽車中的成績信息，這樣，該電子存儲器件存儲該車輛在多個模擬比賽中的成績相關數據。
為了更好地理解本發明並顯示其如何實現，將僅通過非限制性示例、並參照附圖對本發明的優選實施例進行描述。
圖1是根據本發明一個實施例的模擬駕駛設備的側視示意圖。
圖2是示出機動汽車的圖1中所示設備的等同示意圖。
圖3顯示未示出機動汽車的圖2中所示設備。
圖4顯示前屏部分升起的圖3中所示設備。
圖5是未示出機動汽車的圖1中所示設備的俯視示意圖。
圖6是示出機動汽車的圖1所示設備的正視示意圖。
圖7是根據本發明一個實施例的示意框圖，顯示用於模擬駕駛的設備的控制和顯示組件的可操作連接。
圖8是圖1所示設備中用於車輛的固定機構組件的透視示意圖。
圖9是圖8中的固定機構組件的端視示意圖，顯示所示固定機構組件與所示設備部件以及固定於該設備上的車輛的連接。
圖10是圖1所示設備中傳感器的控制傳感裝置的側視示意圖，所述控制傳感裝置用於檢測機動車輛駕駛者的操作行為。
圖11是圖10中的控制傳感裝置的俯視示意圖。
具體實施例方式
圖1顯示設備10，用於模擬駕駛機動汽車12，而機動汽車12保持靜止，設備10包括一個底盤測力計14，汽車12可以通過測力計14的進入坡道16在測力計14上行駛。底盤測力計14具有一個與其相連並承載設備10其它組件的框架18。這些其它組件包括視屏裝置20的一些部分和視覺顯示系統的投影機22、24和26。視屏裝置20包括一個在汽車12前方橫向展開的前屏部分28和分別沿汽車12的兩側延伸一段距離的側屏部分30和32(為了清楚，圖1省略了側屏部分30)。每個側屏部分30和32都與前屏部分28成120度角。視覺顯示系統的三個投影機22、24和26安裝在框架18上，每個投影機用於將虛擬景物影像投影到相應的屏幕部分上，也就是說投影機22投影影像到對面的前屏部分28上，投影機24投影到對面的側屏部分32上，而投影機26(在圖2的視圖中被擋住)投影到對面的側屏部分30上。投影機22、24和26可以是松下公司基於數字光源處理器的PT-DS500E型投影機(Panasonic DLP(TM)Based Projectors No.PT-DS500E)，以提供高質量的廣角鏡頭用於投影到相應的屏部分28、30和32。
前屏部分28通過致動器36(例如，氣動或液壓活塞和氣缸衝件)相對於兩個側部結構杆34安裝，致動器36的作用是將前屏部分28相對於側屏部分30和32升起(見圖4)，使得汽車12及其駕駛者在參與完模擬駕駛過程之後，能夠通過底盤測力計14的出站坡道38離開設備10。前屏部分28和致動器36與結構杆34相連，使得當前屏部分28被升起時，前屏部分28首先移動以稍微離開(例如，僅幾毫米)側屏部分30和32的相鄰邊緣，使得當前屏部分28被致動器36升起時，在它與側屏部分30和32的相鄰邊緣之間出現間隙。
對於用於模擬賽車的設備10，也可在框架18上安裝另一個較大的視覺顯示屏40供觀眾觀看模擬競賽。
底盤測力計14具有一個平臺42，還包括輥對44形式的支撐物，用來支撐和旋轉接合汽車12的後輪46和前輪47，如同所知的底盤測力計一樣。汽車12的後輪46是驅動輪而前輪47為轉向輪。因此，當汽車12的駕駛者操作汽車的控制器件，例如變速杆(如果不是自動的)和加速器，使汽車12的驅動輪46高速旋轉時(設備10可設置為適用於車輛前輪驅動，或後輪驅動，或前後輪驅動的情況)，提供輥44用來保持汽車12固定。驅動輪46的旋轉相應地旋轉相關的輥對44，通過輥對44，汽車12的各項性能參數，如加速度、速度(RPM)、馬力、轉矩以及行駛一段設定距離所需的時間都能夠進行測量。如同所知的底盤測力計一樣，這些性能參數的測量可包括改變通過輥對44施加到汽車12的車輪46上的負載。可調節以兼容具有不同前後車輪軸距的不同車輛的適合的底盤測力計(這種可調節能力在圖中未示出)，可從澳大利亞維多利亞3140百合溪谷工業園的絕妙動力(DYNODYNAMICS of industry court，Lilydale)得到。
底盤測力計14還包括一個固定機構48(僅在圖1中示意性圖示，且位於後輥對44的輥之間)，一旦汽車12放置到輥對44上時，用固定機構48將汽車12固定到測力計14上。下文將參照圖8和圖9對固定機構48及其操作進行更詳細地描述，但是總的來說，固定機構48連接到一個遠程可操作的控制系統(在圖1中由參照標號50示意性地表示)並且可調節，從而使之將不同型號和尺寸的車輛固定到輥44上的適當位置。固定機構48包括組件，用於接合車輛，如汽車12，並使之保持在適當位置。固定機構48是一個安全部件，以確保當汽車12車輪46在輥44上高速行駛時，汽車12保持靜止。
底盤測力計14還包括一個裝置，用來將汽車12的排放氣體轉離設備10的附近。該裝置包括一個導流板52，用於將汽車12的排放氣體導入吸收管道54內。管道54可以包括一個抽排氣風扇或其他裝置(圖1未示出)，用於將排放氣體吸進管道54中。導流板52鉸接到測力計14的平臺42的56處，並且當不使用裝置10時，向管道54提供蓋子。導流板52通過致動器58(可為氣動或液壓)繞其鉸接樞紐56旋轉，致動器58被樞轉地連接在導流板52與測力計14之間。
將用於駕駛教學或參與模擬短程加速賽車或環道賽車的汽車12，可包括一個包含汽車12有關數據的遠程可讀器件，如一種條形碼60和/或一種電子器件62，例如，「智慧卡」或其他電子標籤類器件，其目的和作用將在下文進行更詳細地說明。一個閱讀器/發射器64安裝在框架18上(靠近投影機22)，用於與條形碼60和/或電子器件62工作/協同工作。
參照圖7，用於模擬駕駛的設備10包括電腦66，控制設備10的各組件，並包含駕駛模擬軟體。閱讀器64(可以與發射器組合)用來讀取置於汽車12之內或之上的遠程可讀的條形碼器件60和/或電子器件62，並通過數據線路68連接到電腦66上。閱讀器64從條形碼60或電子器件62獲取汽車12的相關數據，並將其通過數據線路68輸入電腦66。較佳地，發射器與閱讀器64組合，用於將數據從電腦66傳輸至器件62，以更新電子器件62保存的汽車12相關信息。這些被傳輸的信息可以是，例如，在模擬1/4英裡短程加速賽車中的汽車性能數據。
底盤測力計14的每對輥44都連接一個制動單元70(如所知的「減速器」-圖7隻示意性地圖示出一個制動單元)，如數據線路72所示，制動單元70被可操作地連接到電腦66(如所知，每個制動單元70應連接一個模擬-數字接口)。從電腦66到制動單元70的數據流，通過輥對44來改變施加到汽車12的驅動輪46上的負載，也有從制動單元70反饋到電腦66的數據，從中可得出汽車12的相關性能參數，如同已知的底盤測力計一樣。
電腦66還控制用於升起前屏部分28的致動器36的操作，並控制用於導流板52的致動器58的操作。因此，電腦66的信號線路74連接到相應的轉換器/驅動器76和78，分別操作用於升起前屏部分28衝件36和用於導流板52的致動器58。包括至少一個致動器118的固定機構48，由遠程可操作的控制系統50操作。注意，圖7中的參考標號118隻是示意性地表示固定機構48的致動器要求，因為可包括多個致動器為固定機構48提供一個移動範圍，例如沿三個正交坐標軸移動的範圍。在線路79上來自機構48-76的安全互鎖信號連接到電腦66(例如通過信號線路74)，以防止測力計14在車輛12固定到測力計14上之前工作。另外，電腦66通過信號線路84控制吹風扇80的開關操作和管道54內的抽排氣風扇82的操作。吹風扇80(在其他圖中未示出)通過側屏部分30和32(例如，見圖1和2)中的孔86，向汽車12的前方提供冷空氣流。
電腦66還如數據線路88所示，為視屏裝置20以及，如果提供了的，屏幕40，操作視覺顯示系統的三個投影機22、24和26。電腦66通常還將包括數據輸入設備，如鍵盤或觸控螢幕90，和輸出設備，如印表機92。
較佳地，設備10還包括一個控制傳感裝置140，例如一對傳感器142和144，用來檢測設備10上的機動車輛駕駛者的操作行為。控制傳感裝置140較佳地位於測力計14上並鄰近汽車12的轉向輪47，例如在圖2中顯示為鄰近汽車12的左前輪47(注意，控制傳感裝置140在圖2、圖5和圖6中顯示，而圖1、圖3和圖4則為了清楚起見將其省略)。
參照圖10和圖11，控制傳感裝置140包括兩個超聲波傳感器142和144及支座146。支座146位於測力計14的平臺42上，使得安裝其上的兩個相離的傳感器142和144中的每個傳感器都發射超聲波信號148到轉向輪47上的目標位置150。目標位置150位於轉向輪47的同側，且相對於輪47的中心152反向相離，較佳地，它們沿著基本上水平的直徑線154、並相對於中心152而基本上等距地相離。傳感器142和144接收從目標位置150反射的超聲波信號156，使每個傳感器都提供一個輸出電信號158，表示傳感器142或144與其在轉向輪47上的目標位置150之間的距離。將這兩個傳感器142和144的輸出電信號158通過適合的電路160進行適當的放大和結合，例如相減，以得到一個如信號線路162上的箭頭所指示的電信號，表示轉向輪47相對於穿過轉向輪47中心軸152的基本上豎直的直線164的轉動幅度(以及駕駛者的操作移動)，該電信號被輸入電腦66中。從圖11中可以看出，上面的描述和圖示的兩個超聲波傳感器142和144相對於轉向輪47的位置，在對兩個電輸出信號158相減之後，提供一個輸出信號162，僅表示車輪47相對於豎直軸164的旋轉變化量。通過設置傳感器142和144與車輪47的輪胎壁相距一個適當的距離，能夠得到目標位置150，使得測量輪胎軸部分的平均值受輪胎表面的輪胎彎曲、灰塵、凸起標記等的影響最小。當汽車12在輥44上駕駛時允許有一些橫向運動，通過使用兩個傳感器142和144，這種橫向運動也可以在輸出電信號162中進行補償。電腦66中的軟體對信號162進行終濾波，以去除任何剩餘的抖動或其他噪聲。超聲波傳感器142和144可以是「旗幟(BANER)」牌的UGUAGE型傳感器。也可以選擇使用其他類型的傳感器，例如基於雷射或無線電波(例如微波)的傳感器。
圖7示出傳感器142和144以及電子處理電路160與電腦66的連接。通過模擬軟體利用操作動作在線路162上的信號，將虛擬景物影像轉映到視屏裝置20上(即，將影像轉映到所有屏幕部分28、30和32上)，並與駕駛者的操作動作同步，從而增加「環繞的」虛擬實境環境的真實感。
較佳地，在支座146上對傳感器142和144的安裝為可調節安裝，使得傳感器142和144之間的空間能夠改變以適應不同尺寸的轉向輪47，如同一些機動車輛可能需要的那樣，基於同樣的原因，傳感器142和144的高度也可以相對於測力計14的平臺42可調節。還是對於包括控制傳感裝置140的設備10，較佳地，轉向輪47並不被支撐在輥44上，因為這樣降低了操作的「自然感覺」。因此輥44的上方可以放置一個轉向輪47可以放置其上的平臺或旋轉平板(未示出)，以向轉向輪47提供一個平面。否則，可以使用一種底盤測力計14，其中提供的輥44隻用於前輪控制機動車輛的後驅動輪46。
所述的控制傳感裝置140，可以遠程感知操作動作，從而只需要最少的操作人員參與或無需操作人員參與，就對於某特定車輛設置為可用狀態，這樣由於每輛車的更換時間最小化，提高了設備10的工作效率。
現在將參照圖8和圖9描述固定機構48及其操作。圖8和圖9隻示出機構48的一半，通過汽車12的左側後輪46旁邊的後軸架94固定汽車12(為了清楚，圖8省略了汽車後輪46以及後輪46放置其上的一對輥44)。在汽車12的另一側也提供了與所示相似的裝置。機構48需要支架，如吊鉤96(只示出一個)，可將其通過焊接等方式永久連接到汽車12的後軸架94上。為了安全，吊鉤96的開口朝向汽車12的前方。固定機構48包括一個在每端都具有一個樞軸100(只示出一個)的負載橫梁98，通過樞軸100，負載橫梁98樞轉地連接到測力計14上相對的結構側梁102(圖9隻示出一個側梁102)。彎曲的支架臂104連接到負載橫梁98上靠近其中心的位置，一個致動器106(例如一個氣動或液壓活塞/氣缸衝件)樞轉地連接到支架臂104，並連接到底盤測力計14，用來樞轉負載橫梁98(為了清楚，圖9省略了支架臂104和致動器106)。圖8的箭頭B表示負載橫梁98通過致動器106的作用進行旋轉運動。所述測力計的輥對44具有相應的安裝在軸承110中的軸108，所述軸承110安裝在相應的結構側梁102上。未示出的是，軸108從每個輥44的另一側延伸安裝在諸如110的軸承中，而所述軸承安裝在位於側梁102之間的所述測力計的結構橫梁上。負載橫梁98樞轉地連接到側梁102上，使其位於輥對44的之間和下方。負載橫梁98橫跨測力計14的側梁102之間的寬度。
負載橫梁98的頂部包括一個滑道112，能夠支持一個滑塊114沿負載橫梁98滑動。滑塊114連接到一個致動器116(例如氣動或液壓活塞和氣缸衝件)，致動器116連接到負載橫梁98且靠近樞軸100，並可操作滑塊114沿負載橫梁98往復移動，如箭頭C所指示。滑塊114帶有另一個致動器118(例如氣動或液壓活塞和氣缸衝件)，可相對於滑塊114上下移動，如箭頭D所指示。滑塊114包括導向杆120用來為致動器118導向和提供側向穩定性。為了清楚，圖8和圖9省略了驅動致動器116和118的裝置(例如來自適合的設備的氣動或液壓軟管連接-為遠程可操作的控制系統50的組件)，同樣地，圖1-圖6也省略了驅動致動器36和58的裝置。
一個連接到位於致動器118頂部的座架122內的銷124，基本上水平地延伸超出致動器118。此外，另一致動器116、滑塊114、致動器118和銷124裝置(未示出)也位於負載橫梁98上且靠近負載橫梁98的另一端。
固定機構48(包括一個車輛接合組件，即銷124，和致動器106、116和118以及負載橫梁98，如圖7中參考標號118所示)由控制系統50(由圖1和圖7中參考標號50示意性地表示，而在其他圖中未示出)遠程操作。控制系統50包括位於操作控制臺或操作間126中(只在圖1中示意性地示出)的操作開關，所述操作控制臺或操作間可位於例如底盤測力計14旁邊，以控制致動器106、116和118的操作。所述控制開關可以為「操縱杆」式開關，用來操作一個氣動系統向致動器106、116和118提供動力。「操縱杆」式開關可用於分別操作固定機構48每側的每個致動器。測力計14還包括一個視像監視系統(只在圖1中示意性地示出)，包括視像攝影機128用於觀察車輛固定機構48的操作，並在視像屏幕130上至少顯示銷124的運動，也有可能還顯示致動器106、116和118的運動，視像屏幕130位於操作控制臺或操作間126內，使得操作員在操作控制系統50的開關以按照所需移動銷124時，觀察所述顯示在視像屏幕130上的這種運動。
通過控制系統50在B、C和D方向上適當操作致動器106、116和118，如圖9所示將銷124定位接合在吊鉤96的前方(對於負載橫梁98上的相對的各致動器與此類似)。進一步通過所述控制系統操作致動器118在吊鉤96上「下拉」，從而通過汽車12的後軸架94將汽車12固定到測力計14的輥44上。通過控制系統50操作致動器106進行的負載橫梁98的轉動B，適應在銷124與吊鉤96接合位置的容許限度，並且適應不同的機動車輛。致動器118可施加不同的「下拉」力，來改變車輪46在輥對44上的負載。技術人員應該理解，固定機構48和吊鉤96必須具有足夠的結構完整性，來適應它們將要承受的負載和作用力。
在固定機構48的一種改變結構中，提供受控的基本上為縱向運動C的致動器106可省略，而在這個位置可以提供一個預緊彈簧或類似裝置，通常縱向地集中每個銷124位於輥對44的輥之間。這樣並不妨礙使用機構48接合汽車12，還具有優點，即允許汽車12在輥44上進行一些前後運動，就像正在輥44上「駕駛」一樣，這樣增加了在設備10上的模擬駕駛過程的真實感。
在本發明範圍內，可以提供一個可替換的固定機構，該固定機構不需要諸如吊鉤96的支架連接到車輛，儘管認為，使用本發明設備的車輛將通常會有安裝有支架用於接合銷124。這樣，對於機構48，可以想像，一個適合的吊鉤裝置可以連接到提供B、C和D方向移動範圍的適合的致動器，使得吊鉤裝置能夠被移動以鉤住車輛的一個適當的結構組件，例如後軸架。這種替換的一個例子是，圖8和圖9中固定機構48的銷124可替代為具有適合形狀和方向的吊鉤，以鉤住後軸架94，不過這可能需要對傳動組件106-116-114-118作些改變以裝配到可用空間中，這種改變可以由機械技術人員來完成。在這種替換情況下，為了安全，吊鉤可取向為開口朝向車輛後方，也就是使車輪46在輥44上的「向前」行駛的方向與吊鉤的開口方向相反。
現在將說明用於模擬駕駛的設備10的操作。
對於用於模擬賽車的設備10(在下文中指賽車模擬器10)，希望參與例如1/4英裡短程加速賽車的模擬賽車的汽車12的駕駛者，必須首先購買一個條形碼器件60和/或遠程可讀電子器件62(在下文中稱為「賽車標籤」)。如果只使用條形碼器件60，則其中將會包含授權特定汽車12使用賽車模擬器10的數據。如果使用「賽車標籤」62，則會將汽車12的相關數據輸入其中，並將針對該特定汽車12的授權數據一起保存在其中。同時，在購買地點，如果之前沒有將適合的諸如吊鉤96的支架連接到汽車12的話，則可進行該連接。這種「賽車標籤」62可對於一定數量的短程加速賽車有效，並在一個或多個出口可用，所述出口可位於遠離或不遠離賽車模擬器10的位置。可選地，可以購買許多條形碼器件60，且每個都提供用於比賽的授權。例如，可考慮在一個區域內提供幾個賽車模擬器10，能夠通過在一個單一出口所獲取和授權的條形碼器件60或「賽車標籤」62進行操作。隨後，駕駛者必須將條形碼器件60或「賽車標籤」62放置在汽車12之內或之上的適當位置，使得當汽車12靠近底盤測力計14並在其上駕駛時，能夠由賽車模擬器10的閱讀器/發射器64讀取條形碼器件60或「賽車標籤」62。
在汽車12行駛到底盤測力計14上之前，賽車模擬器10將如圖3所示進行設置，即，前屏部分28將位於降低的位置，固定裝置48(圖3中未示出)將位於不操作位置，而導流板52將關閉。各輥對44也將被止動以有效鎖定，以使汽車12行駛到各輥對44上。多個板(未示出)可位於各輥對44的輥44之間，這些板能夠由操作員升起或降下。當這些板處於升起位置時，汽車12能夠容易地行駛進入測力計14上的適當位置，而不必駛過輥44的「凸起」。當汽車12正確定位後，能夠將這些板降下，使車輪46和47接觸輥44，而將汽車12支撐在輥44上。當汽車12靠近底盤測力計14時，汽車12的條形碼器件60或「賽車標籤」62由閱讀器64讀取，電腦66以此開始調節測力計14，使輥對44的間隔適應於汽車12的前後車輪軸距。一旦汽車12已被行駛到輥對44上，如果汽車12被授權可以在賽車模擬器10中進行賽車，控制臺126的操作員操作控制系統50使機構48將汽車12固定在適當位置。固定機構48的一個選擇是在進站坡道16的附近提供一種設施(未示出)，用於使汽車12的駕駛者預先選擇固定機構48的致動器118將要施加的制動壓力。制動壓力可在2-8巴之間。這使駕駛者可選擇較大壓力以提供更好的牽制，但卻降低了可用馬力，與之相反的是，選擇較小的壓力會有較大的可用馬力，但車輪在輥44上旋轉的可能性也較高。隨後，電腦66進一步開始為汽車12設置賽車模擬器10。這可以根據閱讀器/發射器64已從「賽車標籤」62得到的汽車12相關數據來進行。於是電腦66在信號線路74上向致動器58傳輸適當的信號來升起導流板52。制動單元70也可以利用一個線路72上的信號、並通過輥對44施加一定的負載來使汽車12適用於賽車模擬。例如，可能需要某個「搖擺阻力」。現在，賽車模擬器10已適用於或設置為可開始進行模擬短程加速賽車。
電腦66包括模擬軟體，例如對於1/4英裡的短程加速賽車，一旦賽車模擬器10被設置為開始進行短程加速賽車，模擬軟體就自動啟動。該軟體通過視覺顯示系統在前屏部分28上為駕駛者開始而顯示光序列，如同所知的1/4英裡的短程加速賽車一樣。在收到最後的開始之光時，駕駛者如同開始真正的賽車一樣壓下汽車12的加速器，顯示在屏幕裝置20上的虛擬景物影像，根據由各輥對44反饋得到的車輪46的速度而行進。模擬軟體驅動電腦的影像發生器並驅動投影機22、24和26在視屏裝置20上逼真顯示賽場前面(在前屏部分28上)和側面(在側屏部分30和32上)的三維虛擬景物影像以及所經過的三維虛擬風景，如同駕駛者正在使用汽車12進行賽車一樣，這些虛擬景物影像的行進，與通過各輥對44檢測到的汽車12驅動輪46的速度同步。因此，所有由加速、換檔和減速產生的速度改變都被檢測並提供給電腦66來控制虛擬景物影像的行進。汽車12的駕駛者用他/她的眼睛注視視屏裝置20的前屏部分28(視屏裝置20可以相當大，例如每個屏幕部分可為4.5米×3.375米，以實現更強的真實感)，在自己的汽車12裡體驗參與真正短程加速賽車的感覺，而同時汽車12保持不動，且由固定機構48固定在底盤14上的適當位置。
在模擬賽車開始的同時，電腦66啟動吹風扇80操作，而出口86配合吹風扇80，使空氣吹到汽車12前方來冷卻其引擎以持續進行模擬賽車。排氣吸收管道54內的抽排氣風扇82(見圖4)，也在吹風扇80啟動的同時由電腦66打開。
當1/4英裡短程加速賽車結束時，駕駛者/汽車12組合完成比賽所用的時間顯示在前屏部分28上，並由閱讀器/發射器64傳送到「賽車標籤」62並保存在其中。因此，「賽車標籤」62能夠保存本次比賽的編號和時間數據，使得駕駛者在模擬短程加速賽車的開始和結束時，都能夠使他/她的一系列模擬賽車的時間歷史顯示在前屏部分28上。
當在前屏部分28短暫顯示駕駛者/汽車12的比賽時間之後，操作員操作控制系統50鬆開固定機構48，電腦66開始關閉導流板52，升起前屏部分28，並鎖定各輥對44，因而，駕駛者能夠駕駛汽車12向前離開底盤測力計14通過其出站坡道38。這樣，賽車模擬器10準備通過其進站坡道16接收另一車輛。
設備10還可以用於模擬環道賽車，這與上述的模擬短程加速賽車的區別在於，控制傳感裝置140在環道賽車過程中，還操作將駕駛者的操作行為輸入到電腦66中，模擬軟體以此驅動電腦的影像發生器並驅動投影機22、24和26，將虛擬景物影像橫向轉映到視屏裝置20上，並與駕駛者的操作行為同步。也就是說，虛擬景物影像實時地行進，且與駕駛者施加到驅動輪46上的功率和與駕駛者的操作行為都保持同步。這種行進涉及向前的虛擬道路，並顯示為在汽車下方朝向汽車移動以模擬汽車向前飛駛，所述虛擬道路或其它影像橫向轉映以模擬汽車轉向。視屏裝置20有效提供一種「環繞」的三屏幕圍繞顯示，為駕駛者呈現超過200度的水平視野，這與多視景和高解析度的行進影像(由模擬軟體和視覺顯示系統產生)相結合，為汽車12的駕駛者製造一個他/她個人的虛擬實境環境的幻覺，而通過駕駛者自己向汽車12施加動力和控制的行為而產生的視景變化，使得所述幻覺持續進行。
對於用於環道賽車的設備10，汽車12的轉向輪47較佳地不由輥44支撐，可替代地，轉向輪47可由輥44之間或其上方的支撐板(如上面所提到的)支撐。可選地，可使用一種類型的測力計14，其中包括的輥44僅用來支撐汽車12驅動輪46，而不支撐其轉向輪47。
設備10可以用於駕駛訓練而非環道賽車(在用於駕駛訓練的情況下，模擬軟體不需提供如上所述的用於短程加速賽車或環道賽車的開始過程)。設備10還可在已將汽車12固定到測力計14適當位置的情況下，用於駕駛訓練，這樣免除了駕駛學習者要擁有他/她自己的車輛的要求，並使得不需使用條形碼器件60和/或「賽車標籤」62。通常，用於駕駛訓練的設備10將被設置為適用於後輪驅動而前輪從動的車輛。
設備10還可以提供並排設置，以有效適用於兩輛並排放置的車輛，並能夠在電腦66中包括適用於每個位置的賽車模擬軟體，以允許一個駕駛者/車輛組合與另一個駕駛者/車輛組合進行比賽，以替代，或不同於，單獨一個尋求改善先前賽車時間的駕駛者/車輛組合。本發明包括提供多於兩個並排位置的模擬駕駛設備。
較佳地，設備10還另外包括聲光裝置(未示出)，用於在模擬駕駛過程中在汽車12上產生聲光效果，以增加模擬駕駛過程的真實感。較佳地，這種聲光效果與屏幕裝置20上的虛擬景物影像相配合，也就是說，例如，對於夜晚行駛，能夠提供街道燈光效果，或者，對於體驗模擬剎車的汽車12，能夠產生尖利的輪胎聲。以編程技術人員的能力，很容易實現提供模擬軟體來驅動這種聲光裝置，並與虛擬景物影像的行進同步。
設備10還允許在模擬駕駛過程之前、之中或之後，通過包括包含程序的模擬軟體來為贊助者發布廣告，所述程序用於將適當的廣告標記等顯示在視屏裝置20上。例如，在模擬賽車期間，廣告可以作為駕駛者路經的路旁標記而出現。
除了已經描述的情況，在本發明範圍內對設備10進行的各種修改可如上文中所述。例如，模擬賽車可以不是1/4英裡短程加速賽車或環道賽車，例如可以是模擬公路賽車。較佳地，模擬軟體還可使得通過數據輸入設施90輸入電腦66的操作員輸入，有可能呈現給駕駛者意料之外的駕駛狀況，例如，使車輛進行一種駕駛者希望由此恢復的模擬剎車。
所述測力計包括的輥對44可少於4對，例如，可以只包括兩對輥，以旋轉支撐車輛的驅動輪，驅動輪可以是前輪對或後輪對。在本發明的範圍內，還可向諸如摩託車的兩輪車輛提供賽車模擬器，在這種情況下，測力計組件可以包括一個支撐平臺，該支撐平臺包括針對摩託車前輪、或後輪、或前後輪的輥，或包括針對兩個輪的可動支撐的轉動平臺類型。
這裡描述的本發明，除了上面具體描述的情況以外，還允許進行改變，修改和/或增加，應該理解，本發明包括在後附權利要求範圍內的所有這些改變、修改和/或增加。
權利要求
1.用於機動車輛模擬駕駛的設備，所述機動車輛具有至少一個驅動輪，所述設備包括可旋轉地支撐所述機動車輛驅動輪的支撐物，使得當所述機動車輛的駕駛者控制所述驅動輪的旋轉速度時，所述機動車輛保持靜止；包括模擬軟體的電腦，用於為所述機動車輛的駕駛者產生虛擬景物影像；和具有視屏裝置的視覺顯示系統；其中所述支撐物、電腦和視覺顯示系統被可操作地相互連接，使得當所述駕駛者控制所述驅動輪的旋轉速度時，所述模擬軟體在所述視覺顯示系統的視屏裝置上產生虛擬景物影像供駕駛者觀看，所述虛擬景物影像根據所述驅動輪的旋轉速度而行進；其中用於所述機動車輛的所述設備的視覺顯示系統的視屏裝置，包括一個在所述機動車輛前方橫向展開的部分，和分別沿著所述機動車輛兩側延伸一段距離的部分，其中所述模擬軟體和視覺顯示系統，在所述視屏裝置上為所述駕駛者產生前面和側面的虛擬景物影像。
2.根據權利要求1所述的設備，其中所述視覺顯示系統包括三個投影機，每個投影機將虛擬景物影像投影到所述視屏裝置上的相應部分，以提供完整的、並且相對於車輛內駕駛者橫跨至少180度的虛擬景物影像。
3.根據權利要求1或2所述的設備，其中所述模擬軟體用於駕駛訓練，所述設備包括固定到所述支撐物上適當位置的機動車輛，以確保當所述機動車輛的驅動輪旋轉時，所述機動車輛保持靜止。
4.根據權利要求3所述的設備，包括被可操作地連接到車輛控制器的若干傳感器，用於提供駕駛者的操作行為信號，該操作行為信號被輸入電腦中。
5.根據權利要求4所述的設備，其中所述傳感器為一對超聲波傳感器。
6.根據權利要求5所述的設備，其中所述一對超聲波傳感器被設置為分別向車輛轉向輪上的目標位置發射超聲波信號，並接收從所述目標位置反射的信號，以提供表示所述傳感器與所述目標位置之間距離的輸出電信號，其中使用的所述目標位置彼此之間位於所述轉向輪的同側，且相對於所述轉向輪的中心反向相離。
7.根據權利要求6所述的設備，其中來自所述兩個傳感器的輸出電信號被結合，以得出表示所述轉向輪相對於穿過該轉向輪中心的、基本上豎直的直線的轉動的幅度的信號，該信號被輸入所述電腦。
8.根據權利要求4-7中任一權利要求所述的設備，其中所述電腦被編程，使得所述操作行為信號影響所述模擬軟體，使所述視屏裝置上的虛擬景物影像相對於所述駕駛者的操作行為同步轉映。
9.根據權利要求1或2所述的設備，其中所述支撐物是底盤測力計。
10.根據權利要求9所述的設備，包括一個用來固定所述機動車輛的固定機構，該固定機構包括與所述機動車輛可接合的車輛接合組件，以確保當所述機動車輛的驅動輪在所述底盤測力計上旋轉時，所述機動車輛保持靜止。
11.根據權利要求10所述的設備，進一步包括控制系統，該控制系統具有遠程操作地點，用於操作所述固定機構以移動所述車輛接合組件與所述機動車輛接合。
12.根據權利要求11所述的設備，進一步包括視像監視系統，用於觀察所述固定機構，並將所述固定機構的視像顯示提供到所述控制系統的操作地點，使操作員在操作所述控制系統時監視所述固定機構的車輛接合組件的運動。
13.根據權利要求9-12中任一權利要求所述的設備，其中所述模擬軟體用於短程加速賽車。
14.根據權利要求9-12中任一權利要求所述的設備，其中所述模擬軟體用於駕駛訓練或賽車，所述設備包括被可操作地連接到車輛控制器的若干傳感器，用於提供駕駛者的操作行為信號，該操作行為信號被輸入電腦中。
15.根據權利要求14所述的設備，其中所述傳感器是一對超聲波傳感器。
16.根據權利要求15所述的設備，其中所述一對超聲波傳感器被設置為分別向車輛轉向輪上的目標位置發射超聲波信號，並接收從所述目標位置反射的信號，以提供表示所述傳感器與所述目標位置之間距離的輸出電信號，其中使用的所述目標位置彼此之間位於所述轉向輪的同側，且相對於所述轉向輪的中心反向相離。
17.根據權利要求16所述的設備，其中來自所述兩個傳感器的輸出電信號被結合，以得出表示所述轉向輪相對於穿過該轉向輪中心的、基本上豎直的直線的轉動的幅度的信號，該信號被輸入所述電腦。
18.根據權利要求14-17中任一權利要求所述的設備，其中所述電腦被編程，使得所述操作行為信號影響所述模擬軟體，使所述視屏裝置上的虛擬景物影像相對於所述駕駛者的操作行為同步轉映。
19.根據權利要求9-18中任一權利要求所述的設備，其中在所述機動車輛前方橫向展開的所述視屏裝置的所述部分能夠升起和降下，其中當所述部分處於升起位置時，車輛能夠向前行駛離開所述底盤測力計並離開所述設備。
全文摘要
包括一個底盤測力計(14)的設備，當駕駛員駕駛車輛(12)時，所述底盤測力計(14)使所述車輛(12)保持靜止。該設備由電腦控制，且包括一個視覺顯示系統，該視覺顯示系統包括位於駕駛者前方和兩側的三屏幕裝置(28，30，32)和三個投影機(22，24，26)，用於將虛擬景物影像投影到所述三屏幕裝置上，並相對於駕駛者橫跨至少180度。所述虛擬景物影像，根據駕駛者控制的車輛驅動輪(46)的速度而行進，所述車輛驅動輪(46)在所述底盤測力計(14)的輥(44)上。該設備可以包括控制傳感裝置(140)，用於提供駕駛者的操作行為信號，該信號用於使虛擬景物影像的轉映與駕駛者的操作行為同步。
文檔編號G01M17/007GK1926594SQ200580006426
公開日2007年3月7日 申請日期2005年2月2日 優先權日2004年2月3日
發明者內維爾·詹姆斯·邦德 申請人:拽牫特格有限公司