模块化远程实时模拟驾驶系统的设计与研究

胡阳光　谭鑫　宋金涛　杨明钦　张照　方涛

摘 要：随着人们生活水平的日益提高，人民对生活有了更加精致的要求，人们倾向于追求安全又刺激的娱乐项目，比如赛车竞技。但传统的赛车竞技在满足刺激感的同时，无法保证百分百的安全，所以能远程实时操控的驾车方式就显得尤为重要。微缩现实、模拟场景，会将驾驶者与车剥离开来，在不影响驾驶的同时，带给驾驶者刺激、快乐，还能保证驾驶者绝对的安全性。

关键词：赛车竞技 远程操控 微缩现实 模拟场景

Design and Research of Modular Remote Real-time Simulation Driving System

Hu Yangguang Tan Xin Song Jintao Yang Mingqin Zhang Zhao Fang Tao

Abstract：With the improvement of people's living standards， people have more refined requirements for life， and people tend to pursue safe and exciting entertainment projects， such as racing. However， the traditional racing competition cannot guarantee 100% safety while satisfying the excitement. Therefore， the driving method that can be remotely controlled in real time is particularly important. Miniature reality and simulated scenes will separate the driver from the car， without affecting the driving.

Key words：racing competition， remote control， miniature reality， simulation scene

1 前言

智能制造产业的发展，机械、电子信息和先进数字制造结合的产品越来越普遍，已经成为了国际上发展的必然趋势。每一个创新产品的出现都提高了人们的生活质量，促进了社会的进步。模块化远程实时驾驶模拟系统结合了机电数等方面的知识。实现了在屏幕前远程模拟驾驶的体验快感。势必丰富人们在精神需求;3D打印技术又称三维打印技术，是一种累积制造技术，用于快速成型领域。开放性的可塑性，可根据用户不同的需求定制出个性化的产品外形，与市面上各大建模软件如CATIA、UG、SolidWorks、proe等无缝对接，体现了3D打印技术的通用性优势。3D打印技术与机械制造技术、先进数字材料制造技术，数字远程控制技术有机结合，深度融合出模块化远程实时驾驶系统，方便了车体内部构造，减少了材料的选择和成本，为我国十四五规划建设和创新创业领域做出一份贡献。

2 项目背景

隨着人们生活水平的日益提高，人们越来越在意精神生活，许多追求赛车刺激的年轻人喜欢参加赛车竞技，但是这种赛车竞技具有一定的危险性，在高速行驶的情况下，赛车很容易发生危险。所以我们团队研发了模块化远程实时模拟驾驶系统，模拟真车驾驶的环境，远程的操控一台等比例缩小的小车，既能带给驾驶者操控汽车的快乐，又能保证驾驶的安全性。

3 项目简介

模块化远程实时模拟驾驶系统是利用3D技术打印模块化的车身，驾驶者通过操控汽车的驾驶系统远程实时驱动赛车，由模拟驾驶操纵平台和竞技赛车两个主体组成。模拟驾驶操纵平台安装有方向盘、踏板、档位和图像屏幕，如图1所示。竞技赛车除电控部分、轮子和减震系统皆是3D打印的零件拼装而成，具有破损零部件可以随时替换和车身个性化设计的优势，如图2所示。

4 系统工作原理

4.1 控制系统整体设计

模块化远程实时模拟驾驶程序运行流程图如图3：驾驶端的单片机ARDUINO NANO负责读取方向盘旋转角度、踏板下压角度、档位开关、调速数据、喇叭数据等各个模拟器的信息，单片机将采集的数据信息经过程序集中处理，转换格式，打包经外部双向全双工通信模块，定向传输信息至被驾驶端;被驾驶端车载单片机接受信息，将信息集中处理、转换格式，再将各个信息值赋值给各个功能模块，以实现远程实时模拟驾驶的作用。被驾驶端车载装有防撞保护模块，当车前方或者后方即将碰撞时，会执行制动保护的工能，以此保证车处于安全状态。

在程序中利用四轮差速实现转向的功能，控制端方向盘每旋转一定角度在程序中对应四轮差速配比，以此实现转向角度的大小。在实际运行中，控制端方向盘转动的角度可以很快的反映到车的车轮，程序中延迟设置的很低。

4.2 通讯信息传输

我们采用了通讯频段为2.4G，1000Mw，具有高稳定性的工业级别的无线传输模块。开阔地带传输距离可达8公里，信号传输稳定，全双工双向传输，既可传输信息，也可接受信息。内置三种传输功能，具有LDO稳定供电，中断组网，实现网络无死角，不会与图像传输信息发生干扰。

4.3 图像信息传输

图像传输有两种方式：一种在车身前端安装5.8G图像传输模块，这种传输方式简单直接，但是弊端是不可忽视的，传输距离短，穿墙能力弱，不能实现远程控制的需要。另一种是车身前端安装有360°全景摄像头，摄像信息经5G图像传输模块传输至网络云平台，经平台再传输至手机软件端，驾驶者只需要戴VR眼镜即可实时360°观看车周围景象，给予驾驶者亲临现场的感觉，又满足驾车极大的安全性。

4.4 供电系统

模块化驾驶仪的电源分为两种，一种是家用220V电源，这种电源是在控制驾驶端使用，通过降压模块降至12V供电图像接收装置，再降压至5V供电单片机。另一种为航模电池24V，5000毫安电源，我们将电池放置车身中，供电车各个电路模块。

5 模块化远程模拟驾驶的优势

（1）与单纯的荧幕驾驶相比，模块化远程实时模拟驾驶系统具有真实的小汽车，更容易产生现实的互动，给人于真实刺激的驾车体验。

（2）结合虚拟驾驶和现实驾驶，具有安全性和高效性配合特殊的跑道，视觉冲击强烈，在家就能有绝佳的驾驶体验。

（3）低成本，低花销，拉近与普通消费者的距离，更容易被大众所接受。

（4）驾驶体验真实，安全又刺激，占地面积小，节约地皮的费用。

（5）3D打印模块化的车身能降低车的加工成本和经济成本，可根据用户需求定制个性化的车身外观。

6 市场应用前景

①面向赛车市场和汽车制造商展开合作，重新制作升级小汽车，增强车的性能，丰富驾驶者在远程驾驶中的刺激感。视觉系统升级为VR实时模拟驾驶系统。

②投放在校园内，作为校园速递小车，帮助同学们在校园内取快递，取外卖，节省同学们的时间和精力。

③面向中小学教育行业，模块化的远程模拟驾驶小车，各模块相互分离又紧密结合，优越的可视化，提高学生课外动手时间能力，培养学生创新意识，促进创新在中小学教育行业的发展。

7 结论

总而言之，在当今科技飞速发展的时代，物联网，人工智能等新兴产业迅速崛起。模块化远程实时模拟驾驶系统与当今科技兴国的背景相贴合，丰富人们的精神需求，为当代年轻人提供了更加刺激的娱乐项目，让更多的人即使没有驾照也可以体验到开车的乐趣。驾驶系统具有很广泛的应用场景，在驾校，商场，下线体验店等都可以投放。本文主要根据系统工作原理以及发展前景對驾驶系统进行介绍，希望对今后模拟驾驶领域提供一些参考价值，也希望通过团队的努力可以推进社会的发展。

项目来源：吉林省省级大学生创新创业项目（2019SJ015）。

参考文献：

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