VR技术背景下汽车驾驶员应对突发情况处理的技术模型构建*

湖南应用技术学院 高玉龙 彭进香 曾雅泉 刘鹏程 刘标 申杰

随着科技的进步和工作快节奏的需要，汽车使用量日益增加，随着车辆的数量增加，交通事故多频次出现已成为影响户外出行、社会发展和人民生活的重要因素。因此有效预防道路交通事故的发生是当前乃至将来很长一段时间内一个重大而紧迫的任务，本论文是用来研究怎样通过虚拟现实技术、交互技术和Unity3D技术来应对模拟驾驶员驾驶汽车时发生的突发情况以及对各种突发情况的应急处理能力和保障驾驶员的人身安全提供正确指导，减少事故的发生。

1 国内外研究现状和发展动态

1.1 国内外研究现状

国外虚拟现实技术的发展非常迅速，美、日、欧等国家计备将该项技术作为未来市场竞争的关键手段。纵观汽车行业来看，为减少交通事故发生，一个新的技术即虚拟现实技术应用越来越受欢迎，它是指在建立一种仿真实的人工环境，然后人们在这中环境中从事驾驶、操作和设计等实际驾驶活动。同时虚拟现实技术也可应用于汽车设计、试验、培训等各个方面。

虚拟现实技术具有多感知性、沉浸感、交互性、自主性等特点，根据目前研究的情况来看，虚拟现实技术在驾驶模拟方面的研究主要是事先制作驾驶过程所需要的视频资料,用于驾驶者的驾驶模拟场景来训练。这种场景应用具有单一性, 扩展性差，面对突发状况有很大的局限性。虚拟现实系统有桌面式VR、沉浸式VR、增强式VR、分布式VR等四种系统。本研究主要是针对桌式VR虚拟现实系统在汽车驾驶中的应用。桌面式VR虚拟现实系统主要是用计算机进行仿真技术研究，这种技术成本较低、应用比较广泛，在此主要是用于构建驾驶场景去模拟汽车突发事件发生的场景和司机的操作之间的交互。

1.2 发展动态

道路交通安全是大家非常关注的一个问题，交通部门出台了规范驾驶、酒驾处罚、疲劳驾驶等各个方面的管理文件,但有些交通事故是多方原因产生，必须要通过技术上的培训与学习去避免发生。从当前的研究情况来看，驾培机构进行的驾培、安全教育没有太多创新，基本上是传统性的，成本高、效果不尽人意。根据科学技术的发展，可以根据天气、光照等情况，通过驾驶场景系统从起步、倒车、变道、加减速、换档、转弯等方面进行模拟环境设定,实现驾培教学与安全教育，效果会更好。

2 汽车驾驶员应对突发情况处理应用到的相关技术

如今汽车是最常见的代步工具，数量在快速增加，各类安全问题也是层出不穷，汽车遭遇突发事故是难以避免的一种情况，据各方面的数据统计情况分析，我国每年有超过10万余人死亡于交通事故，通过对汽车遭遇突发情况时汽车整车的运动情况进行分析解决汽车在遭遇突发情况时正确的操作可以尽可能的减少人员伤亡和经济损失。主要应用VR技术对驾驶员面对汽车出现突发情况的情景模拟，提高驾驶员面对突发情况的应急能力和驾驶的能力，通过对驾驶员在模拟仓的操作，精准实现操作和汽车状况的交互，提供更正确的指导。与之相关的还有3D模拟技术、视觉景象和声音模拟技术、数据采集技术、实时运动计算、实时交互技术等，如图1产品核心技术图所示。

图1 产品核心技术图Fig.1 Product core technology diagram

通过以上技术的配合使用，可以达到以下效果：

(1)可以用于对汽车的辅助技术研究，更好的发现和了解汽车的一些隐患问题，提高驾驶员的意识。

(2)用于对汽车驾驶培训的考核，提高驾驶员的安全意识和加强驾驶员对汽车突发情况的处理能力。

(3)提高驾驶员对汽车安全问题的重视程度，驾驶中严格按规定操作避免意外情况产生。

3 汽车驾驶员应对突发情况处理技术应用构想

天气炎热产生的爆胎事件，我们会通过Unity3D模拟技术工程模拟出汽车遭遇突发事件爆胎，搜集各类驾驶员的处理方式及最后的结果，结果一般会涉及到车型、高度、重量及轮胎的具体情况等，技术处理中一般应计算出汽车侧向角度与方向盘和刹车的操作的临界点。汽车侧翻最基本的机械特性研究中可以通过转弯过程中稳定车身的受力均衡性来考查与了解。车辆稳是指悬架与轮胎偏置在分析中可被忽略。转弯中，侧向力主要作用于地面上来平衡作用在汽车重心上的侧向加速度，进行汽车爆胎模拟试验必须研究左前轮和左后轮遭遇爆胎后前轮的侧向力的变化，要针对不同的情况研究出驾驶员如何操作可以更容易操控汽车。

处理汽车驾驶员应对突发情况问题的技术核心首先是在模拟过程中通过对汽车驾驶员发生突发情况时精准预测给驾驶员做出应急处理的正确性指导；其次对于现实生活中汽车突发情况产生的情景事件进行模拟，给出合理的指导操作方法，多次模拟效果再加以实施，记录产生各种模拟情况的数据并进行分析，找出最合理的解决方法，主要从以下几个方面进行：

(1)突发事件选择系统：收录了生活中常见的汽车突发事件，可以对需要模拟的场景进行模拟，还可以录入新出现的突发事件。

(2)Unity3D模拟技术工程：采用Unity3D模拟技术模拟出汽车的框架，道路以及需要模拟的物品，还原真实的汽车感觉，给人已真实感。

(3)视觉景象和声音模拟技术系统：该系统可以还原真实的视觉景象和声音给人一种真实感可以真实的反应出驾驶员遇到突发情况的真实反应。

(4)数据采集技术工程：可以采集计算机做出的操作，该操作可以对车造成什么改变，并读出车的数据，反馈给系统。

(5)实时运动计算系统：系统专门计算汽车的运动情况，并反馈出运动情况，反映出真实情况下这个汽车的真实轨迹。

(6)实时交互技术系统：该系统是将做出的什么操作，应该会出什么结果的重要系统，里面包含汽车的变化与驾驶员的操作相匹配的技术。

(7)汽车的运动方程：根据不同路况、速度、车辆重量和司机操作等返回一个准确结果。

(8)模拟操作：根据汽车侧翻情景、受力情况来设置场景流程基本操作框架图（如图2、图3、图4所示）。

图2 汽车侧翻模拟图Fig.2 Simulation of car rollover

图3 爆胎车轮侧向力变化曲线Fig.3 Variation curve of lateral force of punctured wheel

图3 电铸层微观形貌图Fig.3 Micro morphology of electroformed layer

图4 基本操作框架图Fig.4 Basic operation frame diagram

通过对汽车出现的各种突发情况做出实证分析需以上各方面的情况下还需考虑汽车速度、道路状况等因素，综合各种情况处理之下精准实现驾驶员操作和车辆状况的交互，用来判断驾驶员对此情况处理的正确性，必须实现硬件与软件的无缝结合，如驾驶模拟软件里根据不同的路况场景和各种突发事件带来的撞击等可通过精准的力反馈来反应到外部四轴电缸的底座上，然后电缸进行精确的上下、左右倾斜等运动，让驾驶员感受到汽车的加速与撞击、颠簸与当半坡起步时的离合器处于半离合状态的真实驾驶体验才更有利于该技术的实施。