一种模拟真实力感的方向盘力反馈系统及其控制方法
一种模拟真实力感的方向盘力反馈系统及其控制方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种可用于汽车研发人员验证算法或其它形式的汽车驾驶模拟器领域，尤其是带力感反馈的力感交互式汽车驾驶模拟器领域。
【背景技术】
[0002]随着汽车技术的发展，汽车主动安全技术越来越受到世人的关注，这就需要进一步开发出更安全实用的算法。研发人员验证算法的传统方法是使用真车，但这种方法有不安全、费用高、效率低等缺点。而汽车驾驶模拟器可以有效克服这些缺点，因此使用汽车驾驶模拟器去帮助研发人员验证算法成为汽车行业的首选。
[0003]在验证算法过程当中往往会用到像Matlab/Simulink这样的仿真软件，这些软件在实时视景仿真时往往需要占用系统的大量资源，而在高速实时仿真时模拟器又要与仿真软件实时交互数据，这就需要使用一个有效的数据传输方式。以往的汽车驾驶模拟器都是通过串口传输数据，这种传输方式有传输速度慢、采样时间不兼容、占用系统资源大等缺点，使得仿真过程时效性不高，算法验证的准确性难以保障。
【发明内容】
[0004]为了克服现有的汽车驾驶模拟器与仿真软件传输数据时数据传输慢，采样时间不兼容、占用系统资源大等缺点，本发明的一个目的是提供一种模拟真实力感的方向盘力反馈系统，该系统与仿真软件高速实时仿真时能在占用少量系统资源的情况下与仿真软件高速交互数据，与仿真采样时间的兼容性好也使得系统运行的更加流畅。
[0005]为实现上述每对，本发明的技术方案如下:一种模拟真实力感的方向盘力反馈系统，包括PC机，PC机利用仿真系统进行仿真；
[0006]其特征在于所述反馈系统还包括
[0007]力矩传感器，用于检测电机的力矩数据；
[0008]角度传感器，用于检测电机的角度数据；
[0009]控制器，所述控制器通过USB协议与PC机进行数据交换，控制器读取力矩传感器的力矩数据和角度传感器的角度数据，根据以上获得的力矩数据和角度数据，通过力矩曲线方程计算出控制信号，并通过USB传输给控制器，控制电机运转，同时把角度数据和力矩数据通过USB传输到PC机。
[0010]控制器还通过USB读取PC端数据，包括车速、驾驶方式、车型和GPS坐标，并把读取到的GPS坐标数据发送到蓝牙串口，通过蓝牙串口把数据发送给导航设备的蓝牙模块。
[0011]本发明的另一目的是提供一种模拟真实力感的方向盘力反馈系统的控制方法，该系统与仿真软件高速实时仿真时能在占用少量系统资源的情况下与仿真软件高速交互数据，与仿真采样时间的兼容性好也使得系统运行的更加流畅。
[0012]为了实现上述目的，本发明的技术方案如下:一种模拟真实力感的方向盘力反馈系统的控制方法，包括以下步骤:A、控制器通过USB从PC端读取数据，包括车速、驾驶方式、车型和GPS坐标;B、把读取到的GPS坐标数据发送到蓝牙串口 ；C、读取力矩传感器的力矩数据和角度传感器的角度数据;D、根据获得的数据计算出控制信号;E、控制电机运转;F、把角度数据和力矩数据通过USB传输到PC端。
[0013]本发明提到的方向盘力反馈系统主要应用领域为汽车驾驶模拟，这里的计算是控制器计算的，PC端仅仅是接收数据进行模拟仿真，现有的汽车驾驶模拟器还是以单向传输为主，不能够返回数据，而本发明能够根据PC端返回的数据进行力反馈控制。
[0014]本发明采用USB协议数据传输方式与PC进行数据交换，仿真软件通过调用WindowsAPI函数可以快速地对控制器进行数据的读取与写入，在读取数据时可以更好的兼容仿真系统的采样时间，使得仿真系统运行稳定，画面更加流畅。为了模拟真实力感，本发明可以根据客户提供的方向盘力矩曲线，模拟出真实驾驶力感，使得实验数据更加真实可靠。同时本发明也给出初始的力矩曲线，让研发人员在不需要特殊力感的实验当中把精力放在算法的研究上，减少时间开销，提高研发效率。
[0015]本发明为了减少仿真系统的数据接口，在GPS导航试验中把GPS数据通过USB写入到控制器当中，控制器通过蓝牙串口把数据发送给导航设备的蓝牙模块，导航设备根据蓝牙模块接受的数据和WIFI热点进行实时导航实验。
[0016]本发明的有益效果是:使用USB协议数据传输方式传输数据，USB协议传输方式传输数据速度快，能与仿真系统的采样时间很好的兼容;减少仿真系统的数据接口，有效提高仿真效率，使得高速实时仿真时效性更好，算法验证的准确性得以保障。
【附图说明】
[0017]下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
[0018]图1是本发明的方向盘力反馈系统结构框图。
[0019]图2是本发明的方向盘力反馈系统GPS导航功能实现图。
[0020]图3是本发明的方向盘力反馈系统初始力矩曲线图。
[0021 ]图4是本发明的方向盘力反馈系统程序流程图。
【具体实施方式】
[0022]在图1所示实施例中，采用USB协议数据传输方式与PC进行数据交换，仿真软件通过调用Windows API函数可以快速地对控制器进行数据的读取与写入，在读取数据时可以更好的兼容仿真系统的采样时间，使得仿真系统运行稳定，画面更加流畅。
[0023]在图2所示实施例中，为了减少仿真系统的数据接口，在GPS导航试验中把GPS数据通过USB写入到控制器当中，控制器通过蓝牙串口把数据发送给导航设备的蓝牙模块，导航设备根据蓝牙模块接受的数据和WIFI热点进行实时导航实验。在图3所示实施例中，为了模拟真实力感，本发明可以根据客户提供的方向盘力矩曲线，模拟出真实驾驶力感，使得实验数据更加真实可靠。同时本发明也给出初始的力矩曲线，让研发人员在不需要特殊力感的实验当中把精力放在算法的研究上，减少时间开销，提高研发效率。
[0024]本发明的力矩曲线函数是根据实车数据和方向盘力反馈系统相结合得出，力矩曲线函数如下:
[0025]T(v,0) = (12.17Xexp(-((v-28.31)/16.23)2) +
[0026]8.638Xexp(-((v-160)/58010000)2) +
[0027]2.993 Xexp(-((v-65.14)/37.03)2) +
[0028]6.424Xexp(-((v-145.4)/93.8)2))Xatan(49) (1)
[0029]式中1'为力矩，￥为车速，06[-1，1]为方向盘角度，方向盘角度0在0附近由于力矩较小，为了克服系统摩擦力，要根据系统摩擦力对力矩曲线函数进行修正。
[0030]在图4所示实施例中，控制器等待USB枚举成功之后，进行方向盘归零、变量定义和外设初始化等一些列动作;初始化完成后控制器读取PC端数据(车速、驾驶方式、车型和GPS坐标等)，并把读取到的GPS坐标数据发送到蓝牙串口；接着分别读取力矩传感器的力矩数据和角度传感器的角度数据;根据以上获得的数据和力矩曲线方程计算出控制信号，使用计算出的控制信号控制电机运行，最后把角度信号数据和力矩信号数据以及其它仿真系统需要的数据通过USB传输到PC端，再进入下一个循环当中。
【主权项】
1.一种模拟真实力感的方向盘力反馈系统，包括PC机，PC机利用仿真系统进行仿真； 其特征在于所述反馈系统还包括 力矩传感器，用于检测电机的力矩数据； 角度传感器，用于检测电机的角度数据； 控制器，所述控制器通过USB协议与PC机进行数据交换，控制器读取力矩传感器的力矩数据和角度传感器的角度数据，根据以上获得的力矩数据和角度数据，通过力矩曲线方程计算出控制信号，并通过USB传输给控制器，控制电机运转，同时把角度数据和力矩数据通过USB传输到PC机。2.如权利要求1所述的一种模拟真实力感的方向盘力反馈系统，其特征在于所述控制器还通过USB读取PC端数据，包括车速、驾驶方式、车型和GPS坐标，并把读取到的GPS坐标数据发送到蓝牙串口，通过蓝牙串口把数据发送给导航设备的蓝牙模块。3.—种模拟真实力感的方向盘力反馈系统的控制方法，包括以下步骤:A、控制器通过USB从PC端读取数据，包括车速、驾驶方式、车型和GPS坐标;B、把读取到的GPS坐标数据发送到蓝牙串口；C、读取力矩传感器的力矩数据和角度传感器的角度数据;D、根据获得的数据计算出控制信号;E、控制电机运转;F、把角度数据和力矩数据通过USB传输到PC端。
【专利摘要】本发明公开了一种模拟真实力感的方向盘力反馈系统，包括PC机、电机、电机驱动器、力矩传感器、角度传感器、控制器，所述控制器通过USB协议与PC机进行数据交换，控制器读取力矩传感器的力矩数据和角度传感器的角度数据，把角度数据和力矩数据通过USB传输到PC机；PC机根据以上获得的力矩数据和角度数据，通过力矩曲线方程计算出控制信号，并通过USB传输给控制器，控制器使用计算出的控制信号控制电机运行。本发明使用USB协议数据传输方式传输数据，USB协议传输方式传输数据速度快，能与仿真系统的采样时间很好的兼容；减少仿真系统的数据接口，有效提高仿真效率，使得高速实时仿真时效性更好，算法验证的准确性得以保障。
【IPC分类】G05B17/02
【公开号】CN105487408
【申请号】CN201511031789
【发明人】游路宁, 李坚
【申请人】上海品铭机械工程有限公司
【公开日】2016年4月13日
【申请日】2015年12月31日
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种可用于汽车研发人员验证算法或其它形式的汽车驾驶模拟器领域，尤其是带力感反馈的力感交互式汽车驾驶模拟器领域。
【背景技术】
[0002]随着汽车技术的发展，汽车主动安全技术越来越受到世人的关注，这就需要进一步开发出更安全实用的算法。研发人员验证算法的传统方法是使用真车，但这种方法有不安全、费用高、效率低等缺点。而汽车驾驶模拟器可以有效克服这些缺点，因此使用汽车驾驶模拟器去帮助研发人员验证算法成为汽车行业的首选。
[0003]在验证算法过程当中往往会用到像Matlab/Simulink这样的仿真软件，这些软件在实时视景仿真时往往需要占用系统的大量资源，而在高速实时仿真时模拟器又要与仿真软件实时交互数据，这就需要使用一个有效的数据传输方式。以往的汽车驾驶模拟器都是通过串口传输数据，这种传输方式有传输速度慢、采样时间不兼容、占用系统资源大等缺点，使得仿真过程时效性不高，算法验证的准确性难以保障。
【发明内容】
[0004]为了克服现有的汽车驾驶模拟器与仿真软件传输数据时数据传输慢，采样时间不兼容、占用系统资源大等缺点，本发明的一个目的是提供一种模拟真实力感的方向盘力反馈系统，该系统与仿真软件高速实时仿真时能在占用少量系统资源的情况下与仿真软件高速交互数据，与仿真采样时间的兼容性好也使得系统运行的更加流畅。
[0005]为实现上述每对，本发明的技术方案如下:一种模拟真实力感的方向盘力反馈系统，包括PC机，PC机利用仿真系统进行仿真；
[0006]其特征在于所述反馈系统还包括
[0007]力矩传感器，用于检测电机的力矩数据；
[0008]角度传感器，用于检测电机的角度数据；
[0009]控制器，所述控制器通过USB协议与PC机进行数据交换，控制器读取力矩传感器的力矩数据和角度传感器的角度数据，根据以上获得的力矩数据和角度数据，通过力矩曲线方程计算出控制信号，并通过USB传输给控制器，控制电机运转，同时把角度数据和力矩数据通过USB传输到PC机。
[0010]控制器还通过USB读取PC端数据，包括车速、驾驶方式、车型和GPS坐标，并把读取到的GPS坐标数据发送到蓝牙串口，通过蓝牙串口把数据发送给导航设备的蓝牙模块。
[0011]本发明的另一目的是提供一种模拟真实力感的方向盘力反馈系统的控制方法，该系统与仿真软件高速实时仿真时能在占用少量系统资源的情况下与仿真软件高速交互数据，与仿真采样时间的兼容性好也使得系统运行的更加流畅。
[0012]为了实现上述目的，本发明的技术方案如下:一种模拟真实力感的方向盘力反馈系统的控制方法，包括以下步骤:A、控制器通过USB从PC端读取数据，包括车速、驾驶方式、车型和GPS坐标;B、把读取到的GPS坐标数据发送到蓝牙串口 ；C、读取力矩传感器的力矩数据和角度传感器的角度数据;D、根据获得的数据计算出控制信号;E、控制电机运转;F、把角度数据和力矩数据通过USB传输到PC端。
[0013]本发明提到的方向盘力反馈系统主要应用领域为汽车驾驶模拟，这里的计算是控制器计算的，PC端仅仅是接收数据进行模拟仿真，现有的汽车驾驶模拟器还是以单向传输为主，不能够返回数据，而本发明能够根据PC端返回的数据进行力反馈控制。
[0014]本发明采用USB协议数据传输方式与PC进行数据交换，仿真软件通过调用WindowsAPI函数可以快速地对控制器进行数据的读取与写入，在读取数据时可以更好的兼容仿真系统的采样时间，使得仿真系统运行稳定，画面更加流畅。为了模拟真实力感，本发明可以根据客户提供的方向盘力矩曲线，模拟出真实驾驶力感，使得实验数据更加真实可靠。同时本发明也给出初始的力矩曲线，让研发人员在不需要特殊力感的实验当中把精力放在算法的研究上，减少时间开销，提高研发效率。
[0015]本发明为了减少仿真系统的数据接口，在GPS导航试验中把GPS数据通过USB写入到控制器当中，控制器通过蓝牙串口把数据发送给导航设备的蓝牙模块，导航设备根据蓝牙模块接受的数据和WIFI热点进行实时导航实验。
[0016]本发明的有益效果是:使用USB协议数据传输方式传输数据，USB协议传输方式传输数据速度快，能与仿真系统的采样时间很好的兼容;减少仿真系统的数据接口，有效提高仿真效率，使得高速实时仿真时效性更好，算法验证的准确性得以保障。
【附图说明】
[0017]下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
[0018]图1是本发明的方向盘力反馈系统结构框图。
[0019]图2是本发明的方向盘力反馈系统GPS导航功能实现图。
[0020]图3是本发明的方向盘力反馈系统初始力矩曲线图。
[0021 ]图4是本发明的方向盘力反馈系统程序流程图。
【具体实施方式】
[0022]在图1所示实施例中，采用USB协议数据传输方式与PC进行数据交换，仿真软件通过调用Windows API函数可以快速地对控制器进行数据的读取与写入，在读取数据时可以更好的兼容仿真系统的采样时间，使得仿真系统运行稳定，画面更加流畅。
[0023]在图2所示实施例中，为了减少仿真系统的数据接口，在GPS导航试验中把GPS数据通过USB写入到控制器当中，控制器通过蓝牙串口把数据发送给导航设备的蓝牙模块，导航设备根据蓝牙模块接受的数据和WIFI热点进行实时导航实验。在图3所示实施例中，为了模拟真实力感，本发明可以根据客户提供的方向盘力矩曲线，模拟出真实驾驶力感，使得实验数据更加真实可靠。同时本发明也给出初始的力矩曲线，让研发人员在不需要特殊力感的实验当中把精力放在算法的研究上，减少时间开销，提高研发效率。
[0024]本发明的力矩曲线函数是根据实车数据和方向盘力反馈系统相结合得出，力矩曲线函数如下:
[0025]T(v,0) = (12.17Xexp(-((v-28.31)/16.23)2) +
[0026]8.638Xexp(-((v-160)/58010000)2) +
[0027]2.993 Xexp(-((v-65.14)/37.03)2) +
[0028]6.424Xexp(-((v-145.4)/93.8)2))Xatan(49) (1)
[0029]式中1'为力矩，￥为车速，06[-1，1]为方向盘角度，方向盘角度0在0附近由于力矩较小，为了克服系统摩擦力，要根据系统摩擦力对力矩曲线函数进行修正。
[0030]在图4所示实施例中，控制器等待USB枚举成功之后，进行方向盘归零、变量定义和外设初始化等一些列动作;初始化完成后控制器读取PC端数据(车速、驾驶方式、车型和GPS坐标等)，并把读取到的GPS坐标数据发送到蓝牙串口；接着分别读取力矩传感器的力矩数据和角度传感器的角度数据;根据以上获得的数据和力矩曲线方程计算出控制信号，使用计算出的控制信号控制电机运行，最后把角度信号数据和力矩信号数据以及其它仿真系统需要的数据通过USB传输到PC端，再进入下一个循环当中。
【主权项】
1.一种模拟真实力感的方向盘力反馈系统，包括PC机，PC机利用仿真系统进行仿真； 其特征在于所述反馈系统还包括 力矩传感器，用于检测电机的力矩数据； 角度传感器，用于检测电机的角度数据； 控制器，所述控制器通过USB协议与PC机进行数据交换，控制器读取力矩传感器的力矩数据和角度传感器的角度数据，根据以上获得的力矩数据和角度数据，通过力矩曲线方程计算出控制信号，并通过USB传输给控制器，控制电机运转，同时把角度数据和力矩数据通过USB传输到PC机。2.如权利要求1所述的一种模拟真实力感的方向盘力反馈系统，其特征在于所述控制器还通过USB读取PC端数据，包括车速、驾驶方式、车型和GPS坐标，并把读取到的GPS坐标数据发送到蓝牙串口，通过蓝牙串口把数据发送给导航设备的蓝牙模块。3.—种模拟真实力感的方向盘力反馈系统的控制方法，包括以下步骤:A、控制器通过USB从PC端读取数据，包括车速、驾驶方式、车型和GPS坐标;B、把读取到的GPS坐标数据发送到蓝牙串口；C、读取力矩传感器的力矩数据和角度传感器的角度数据;D、根据获得的数据计算出控制信号;E、控制电机运转;F、把角度数据和力矩数据通过USB传输到PC端。
【专利摘要】本发明公开了一种模拟真实力感的方向盘力反馈系统，包括PC机、电机、电机驱动器、力矩传感器、角度传感器、控制器，所述控制器通过USB协议与PC机进行数据交换，控制器读取力矩传感器的力矩数据和角度传感器的角度数据，把角度数据和力矩数据通过USB传输到PC机；PC机根据以上获得的力矩数据和角度数据，通过力矩曲线方程计算出控制信号，并通过USB传输给控制器，控制器使用计算出的控制信号控制电机运行。本发明使用USB协议数据传输方式传输数据，USB协议传输方式传输数据速度快，能与仿真系统的采样时间很好的兼容；减少仿真系统的数据接口，有效提高仿真效率，使得高速实时仿真时效性更好，算法验证的准确性得以保障。
【IPC分类】G05B17/02
【公开号】CN105487408
【申请号】CN201511031789
【发明人】游路宁, 李坚
【申请人】上海品铭机械工程有限公司
【公开日】2016年4月13日
【申请日】2015年12月31日
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