駕駛模擬器

駕駛模擬器是一種駕駛訓練的教學設備。它利用虛擬現實仿真技術營造一個虛擬的駕駛訓練環境，人們通過模擬器的操作部件與虛擬的環境進行交互，從而進行駕駛訓練廣義上的駕駛。

模擬器包括汽車駕駛模擬器、飛機駕駛模擬器、船舶駕駛模擬器等等。凡是用來“駕駛”的模擬設備，通通可以稱之為駕駛模擬器。當然，相對於其他駕駛模擬器，汽車駕駛模擬器是應用最為廣泛的。現代社會，汽車已經是一種非常普通的代步和運輸工具，因為汽車駕駛模擬器應用面更加廣泛。

汽車駕駛模擬器幾乎完全“克隆”真實學車環境，能夠消除駕駛初學者的恐懼心理，適時規範駕駛者的操作，為駕校駕駛培訓的有力幫助。

早在20世紀70年代，世界各先進國家就已普遍應用汽車駕駛模擬器這一先進的手段來培訓學員，並在有關法規上加以認可。據有關資料統計，1982年全日本培訓駕駛員240多萬人，其中90%都是借用駕駛模擬器來實現培訓計劃的。我國汽車駕駛培訓行業採用駕駛模擬器的普及率非常低，培訓仍是以師傅帶徒弟的方式為主，訓練效率比較低，投入較大[1]。

公安部統計數據顯示，我國每年交通事故50萬起，因交通事故死亡人數均超過數萬人，相當於一個小型縣，居世界第一，每5分鐘就有一人喪身車輪，每1分鐘都會有一人因為交通事故而傷殘。每年因交通事故所造成的經濟損失達數百億元。2006年我國因車禍死亡人數為8.9萬人，平均每天就有二三百人喪生車禍，遠遠多於汽車保有量高得多的美國。而且，態勢越來越嚴重，2007年全世界交通事故死亡人數為50萬人。其中，中國交通事故死亡人數為10.4萬人,超過總人數的20%。

僅僅09年上半年，一個北京市單單因為酒後駕車而導致死亡的就有97人，而全國的車禍數據也在不斷的“刷新”着記錄，“杭州飆車案”，“南京酒後駕車案”，“河南靈寶案”無不時時刻刻的刺激着人們對安全駕車的體會，數據顯示，道路傷害所造成的負擔更多地落在年輕人身上。年輕人缺乏認識和經驗，這意味着他們更易出現超速、駕駛時不佩戴安全帶或頭盔、酒後駕車等危險行為。

隨着機動車保有量的增加，道路里程的延伸，道路交通愈趨複雜，交通事故有愈演愈烈的趨勢。其中新駕駛員的交通事故率佔有相當大的比重。根據一項研究發現，與有經驗的駕駛員相比，新駕駛員更容易發生交通事故，而使用廉價的駕駛模擬器就能有效地降低交通事故的發生，因此開發價格低廉且能滿足駕駛培訓需要的駕駛模擬器具有非常積極的意義。

基於以上幾種原因，駕駛模擬器教學有望成為學車流程一部分。

駕駛模擬器教學，是指通過一種類似機動車駕駛的設備，採用電腦設置相應程序，模擬出各種路況場景，以達到培訓的目的。具體安排是，學開車的市民在完成理論考試之後，要首先玩玩這個“電子遊戲”-駕駛模擬器，才能在現實中開車上路練習駕駛技能。

使用駕駛模擬器進行訓練可以減少1/3的實車訓練時間，減少交通事故，減少環境污染，減少汽車的油耗、磨損以及教練的指導時間。另外駕駛模擬器可以在室內進行，不受天氣、時間等的影響，便於管理和維護，因而維護費用也可以降低許多[2]。

代替真車訓練時間根據2005年3月1號由交通部制定的《機動車駕駛員培訓教學大綱》，每個學員上模擬器訓練10個學時，就等同於實車駕駛訓練3小時。

使用主動型汽車駕駛模擬器可以代替真車20%～30%的訓練時間，而使用被動型駕駛模擬可以代替真車5%左右的訓練時間。如果在不減少真車訓練時間的情況下，那麼將極大地提高學習效率，使得學員很快進入狀態（教練少生氣，學員少捱罵）。

節能環保，據駕校實測數據：實車訓練1小時，耗油4升，每一個學員利用駕駛模擬器學習3個小時，這樣每培訓一名學員就可以節油12升；按一年招生1萬人算，一年可節約12萬升汽油（約人民幣：660,000.00元），此外，模擬器還不排廢氣，無車輛磨損，非常環保。

消除學員恐懼心理，新學員（尤其是女生），剛上真車時，由於手腳配合不協調，動作慌亂，因而有不同程度的恐懼心理。使用模擬器後，學員可以很好地掌握離合器、剎車、油門、檔位、方向盤等的協調。例如危險情況（行人突然跌倒，剎車失效等），其他天氣（如雨天、雪天、霧天、黑夜等），反覆練習平時真車不能實現的場景，消除真車駕駛時遇到突發事件的緊張感。

減少真車損耗，新學員通過駕駛模擬器的熟練操作，可以減少由於學員誤操作而帶來的真車損耗。避免因不規範操作對發動機、變速箱等汽車部件的損害。

提高市場競爭力，率先引用科技教學方法，有效提升駕校的品牌形象，標示自己行業領導者的角色。

模擬器的工作原理為：駕駛員操縱操作部件，使得與操作部件直接相連的傳感器發生變化，從而引起電信號的變化。信號採集及處理子系統按照一定的精度定期採集傳感器上的電信號，並進行濾波等處理。處理後的信號作為車輛動力學模型子系統的輸入，經過車輛動力學模型模擬運算，計算出車輛的當前狀態，例如發動機轉速、發動機輸出扭矩、車速、車輛當前的位置等信息。車輛動力學模型計算出的結果送入顯示系統進行圖形顯示、送入音響系統進行聲音模擬以及送入儀表系統進行儀表顯示。

目前車輛駕駛模擬器主要可以分為培訓型駕駛模擬器和開發型駕駛模擬器。培訓型駕駛模擬器（如圖1所示）主要用於駕駛員培訓，開發型駕駛模擬器（如下圖2所示）則主要用於車輛產品的開發。開發型車輛駕駛模擬器是一種在試驗室中使用電子計算機控制，用於研究、測試分析和重現車輛與駕駛員和車輛與外部環境在實際車輛駕駛過程中的相互作用的設備。相對培訓型駕駛模擬器，開發型駕駛模擬器要求較高，其主要要求是：

1)能完全真實地模擬車輛加速、減速、高速和轉向等各種高要求的行車情況，特別是車輛的極限工況；

2)能提供駕駛研究所需要的各種視景、聲效等反饋效果；

3)能觀察和記錄車輛行駛時其性能參數變化；

4)能記錄駕駛員的操作行為。

（1）用於有關人-汽車系統的研究、開發、特別是在使用IT設備和ITS時的人-汽車系統的研究、開發，根據用途也用於危險狀況和交通堵塞等特殊環境狀況下的試驗等

（2）用於有關汽車運動的研究、開發，即用於汽車操作穩定性、安全性可靠性等相關汽車運動的研究、開發，也用於特殊環境狀況下的試驗等。

利用駕駛模擬器進行各種試驗與實車試驗相比，有以下優點：

（1）安全性高：可安全地進行危險性駕駛狀態的試驗和極限狀態下的試驗、訓練等。

（2）再現性高：容易保證相同的試驗條件，並目能夠反覆進行相同條件下的試驗。

（3）容易設定試驗條件：容易進行汽車特性、路面狀況、道路、障礙物等環境設定及設定變更，不需要製作大量試驗設備節省費用。

（4）容易測定數據和分析：用計算機能夠容易地存儲實車試驗測定困難的參數，並立即顯示所需的數據，高效率地處理。

駕駛模擬器的使用要注意的事項有以下幾點:

（1）模擬限度：駕駛模擬器有限度地近似性地模擬實車行駛狀態。

（2）試驗人員的心理狀態：需要認真地考慮試驗人員的緊張感等情緒對結果的影響，因為試驗人員在模擬器內有安全感，易產生冒險心理，所以會得到與實車試驗不同的結果。

（3）經濟性:現階段各種模擬裝置、計算機、軟件的開發費用都很高，與之相比實車和試驗設備進行的試驗費用低

如果充分注意以上的事項，才能有效利用駕駛模擬器的試驗結果。

下圖所示的是開發型駕駛模擬器的基本構成。

（1）視野模擬裝置

該裝置是顯示車外景色(道路、背景、障礙物、前面行駛車輛、對面行駛車輛等)的裝置，大致分為利用監視器和利用投影器投影到屏幕上兩種方式。如果以計算機計算出車輛運動的計算結果為基礎，按每50 ~ 80ms掃描視野圖像，就不會使試驗人員有滯後的感覺。

（2）聲音模擬裝置

該裝置是模擬發動機聲、輪胎噪聲、風阻噪聲等的裝置，以在實際發動機聲音等採樣出術的數據為基礎，根據速度等各種行駛條件對數據進行加工，把模擬實際行駛之後的聲音施加給被測試者，給於其速度感。為了強化模擬駕駛實車的感覺，希望能夠再現出制動器鳴叫聲以至到接觸到牆壁時的接觸聲。

（3）操縱感覺模擬裝置

該裝置是模擬方向盤反作用力、儀表類工作等的裝置，計算機計算出的方向盤反作用力通過電動機等返給試驗人員產生操縱感覺。另外，需要速度表等儀表類，最好使用與實車相同的節氣門踏板、制動踏板。特別是在制動器方面如果組裝上能模擬出與實車同樣的反作用力的制動器的話，那麼將會更加接近駕駛實車的感覺。

（4）運動感覺模擬裝置

該裝置是根據計算機計算出的車輛運動計算結果模擬慣性力和振動的裝置，驅動駕駛模擬試驗的試驗人員的駕駛座椅和視野模擬裝置，根據其動作給試驗人員以加速感。這種可模擬人體感覺的摸擬器稱為底座可動式模擬器，典型的結構如下圖所示。

（5）計算機

要求計算機具備以下功能：①讀出試驗人員的駕駛參數(轉向角、節氣門、制動踏板踏下量、擋位等)；②計算汽車運動；③控制（1）~（4）的裝置，需要實時模擬視野、行駛聲音、方向盤反作用力、慣性力、振動等。

基礎駕駛包括“原地駕駛訓練”，“基礎駕駛技能訓練”，“初級訓練場景”。

1 原地駕駛

原地駕駛主要用於初級學員進行換檔訓練，練習換檔時候與離合器的配置，目的是使得學員可以不低頭就可以實現踩離合器和正確換檔。

2 基礎駕駛技能訓練

“基礎駕駛技能訓練”主要訓練學員起步、停車、倒車以及通過控制離合器實現半聯動駕駛，目的是使得學員熟練掌握半聯動駕駛技能，為場地訓練打下堅實的基礎。

3 初級訓練場景

“初級訓練場景”主要用於訓練學員的初級道路駕駛技能，為道路訓練打下堅實的基礎。

場地駕駛包括場地九項和倒庫，即“樁考”，“側方停車”，“坡道停車和起步”，“通過單邊橋”，“曲線行駛”，“直角轉彎”，“限速通過限寬門”，“連續通過障礙”，“百米加減檔”，“起伏路駕駛”。對於這10項訓練內容，大車和小車有不同的訓練場景。所有的考核和評判嚴格按照公安部標準進行[7]。

進行場地訓練時，如果考試不合格，則系統自動將車輛退回到起點位置，方便學員重新進行訓練和考試。

1 樁考

“樁考”考核機動車駕駛人操控車輛完成側方移位、倒車入庫和正確判斷車身空間位置的能力。

從起點倒入乙庫停正，再經過二進二退移位到甲庫停正，前進穿過乙庫至路上，倒入甲庫停正，前進返回起點。

評判及提示語有：倒樁考試開始，倒樁考試結束，不按規定路線、順序行駛，碰擦樁杆，車身出線，移庫不入，中途熄火，中途調整車身位置。

2側方停車

“側方停車”讓駕駛員掌握將整車正確停於路右車位（庫）中的技能，以適應日常駕駛生活中臨時停車的需要。

駕駛人員駕駛車輛在不碰，擦庫位樁杆，車輪不壓碰車道邊線，庫位邊線的情況下，通過一進一退，將整車移入右側車庫位中。

評判及提示語有：側方停車考試開始，側方停車考試結束，車輛在入庫後車身出線，碰擦樁杆，行駛中輪胎觸軋車道邊線，中途調整車身位置。

3坡道停車和起步

考核機動車駕駛人在坡道上駕駛車輛的技能，準確判斷車輛的位置，正確使用制動、擋位和離合器，以適應在上坡路段停車與起步的需要。核駕駛員上坡路的駕御車輛的能力，正確的固定地點靠邊停穩車輛的能力，以準確適用檔位和離合器的能力，以適應在上坡路段等候放行時的操作需要。

機動車駕駛人應通過視覺和感覺及時判斷坡道的坡度大小、長短及路寬等道路情況，採取正確的操作方法，控制車輛平穩停車和起步。做到轉向正確，換擋迅速，操縱加速踏板、駐車制動器和離合器踏板的動作準確協調。

評判及提示語有：“坡道定點停車和起步”考試開始，“坡道定點停車和起步”考試結束，車輛停止後，汽車前保險槓距離樁杆線超過50釐米，車輛保險槓未停於樁杆線上，前後超過 20釐米，不超過 50釐米，車輛停止後，車身距離路邊緣線30釐米以上，起步時後溜大於30釐米，起步時後溜小於30釐米。

4 通過單邊橋

考核機動車駕駛人員對所駕駛的車輛能準確運用方向，並對所有車輪位置的直線行駛軌跡的正確判斷和掌握車輛不平行運行技術。

駕駛員要正確掌握方向，將甲、乙兩橋分別用左、右邊輪壓於輪下，平穩順暢通過，用一檔（含）以上檔位。（單側前後車輪一次通過左、右單邊橋。）

評判及提示語有：“通過單邊橋”考試開始，“通過單邊橋”考試結束，有一車輪未上橋，行駛中出現一個車輪掉下橋面，未通過單邊橋。

5曲線行駛

考核駕駛遠方向的運用與對車輛軌跡運行的掌握。

機動車駕駛人駕駛車輛從彎道的一端前進駛入，減速換擋，以低擋低速從另一端駛出。行駛中不得軋彎道邊緣線，轉向自如。

評判及提示語有：“曲線行駛”考試開始，“曲線行駛”考試結束，車輪駛出邊緣線，車輪壓路邊緣線，中途調整車身位置。

6直角轉彎

考核駕駛員急彎路段迅速運用方向對車輛內輪差距進行正確判斷。

機動車駕駛人駕駛車輛按規定的線路低速行駛，由左向右或者由右向左直角轉彎，一次通過，中途不得停車。

評判及提示語有： “直角轉彎”考試開始，“直角轉彎”考試結束，車輪觸軋突出點或者駛出邊緣線，中途調整車身位置，車輪觸軋道路邊緣線，藉助倒車完成。

7限速通過限寬門

考核駕駛員在一定的車速下對車身位置的正確判斷能力。

機動車駕駛人駕駛車輛以不低於20公里/小時的速度，從三門之間穿越，不得碰擦懸杆。

評判及提示語有：“限速通過限寬門” 考試開始，“限速通過限寬門” 考試結束，時速低於20公里/小時通過，不按規定路線、順序行駛，碰擦限寬門懸杆。

8連續通過障礙

考核機動車駕駛人駕駛車輛通過連續障礙時，對車輪行駛軌跡和內、外輪差的判斷能力。

用二擋（含）以上擋位，將車騎於圓餅之上通過，車輪不得碰、擦、軋圓餅，並且不得超、軋兩側路邊緣線。

評判及提示語有：“通過連續障礙”考試開始，“通過連續障礙”考試結束，不按規定路線行駛的，車輪駛出邊緣線，車輪壓路邊緣線，壓圓餅，碰、擦圓餅。

9百米加減檔

考核機動車駕駛人操縱車輛擋位的熟練程度。

機動車駕駛人駕駛車輛由起點線起步，在百米內完成從最低擋逐級加至最高擋，再從最高擋逐級減至二擋。

評判及提示語有：“百米加減擋”考試開始，“百米加減擋”考試結束，未完成規定加、減擋，越級換擋。

10起伏路駕駛

考核駕駛員掌握起伏（凹凸）路的駕駛要領和對起伏（凹凸）路面進行正確判斷的能力，並做到制動、離合器、檔位三者配合適當。

車輛正常行駛在障礙物前 20 米 內製動減速，用低檔（一檔）或使用半聯動通過，保證車輛平穩安全的通過障礙。

評判及提示語有：“起伏路駕駛”考試開始，“起伏路駕駛”考試結束，車速控制不當，車輛嚴重跳躍，通過起伏路前不減速，通過起伏路前過早減速。

綜合訓練中，設置了“城市道路”，“高速公路”，“鄉村道路”等訓練場景。在各訓練場景中，又設置了各種危險情況，如行人橫穿公路等[8]。

1 城市道路

城市道路場景中設置了立交橋、十字路口、丁字路口、環形島、環城路、隧道等內容。

2 高速公路

場景中有收費站、超車道、行車道、出口等交通標誌牌，車距確認、隧道、高速公路出入口等內容。

3 鄉村道路、山區道路、泥濘路

設置了急彎、陡坡，泥濘路，漫水路等場景。

通過中央控制枱，可以連接40台駕駛艙進行聯網訓練。中央監控台由高性能計算機、、打印機、 100M 網絡交換機等組成。監控計算機可以監控任意一台模擬器，監視窗口將顯示與被監視模擬器完全一樣的畫面，並實時圖形顯示其“五大”操作件——方向盤、離合器、腳制動、油門及手制動當前的狀態；另外檔位、喇叭、轉向燈、點火開關等的狀態也通過圖示表示出來。

採用最新（2013年1月公佈的最新標準，四選一）標準化試題，題庫裏共有1500道試題。

豐富的教學錄像功能，利用該功能，可以播放汽車培訓教學錄像。 例如，系統提供最新的8種交通警察手勢信號（原交通警察手勢為11種）教學錄像，離合器工作原理錄像等等。

可以對系統進行相應設置，如增加刪除教學錄像，修改扣分模式和錯誤分值，修改方向盤靈敏度係數等。

訓練結束後，學員可以以俯視的方式查看最後3分鐘的駕駛過程，從而仔細分析錯誤駕駛發生的原因，以便以後改正。

訓練完畢後，學員可以查看訓練過程中所出現的錯誤動作，並且可以將訓練成績及錯誤明細表作為歷史記錄保持下來。 ^[1]