模塊化遠程實時模擬駕駛系統的設計與研究

胡陽光　譚鑫　宋金濤　楊明欽　張照　方濤

摘 要：隨著人們生活水平的日益提高，人民對生活有了更加精致的要求，人們傾向于追求安全又刺激的娛樂項目，比如賽車競技。但傳統的賽車競技在滿足刺激感的同時，無法保證百分百的安全，所以能遠程實時操控的駕車方式就顯得尤為重要。微縮現實、模擬場景，會將駕駛者與車剝離開來，在不影響駕駛的同時，帶給駕駛者刺激、快樂，還能保證駕駛者絕對的安全性。

關鍵詞：賽車競技 遠程操控 微縮現實 模擬場景

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

智能制造產業的發展，機械、電子信息和先進數字制造結合的產品越來越普遍，已經成為了國際上發展的必然趨勢。每一個創新產品的出現都提高了人們的生活質量，促進了社會的進步。模塊化遠程實時駕駛模擬系統結合了機電數等方面的知識。實現了在屏幕前遠程模擬駕駛的體驗快感。勢必豐富人們在精神需求;3D打印技術又稱三維打印技術，是一種累積制造技術，用于快速成型領域。開放性的可塑性，可根據用戶不同的需求定制出個性化的產品外形，與市面上各大建模軟件如CATIA、UG、SolidWorks、proe等無縫對接，體現了3D打印技術的通用性優勢。3D打印技術與機械制造技術、先進數字材料制造技術，數字遠程控制技術有機結合，深度融合出模塊化遠程實時駕駛系統，方便了車體內部構造，減少了材料的選擇和成本，為我國十四五規劃建設和創新創業領域做出一份貢獻。

2 項目背景

隨著人們生活水平的日益提高，人們越來越在意精神生活，許多追求賽車刺激的年輕人喜歡參加賽車競技，但是這種賽車競技具有一定的危險性，在高速行駛的情況下，賽車很容易發生危險。所以我們團隊研發了模塊化遠程實時模擬駕駛系統，模擬真車駕駛的環境，遠程的操控一臺等比例縮小的小車，既能帶給駕駛者操控汽車的快樂，又能保證駕駛的安全性。

3 項目簡介

模塊化遠程實時模擬駕駛系統是利用3D技術打印模塊化的車身，駕駛者通過操控汽車的駕駛系統遠程實時驅動賽車，由模擬駕駛操縱平臺和競技賽車兩個主體組成。模擬駕駛操縱平臺安裝有方向盤、踏板、檔位和圖像屏幕，如圖1所示。競技賽車除電控部分、輪子和減震系統皆是3D打印的零件拼裝而成，具有破損零部件可以隨時替換和車身個性化設計的優勢，如圖2所示。

4 系統工作原理

4.1 控制系統整體設計

模塊化遠程實時模擬駕駛程序運行流程圖如圖3：駕駛端的單片機ARDUINO NANO負責讀取方向盤旋轉角度、踏板下壓角度、檔位開關、調速數據、喇叭數據等各個模擬器的信息，單片機將采集的數據信息經過程序集中處理，轉換格式，打包經外部雙向全雙工通信模塊，定向傳輸信息至被駕駛端;被駕駛端車載單片機接受信息，將信息集中處理、轉換格式，再將各個信息值賦值給各個功能模塊，以實現遠程實時模擬駕駛的作用。被駕駛端車載裝有防撞保護模塊，當車前方或者后方即將碰撞時，會執行制動保護的工能，以此保證車處于安全狀態。

在程序中利用四輪差速實現轉向的功能，控制端方向盤每旋轉一定角度在程序中對應四輪差速配比，以此實現轉向角度的大小。在實際運行中，控制端方向盤轉動的角度可以很快的反映到車的車輪，程序中延遲設置的很低。

4.2 通訊信息傳輸

我們采用了通訊頻段為2.4G，1000Mw，具有高穩定性的工業級別的無線傳輸模塊。開闊地帶傳輸距離可達8公里，信號傳輸穩定，全雙工雙向傳輸，既可傳輸信息，也可接受信息。內置三種傳輸功能，具有LDO穩定供電，中斷組網，實現網絡無死角，不會與圖像傳輸信息發生干擾。

4.3 圖像信息傳輸

圖像傳輸有兩種方式：一種在車身前端安裝5.8G圖像傳輸模塊，這種傳輸方式簡單直接，但是弊端是不可忽視的，傳輸距離短，穿墻能力弱，不能實現遠程控制的需要。另一種是車身前端安裝有360°全景攝像頭，攝像信息經5G圖像傳輸模塊傳輸至網絡云平臺，經平臺再傳輸至手機軟件端，駕駛者只需要戴VR眼鏡即可實時360°觀看車周圍景象，給予駕駛者親臨現場的感覺，又滿足駕車極大的安全性。

4.4 供電系統

模塊化駕駛儀的電源分為兩種，一種是家用220V電源，這種電源是在控制駕駛端使用，通過降壓模塊降至12V供電圖像接收裝置，再降壓至5V供電單片機。另一種為航模電池24V，5000毫安電源，我們將電池放置車身中，供電車各個電路模塊。

5 模塊化遠程模擬駕駛的優勢

（1）與單純的熒幕駕駛相比，模塊化遠程實時模擬駕駛系統具有真實的小汽車，更容易產生現實的互動，給人于真實刺激的駕車體驗。

（2）結合虛擬駕駛和現實駕駛，具有安全性和高效性配合特殊的跑道，視覺沖擊強烈，在家就能有絕佳的駕駛體驗。

（3）低成本，低花銷，拉近與普通消費者的距離，更容易被大眾所接受。

（4）駕駛體驗真實，安全又刺激，占地面積小，節約地皮的費用。

（5）3D打印模塊化的車身能降低車的加工成本和經濟成本，可根據用戶需求定制個性化的車身外觀。

6 市場應用前景

①面向賽車市場和汽車制造商展開合作，重新制作升級小汽車，增強車的性能，豐富駕駛者在遠程駕駛中的刺激感。視覺系統升級為VR實時模擬駕駛系統。

②投放在校園內，作為校園速遞小車，幫助同學們在校園內取快遞，取外賣，節省同學們的時間和精力。

③面向中小學教育行業，模塊化的遠程模擬駕駛小車，各模塊相互分離又緊密結合，優越的可視化，提高學生課外動手時間能力，培養學生創新意識，促進創新在中小學教育行業的發展。

7 結論

總而言之，在當今科技飛速發展的時代，物聯網，人工智能等新興產業迅速崛起。模塊化遠程實時模擬駕駛系統與當今科技興國的背景相貼合，豐富人們的精神需求，為當代年輕人提供了更加刺激的娛樂項目，讓更多的人即使沒有駕照也可以體驗到開車的樂趣。駕駛系統具有很廣泛的應用場景，在駕校，商場，下線體驗店等都可以投放。本文主要根據系統工作原理以及發展前景對駕駛系統進行介紹，希望對今后模擬駕駛領域提供一些參考價值，也希望通過團隊的努力可以推進社會的發展。

項目來源：吉林省省級大學生創新創業項目（2019SJ015）。

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