汽車駕駛模擬器硬件控制系統(tǒng)的研究設計

1、汽車駕駛模擬器硬件控制系統(tǒng)的研究設計汽車駕駛模擬器是利用計算機實時控制和計算機圖形處理技術模擬汽車的實際行駛過程，用來培訓駕駛員，縮短上車試車的周期，降低駕駛培訓的成木.汽車駕駛模擬器包才舌硬件和軟件兩部分組成.硬件 由計算機、顯示設備、方向盤、儀表盤等部件構成，軟件包括道路環(huán)境的計算機仿真視景系統(tǒng)、聲響模擬、操作平臺等子系統(tǒng)構成. 本文 將對硬件控制系統(tǒng)的設計進行研究.、控制系統(tǒng)的原理和功能汽車駕駛模擬器系統(tǒng)包括機械部分、控制系統(tǒng)和模擬軟件三大部分 .機械部分的點火裝置、方向盤、離合裝置、腳剎裝置、手剎裝置、油門裝置、檔位裝置、儀表裝置均采用實物仿真; 控制系統(tǒng)定時檢測點火情況、方向盤轉(zhuǎn)過的

2、角度、旋轉(zhuǎn)方向、離合器、腳剎、手剎、油門、檔位的狀態(tài)，并將檢測的結果傳送給計算機，通過模擬軟件來變換駕駛的場景，同時，將當前的水溫、時速、發(fā)動機轉(zhuǎn)速和油量傳送給控制系統(tǒng)，以改變儀表盤的指示. 控制系統(tǒng)原理圖如圖1 所示 .計算機采樣數(shù)據(jù)的程序是用 VC+語言編寫.為了數(shù)據(jù)的準確性，采 集數(shù)據(jù)每20ms刷新一次.這樣每20ms檢測一次點火裝置、離合裝 置、 腳剎裝置、手剎裝置、油門裝置、檔位裝置的狀態(tài)，并將檢測結果傳送給計算機?在駕駛的過程中，由于方向盤在不停的轉(zhuǎn)動，這就要求程序能夠?qū)崟r的檢測出方向盤的方向和角度.二、方向盤的位置檢測在實際設計過程中，要判斷方向盤的轉(zhuǎn)向以及轉(zhuǎn)動角度，也就是說首先

3、要判斷左轉(zhuǎn)還是右轉(zhuǎn)，然后判斷轉(zhuǎn)的角度. 方向盤的轉(zhuǎn)動方向和轉(zhuǎn)動角度示意圖如圖2所示，選用兩個光電感應開關jkl22,安裝在轉(zhuǎn)盤旁邊 , xl 和 x2 處為兩個光電感應開關所放位置，當轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動時, 有齒擋住光電感應開關，則輸出為1,反之輸出為0.假設任意兩齒之間距離為d,只要xl和x2之間距離不等于n/2. d （n為任意整數(shù)），則轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動時, xl 、 x2 兩處的輸出波形就將如圖 3 所示 .由此可見，假設xl、x2的初始狀態(tài)都為0,則正轉(zhuǎn)時其狀態(tài)變化 為0001111000,而反轉(zhuǎn)時狀態(tài)變化為0010110100. 只要知道 xl 、 X2 的當前狀態(tài)和下一狀態(tài)，即可知道此時方向盤的轉(zhuǎn)向

4、了 . 我們在設計時要判斷好初始狀態(tài)為 00這種情況.將xl、x2信 號分別接到兩個t 觸發(fā)器的輸入端上，并將反向后的信號作為觸發(fā)器的清零信號. 當初始狀態(tài)為00時 , 兩個觸發(fā)器輸出都為0,如果后一狀態(tài)為01,則觸發(fā)器tl 輸出為1,表示正轉(zhuǎn)；如果后一狀態(tài)為10,則 觸發(fā)器t2輸出為1,表示反轉(zhuǎn).由于緊接著的狀態(tài)肯定是11,所以觸發(fā)器清零后，等到狀態(tài)為00又可以重新開始判斷. 判斷轉(zhuǎn)向后，還要判斷轉(zhuǎn)動的角度. 在這里我們又加入兩個t觸發(fā)器t3和t4,當輸入xl、x2的狀態(tài)從11變化到10,觸發(fā)器t3輸出為1, 反乙如果從11變化到01,觸發(fā)器t4輸出為1.最后，將四個觸發(fā)器的輸出 信號相或

5、后作為時鐘信號送到計數(shù)器中，并將tl、t3的輸出信號相或后作為 計數(shù)器的輸入信號，于是當方向盤正轉(zhuǎn)時計數(shù)器向上累加，而反轉(zhuǎn)時 則向下遞減，最后通過讀出計數(shù)器的輸出數(shù)據(jù)即可得知方向盤的轉(zhuǎn)動角度 . 本文采用cpld 技術設計控制電路，原理圖如圖4所示 .由圖可知,cpld技術設計一般是一種“自頂而下”的設計，其設 計過程如下：(1) 行為設計; 確定所設計的系統(tǒng)或cpld 芯片的功能、性能及允許的芯片而積或成本.(2)結構設計；根據(jù)該系統(tǒng)或cpld的特點，將其分解為接口清晰、相互關系明細、盡可能簡單的子系統(tǒng)，得到1 個總體結構. 這個結構可能包括算術運算單元、控制單元、數(shù)據(jù)通道、各種算術狀態(tài)機等

6、.(3) 邏輯設計; 盡可能采用規(guī)則的邏輯結構或采用自己經(jīng)過考驗的邏輯單元或模塊.(4) 電路設計; 將邏輯圖將轉(zhuǎn)換成電路圖, 在很多情況下，這時需要進行硬件仿真以最終確定邏輯設計的正確性.最后，將設計好的電路經(jīng)過編譯，形成熔絲文件，將該文件下載到選定的cpld就成為了可以完成固定功能的asic在整個開發(fā)程序 中，采 用軟件max+plusii編程可實現(xiàn)，選用altera公司生產(chǎn)的芯片 epm7128slc8415.三、控制系統(tǒng)的軟件設計本系統(tǒng)軟件部分由檢測主程序、驅(qū)動儀表程序和方向盤等開關量輸入程序組成. 檢測主程序包括數(shù)據(jù)采集模塊、cpld 模塊，并且分配給儀表和開關量輸入不同的端口. 在

7、端口的初始化中將所有初始狀態(tài)設置為0,通過軟件的定時器掃描，各端口的狀態(tài)實時的傳給主程序，其主程序流程圖如圖5 所示 .采用VC+語言將硬件中的狀態(tài)、角度等數(shù)據(jù)交互信息做成一個硬件連接庫，它作為橋梁，把硬件所有的操作與軟件部分的視景系統(tǒng)緊密的結合在一起, 成為一個完整的汽車駕駛模擬訓練系統(tǒng).4、結束語該系統(tǒng)運用cpld 技術，充分地考慮了方向盤、離合器、腳剎、手剎、油門、換檔的相應時間，通過協(xié)議, 與軟件部分的視景系統(tǒng)緊密的結合在一起. 并且通過本文設計的實例可以看出，合理地應用cpld 技術，大大提高了系統(tǒng)設計的靈活性，提高了系統(tǒng)的可靠性和集成度，縮短了產(chǎn)品研制的周期，同時還可以降低設計成本，節(jié)省pcb板的面積和布線難度.因此，在目前的電子設計中，充分利用cpld的設計體 系結構將起到事半功倍的效果. 目前，控制系統(tǒng)己經(jīng)制作出了推廣應用，取得了良好的經(jīng)濟和社會效益，受到了學員的一致好評. 本文作者創(chuàng)新點 : 整個硬件控制系統(tǒng)很多的研究人員主要采用單片機結合串口、并口進行通訊.由于單片機分配地址、布線較繁瑣，可靠性不強，單片機與單片機之間的數(shù)據(jù)交換也存在一