车辆驾驶模拟器仿真仪表的实现

2024年3月3日发(作者：别克凯越多少钱一台)

车辆驾驶模拟器仿真仪表的实现

吴丽燕;黄子牛

【摘要】介绍了驾驶模拟器仿真仪表的实现方法,根据各种需求和实际使用过程中发现的问题,提出了三种仿真仪表的实现方法,方案一使用仪表总成,直接控制,无需改动,但价格昂贵；方案二使用电流表改装,成本低廉,但控制精度稍差；方案三使用步进电机进行控制,控制精度高,但控制程序复杂.对三种方法进行了详细的阐述,提供了相应的技术方案,对今后类似问题的解决提供了思路,具有一定实用参考价值.%Three design schemes of instrument panel in driving simulator are

proposed in this paper according to demands and problems existing in the

practical application. The instrument panel based on the first method uses

automobile instrument panel assembly and realizes direct control without

having to alter its structure, but the cost is expensive. The instrument panel

based on the second design scheme is retrofitted using amperemeter and

is low cost in production, but has the low control accuracy. The third

method is to control the panel by means of step motors simulators and

the control accuracy is high, but the control procedure is complicated.

Three methods are elaborated emphatically in the paper and the

corresponding technical scheme is proposed, which provide the reference

for the further study.

【期刊名称】《现代电子技术》

【年(卷),期】2012(035)015

【总页数】3页(P167-168,172)

【关键词】驾驶模拟器;仪表总成;电流表;步进电机

【作者】吴丽燕;黄子牛

【作者单位】石家庄机械化步兵学院,河北石家庄050083;石家庄机械化步兵学院,河北石家庄050083

【正文语种】中文

【中图分类】TN911.7-34

0 引言

驾驶模拟器是培养驾驶人员的重要组成部分，能够提高驾驶员对车辆和驾驶动作的熟练程度，降低事故发生率，节约能耗，降低车辆维修保养成本，正日益成为各种车辆驾驶培训中不可或缺的一部分[1-2]。本文将对驾驶模拟器硬件控制系统的仪表驱动进行研究。通常一些驾驶模拟器设置虚拟仪表显示在显示器上，提供必要的数据，实现起来简单方便，不用另外增加成本。但为增强驾驶员驾驶的真实感受，有必要将一些数据，如转速、车速、水温等真实显示在仪表盘上。考虑成本和实现问题，本文提出了以下三种方案。

1 方案

方案一是最简单的方式，可以直接购买实车上的真表，即表的总成[3]。

富康电喷型仪表总成主要包括四个仪表：时速表、发动机转速表、水温表和油量表。再给仪表总成提供直流12 V供电的情况下，这四个仪表均采用一线驱动，其中时速表和发动机转速表采用频率信号驱动，水温表和油量表采用仪表驱动引脚与地之间串接电阻的方法进行驱动。

根据视景仿真系统中汽车的时速、发动机转速、水温和油量的情况，计算机将其值

发送给仪表驱动系统中的单片机，单片机产生一定频率的脉冲信号驱动时速表和发动机转速表；单片机并将驱动水温表和油量表的信号传送给相应的驱动电路，单片机的8个输出口对应8个不同阻值的电阻。开通不同的通路，因为阻值不同，所以电流不同，表的指针指在不同位置。水温表和油量表是8档驱动的，并非连续的。

使用现成的仪表总成，成本较高，而且有些车辆的表比较特殊，不容易买到。因此根据表的原理，所有的表头基本都是在电流表基础上，加上特定的输出要求改造的。所以直接在表头的基础上，根据显示，直接由单片机给出相对应的电流信号[4-5]。

方案二购买表头，直接控制电流表[6-7]。因为要求直接控制输出的电流，所以这里的控制电路中加入了D/A转换芯片，根据上位机中车辆模型实时算出各表的数值，通过串口将数据传送给驱动电路中的单片机，单片机输出不同的电压，来控制输入电流表的电流，通过三极管放大电路放大，提高表针运动的稳定性。这种方法可以满足实时性和准确性，但准确性是被线性化的。速度和转速值直接由上位机根据建模算出，转换为相应的电流值，相对比较准确。

在实际的应用中，发现由于驾驶模拟器表盘的安装方式为竖立的，而且表针加长，造成表针的惯性对表的精确度有很大影响。也就是在表针上升的过程中要克服重力，而在下降过程中又有一定的下降惯性。后为改变这种现象，更换为大电流表头。经使用，精确度大幅提高，但在过中点处，仍有一定的误差。放大电路如图1所示。

图1 电流表的放大电路

方案三使用步进电机[8]，步进电机的驱动信号为脉冲信号，转动的速度与脉冲的频率成正比。步进电机有6根引线，排列次序如下：1红色,2红色,3橙色,4棕色,5黄色,6黑色。本步进电机步进角为7.5°。一圈360°，需要48个脉冲完成。优点是可以准确控制表针的动作；问题是不能自动回零，需要上电初始化，可采用接近开关作为标志量，开机若无此值，则回表。而且在表针的变化过程中，需要计算差

值，以确定表针的动作方向和动作的角度，处理的数据量大。

因为单片机无法直接驱动步进电机[9-10]，所以引入功率放大芯片ULN2003，内部有8个达林顿管，D1～D8为8个达林顿的输入，Q1～Q8为相应的8个输出。当D端输入高电平时，可以近似地认为相应的Q端输出与地短接；当D端输入低电平时，相应的Q端悬空。其中D1～D8与单片机的I/O引脚相连，Q1～Q8与各表的驱动引脚相连，其控制电路如图2所示。步进电机的软件驱动如下：

MAIN:

MOV R3,#144

;正转3圈共144脉冲

START:

MOV R0,#00H

START1:

MOV P2,#00H

MOV A,R0

MOV DPTR,#TABLE

MOVC A,@A+DPTR

JZ START

;对A的判断,当A=0时则转到START

MOV P2,A

LCALL DELAY

INC R0

DJNZ R3,START1

MOV P2,#00H

LCALL DELAY1

MOV R3,#144

;反转一圈共144个脉冲

START2:

MOV P2,#00H

MOV R0,#05

START3:

MOV A,R0

MOV DPTR,#TABLE

MOVC A,@A+DPTR

JZ START2

MOV P2,A

CALL DELAY

INC R0

DJNZ R3,START3

MOV P2,#00H

LCALL DELAY1

LJMP MAIN

DELAY:MOV R7,#40

M3:MOV R6,#248

DJNZ R6,＄

DJNZ R7,M3

RET

DELAY1: MOV R4,#20

DEL2: MOV R3,#200

DEL3: MOV R2,#250

DJNZ R2,＄

DJNZ R3,DEL3

DJNZ R4,DEL2

RET

TABLE:

DB 30H,60H,0C0H,90H

;正转表

DB 00;

DB 30H,90H,0C0H,60H

;反转表

DB 00

END

图2 步进电机的控制电路

2 结论

本文从设计到实现详细介绍了仪表板仿真仪表的实现，方案一简单易行，但成本高；方案二有一定的惯性误差，但控制方案简单；方案三表针转动控制的比较准确，但计算量大，程序复杂。在实际的模拟器制作过程中，经常会遇到这样的问题，可以采用多种方案来实现模拟的效果，根据实际情况和设计需求，来选择针对本次项目的最佳方案，为今后类似问题提供了思路。

参考文献

[1] 熊坚，曾纪国，丁立,等.面向道路交通的汽车驾驶模拟器的研究及应用[J].公路学报，2002(15):117-119.

[2] 丁立，熊坚，陈泽林,等.面向人-车-环境系统的汽车驾驶模拟器的开发和应用[J].

公路交通科技，2002(12):160-163.

[3] 张萍，王毅博.汽车驾驶模拟器仪表驱动系统的设计与实现[J].自动化技术与应用，2008(27):97-99.

[4] 吴丽燕，黄子牛.汽车驾驶模拟器方向盘回力设计[C]//全国仿真技术学术会议论文集.北京：《计算机仿真》杂志社,2011:298-299.

[5] 齐振锋，张小辉，徐曼琳，等.单片机在汽车驾驶模拟器中的应用[J].电子设计工程，2010(2)：102-104.

[6] 王淑艳，栾中岳，张耀辉，等.直流电流表改装及实用电阻计算选取方法[J].动力与电气工程，2011(8)：149-150.

[7] 周雨花，爱霞，赵宝军.车辆综合电子系统非模拟训练终端仿真[J].火力与指挥控制，2010(11)：69-71.

[8] 邵小娟，陈宏川，王睿，等.基于单片机的步进电机式模拟器仪表系统设计[J].电子设计工程，2011(10)：5-6.

[9] 谭建军.新编电机控制专用集成电路与应用[M].北京：机械工业出版社，2009.

[10] 张迎新.单片机原理及应用[M].北京：电子工业出版社，2009.