基于增强现实和生物反馈的驾驶培训系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于增强现实和生物反馈的驾驶培训系统，通过使用计算机模拟真实汽车内的环境如仪表、方向盘、换挡装置等以及路面情况，通过曲面3D显示器投影到半透明曲面玻璃板上显示成像，通过调整半透明曲面玻璃板的高度和水平角度，使虚拟影像和搭建的实物平台重合，方向盘、油门离合器及刹车合成、换挡装置带有力反馈，能够实时与模拟的车辆行驶状态同步，让用户体验到真实的驾驶体验。此外，该系统具有自动纠错功能，带力反馈的方向盘提示用户转向，油门力反馈提示用户减速，同时通过使用无线肌电信号测量手环和易带式脑电采集头盔采集用户的生理信息，脑电信号提取注意力集中程度，肌电信号提取肌肉紧张程度，实时投影显示。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及人机交互
，具体涉及一种基于增强现实和生物反馈的驾驶培训系统。
技术介绍
随着人口的增长，人均收入的增加，越来越多人购买了汽车，但随之而来的车祸事件也越发增多。这样，正确的驾驶技术十分必要。前瞻产业研究院发布的《2013-2017年中国机动车驾驶培训行业深度调研与投资战略规划分析报告》显示，截至2012年年底，全国共有驾驶员培训机构10347所，教练车37.7万辆，教练员43.9万人，分别比2006年增长42.2％、75.3％和106.6％。同时，驾校的学费日渐升高，但用户却得不到全面的指导。2015年中国颁布了《关于推进机动车驾驶人培训考试制度改革的意见》，现在可以驾驶证可以自学直考，不必非去驾校，一款便捷的虚拟驾驶培训系统，可以缓解驾校压力从而降低驾校成本。虚拟驾驶，又称为汽车驾驶仿真，或者汽车模拟驾驶。是指利用现代高科技技术如：实时三维图像技术、汽车动力学仿真物理系统、大视场显示技术(如多通道立体投影系统)、六自由度运动平台(或三自由度运动平台)、用户输入硬件系统、立体声音响、中控系统等，让体验者在一个虚拟的驾驶环境中，感受到接近真实效果的视觉、听觉和体感的汽车驾驶体验。当前的虚拟驾驶产品，普遍不能反馈全面的用户驾驶过程的物理和生理信息和不能矫正用户的驾驶不良习惯，这样的虚拟驾驶产品性能是不够完善的。近年来产生了许多与此相关的论文和专利，分别如下：中国公开专利号：CN105390042A，名称：模拟驾驶平台。该设备仿照车内结构搭建出一个平台。该设备能在很大程度上模拟出真实的车内环境，但该设备没有触觉反馈，不能逼真地仿真出车辆的真实驾驶情况，更为重要的是该专利不能实时检测出用户的生理信息，没有自动纠错功能。中国公开专利号：CN202171880U，名称：一种三维视景仿真驾驶系统。该设备使用模拟驾驶座椅，配合投影仪，并利用计算机实时同步生成的立体三维虚拟场景，造成一套逼真、立体、完全沉浸的仿真驾驶系统。但该设备同样没有实时监测用户的驾驶状态及驾驶姿势，不能实时对用户驾驶技能进行校正。实用性有待提高。中国公开专利号：CN204856968U，名称：一种用于驾驶员学习的汽车模拟驾驶系统装置。该设备同样能够出色的模拟出真实驾驶环境，很好的结合了视觉听觉和触觉反馈。但同样存在现有模拟驾驶类专利的缺陷，不能实时监测用户的驾驶状态，不能更出色的发挥出人机交互平台应有的体验与性能。一个成熟的驾驶培训系统，在提供模拟驾驶的基本功能的同时，还应该带有矫正用户驾驶习惯的功能。
技术实现思路
本专利技术的目的是解决现有技术中的上述缺陷，如用户体验差，虚拟现实沉浸感不够强，没有加入触觉输入输出，没能实时检测用户生理信息、没能矫正用户驾驶习惯、反馈信号单一等问题，提供一种基于增强现实和生物反馈的驾驶培训系统。本专利技术的目的可以通过采取如下技术方案达到：一种基于增强现实和生物反馈的驾驶培训系统，所述驾驶培训系统包括：曲面3D显示器2、半透明曲面玻璃板4、支撑平台7、控制主机8、方向盘6、油门离合器及刹车合成9和换挡装置12，其中，所述曲面3D显示器2与所述控制主机8通过信号线连接，用于将所述控制主机8产生的3D影像投影到所述半透明曲面玻璃板4上；所述曲面3D显示器2与所述半透明曲面玻璃板4由上至下分别设置于所述支撑平台7的上方，固定在与所述支撑平台7相连的显示器支架固定杆3；所述方向盘6和所述换挡装置12设置在所述支撑平台7上，所述油门离合器及刹车合成9设置在所述支撑平台7的下方，所述方向盘6、所述油门离合器及刹车合成9、所述换挡装置12与所述控制主机8通过信号线连接；所述驾驶培训系统还包括：脑电采集设备10和肌电采集设备14，其中，所述脑电采集设备10用于采集佩戴用户的脑电信号，然后将其信号输送到与所述脑电采集设备10信号连接的所述控制主机8进行处理；所述肌电采集设备14佩戴在用户的大臂和小臂上，用于采集用户的表面肌电信号，然后将其信号输送到与所述肌电采集设备14信号连接的所述控制主机8进行处理。进一步地，所述曲面3D显示器2与所述半透明曲面玻璃板4分别通过3D显示器支架1与半透明曲面玻璃板支架5固定在所述显示器支架固定杆3上。进一步地，所述半透明曲面玻璃板支架5通过转向角件及螺丝与所述显示器支架固定杆3固定连接，所述半透明曲面玻璃板支架5的高度和水平角度可根据需要调节。进一步地，所述方向盘6、所述油门离合器及刹车合成9、所述换挡装置12为带力反馈的设备，上述设备在采集用户操作控制信息的同时，将来自所述控制主机8的用户精神状态信息、肌肉状态信息、模拟驾驶信息回馈给驾驶培训用户。进一步地，所述脑电采集设备10为易带式脑电采集头盔，采集用于提取注意力集中程度的脑电信号。进一步地，所述肌电采集设备14为无线肌电信号测量手环，采集用于提取肌肉紧张程度的肌电信号。进一步地，所述驾驶培训系统还包括：汽车座椅15，所述汽车座椅15的高度及前后位置可调节。进一步地，所述汽车座椅15上设置有安全带13，与所述控制主机8通过信号线连接，所述控制主机8可检测所述汽车座椅15上的用户是否系扣安全带13，并将安全带系扣状态通过所述曲面3D显示器2投影显示在所述半透明曲面玻璃板4上。进一步地，所述驾驶培训系统还包括：多媒体音频装置11，所述多媒体音频装置11与所述控制主机8通过信号线连接，所述多媒体音频装置11用于播放所述控制主机8模拟车辆行驶时的引擎声、刹车时的刹车声。本专利技术相对于现有技术具有如下的优点及效果：1)本专利技术提供一种基于增强现实和生物反馈的驾驶培训系统，能够让用户在室内进行真实逼真的驾驶训练，矫正司机的不良驾驶习惯。在虚拟现实技术方面，该系统能将用户的生理信息、方向盘力反馈信息、虚拟路面情况、虚拟引擎声及刹车声等多信息进行融合处理，提高了人机互动的精确性和效率。2)本系统能够提供逼真的3D虚拟现实影像，拥有独特的视觉、听觉及触觉感受系统，实现了三者的同步渲染和配合，大大增强了虚拟现实技术的沉浸感。3)本系统具有自动纠错功能和实时检测用户生理信息功能，脑电信号提取注意力集中程度，肌电信号提取肌肉紧张程度，实时投影到半透膜屏幕上，能更加全面训练用户驾驶技能。附图说明图1是本专利技术中基于增强现实和生物反馈的驾驶培训系统的结构示意图；图2是半透明曲面玻璃板支架的左视图；图3是半透明曲面玻璃板支架的立体结构示意图；图4是汽车仪表投影示意图；图5是双臂肌肉状态界面示意图；图6是多信息融合处理算法流程图；其中，1---3D显示器支架，2---曲面3D显示器，3---显示器支架固定杆，4---半透明曲面玻璃板，5---半透明曲面玻璃板支架，6---方向盘，7---支撑平台，8---控制主机，9---油门离合器及刹车，10---脑电采集设备，11---多媒体音频装置，12---换挡装置，13---安全带，14---肌电采集设备，15---汽车座椅。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于增强现实和生物反馈的驾驶培训系统，所述驾驶培训系统包括：曲面3D显示器(2)、半透明曲面玻璃板(4)、支撑平台(7)、控制主机(8)、方向盘(6)、油门离合器及刹车合成9和换挡装置(12)，其中，所述曲面3D显示器(2)与所述控制主机(8)通过信号线连接，用于将所述控制主机(8)产生的3D影像投影到所述半透明曲面玻璃板(4)上；所述曲面3D显示器(2)与所述半透明曲面玻璃板(4)由上至下分别设置于所述支撑平台(7)的上方，固定在与所述支撑平台(7)相连的显示器支架固定杆(3)；所述方向盘(6)和所述换挡装置(12)设置在所述支撑平台(7)上，所述油门离合器及刹车合成(9)设置在所述支撑平台(7)的下方，所述方向盘(6)、所述油门离合器及刹车合成(9)、所述换挡装置(12)与所述控制主机(8)通过信号线连接；其特征在于，所述驾驶培训系统还包括：脑电采集设备(10)和肌电采集设备(14)，其中，所述脑电采集设备(10)用于采集佩戴用户的脑电信号，然后将其信号输送到与所述脑电采集设备(10)信号连接的所述控制主机(8)进行处理；所述肌电采集设备(14)佩戴在用户的大臂和小臂上，用于采集用户的表面肌电信号，然后将其信号输送到与所述肌电采集设备(14)信号连接的所述控制主机(8)进行处理。...

【技术特征摘要】
1.一种基于增强现实和生物反馈的驾驶培训系统，所述驾驶培训系统包括：曲面3D显示器(2)、半透明曲面玻璃板(4)、支撑平台(7)、控制主机(8)、方向盘(6)、油门离合器及刹车合成9和换挡装置(12)，其中，所述曲面3D显示器(2)与所述控制主机(8)通过信号线连接，用于将所述控制主机(8)产生的3D影像投影到所述半透明曲面玻璃板(4)上；所述曲面3D显示器(2)与所述半透明曲面玻璃板(4)由上至下分别设置于所述支撑平台(7)的上方，固定在与所述支撑平台(7)相连的显示器支架固定杆(3)；所述方向盘(6)和所述换挡装置(12)设置在所述支撑平台(7)上，所述油门离合器及刹车合成(9)设置在所述支撑平台(7)的下方，所述方向盘(6)、所述油门离合器及刹车合成(9)、所述换挡装置(12)与所述控制主机(8)通过信号线连接；其特征在于，所述驾驶培训系统还包括：脑电采集设备(10)和肌电采集设备(14)，其中，所述脑电采集设备(10)用于采集佩戴用户的脑电信号，然后将其信号输送到与所述脑电采集设备(10)信号连接的所述控制主机(8)进行处理；所述肌电采集设备(14)佩戴在用户的大臂和小臂上，用于采集用户的表面肌电信号，然后将其信号输送到与所述肌电采集设备(14)信号连接的所述控制主机(8)进行处理。2.根据权利要求1所述的基于增强现实和生物反馈的驾驶培训系统，其特征在于，所述曲面3D显示器(2)与所述半透明曲面玻璃板(4)分别通过3D显示器支架(1)与半透明曲面玻璃板支架(5)固定在所述显示器支架固定杆(3)上。3.根据权利要求2所述的基于增强现实和生物反馈的驾驶培训系统，其特征在于，所述半透明曲面玻璃板支架(5)通过转向角件及螺丝与所...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨辰光，黎伟豪，曹东璞，苏春翌，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：广东;44