基于线控底盘的机动车驾驶教学系统

1.本发明涉及基于线控底盘的机动车驾驶教学系统。

背景技术：

2.机动车的线控(drive-by-wire)技术主要是以线缆的信号传递替代操动机构(操作端)和执行机构(设备端)之间的机械传动，控制系统(中控单元，或称系统控制器)将操动机构的动作转化为相应的操动信号，通过线缆传递给执行机构，控制执行机构的动作和工作状态。与之适应的，也要求动力系统的改变，将动力源/驱动设备移至执行机构，使执行机构变为设有动力源的系统，例如采用各驱动轮独立的轮毂电机替代统一的发动机系统，采用各轮独立的电子机械制动(electronic mechanical brake,或electromechanical brake，emb)系统或电子液压制动(electro-hydraulic braking system，ehb)系统替代真空助力器制动系统。操动机构的各种动作(例如，方向盘旋转、刹车踏板翻转)由各相应的传感器转化为电信号(感应信号)，送入系统控制器，由控制系统依据设定的方式转化为相应的控制信号，通过执行机构的控制器控制车辆运行。由于线控技术通过电信号和电控机构取代了传统机动车机械传动/连接装置的硬连接，实现了人机解耦，将由人直接控制的整体式机械系统变成了操作端和设备端相互独立的两部分，依托中控单元和车辆传感器、控制器(或称控制电路)自行形成各种控制闭环，实现整车的自主协调控制，大幅度简化了机动车的机械构造，消除了机械传动下的若干局限性，在现代信息技术，特别是智能控制技术和通信技术的支持下，为机动车的功能拓展和性能提高提供了广泛的前景。
3.机动车线控底盘的发展，为机动车驾驶教学提供了便利，由于各操动单元(操动机构)和各执行单元(执行机构)均通过线缆与中控单元连接，解除了机械传动/连接装置对各单元布设的束缚，可以依据实际需要确定各单元的位置，而另一方面，机动车驾驶教学中的一项重要任务就是使学员了解机动车驾驶中各种操动对机动车运行影响，无需过度关注操动机构和执行机构之间是机械传动还是电子信息处理，因此，将机动车驾驶过程中车轮等的动作直接展示给操动者/驾驶人有助于使操动者获得直观认识，提高教学效果。

技术实现要素：

4.本发明的目的是提供一种基于线控底盘的机动车驾驶教学系统，以便在教学中将驱动轮转速等状况直观地展现出来。
5.本发明进一步的目的是在模拟驾驶中给出对驾驶水平的评价。
6.本发明的技术方案是：
7.基于线控底盘的机动车驾驶教学系统，包括：
8.台架，设有台面；
9.方向操动机构，包括方向盘、转向轴及用于实时检测转向轴转角的方向盘转角传感器，所述方向盘转角传感器的传感输出通过线缆接入中控单元，所述方向盘固定安装在所述轴向轴的顶部，所述转向轴安装在所述台架的后侧，与所述台架旋转连接；
10.油门操动机构，包括油门踏板及用于实时检测油门踏板转角的油门踏板角位移传感器，所述油门踏板角位移传感器的传感输出通过线缆接入中控单元，所述油门踏板安装在所述台架的台面下方；
11.驱动轮演示机构，包括轮毂电机控制器和设有轮毂电机的驱动轮，所述驱动轮数量为多个，左右对称设置，安装在所述台架的台面上，所述轮毂电机的电源输入端连接所述轮毂电机控制器相应的轮毂电机控制输出，在轮毂电机控制器的控制下工作；
12.中控单元，依据外部输入的运行指令和/或来自油门踏板角位移传感器的油门踏板角位移传感信息生成或变换轮毂电机中控信号，通过线缆接入所述轮毂电机控制器，所述轮毂电机控制器依据来自中控单元的轮毂电机中控信号生成相应的轮毂电机控制输出，进而控制各轮毂电机的工作状态。
13.优选地，所述驱动轮设有用于其制动的线控制动机构，所述线控制动机构设有制动电机，所述台架的台面下方设置制动踏板，所述制动踏板设有用于实时检测其转角的制动踏板角位移传感器，所述制动电机设有用于控制其运行的制动电机控制器，中控单元依据来自制动踏板角位移传感器的制动踏板角位移传感信息和/或外部输入的制动指令生成或变换制动电机中控信号，通过线缆接入制动电机控制器，所述制动电机控制器接收来自中控单元的制动电机中控信号，控制制动电机的工作状态。
14.优选地，所述台架的台面上设有若干指示灯。
15.优选地，所述指示灯包括前照灯指示灯和转向灯指示灯。
16.优选地，所述台架上设有喇叭。
17.优选地，所述喇叭设有与其联动的喇叭工作显示灯。
18.优选地，所述台架的台面上的前侧设有显示屏。
19.优选地，所述中控单元设有模拟驾驶程序，启动模拟驾驶程序后，中控单元控制显示器或其他显示装置进行模拟场景显示，实时采集各传感器的传感信息，依据各传感器的传感信息进行模拟驾驶中的实际驾驶行为分析，将实际驾驶行为与相应场景下的标准驾驶行为进行比较。
20.优选地，所述中控单元设有上位机和下位机，其中上位机用于连接外围设备，且设有互联网通信接口，可以通过互联网通信接口接入计算机网络，下位机用于连接演示机构的控制器和操动机构的传感器，且设有蓝牙通讯模块，可以通过蓝牙通讯模块连接移动控制终端或其他设备。
21.优选地，所述上位机为树莓派4，下位机为arduino 2560。
22.优选地，所述移动控制终端为手机。
23.本发明的有益效果是：基于线控底盘技术，实现了机动车驾驶过程中的人机解耦，可以依据实际演示需要将车轮、车灯等执行机构布设在使用者能够直接观看到的位置，例如，通过将各驱动轮设置在台面上，在运动状态下操动方向盘，能够直观地观看到各驱动轮的转动状态及其变化过程，直观地看到转向过程中内外侧车轮的转速差异；通过将相关车灯的指示灯设置在台面上，能够直接观看到操控车灯按钮后相关车灯的状态；通过在台面上设置用于转向显示的齿轮齿条副或其他形式的转向演示机构，以齿条偏移(相对于居中位置的偏移)状态或转向指示件的转角(相对于直线行驶状态的转动角度)直观地显示了车辆转向情况以及在转向过程中左右两侧车轮(前轮或驱动轮)的转速差异，由此增强了学员
的直观感受，有助于相关知识的理解和记忆。由于将方向盘操动、油门操动和刹车(制动)操动作为评分因素进行加权平均，以操动导致的相关转角为参数，将实际操动下的转角与相同场景下理想操动(标准操动)下的转角相比较，基于相对偏差进行驾驶水平的评分，能够客观且较为科学地评价驾驶者的驾驶水平。由于采用现有线控底盘的中控单元进行配套，可以通过中控单元实现若干不同运行模式和若干不同车型/车辆参数的切换，实现多种情形下的教学。由于中控单元可以由树莓派4和arduino 2560组成，能够利用两者的特点，实现各芯片板之间功能的合理划分和协调，方便与各种外围设备和系统内设备/电路之间的通信，且有助于减少数据处理量，优化内部数据传输和处理流程，提高效率，且方便编程和软件设置，在硬件和软件两方面均具有良好的可拓展性，有助于学生在基本功能的基础上，增加和设置新的功能、软件和设备，提高学生的开发能力。
附图说明
24.图1是本发明的电路架构示意图；
25.图2是本发明台架设置的侧视示意图；
26.图3是本发明台架设置的俯视示意图。
具体实施方式
27.参见图1、图2和图3，本发明提供了一种基于线控底盘的机动车驾驶教学系统，包括台架、一个或多个演示机构、一个或多个操动机构以及及基于线性底盘的中控单元80。所述台架作为基础，用于安装或设置其他相关部分，设有台面10。其中，演示机构设置在台架的台面上，位于易于被使用者直接观看到的位置，且其分布方式基本上与机动车上的相应机构(所演示的机构)在机动车上的分布方式对应，操动机构设置在台架的后侧(近使用者侧)，操动机构相对于坐在位于台架后方的舵机/座椅上的使用者的分布方式应与车辆上相应机构相对于坐在驾驶座上的驾驶人的分布方式一致。
28.演示机构包括驱动轮演示机构(驱动轮转动演示机构)，还可以包括或者不包括转向演示机构，由于指示灯20及其控制电路用于演示车辆上的灯，也可以视为相应灯的演示机构。
29.操动机构通常包括方向操动机构、油门操动机构和制动操动机构，用于控制指示灯的按钮或其他形式的指示灯控制装置可以视为相应的灯操动机构。
30.中控单元可以安装在台架上的任意适宜位置，通过相应的线缆与相应的操动机构和相应的演示机构连接，通过线缆传输方式获得操动机构中相应传感器的传感信息，将用于控制演示机构动作或状态的相应中控信号(控制信号)传送给演示机构中的相应控制器。
31.所述方向操动机构包括方向盘60、转向轴61及用于实时检测转向轴(或者说方向盘)转角(或称角位移)的方向盘(或者说转向轴)转角传感器68，所述方向盘转角传感器的传感输出通过线缆接入中控单元，所述方向盘固定安装在所述轴向轴的顶部，所述转向轴安装在所述台架的后侧，与所述台架旋转连接(例如，通过相应的轴承)，具体设置方式应适应于使用者的操控。
32.所述油门操动机构包括油门踏板70及用于实时检测油门踏板转角的油门踏板角位移(或称转角)传感器78，所述油门踏板角位移传感器的传感输出通过线缆接入中控单
元，所述油门踏板安装在所述台架的台面下方，具体设置方式应适应于使用者的操控。
33.所述驱动轮演示机构包括轮毂电机控制器和设有轮毂电机的驱动轮40，所述驱动轮数量为多个，左右对称设置，安装在所述台架的台面上，各驱动轮在台面上的相对方位可依据机动车上对应驱动轮的相对方位设置，例如，位于左侧的驱动轮演示机构用于演示(对应于)机动车左侧的驱动轮，位于右侧的驱动轮演示机构用于演示机动车右侧的驱动轮，所述轮毂电机用于驱动相应驱动轮的转动，其电源输入端连接轮毂电机控制器相应的轮毂电机控制输出，在轮毂电机控制器的控制下工作。
34.各驱动轮演示机构的轮毂电机控制器可以是统一的，轮毂电机制器设有分别用于控制各轮毂电机的输出，分别通过线缆分别连接各轮毂电机的输入端，向轮毂电机接入相应的电源(包括不接入电源)，使轮毂电机处于相应的转动状态(转动速度、转动方向等)。例如，在转向过程中，依据实际状况实现内外侧驱动轮的不同转速，中控单元和轮毂电机控制器依据来自方向盘转角传感器的传感信息(方向盘转角数据)，调整左右驱动轮的转速或转速比，使驱动轮运动状态(各轮的转速及各轮之间转速差)符合相应的转向要求。
35.各驱动轮演示机构的驱动轮左右对称设置，分别用于演示机动车左侧的驱动轮和右侧的驱动轮。对于前驱或后驱的机动车，通常只有左右两个驱动轮；对于四轮驱动的机动车，有前后两组驱动轮，每组驱动轮均具有左右两个驱动轮，在此情形下，位于前侧的驱动轮机构用于演示机动车的前轮，位于后侧的驱动轮机构用于演示机动车的后轮。
36.台架的台面上设置驱动轮基座，驱动轮基座可以是固定的，也可以是转台(或者说设有转台的基座)。将驱动轮基座安装在台架的台面上，将驱动轮通过其轴承安装在驱动轮基座上(转台的转盘上，如果为转台的话)，由此实现驱动轮机构在台面上的安装。
37.基于实际观看需要，驱动轮的转轴方向可以为竖向、纵向或横向。当驱动轮基座为转台时，将驱动轮安装在转台的转盘上，转盘的转轴方向为竖向，驱动轮的转轴方向垂直于转盘的转轴方向，由此可以依据实际需要使转台处于某一姿态，或根据需要转化转台的姿态，以便从所需的角度观看驱动轮，或依据需要改变对驱动轮的观看角度，亦可以演示出驱动轮的转向。
38.所述制动操动机构用于相应驱动轮的制动，为线控制动机构，可以采用任意适应于线控的相关制动机构，通过制动电机的动作实现制动。例如，现有技术下适应于电动汽车的电子机械制动系统，通过制动电机驱动制动器(例如，由制动钳和制动盘组成的盘式制动器)中的制动件(例如，制动钳)。
39.所述线控制动机构设有制动电机，所述台架的台面下方设置制动踏板，所述制动踏板设有用于实时检测其转角(转动过的角度，或称转动角)的制动踏板角位移传感器，所述制动电机设有用于控制其运行的制动电机控制器，中控单元依据来自制动踏板角位移传感器的制动踏板角位移传感信息和/或外部输入的制动(刹车)指令生成或变换制动电机中控信号，通过线缆接入制动电机控制器，所述制动电机控制器接收来自中控单元的制动电机中控信号，控制制动电机的工作状态，进而控制线控制动机构的工作状态，实现相应驱动轮的制动(或不制动)。
40.通常，可以采用一个制动电机控制器控制各轮的制动电机，带动各轮的制动器动作。
41.依据实际需要设置或者不设置转向演示机构，中控单元依据来自方向盘转角传感
器的转向轴转角传感信息和/或外部输入的转向指令生成或变换转向中控信号，通过线缆接入转向演示机构的动力设备或电源电路的控制器，转向演示机构的动力设备或电源电路的控制器接收来自中控单元的转向中控信号，依据转向中控信号控制转向演示机构的动力设备或电源电路的工作状态，使转向演示件处于相应的转向演示状态。
42.所述转向演示机构可以采用下列任意一种或者多种：
43.1)所述台面上设有分别与各驱动轮对应的驱动轮转台45，所述驱动轮安装在相应驱动轮转台的转盘(转台中的转动构件)上，随转盘一同旋转，所述驱动轮转台可以采用单轴转台，转盘的旋转轴线为竖向，转台内设有用于带动转盘转动的驱动轮转台电机，中控单元依据来自方向盘转角传感器的转向轴转角传感信息和/或外部输入的转向指令生成或变换驱动轮转台电机中控信号，通过线缆接入驱动轮转台电机控制器，所述驱动轮转台电机控制器接收来自中控单元的驱动轮转台电机中控信号，依据驱动轮转台电机中控信号控制驱动轮转台电机的工作状态，将转盘转动到相应的角度，使转盘上的驱动轮的转角与该驱动轮所演示的机动车车轮在相应转向操作或转向要求下(例如，转动方向盘，或者转向指令包含/对应的转向要求)的转角(包括转角为零)一致。
44.2)所述台面上设有转向指示件转台，所述转向指示件转台的转盘上安装有转向指示件(或称运动方向指示件)30，转向指示件可以采用任意能够用于指示方向的形状，例如，箭头形，转向指示件转台可以采用单轴转台，其转盘的旋转轴线为竖向，转台内设有用于带动其转盘转动的转向指示件转台电机，中控单元依据来自方向盘转角传感器的转向轴转角传感信息和/或外部输入的转向指令生成或变换转向指示件转台电机中控信号，通过线缆接入转向指示件转台电机控制器，所述转向指示件转台电机控制器接收来自中控单元的转向指示件转台电机中控信号，依据转向指示件转台电机中控信号控制转向指示件转台电机的工作状态，将转盘转动到相应的角度，使转盘上的转向指示件的转角与所演示的机动车前轮在相应转向操作或转向要求下(例如，转动方向盘，或者转向指令包含/对应的转向要求)的转角(包括转角为零)一致。
45.3)所述台面上设有差速指示装置，所述差速指示装置设有齿轮齿条机构及用于带动齿轮转动的差速指示齿轮电机，所述齿轮齿条机构的齿条35横向(左右方向)设置，通常可以位于差速指示装置基座的后侧(近使用者侧)以便于观看，设有用于限定其只能横向直线移动的直线移动导向机构(例如，相互配合的导向槽和插入导向槽的滑块，导向槽可以设置在台面上，滑块的顶部固定连接位于其上方的齿条的底面)，齿轮齿条机构的齿轮位于齿条上方，与齿条啮合，齿轮轴纵向向前延伸，旋转(例如，通过轴承)安装在差速指示装置基座上，所述差速指示齿轮电机设有用于控制其运行的差速指示齿轮电机控制器，中控单元依据来自方向盘转角传感器的转向轴转角传感信息和/或外部输入的转向指令生成或变换差速指示齿轮电机控信号，通过线缆接入差速指示齿轮电机控制器，所述差速指示齿轮电机控制器接收来自中控单元的差速指示齿轮电机中控信号，依据差速指示齿轮电机中控信号控制差速指示齿轮电机的工作状态，差速指示齿轮电机通过齿轮带动齿条平移，使位于齿轮两侧的齿条长度之比与相应两侧车轮(特别是，两侧前轮)转速之比一致，由此通过齿条相对于齿轮的位置状态不仅能够体现出两侧车轮的转速比，而且还能够体现出所演示的机动车转向状况。
46.可以将转向指示件和差速指示装置(当同时设有时)设置在同一个基座上，也就
是，转向指示件的基座和差速指示装置基座是一体的，或采用同一基座。
47.可以采用伺服电机/伺服控制系统驱动和控制齿轮齿条机构的齿轮转动，由于方向盘/转向轴的转角与前轮的转角是对应的，齿轮转过的角度可基于方向盘转角传感器的传感信号确定。
48.各转台的驱动电机及其控制器亦可以采用伺服电机/伺服控制系统。
49.所述台架的台面上设有若干指示灯20。
50.所述指示灯至少可以包括前照灯指示灯和转向灯指示灯。
51.可以依据实际教学需要设置指示灯的种类、数量及其在台面上的分布方式，其分布方式可以尽可能地与相应灯在车辆上的分布方式一致，例如，左右两侧对称设置，前照灯(俗称大灯)指示灯的亮度大于转向灯和示宽灯等小灯的指示灯亮度，亦可以通过不同亮度和/或不同颜将前照灯的指示灯分为近光灯和远光灯两种指示灯。例如，将同一侧的前照灯指示灯设置为相同亮度的两个，以一个指示灯亮表示近光灯亮，以两个指示灯亮表示远光灯亮，或者将同一侧的前照灯指示灯设置为不同亮度的两个，以相对较暗的表示近光灯，以相对较亮的表示远光灯。
52.所述台架上可以设有喇叭(扬声器)90，用于演示机动车的喇叭。可以依据实际需要确定喇叭的安装位置。
53.所述喇叭可以设有与其联动的喇叭工作显示灯92，当喇叭响时，喇叭工作显示灯亮，可以将喇叭和喇叭工作显示灯串联或并联于同一电路支路，当该支路得电时，喇叭和喇叭工作显示灯同时工作。通过喇叭工作显示灯的设置，可以使喇叭的工作状态更直观。
54.用于控制喇叭(及喇叭工作显示灯，如果设有的话)工作的喇叭开关和分别用于控制各指示灯的各指示灯开关均可以设置在台面上，且可以采用手动开关(例如，手动按钮开关)。可以将喇叭开关和指示灯开关接入所配套的中控单元，中控单元依据喇叭开关信号控制喇叭电路的通断，依据相应指示灯开关信号控制相应指示灯电路的通断，在软件的支持下，中控单元还可以依据其他方式输入的外部相关指令或在出现相关设定事件的情形下控制喇叭电路的通断(例如，导通)或控制相应指示灯电路的通断(例如，导通)；也可以不经中控单元而直接设置喇叭的供电电路(或控制电路，下同)或相应指示灯的供电电路(或控制电路，下同)，将喇叭开关设置在喇叭的供电电路上，由喇叭开关直接控制喇叭电路的通断(例如，导通)，将相应指示灯开关设置在相应指示灯的供电电路上，由相应指示灯开关直接控制相应指示灯电路的通断(例如，导通)；还可以同时设置上述两种控制方式，中控单元在软件的支持下依据其他方式输入的外部相关指令或在出现设定事件的情形下控制喇叭电路的通断或控制相应指示灯电路的通断，手动的喇叭开关可以不经中控单元直接控制喇叭工作，手动的相应指示灯开关可以不经中控单元直接控制相应指示灯工作。
55.所述台架的台面上的前侧设有显示屏50。可以将显示屏与中控系统的显示输出端接入显示屏进行显示。
56.所述中控单元可采用现有线控底盘的中控单元/中控系统，)用于数据处理，控制各执行机构(例如，驱动轮演示机构、各指示灯，如果设有的话)工作，依据外部输入的运行指令和/或来自油门踏板角位移传感器的油门踏板角位移传感信息生成或变换轮毂电机中控信号，通过线缆接入所述轮毂电机控制器，所述轮毂电机控制器依据来自中控单元的轮毂电机中控信号生成相应的轮毂电机控制输出，进而控制各轮毂电机的工作状态，例如，通
过控制轮毂电机的电源电路中的相关开关元件(例如，电子开关)的开关状态，将适宜的电压(电源)接入相应轮毂电机的电源输入端(或切断轮毂电机的电源)，使轮毂电机进入相应的工作状态。
57.所述中控单元可以设有模拟驾驶程序，启动模拟驾驶程序后，中控单元控制显示器或其他显示装置(例如，具有vr功能的头盔)进行模拟场景显示，实时采集各传感器(例如，方向盘转角传感器、油门踏板角位移传感器、制动踏板角位移传感器及其他与驾驶员操作相关的传感器，如果设有的话)的传感信息，依据各传感器的传感信息进行实际驾驶行为分析，将实际驾驶行为与相应场景下的标准驾驶行为进行比较，记录比较结果，驾驶场景中机动车的运动依据实际驾驶行为确定。
58.可以基于下列公式进行模拟驾驶的评分：
[0059][0060]
其中，
[0061]srmd
为得分，满分为100分；
[0062]
t为时间，其中t1为测评起始时间，t2为测评终止时间；
[0063]ks
为方向盘操控权重(系数)，依据实际评价标准设定，例如，可以为0.3；
[0064]
kb为刹车踏板操控权重(系数)，依据实际评价标准设定，例如，可以为0.4；
[0065]
ka为油门踏板操控权重(系数)，依据实际评价标准设定，例如，可以为0.3；
[0066]
其中，ks+kb+ka＝1；
[0067]
α
sd
(t)为实测的t时刻方向盘转角，基于方向盘转角传感器的传感信息获得；
[0068]
α
ss
(t)为t时刻相应场景下标准驾驶的方向盘转角，基于模拟驾驶程序获得；
[0069]
α
bd
(t)为实测的t时刻制动踏板角位移，基于制动踏板角位移传感器的传感信息获得；
[0070]
α
bs
(t)为t时刻相应场景下标准驾驶的制动踏板角位移，基于模拟驾驶程序获得；
[0071]
α
ad
(t)为实测的t时刻油门踏板角位移，基于油门踏板角位移传感器的传感信息获得；
[0072]
α
as
(t)为t时刻相应场景下标准驾驶的油门踏板角位移，基于模拟驾驶程序获得。
[0073]
在等间隔采样的情形下，相关转角或角位移数据为离散数据，采用下列下列公式进行模拟驾驶的评分：
[0074][0075]
其中，
[0076]srmd
为得分，满分为100分；
[0077]ks
为方向盘操控权重(系数)，依据实际评价标准设定，例如，可以为0.3；
[0078]
kb为刹车踏板操控权重(系数)，依据实际评价标准设定，例如，可以为0.4；
[0079]
ka为油门踏板操控权重(系数)，依据实际评价标准设定，例如，可以为0.3；
[0080]
其中，ks+kb+ka＝1；
[0081]
α
sdn
为第n次采样的实测方向盘转角，基于方向盘转角传感器的传感信息获得；
[0082]
α
ssn
为第n次采样时相应场景下标准驾驶的方向盘转角，基于模拟驾驶程序获得；
[0083]
n为方向盘转角的采样次数，n＝1,2,3，
…
，n；
[0084]
α
bdm
为第m次采样的制动踏板角位移，基于制动踏板角位移传感器的传感信息获得；
[0085]
α
bsm
为第m次采样时相应场景下标准驾驶的制动踏板角位移，基于模拟驾驶程序获得；
[0086]
m为制动踏板角位移的采样次数，m＝1,2,3，
…
，m；
[0087]
α
adl
为第l次采样的油门踏板角位移，基于油门踏板角位移传感器的传感信息获得；
[0088]
α
asl
为第l次采样时相应场景下标准驾驶的油门踏板角位移，基于模拟驾驶程序获得；
[0089]
l为油门踏板角位移的采样次数，l＝1,2,3，
…
，l。
[0090]
通常，可以对方向盘转角、制动踏板角位移和油门踏板角位移同步采样，在此情形下，m＝,＝l，n＝m＝l。
[0091]
方向盘(转向轴)、油门踏板和制动踏板均只有一个转动自由度，但方向盘可以自居中位置(车辆不转向状态下的位置)向两侧转动，可以定义居中位置的转角为零，向任一确定方向(例如，逆时针或左打轮方向)的转角为正，向另一个方向的转角为负。
[0092]
实践中，所述中控单元可以采用树莓派系列控制器(例如，树莓派4)和arduino 2560(arduino mega 2560)，其中arduino 2560为树莓派4的下位机。
[0093]
所述树莓派4用于连接诸如键盘、鼠标和显示器等外围设备，且设有互联网通信接口，能够接入互联网。所述arduino 2560用于连接诸如驱动轮演示机构和转向演示机构等演示机构的控制器(例如，轮毂电机控制器、驱动轮转台电机控制器、转向指示件转台电机控制器、差速指示齿轮电机控制器等，依据实际配置)和诸如方向操动机构、油门操动机构和线控制动机构等操动机构的传感器(例如，方向盘转角传感器、油门踏板角位移传感器、制动踏板角位移传感器等，依据实际配置)，并可以设有蓝牙通讯模块，通过蓝牙通信模块
连接手机等控制设备。
[0094]
树莓派4是中控单元的上位机，使用ubuntu系统，通过鼠标和键盘进行交互。
[0095]
系统通过processing(上位机)和arduino ide(下位机)编写的控制软件，控制arduino 2560控制器，而arduino 2560控制转向舵机、led和轮毂电机控制器等，轮毂电机控制器控制轮毂电机，方向盘是通过一个旋钮滑动变阻器(用作所述的方向盘转角传感器)实现将一个模拟值发送给arduino 2560控制器判断转向角度，系统状态可以实时显示在显示器里或者通过蓝牙模块显示在绑定的手机里，另外手机也可以实现换挡、刹车及灯光控制等。系统中的上位机软件也可以通过点击拉动软件对应的按钮和滑块实现转向控制。整个系统模拟了真实线控底盘的工作原理，整个系统电压在安全的24v以内，而非实车300v左右电压。机械结构件都是3d打印，也可以根据教学需要自行设计更换，主要用于中小学科普介绍和体验，教具整体小巧简洁且安全环保，可通过蓝牙任意连接学生手机直观互动。
[0096]
利用树莓派4和arduino 2560的功能和特性，可以实现与各传感器和控制器的连接，依据实际需要，在软件的支持下，可以设置相应的各种控制功能和演示功能，增加各种附设，由此使得这种系统能够进一步实现功能拓展，实现利用学生手机与教具结合，实现多个教学知识点的结合，且学生diy空间巨大，由此能够满足多方面的教学需要。
[0097]
例如，树莓派和arduino 2560均可以通过串口数据连接连接键盘和鼠标。
[0098]
arduino2560和蓝牙模块是串口连接，与舵机、led指示灯及各电机驱动板(电机控制器)都是数字io口连接，与方向盘是模拟端口连接，这些都是通过arduino ide下位机程序实现的，而树莓派通过processing上位机可以显示目前状态。
[0099]
方向盘的转角传感器实质是一旋转滑动变阻器，arduino2560通过模拟端口a0读取数据来确定方向盘的角度，阻值达到一半时，认为方向盘摆正，小于为左转，大于为右转，再控制舵机旋转相应角度，同时左转时亮起左转向灯，右转时亮起右转向灯。各种电机控制和大灯和其他车灯(如果有的话)开关控制是通过蓝牙发送指令的方式实现的，手机通过串口助手app，通过点击对应功能按键实现换挡转向刹车灯操作以及大灯的开关等。以上所有功能都是通过编写arduino ide软件实现的，为下位机软件。
[0100]
树莓派系统上可以运行processing编写的上位机软件，通过树莓派与键盘鼠标的串口连接完成交互，再通过树莓派与arduino2560串口连接完成它们之间的数据传输，将下位机的数据显示在显示器里，主要包括方向盘转角、档位信息、灯光信息、制动信息。同时上位机也可以通过串口向下位机发送信息控制向盘转角、档位、灯光、制动。
[0101]
本发明涉及的驱动轮机构及其线控制动机构、轮毂电机控制器、油门踏板及其油门踏板角位移传感器、方向盘和转向轴及其方向盘转角传感器、制动踏板及其制动踏板角位移传感器、以及各指示灯及相关控制方式(指示灯的控制电路或称控制器等)等均可以采用现有技术下相应线控底盘涉及的相应装置/元件及其控制方式。考虑到本发明涉及的驱动轮不需要具备机动车的荷载能力和驱动力，各电机(例如，轮毂电机、制动电机等)及其他动力设备不需要具备机动车上相应设备的功率，可依据实际需要选择比机动车相关设备小得多的功率，同时，基于安全性的考虑，各电机及其他动力设备的电源(动力电源)亦可选择36伏特以下的直流电。
[0102]
依据实际需要，也可以依据和采用现有线控底盘的相关技术，增加其他功能和功能装置，其中用于查看的部分可以安装在台面上，用于操作的部分可以安装在台架上适合
于相关操作的位置，也就是，与人体(使用者)之间的相对位置与机动车上相关设备与人体之间的相对位置一致或基本一致，例如，方向盘及各踏板与使用者之间的相对位置就可如此确定。
[0103]
本发明公开的各优选和可选的技术手段，除特别说明外及一个优选或可选技术手段为另一技术手段的进一步限定外，均可以任意组合，形成若干不同的技术方案。

技术特征：

1.基于线控底盘的机动车驾驶教学系统，其特征在于包括：台架，设有台面；方向操动机构，包括方向盘、转向轴及用于实时检测转向轴转角的方向盘转角传感器，所述方向盘转角传感器的传感输出通过线缆接入中控单元，所述方向盘固定安装在所述轴向轴的顶部，所述转向轴安装在所述台架的后侧，与所述台架旋转连接；油门操动机构，包括油门踏板及用于实时检测油门踏板转角的油门踏板角位移传感器，所述油门踏板角位移传感器的传感输出通过线缆接入中控单元，所述油门踏板安装在所述台架的台面下方；驱动轮演示机构，包括轮毂电机控制器和设有轮毂电机的驱动轮，所述驱动轮数量为多个，左右对称设置，安装在所述台架的台面上，所述轮毂电机的电源输入端连接所述轮毂电机控制器相应的轮毂电机控制输出，在轮毂电机控制器的控制下工作；中控单元，依据外部输入的运行指令和/或来自油门踏板角位移传感器的油门踏板角位移传感信息生成或变换轮毂电机中控信号，通过线缆接入所述轮毂电机控制器，所述轮毂电机控制器依据来自中控单元的轮毂电机中控信号生成相应的轮毂电机控制输出，进而控制各轮毂电机的工作状态。2.如权利要求1所述的基于线控底盘的机动车驾驶教学系统，其特征在于所述驱动轮设有用于其制动的线控制动机构，所述线控制动机构设有制动电机，所述台架的台面下方设置制动踏板，所述制动踏板设有用于实时检测其转角的制动踏板角位移传感器，所述制动电机设有用于控制其运行的制动电机控制器，中控单元依据来自制动踏板角位移传感器的制动踏板角位移传感信息和/或外部输入的制动指令生成或变换制动电机中控信号，通过线缆接入制动电机控制器，所述制动电机控制器接收来自中控单元的制动电机中控信号，控制制动电机的工作状态。3.如权利要求1所述的基于线控底盘的机动车驾驶教学系统，其特征在于所述台架的台面上设有若干指示灯。4.如权利要求3所述的基于线控底盘的机动车驾驶教学系统，其特征在于所述指示灯包括前照灯指示灯和转向灯指示灯。5.如权利要求1所述的基于线控底盘的机动车驾驶教学系统，其特征在于所述台架上设有喇叭。6.如权利要求5所述的基于线控底盘的机动车驾驶教学系统，其特征在于所述喇叭设有与其联动的喇叭工作显示灯。7.如权利要求1所述的基于线控底盘的机动车驾驶教学系统，其特征在于所述台架的台面上的前侧设有显示屏。8.如权利要求1-7中任一项所述的基于线控底盘的机动车驾驶教学系统，其特征在于所述中控单元设有模拟驾驶程序，启动模拟驾驶程序后，中控单元控制显示器或其他显示装置进行模拟场景显示，实时采集各传感器的传感信息，依据各传感器的传感信息进行模拟驾驶中的实际驾驶行为分析，将实际驾驶行为与相应场景下的标准驾驶行为进行比较。9.如权利要求1-7中任一项所述的基于线控底盘的机动车驾驶教学系统，其特征在于所述中控单元设有上位机和下位机，其中上位机用于连接外围设备，且设有互联网通信接口，下位机用于连接演示机构的控制器和操动机构的传感器，且设有蓝牙通讯模块。
10.如权利要求9所述的基于线控底盘的机动车驾驶教学系统，其特征在于所述上位机为树莓派4，下位机为arduino 2560。

技术总结

本发明涉及基于线控底盘的机动车驾驶教学系统，包括台架、一个或多个演示机构、一个或多个操动机构以及及基于线性底盘的中控单元，所述台架作为基础，用于安装或设置其他相关部分，设有台面，其中演示机构设置在台架的台面上，位于易于被使用者直接观看到的位置，操动机构设置在台架的后侧，中控机构依据操动机构的传感信息和/或外部输入的指令生成相应的中控信号，接入相应演示机构的控制器，控制演示机构动作，在模拟驾驶中，中控单元控制显示器进行模拟场景显示，依据各传感器的传感信息进行模拟驾驶中的实际驾驶行为比较分析。本发明能够将驱动轮转速等状况直观地展现出来，且能够在模拟驾驶中给出对驾驶水平的评价。够在模拟驾驶中给出对驾驶水平的评价。够在模拟驾驶中给出对驾驶水平的评价。