談及“駕駛模擬”,你腦海中會浮現怎樣的場景?也許是PS4的手柄連接的游戲屏,也許是學車時的駕駛模擬器……而在清華大學車輛與運載學院的一間四壁漆黑的實驗室里,有一個更高級的“駕駛模擬器”。
走進這間實驗室,人們可能會感到震驚:一輛碩大的“汽車”被置之高臺,儀表盤、方向盤、腳踏板一應俱全。五塊直面汽車的巨大屏幕透露出玄機——這是一套全尺寸仿真的駕駛模擬綜合實驗平臺。當然,這樣一個真實尺寸的駕駛模擬器遠非僅僅用于駕駛體驗。通過對不同模擬系統的設置和車輛動力學上的參數調整,這個駕駛模擬綜合實驗平臺可以模擬出多樣的道路環境和車型,使得實驗者能夠在較為穩定和絕對安全的條件下收集駕駛相關數據并用于實驗研究。作為一個基礎實驗平臺,它可以為汽車智能安全技術、先進汽車設計技術、交通安全與事故再現以及駕駛員行為科學等活躍研究方向提供重要的研究平臺,為這些新技術的研發提供強有力的支持。這一平臺目前除了科研工作之外,也承接車輛學院開設的一些基礎課程組織的實驗室參觀探訪,在教學和科普方面同樣發揮著重要作用。
該駕駛模擬試驗臺由視覺仿真系統、聽覺仿真系統、中央控制系統等部分組成,可以實時再現實際交通環境視景、交互駕駛員運動感覺和操作感覺,由此模擬人-車-路-環境系統,為駕駛者帶來全方位、多視角、通感官的“實況”體驗。其中,視覺仿真系統主要由前后共5塊屏幕來實現,可模擬的汽車前向視野角度約為200°,后向視野角度約為50°,可以充分模擬真實駕駛操作環境;而聽覺仿真系統、中央控制系統和成熟的終端執行設備,也為再現駕駛環境提供了基礎。
據實驗室管理員李清坤介紹,目前國際上擁有類似大型駕駛模擬試驗臺的,有日本豐田汽車公司、美國愛荷華州立大學、奔馳汽車公司、日本東京大學、日產汽車公司等企業和高校。就國內而言,車輛學院這個平臺是最先進的之一,一個重要原因是它設有6根由電機控制的主缸,可以進行汽車x、y、z、pitch、roll、yaw 6個自由度的運動仿真。6根主缸的伸縮能夠控制平臺的3個平移自由度和3個轉動自由度,使得駕駛員能夠在更多的維度上體驗駕駛模擬,從而提高了該平臺的駕駛模擬真實性。簡言之,如果將游戲中的駕駛模擬比作2D電影,那目前這套駕駛模擬綜合實驗平臺就能給帶給人6D的駕駛體驗。
清華大學于2009年引進了這套駕駛模擬平臺。多年來,隨著時代和技術的進步,清華師生也在持續根據實驗需求對其進行更新和開發,不斷加入了部分自主研發的硬件和軟件的設計,用以在個性化的實驗中實現一些特定的功能和目的。
清華大學研究人員對駕駛模擬實驗平臺的“副本開發”增強了系統的可延展性,使得能夠模擬的場景和車型更顯多樣。通過動力學參數調整,它可以模擬轎車、卡車、SUV等不同車型,還能呈現城市道路、高速公路等不同路況,再現白天、夜間、雨、霧等行路環境,拓展了技術開發的測試環境。
另一個“副本升級”的例子體現在對駕駛人的數據收集和分析。輔以眼動儀、肌電、腦電設備等設備,研究人員可以進行駕駛員駕駛行為機理的研究。中央控制系統的一塊小小的屏幕之上,駕駛員的年齡、面部狀態、是否吸煙、甚至是表情都一一顯示。或蹙眉,或咧嘴,或耷眼,或斂唇……在實驗者的嘗試下,他的表情被判斷以neutral(中性)、surprise(驚訝)、happy(高興)、fear(害怕)、disgust(厭惡)、sad(悲傷)等情緒特點。電影中對人臉進行智能分析的情節,在這間實驗室里得以“震撼”展現。
在我國汽車產業、尤其是自動駕駛技術迅速發展的今天,汽車駕駛模擬試驗臺大有用武之地。例如在人機共駕的相關研究中,研究人員能夠利用駕駛模擬平臺對駕駛員操作與自動駕駛系統操作的權重進行動態分配。而這僅僅是其用途的一個小小例子。可以期待的是,從這個小房間里的仿真道路,將會延伸出一條汽車產業未來發展的坦途。