李啟磊， 馮新穎， 余功江， 張 宇， 吳后平

(南車南京浦鎮(zhèn)車輛有限公司， 江蘇南京 210031)

地鐵與輕軌

關(guān)于低地板虛擬駕駛平臺的應(yīng)用探索

李啟磊， 馮新穎， 余功江， 張 宇， 吳后平

(南車南京浦鎮(zhèn)車輛有限公司， 江蘇南京 210031)

以低地板虛擬駕駛平臺為例，說明軌道交通車輛仿真平臺在人員培訓(xùn)和產(chǎn)品宣傳方面的應(yīng)用情況，進(jìn)一步研究討論其未來在拓展新市場方向的支撐作用，探索未來車輛仿真平臺的市場方向，拓展軌道交通車輛市場，進(jìn)一步做大做強軌道交通行業(yè)。

仿真平臺； 培訓(xùn)； 軌道交通

軌道交通類仿真模擬駕駛培訓(xùn)系統(tǒng)是軌道交通部門進(jìn)行技能培訓(xùn)的高科技設(shè)備，能夠進(jìn)行精確的軌道交通車輛操縱性能仿真和逼真的駕駛環(huán)境仿真。基本功能包括模擬操縱功能、場景和聲音仿真功能以及運動仿真功能、培訓(xùn)效果評估功能。仿真模擬訓(xùn)練設(shè)備相對于真實產(chǎn)品訓(xùn)練，具有節(jié)能、經(jīng)濟(jì)、安全、不受場地和氣象條件的限制、縮短訓(xùn)練周期、提高訓(xùn)練效率等突出優(yōu)點。同時具備人員培訓(xùn)和產(chǎn)品宣傳展示作用，展示新產(chǎn)品研發(fā)實力，未來也可以對外形成產(chǎn)品系列，針對新業(yè)主，提供相應(yīng)的司機(jī)培訓(xùn)、故障診斷培訓(xùn)服務(wù)，延伸成為新的業(yè)務(wù)方向。

國內(nèi)列車駕駛模擬器技術(shù)的發(fā)展歷程較短，目前國內(nèi)的航空、船舶、汽車產(chǎn)業(yè)中，駕駛模擬器已得到廣泛的應(yīng)用，上海地鐵購買了德國KMW公司的地鐵仿真系統(tǒng)。2004年到2006年，由西南交通大學(xué)、成都運達(dá)創(chuàng)新科技有限公司、深圳地鐵合作進(jìn)行研發(fā)一臺高性能訓(xùn)練仿真器——深圳地鐵模擬駕駛仿真器，采用了6自由度運動仿真系統(tǒng)、3D聲音仿真技術(shù)、分布式網(wǎng)絡(luò)化計算機(jī)控制等先進(jìn)技術(shù)[1]。

本文以低地板虛擬駕駛平臺為例，對其功能和應(yīng)用情況進(jìn)行說明，同時探索其未來的應(yīng)用前景。

1 低地板虛擬駕駛平臺

該虛擬駕駛平臺主要由2個部分構(gòu)成：列車模擬駕駛器、教員監(jiān)控系統(tǒng)。

1.1 平臺組成(見圖1)

1.2 平臺布局圖

列車模擬駕駛系統(tǒng)由教員控制區(qū)域和學(xué)員訓(xùn)練區(qū)域兩個部分組成。教員控制區(qū)域包含教員控制臺及教員座椅，部分計算機(jī)、顯示器等設(shè)備安裝在教員控制臺內(nèi)；學(xué)員訓(xùn)練區(qū)域包含司機(jī)控制臺，司機(jī)座椅、音響、投影顯示設(shè)備、部分計算機(jī)，布局圖如圖2。

1.3 虛擬駕駛平臺最終狀態(tài)(見圖3～圖6)

1.4 主要亮點展示

1.4.1 采用動感座椅模擬真實駕駛感覺

相比較西南交通大學(xué)聯(lián)合研發(fā)的地鐵模擬駕駛仿真器，該虛擬駕駛平臺最大的創(chuàng)新點是采用動感座椅，動感座椅能夠配合列車駕駛具有相應(yīng)的運動感(如制動與加速、曲線離心等)，為學(xué)員提供列車模擬訓(xùn)練時的動感。動態(tài)系統(tǒng)根據(jù)仿真控制系統(tǒng)的輸出指令，驅(qū)動動態(tài)座椅進(jìn)行方向的調(diào)節(jié)，車輛座椅有明顯的動態(tài)效果。動作的響應(yīng)時間不得超過0.4 s。

圖2 仿真平臺布局圖

圖3 仿真平臺三維效果圖

圖4 仿真平臺真實照片(全景)

座椅與實車一致，安裝后的座椅總高度需與現(xiàn)車保持一致。所提供的全電動三自由度動感座椅，具有在模擬的性能包線范圍內(nèi)給車輛駕駛?cè)藛T提供過載感覺和一定范圍內(nèi)姿態(tài)角變化的動感信息的能力，從而使車輛駕駛?cè)藛T在同樣低地板環(huán)境下，在運動突發(fā)和姿態(tài)變化的感覺方面與在被模擬車輛上的感覺相似。

圖5 仿真平臺真實照片(投影屏幕)

圖6 仿真動感司機(jī)座椅圖片

采用仿真司機(jī)座椅，考慮人機(jī)工程的要求，外觀、材質(zhì)與所選低地板車輛基本一致。動感座椅能夠配合低地板車輛駕駛具有相應(yīng)的運動感(如制動與加速、曲線離心等)，為學(xué)員提供低地板車輛模擬訓(xùn)練時的動感，能夠模擬加、減速，上、下坡，2個自由度的動態(tài)感覺。

1.4.2 采用音響系統(tǒng)模擬真實聲音環(huán)境

音響系統(tǒng)主要是模擬在實際運行中產(chǎn)生的聲音效果，采用基于計算機(jī)實時多通道音頻技術(shù)，結(jié)合數(shù)字信號處理技術(shù)和多媒體音頻技術(shù)，模擬低地板真實駕駛感受的環(huán)境聲音， 產(chǎn)生具有真實音效的聲音, 提供給學(xué)員一個真實的駕駛環(huán)境。

一般來說我們把聲音分成兩組：環(huán)境聲音和告警聲音。環(huán)境聲音主要來自于駕駛臺，機(jī)車摩擦軌道，自動門等聲音以及外部環(huán)境的要求；告警聲音主要是電笛聲音、警報聲音等，其主要目的是用來捕捉學(xué)員注意。在本系統(tǒng)中所要模擬的聲音包括以下：(1)電笛聲音；(2)警惕報警聲音；(3)報站聲音(4)天氣環(huán)境聲音(雨聲，風(fēng)聲)；(5)機(jī)車輪軌的振動摩擦聲音；(6)機(jī)車在隧道中的聲音；(7)機(jī)車過岔道聲音；(8)機(jī)車過橋梁聲音；(9)機(jī)車過彎道聲音；

聲音仿真的立體聲輸出能在司機(jī)座位周圍營造立體聲場，音箱安裝位置的設(shè)計確保坐在司機(jī)駕駛位的受訓(xùn)司機(jī)可獲得最佳的聽覺效果。

1.4.3 采用視景系統(tǒng)模擬真實場景環(huán)境

視景系統(tǒng)能夠模擬低地板列車從0～80 km/h(或更大范圍)的運行速度；可進(jìn)行故障、事故、突發(fā)事件、氣候條件的模擬。所有的顯示內(nèi)容與模擬運行的位置、速度同步，并且以原尺寸顯示。場景中所有的固定信號、道岔都能夠變化或切換。

視景系統(tǒng)包括兩套地形數(shù)據(jù)庫和視景模型，分別是北京地鐵4號線實景和包括多種地形條件的經(jīng)典線路，能夠?qū)崟r響應(yīng)仿真模型系統(tǒng)計算機(jī)的參數(shù)輸入，動態(tài)改變機(jī)車運行及視景環(huán)境的狀態(tài)。

(1)能夠?qū)崿F(xiàn)如下正常運行狀況下的視景顯示功能：

①車輛以各種速度在運營線路上正常運行；

②車輛在車輛段線路上正常運行；

③信號設(shè)備的正常變化與顯示；

④客室車門動作(開啟、閉合)的顯示；

⑤一天內(nèi)不同時間段的模擬；

⑥不同氣候條件的模擬：

不同強度的雨、雪；

不同濃度的霧；

不同的天空情況：晴朗、多云、陰天等；

⑦進(jìn)入站區(qū)后，提供停車對標(biāo)距離顯示。

(2)能夠?qū)崿F(xiàn)如下非正常運行狀況下的視景顯示功能，如站區(qū)內(nèi)的突發(fā)事件；站臺上著火；

1.5 應(yīng)用情況

該低地板虛擬駕駛平臺已先后接待不少行業(yè)單位進(jìn)行考察，贏得行業(yè)的一致好評，如出席第14屆亞太智能交通論壇的代表對該低地板虛擬駕駛平臺提出了很高的評價，座椅的動態(tài)感較強，場景畫面很逼真，內(nèi)部裝飾與真車一致,現(xiàn)場實景見圖7。

圖7 現(xiàn)場實景

2 結(jié)束語

該低地板虛擬駕駛平臺具備很高的技術(shù)應(yīng)用價值，近期將主要用于對外展示低地板產(chǎn)品研發(fā)實力，同時作為司機(jī)駕駛培訓(xùn)使用。未來將作為培訓(xùn)系列的產(chǎn)品平臺對外進(jìn)行市場推廣，將有很大的市場空間。

[1] 張 鐸，陳定方， 蔣 云. 空間聲音建模技術(shù)及其在駕駛模擬器中的應(yīng)用[J].湖北工業(yè)大學(xué)學(xué)報. 2007,(03):64-66.

The Exploration of Low Floor Virtual Driving Platform Application

LIQilei,FENGXinying,YUGongjiang,ZHANGYu,WUHouping

(CSR Nanjing Puzhen Co.Ltd.， Nanjing, 210031 Jiangsu, China)

The article takes low floor virtual driving platform as example, explains the application of the rail vehicle simulation platform in staff training and product promotion, and discusses the supporting role on cultivating new markets, and explores the future market of the vehicle simulation platform, to expand the rail vehicle market and further develop the railway industry.

simulation platform; training; rail traffic

1008-7842 (2015) 06-0056-03

)男，工程師(

2015-05-16)

U239.5

A

10.3969/j.issn.1008-7842.2015.06.15