CN108121217A - 基于车间通信的列控***车载功能样机仿真驾驶模拟*** - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于车间通信的列控***车载功能样机仿真驾驶模拟***，涉及列车运行控制技术领域，包括界面显示层、逻辑处理层、数据接口层，所述逻辑处理层分别与所述界面显示层和所述数据接口层连接，所述数据接口层与所述车载功能样机连接；所述界面显示层包括DMI仿真模块、驾驶台仿真模块、列车状态显示模块；逻辑处理层包括DMI显示计算模块、驾驶台操作计算模块、列车动力学仿真计算模块、自动驾驶计算模块、仿真速度传感器模块。本发明利用模拟产生列车速度信息数据、列车驾驶台数据以及DMI输入输出数据，大大提高了测试效率，占用空间小，成本低，接口调试方便，故障率低，对基于车间通信的列控***仿真测试平台的搭建具有十分重要的意义。

Description

基于车间通信的列控***车载功能样机仿真驾驶模拟***

技术领域

本发明涉及列车运行控制技术领域，具体涉及一种基于车间通信的列控***车载功能样机仿真驾驶模拟***。

背景技术

基于车-车通信的列车控制***是一种新型列控***，它通过优化列控***的***结构，达到降低***故障率，提高***可靠性，缩减全生命周期成本等目的。该***取消了既有列控***中的核心地面设备，在列车间直接建立通信，实现列车追踪运行。

为了支撑我国基于车-车通信的列控***的开发，需搭建基于车-车通信的列控***半实物仿真测试平台。该仿真测试平台对基于车-车通信的列控***各子***进行仿真，并且根据真实场景编制测试序列，用于对基于车-车通信的列控***进行仿真测试。该平台为我国基于车-车通信的列控***的开发与测试提供技术支撑，意义重大。

基于车-车通信的列控***仿真平台由车载部分和地面部分组成。车载部分主要由车载设备功能样机以及其辅助设备——仿真驾驶模块组成。车载设备功能样机要正常运行，需要与地面设备进行信息交互，也需要仿真驾驶模块为其提供列车所必须的驾驶信息。本发明对驾驶模块进行仿真，模拟列车驾驶信息，此外，为了支撑车载设备功能样机的自动化测试，还提供自动驾驶和列车状态显示功能，作为车载设备功能样机的辅助设备，支撑其运行。

在之前的仿真测试平台的搭建过程中，车载功能样机运行所必须的列车速度信息、列车驾驶台信息以及DMI输入输出信息主要来自于实际设备。然而，实际设备占用空间大，成本高，接口相对复杂，易发生故障，进而影响测试效率。如果利用计算机软件编程技术，开发软件仿真驾驶模块，利用软件模拟产生列车速度信息数据、列车驾驶台数据以及DMI输入输出数据，支撑车载功能样机运行，将大大提高测试效率。开发的仿真驾驶模块在一台计算机上运行，占用空间小，成本低，接口调试方便，并且故障率极低，对基于车-车通信的列控***仿真测试平台的搭建具有十分重要的意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种占用空间小，成本低，接口调试方便，并且故障率低，测试效率高的基于车间通信的列控***车载功能样机仿真驾驶模拟***，以解决上述背景技术中实际设备占用空间大，成本高，接口相对复杂，易发生故障，测试效率低的技术问题。

为了实现上述目的，本发明采取了如下技术方案：

一种基于车间通信的列控***车载功能样机仿真驾驶模拟***，包括界面显示层、逻辑处理层、数据接口层，所述逻辑处理层分别与所述界面显示层和所述数据接口层连接，所述数据接口层与所述车载功能样机连接；

所述界面显示层包括DMI仿真模块、驾驶台仿真模块、列车状态显示模块；

所述DMI仿真模块用于模拟真实DMI的显示与操作；

所述驾驶台仿真模块用于模拟真实列车驾驶台操作；

所述列车状态显示模块用于显示列车运行状态；

所述逻辑处理层包括DMI显示计算模块、驾驶台操作计算模块、列车动力学仿真计算模块、自动驾驶计算模块、仿真速度传感器模块；

所述DMI显示计算模块用于驱动DMI界面显示与更新；所述驾驶台操作计算模块用于采集仿真驾驶台模块的驾驶操作信息，并把所述驾驶操作信息发送给所述列车动力学仿真计算模块与所述车载功能样机；

所述仿真速度传感器模块用于模拟真实速度传感器功能，为车载功能样机提供列车实时速度信息；

所述列车动力学仿真计算模块用于根据所述驾驶操作信息计算列车实时速度与位置，并将所述列车速度与位置信息发送给所述车载功能样机；

所述自动驾驶计算模块用于控制列车运行曲线和运行速度。

进一步的，所述数据接口层用于车载功能样机与所述界面显示层、所述逻辑处理层间的数据交互，包括速度信息接口模块、自动驾驶信息接口模块、列车开关量接口模块、DMI接口模块、列车状态显示接口模块。

进一步的，所述DMI仿真模块至少显示列车速度信息、距离监控信息、运行计划信息、文本信息，并至少接收列车号、司机号、列车数据的输入。

进一步的，所述驾驶台仿真模块用于模拟真实列车的牵引/制动、手动/ 自动切换、列车运行方向、ATP隔离、ATP冗余、激活/关闭，并发送驾驶操作信息。

进一步的，所述列车状态显示模块至少显示ATP制动状态、列车运行曲线。

本发明有益效果：提出了一种基于车-车通信的列控***车载设备功能样机仿真驾驶模块的设计方案；设计了通信接口模块，包括应用数据帧结构的设计与各信息包的设计，与使得仿真驾驶模块可与车载设备功能样机进行实时的双向通信；设计DMI人机界面，将DMI界面划分为速度信息区、补充驾驶信息区等不同功能区，对各个功能区进行分别设计与实现，从而完成DMI信息显示与操作功能；综合仿真驾驶模块获取的静态限速、行车许可等信息，计算列车的自动驾驶曲线，使列车可在自动驾驶模式下，能够按照所设定的曲线速度行驶；设计仿真驾驶台模块，使司机通过操作牵引\制动手柄、手动\ 自动驾驶手柄以及ATP隔离旋钮、运行方向选择旋钮、驾驶台激活/关闭旋钮、DMI切换旋钮、ATP冗余旋钮等，控制列车运行；列车状态显示界面的设计，通过通信接口获取列车当前的位置与速度信息，以及列车允许速度信息，并绘制图像。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例所述的基于车间通信的列控***仿真测试平台***结构图。

图2是本发明实施例所述的基于车间通信的列控***车载功能样机仿真驾驶模拟***与真实列车驾驶之间的对应关系图。

图3是本发明实施例所述的基于车间通信的列控***车载功能样机仿真驾驶模拟***功能原理框图。

图4是本发明实施例所述的基于车间通信的列控***车载功能样机仿真驾驶模拟***数据接口层结构图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的模块。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。

本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本发明的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或模块，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、模块和/或它们的组。

需要说明的是，在本发明所述的实施例中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体，可以是机械连接，也可以是电连接，可以是直接连接，也可以是通过中间媒介间接连接，可以是两个元件内部的连通，或两个元件的相互作用关系，除非具有明确的限定。对于本领域技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明实施例中的具体含义。

本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语 (包括技术术语和科学术语)具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。

为便于对本发明实施例的理解，下面将结合附图以具体实施例为例做进一步的解释说明，且实施例并不构成对本发明实施例的限定。图1是本发明实施例所述的基于车间通信的列控***仿真测试平台***结构图，图2是本发明实施例所述的基于车间通信的列控***车载功能样机仿真驾驶模拟***与真实列车驾驶之间的对应关系图，图3是本发明实施例所述的基于车间通信的列控***车载功能样机仿真驾驶模拟***功能原理框图，图4是本发明实施例所述的基于车间通信的列控***车载功能样机仿真驾驶模拟***数据接口层结构图。

本领域普通技术人员应当理解的是，附图只是一个实施例的示意图，附图中的部件或装置并不一定是实施本发明所必须的。

如图1所示，基于车-车通信的列控***仿真平台由车载部分和地面部分组成。车载部分主要由车载设备功能样机以及其辅助设备——仿真驾驶模块组成。车载设备功能样机要正常运行，需要与地面设备进行信息交互，也需要仿真驾驶模块为其提供列车所必须的驾驶信息。本发明对驾驶模块进行仿真，模拟列车驾驶信息，此外，为了支撑车载设备功能样机的自动化测试，还提供自动驾驶和列车状态显示功能，作为车载设备功能样机的辅助设备，支撑其运行。

如图2至图4所示，本发明实施例提供了一种基于车间通信的列控***车载功能样机仿真驾驶模拟***，其特征在于：包括界面显示层、逻辑处理层、数据接口层，所述逻辑处理层分别与所述界面显示层和所述数据接口层连接，所述数据接口层与所述车载功能样机连接；

所述界面显示层包括DMI仿真模块、驾驶台仿真模块、列车状态显示模块；

所述DMI仿真模块用于模拟真实DMI的显示与操作；

所述驾驶台仿真模块用于模拟真实列车驾驶台操作；

所述列车状态显示模块用于显示列车运行状态；

所述逻辑处理层包括DMI显示计算模块、驾驶台操作计算模块、列车动力学仿真计算模块、自动驾驶计算模块、仿真速度传感器模块；

所述DMI显示计算模块用于驱动DMI界面显示与更新；所述驾驶台操作计算模块用于采集仿真驾驶台模块的驾驶操作信息，并把所述驾驶操作信息发送给所述列车动力学仿真计算模块与所述车载功能样机；

所述仿真速度传感器模块用于模拟真实速度传感器功能，为车载功能样机提供列车实时速度信息；

所述列车动力学仿真计算模块用于根据所述驾驶操作信息计算列车实时速度与位置，并将所述列车速度与位置信息发送给所述车载功能样机；

所述自动驾驶计算模块用于控制列车运行曲线和运行速度。

在本发明的一个实施例中，所述数据接口层用于车载功能样机与所述界面显示层、所述逻辑处理层间的数据交互，包括速度信息接口模块、自动驾驶信息接口模块、列车开关量接口模块、DMI接口模块、列车状态显示接口模块。

在本发明的一个具体实施例中，所述DMI仿真模块至少显示列车速度信息、距离监控信息、运行计划信息、文本信息，并至少接收列车号、司机号、列车数据的输入。

在本发明的一个具体实施例中，所述驾驶台仿真模块用于模拟真实列车的牵引/制动、手动/自动切换、列车运行方向、ATP隔离、ATP冗余、激活/关闭，并发送驾驶操作信息。

在本发明的一个具体实施例中，所述列车状态显示模块至少显示ATP制动状态、列车运行曲线。

如图2所示，仿真驾驶模块是对真实列车驾驶模块的模拟仿真，与真实列车驾驶模块的各个子功能模块具有一一对应的关系，真实列车驾驶模块由人机交互界面DMI、驾驶台、速度传感器组组成。相应的，在对驾驶模块进行仿真模拟时，应当确保仿真驾驶模块至少包含仿真DMI模块、仿真驾驶台模块、仿真速度传感器模块。另外，为了支持车载设备功能样机的自动化测试，仿真驾驶模块还提供了自动驾驶功能。本发明的各个子模块的功能如下：

仿真DMI模块：模拟真实DMI显示与操作，能显示列车速度信息、计划信息、文本信息等内容，并能接收列车号、司机号、列车数据等内容的输入；

仿真驾驶台模块：模拟真实列车驾驶台操作，包括牵引手柄、制动手柄、列车运行方向旋钮、驾驶台激活旋钮、ATP隔离旋钮等，能进行手柄与旋钮状态信息输入；

仿真速度传感器模块：模拟真实速度传感器功能，为车载设备功能样机提供列车实时速度信息；

自动驾驶模块：为支撑车载设备功能样机的自动化测试提供的功能，能按照ATS下发的计划信息自动驾驶列车运行，省去手动驾驶的繁琐步骤，使测试能够按照测试序列自动运行，提高测试效率；

列车状态显示模块：为支撑车载设备功能样机的自动化测试提供的功能，能够显示列车状态(如ATP制动状态、列车当前速度等)，为车载设备功能样机的测试提供支撑。

具体实为保障软件组件的可重用性，降低软件各个组件之间的耦合，本发明采用分层结构，自顶而下分为三层：界面显示层、逻辑处理层与通信接口层。

三层架构中的每层既相对独立，又共同组成一个整体，实现仿真驾驶模块相关功能。各层实现的功能与关系如下：

界面显示层：三层架构的最顶层，负责软件图形界面的显示，是用户直接能看到的部分，包括DMI显示界面、仿真驾驶台显示界面、列车状态显示界面等，具体显示的内容与逻辑由逻辑处理层驱动；

逻辑处理层：三层架构的中间层，起到承上启下的作用，是整个仿真驾驶模块的核心部分。它一方面接收来自通信接口层的数据，另一方面驱动界面显示层显示。主要功能有：DMI界面逻辑计算、驾驶台按钮状态采集、列车动力学模型计算、自动驾驶逻辑计算等。

通信接口层：三层架构的最底层，负责本发明对应模块与外部设备的通信，为逻辑处理层提供数据支撑。

三层架构设计使得软件可以分层独立开发，也可以独立进行测试，大大提高了开发效率。三个层次的具体设计分别描述如下。

本发明的详细设计框图如图3所示。

界面显示层包括DMI界面显示、仿真驾驶台界面显示以及ATP状态信息显示。DMI界面显示：DMI为列车司机提供可视化的驾驶信息，是司机与列控车载设备交互的通道。DMI按照功能划分，应包括速度信息区、距离监控区、运行计划区、文本信息区等，用于显示列车当前速度、允许速度、制动预警时间、计划信息、过分相信息、提示性文本、需要司机确认的文本等。另外， DMI还能接受列车司机输入，向列控车载设备传输列车号、司机号、司机确认等命令。

仿真驾驶台界面显示：仿真驾驶台是对真实列车驾驶台的模拟，包括牵引/制动手柄、手动/自动驾驶切换手柄、ATP隔离旋钮、运行方向选择旋钮、驾驶台激活/关闭旋钮、DMI切换旋钮、ATP冗余旋钮等。司机通过这些手柄与旋钮操控列车，控制列车运行。

列车状态信息显示：是列车内部状态的可视化显示界面，用于指示ATP是否向列车输出制动命令等信息。该界面还能绘制自动驾驶过程中列车的当前速度与目标速度-距离曲线，用于监控列车运行状态。

界面显示层只负责界面显示，不负责逻辑计算，需要逻辑处理层的驱动才能完成相关信息显示。它首先接收通过DMI按钮与仿真驾驶台输入的信息，然后判断输入是否合法，若数据合法，则发送相关数据至逻辑处理层；另一方面，它接收逻辑处理层数据，判断信息是否有效，若信息有效，则更新界面显示。

逻辑处理层处于三层架构的中间层，是整个仿真驾驶模块的核心部分。逻辑处理层接收来自通信接口层的数据，对这些数据进行逻辑运算，然后驱动界面显示层进行显示。逻辑处理层主要包括DMI显示逻辑处理、仿真驾驶台逻辑处理、列车动力学模型逻辑处理与自动驾驶逻辑处理。

DMI显示界面逻辑：DMI显示界面逻辑主要用于驱动DMI界面显示，将从通信层获取的信息拆分成DMI各个区显示所需信息，并用所得数据用于DMI界面显示与更新。

仿真驾驶台逻辑：仿真驾驶台逻辑主要用于采集仿真驾驶台界面上各手柄与旋钮状态，并把信息传输给列车动力学模型与车载设备功能样机，用作进一步计算。

列车动力学模型逻辑：列车动力学模型逻辑用于计算列车实时速度与位置，为车载设备功能样机提供列车速度与位置信息。列车动力学模型对列车运行中所受的力进行分析建模，结合牛顿第二定律，实时计算列车速度与位置。列车在运动过程中，受到列车牵引力、列车运行阻力和列车制动力三类力。其所受合力为：

C＝T-(B+W) (I)

其中，C为合力，T为列车牵引力，B为列车制动力，W为列车运行阻力。

列车动力学模型把列车的牵引/制动等级与列车的牵引/制动力对应起来，可以由列车当前的牵引/制动等级计算出列车实时的速度与位置，提供给车载设备功能样机。

自动驾驶模块逻辑：作为列车自动控制***得重要组成部分，自动驾驶模是列车仿真驾驶得重要功能，其主要功能分为列车自动控制曲线与列车运行速度控制。结合列车线路数据、行车许可信息计算列车运行速度曲线保证列车按照速度运行，当列车速度过低或过高时，进行相应得加速或减速，保证列车安全运行。

通信接口层是三层架构中的最底层，主要仿真驾驶模块与车载设备功能样机进行数据通信。仿真驾驶模块需要接收车载传送的DMI显示信息、自动驾驶所需的线路数据与行车许可信息等以及列车状态信息，而车载需要接收方针驾驶模块所提供的速度信息、DMI信息、仿真驾驶台信息与操纵手柄信息。这些信息都需要通过通信接口实现，主要通信接口包括DMI接口、速度接口、列车状态显示接口、列车接口、自动驾驶接口。通信接口层设计如图4所示。

综上所述，本发明利用计算机软件编程技术，开发软件仿真驾驶模块，利用软件模拟产生列车速度信息数据、列车驾驶台数据以及DMI输入输出数据，支撑车载功能样机运行，大大提高了测试效率。开发的仿真驾驶模块在一台计算机上运行，占用空间小，成本低，接口调试方便，并且故障率极低，对基于车-车通信的列控***仿真测试平台的搭建具有十分重要的意义。

通过以上的实施方式的描述可知，本领域的技术人员可以清楚地了解到本发明可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (5)

1.一种基于车间通信的列控***车载功能样机仿真驾驶模拟***，其特征在于：包括界面显示层、逻辑处理层、数据接口层，所述逻辑处理层分别与所述界面显示层和所述数据接口层连接，所述数据接口层与所述车载功能样机连接；

所述界面显示层包括DMI仿真模块、驾驶台仿真模块、列车状态显示模块；

所述DMI仿真模块用于模拟真实DMI的显示与操作；

所述驾驶台仿真模块用于模拟真实列车驾驶台操作；

所述列车状态显示模块用于显示列车运行状态；

所述逻辑处理层包括DMI显示计算模块、驾驶台操作计算模块、列车动力学仿真计算模块、自动驾驶计算模块、仿真速度传感器模块；

所述DMI显示计算模块用于驱动DMI界面显示与更新；所述驾驶台操作计算模块用于采集仿真驾驶台模块的驾驶操作信息，并把所述驾驶操作信息发送给所述列车动力学仿真计算模块与所述车载功能样机；

所述仿真速度传感器模块用于模拟真实速度传感器功能，为车载功能样机提供列车实时速度信息；

所述列车动力学仿真计算模块用于根据所述驾驶操作信息计算列车实时速度与位置，并将所述列车速度与位置信息发送给所述车载功能样机；

所述自动驾驶计算模块用于控制列车运行曲线和运行速度。

2.根据权利要求1所述的基于车间通信的列控***车载功能样机仿真驾驶模拟***，其特征在于：所述数据接口层用于车载功能样机与所述界面显示层、所述逻辑处理层间的数据交互，包括速度信息接口模块、自动驾驶信息接口模块、列车开关量接口模块、DMI接口模块、列车状态显示接口模块。

3.根据权利要求1所述的基于车间通信的列控***车载功能样机仿真驾驶模拟***，其特征在于：所述DMI仿真模块至少显示列车速度信息、距离监控信息、运行计划信息、文本信息，并至少接收列车号、司机号、列车数据的输入。

4.根据权利要求1所述的基于车间通信的列控***车载功能样机仿真驾驶模拟***，其特征在于：所述驾驶台仿真模块用于模拟真实列车的牵引/制动、手动/自动切换、列车运行方向、ATP隔离、ATP冗余、激活/关闭，并发送驾驶操作信息。

5.根据权利要求1所述的基于车间通信的列控***车载功能样机仿真驾驶模拟***，其特征在于：所述列车状态显示模块至少显示ATP制动状态、列车运行曲线。