关于低地板虚拟驾驶平台的应用探索

李启磊， 冯新颖， 余功江， 张 宇， 吴后平

(南车南京浦镇车辆有限公司， 江苏南京 210031)

地铁与轻轨

关于低地板虚拟驾驶平台的应用探索

李启磊， 冯新颖， 余功江， 张 宇， 吴后平

(南车南京浦镇车辆有限公司， 江苏南京 210031)

以低地板虚拟驾驶平台为例，说明轨道交通车辆仿真平台在人员培训和产品宣传方面的应用情况，进一步研究讨论其未来在拓展新市场方向的支撑作用，探索未来车辆仿真平台的市场方向，拓展轨道交通车辆市场，进一步做大做强轨道交通行业。

仿真平台； 培训； 轨道交通

轨道交通类仿真模拟驾驶培训系统是轨道交通部门进行技能培训的高科技设备，能够进行精确的轨道交通车辆操纵性能仿真和逼真的驾驶环境仿真。基本功能包括模拟操纵功能、场景和声音仿真功能以及运动仿真功能、培训效果评估功能。仿真模拟训练设备相对于真实产品训练，具有节能、经济、安全、不受场地和气象条件的限制、缩短训练周期、提高训练效率等突出优点。同时具备人员培训和产品宣传展示作用，展示新产品研发实力，未来也可以对外形成产品系列，针对新业主，提供相应的司机培训、故障诊断培训服务，延伸成为新的业务方向。

国内列车驾驶模拟器技术的发展历程较短，目前国内的航空、船舶、汽车产业中，驾驶模拟器已得到广泛的应用，上海地铁购买了德国KMW公司的地铁仿真系统。2004年到2006年，由西南交通大学、成都运达创新科技有限公司、深圳地铁合作进行研发一台高性能训练仿真器——深圳地铁模拟驾驶仿真器，采用了6自由度运动仿真系统、3D声音仿真技术、分布式网络化计算机控制等先进技术[1]。

本文以低地板虚拟驾驶平台为例，对其功能和应用情况进行说明，同时探索其未来的应用前景。

1 低地板虚拟驾驶平台

该虚拟驾驶平台主要由2个部分构成：列车模拟驾驶器、教员监控系统。

1.1 平台组成(见图1)

1.2 平台布局图

列车模拟驾驶系统由教员控制区域和学员训练区域两个部分组成。教员控制区域包含教员控制台及教员座椅，部分计算机、显示器等设备安装在教员控制台内；学员训练区域包含司机控制台，司机座椅、音响、投影显示设备、部分计算机，布局图如图2。

1.3 虚拟驾驶平台最终状态(见图3～图6)

1.4 主要亮点展示

1.4.1 采用动感座椅模拟真实驾驶感觉

相比较西南交通大学联合研发的地铁模拟驾驶仿真器，该虚拟驾驶平台最大的创新点是采用动感座椅，动感座椅能够配合列车驾驶具有相应的运动感(如制动与加速、曲线离心等)，为学员提供列车模拟训练时的动感。动态系统根据仿真控制系统的输出指令，驱动动态座椅进行方向的调节，车辆座椅有明显的动态效果。动作的响应时间不得超过0.4 s。

图2 仿真平台布局图

图3 仿真平台三维效果图

图4 仿真平台真实照片(全景)

座椅与实车一致，安装后的座椅总高度需与现车保持一致。所提供的全电动三自由度动感座椅，具有在模拟的性能包线范围内给车辆驾驶人员提供过载感觉和一定范围内姿态角变化的动感信息的能力，从而使车辆驾驶人员在同样低地板环境下，在运动突发和姿态变化的感觉方面与在被模拟车辆上的感觉相似。

图5 仿真平台真实照片(投影屏幕)

图6 仿真动感司机座椅图片

采用仿真司机座椅，考虑人机工程的要求，外观、材质与所选低地板车辆基本一致。动感座椅能够配合低地板车辆驾驶具有相应的运动感(如制动与加速、曲线离心等)，为学员提供低地板车辆模拟训练时的动感，能够模拟加、减速，上、下坡，2个自由度的动态感觉。

1.4.2 采用音响系统模拟真实声音环境

音响系统主要是模拟在实际运行中产生的声音效果，采用基于计算机实时多通道音频技术，结合数字信号处理技术和多媒体音频技术，模拟低地板真实驾驶感受的环境声音， 产生具有真实音效的声音, 提供给学员一个真实的驾驶环境。

一般来说我们把声音分成两组：环境声音和告警声音。环境声音主要来自于驾驶台，机车摩擦轨道，自动门等声音以及外部环境的要求；告警声音主要是电笛声音、警报声音等，其主要目的是用来捕捉学员注意。在本系统中所要模拟的声音包括以下：(1)电笛声音；(2)警惕报警声音；(3)报站声音(4)天气环境声音(雨声，风声)；(5)机车轮轨的振动摩擦声音；(6)机车在隧道中的声音；(7)机车过岔道声音；(8)机车过桥梁声音；(9)机车过弯道声音；

声音仿真的立体声输出能在司机座位周围营造立体声场，音箱安装位置的设计确保坐在司机驾驶位的受训司机可获得最佳的听觉效果。

1.4.3 采用视景系统模拟真实场景环境

视景系统能够模拟低地板列车从0～80 km/h(或更大范围)的运行速度；可进行故障、事故、突发事件、气候条件的模拟。所有的显示内容与模拟运行的位置、速度同步，并且以原尺寸显示。场景中所有的固定信号、道岔都能够变化或切换。

视景系统包括两套地形数据库和视景模型，分别是北京地铁4号线实景和包括多种地形条件的经典线路，能够实时响应仿真模型系统计算机的参数输入，动态改变机车运行及视景环境的状态。

(1)能够实现如下正常运行状况下的视景显示功能：

①车辆以各种速度在运营线路上正常运行；

②车辆在车辆段线路上正常运行；

③信号设备的正常变化与显示；

④客室车门动作(开启、闭合)的显示；

⑤一天内不同时间段的模拟；

⑥不同气候条件的模拟：

不同强度的雨、雪；

不同浓度的雾；

不同的天空情况：晴朗、多云、阴天等；

⑦进入站区后，提供停车对标距离显示。

(2)能够实现如下非正常运行状况下的视景显示功能，如站区内的突发事件；站台上着火；

1.5 应用情况

该低地板虚拟驾驶平台已先后接待不少行业单位进行考察，赢得行业的一致好评，如出席第14届亚太智能交通论坛的代表对该低地板虚拟驾驶平台提出了很高的评价，座椅的动态感较强，场景画面很逼真，内部装饰与真车一致,现场实景见图7。

图7 现场实景

2 结束语

该低地板虚拟驾驶平台具备很高的技术应用价值，近期将主要用于对外展示低地板产品研发实力，同时作为司机驾驶培训使用。未来将作为培训系列的产品平台对外进行市场推广，将有很大的市场空间。

[1] 张 铎，陈定方， 蒋 云. 空间声音建模技术及其在驾驶模拟器中的应用[J].湖北工业大学学报. 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，工程师(

2015-05-16)

U239.5

A

10.3969/j.issn.1008-7842.2015.06.15