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    中国教育装备采购网 2016/1/28 16:42:00 围观381次 我要分享

      VTD交通视景仿真_轨道方面仿真应用

      概述

      随着公路和轨道交通(以下简称轨交)的发展,视景仿真技术和轨交领域的结合也越来越紧密。越来越多的部门已开始研究三维视景技术在轨交仿真中的应用。研究领域包括驾驶模拟训练器,道路路况对驾驶的影响、汽车的主动安全仿真、以及列车控制系统和动力系统的运行仿真等方面。

      传统的轨交仿真验证往往存在以下问题:

      ? 显示结果不直观

      传统的模型解算和分析结果往往是由一系列复杂的数据或图表,不能直观的表现出视景效果的影响。三维视景仿真可以直观展示仿真实验的可视化效果。

      ? 单纯视景仿真无法真实表现运动状态

      单纯的视景可以较好的展现三维场景,但是仿真缺少有效的真实数据驱动,而且视景的精确度较低,无法通过视景完成精度要求高的安全辅助、舒适性体验、道路状况模拟等功能。动力学等方面的仿真数据也无法体现在视景展示中。所以单纯视景仿真的应用十分有限。

      ? 视景开发工作量大,运行不够流畅

      为了保证精确度和便于仿真研究,道路/轨道的建立要遵循一定的标准。当列车或火车在路上高速行驶时,对视景的渲染效率要求很高,过于复杂的模型需要集群提供计算和数据渲染,造价高昂且意义不大。

      解决方案:基于VTD的交通三维视景仿真应用

      VTD—复杂交通环境视景建模、仿真软件。由德国的VIRES公司开发,主要针对复杂的实时交通环境实现视景仿真应用。除了传统的公路交通视景仿真,VTD还能很好的应用在轨交三维视景仿真中,目前VIRES已经在欧洲完成了大量公路、轨道方面的视景仿真项目,采用VTD作为三维视景开发及显示工具,以Concurrent或HiGale作为实时仿真平台。可实现驾驶模拟视景的专业开发,也可以应用在SIL、VIL、DIL、HIL等测试中,取得了很好的应用效果。本文主要介绍VTD在轨交三维视景仿真中的应用。

      三维视景构建一般工作流程

      一般工作流程如下图所示:

      VTD交通视景仿真_轨道方面仿真应用    概述    随着公路和轨道交通(以下简称轨交)的发展,视景仿真技术和轨交领域的结合也越来越紧密。越来越多的部门已开始研究三维视景技术在轨交仿真中的应用。研究领域包括驾驶模拟训练器,道路路况对驾驶的影响、汽车的主动安全仿真、以及列车控制系统和动力系统的运行仿真等方面。    传统的轨交仿真验证往往存在以下问题:    ? 显示结果不直观    传统的模型解算和分析结果往往是由一系列复杂的数据或图表,不能直观的表现出视景效果的影响。三维视景仿真可以直观展示仿真实验的可视化效果。    ? 单纯视景仿真无法真实表现运动状态    单纯的视景可以较好的展现三维场景,但是仿真缺少有效的真实数据驱动,而且视景的精确度较低,无法通过视景完成精度要求高的安全辅助、舒适性体验、道路状况模拟等功能。动力学等方面的仿真数据也无法体现在视景展示中。所以单纯视景仿真的应用十分有限。    ? 视景开发工作量大,运行不够流畅    为了保证精确度和便于仿真研究,道路/轨道的建立要遵循一定的标准。当列车或火车在路上高速行驶时,对视景的渲染效率要求很高,过于复杂的模型需要集群提供计算和数据渲染,造价高昂且意义不大。    解决方案:基于VTD的交通三维视景仿真应用    VTD—复杂交通环境视景建模、仿真软件。由德国的VIRES公司开发,主要针对复杂的实时交通环境实现视景仿真应用。除了传统的公路交通视景仿真,VTD还能很好的应用在轨交三维视景仿真中,目前VIRES已经在欧洲完成了大量公路、轨道方面的视景仿真项目,采用VTD作为三维视景开发及显示工具,以Concurrent或HiGale作为实时仿真平台。可实现驾驶模拟视景的专业开发,也可以应用在SIL、VIL、DIL、HIL等测试中,取得了很好的应用效果。本文主要介绍VTD在轨交三维视景仿真中的应用。    三维视景构建一般工作流程    一般工作流程如下图所示:          轨道交通应用    VTD提供的视景数据库和三维情景编辑功能可以用于快速搭建轨交驾驶模拟测试系统,还可以结合实时仿真平台进行针对部件或整车级别的功能测试。如为TCMS、BCU、TCU等系统呈现有实时数据驱动的三维视景。轨道路线数据可根据客户需求进行现场数据采集,制作特定的轨道场景,这样相关人员可以在精确的特定路线上进行仿真测试验证或驾驶模拟训练。也可以根据一般性数据建立具有通用特性的轨道场景,相关人员可在通用特性的路线上进行一般性仿真测试验证或驾驶模拟训练。    目前VTD已实现了在不同国家超过1000公里的特定铁路模拟应用,包括德国、意大利、印度、中国、中东等。    案例一:地铁/铁路驾驶模拟器    使用VTD软件构建地铁/铁路驾驶模拟器的视景部分,如下图所示。地铁驾驶模拟器对视景的逼真效果要求较高,尤其是动态工况的模拟,以便训练地铁驾驶员对不同应急状况的反应与操作。该驾驶模拟器中,将客户已有的信号灯控制系统与VTD视景中信号灯的状态有效地结合在一起,根据实际需要的运行工况对驾驶员进行操作训练。    下图为柏林驾驶模拟器的视景效果。                 下图为据意大利实际高铁地理状况进行的视景模拟,视景数据库包含了大于1000km的轨道路况,所有路况根据实际场景建立,其道路和道路周边所有实体的大小及位置均具有较高的精确度。          案例二:列车TCMS&TCU的视景交互仿真    为使列车的控制系统能够有更直观且准确的展示,使用VTD创建了高铁、轻轨、地铁及常规线路的视景库,并使用半实物仿真平台(HiGale)得出的数据来实时驱动三维视景中列车运动。动力学模型、TCMS、TCU与VTD之间的关系如下图所示。          TCMS根据视景中的列车车辆状态(包括位置及行驶工况等信息)输出对应的交通信号指示,使得驾驶员或驾驶员模型发出加速/制动指令且要求列车速度减小/增大,驾驶员或模型将相应的响应输入动力学模型,动力学模型计算出驾驶员动作后的车速等信息,同事将更新后的车速与车位置等信息传递到视景与管理控制系统中,视景的中信息也得到更新,TCMS根据新的信息进行下一个循环的控制。    列车车辆的控制包括人工控制和自动控制,相关信号由TCMS进行收集和转发给各个子系统,各个子系统都有自己的控制器(包括BCU、TCU等)进行自控制,通过各自的执行机构对车辆动力学模型进行控制。动力学模型将车辆的状态信息通过信号系统反馈至TCMS,TCMS和动力学模型形成一个完整的实验闭环。    动力学模型的仿真数据通过UDP协议采用SCP指令传输,DynamicsManager模块用于处理动力学信息,TaskControl模块用于处理TCMS系统发送的信号系统仿真指令。    下图为TCMS交互仿真系统现场          下图为仿真系统视景效果           总结    VTD是一款专业的轨交视景仿真软件,能够方便的建立满足行业标准的轨道数据库,并能够以实时数据为驱动进行在线或离线的视景仿真。它可以快速创建视景数据库、运行效果清晰流畅、还以做有数据头驱动的闭环仿真。这些特性使VTD在驾驶模拟器和HIL等测试中有广泛的应用。

      轨道交通应用

      VTD提供的视景数据库和三维情景编辑功能可以用于快速搭建轨交驾驶模拟测试系统,还可以结合实时仿真平台进行针对部件或整车级别的功能测试。如为TCMS、BCU、TCU等系统呈现有实时数据驱动的三维视景。轨道路线数据可根据客户需求进行现场数据采集,制作特定的轨道场景,这样相关人员可以在精确的特定路线上进行仿真测试验证或驾驶模拟训练。也可以根据一般性数据建立具有通用特性的轨道场景,相关人员可在通用特性的路线上进行一般性仿真测试验证或驾驶模拟训练。

      目前VTD已实现了在不同国家超过1000公里的特定铁路模拟应用,包括德国、意大利、印度、中国、中东等。

      案例一:地铁/铁路驾驶模拟器

      使用VTD软件构建地铁/铁路驾驶模拟器的视景部分,如下图所示。地铁驾驶模拟器对视景的逼真效果要求较高,尤其是动态工况的模拟,以便训练地铁驾驶员对不同应急状况的反应与操作。该驾驶模拟器中,将客户已有的信号灯控制系统与VTD视景中信号灯的状态有效地结合在一起,根据实际需要的运行工况对驾驶员进行操作训练。

      下图为柏林驾驶模拟器的视景效果。

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      下图为据意大利实际高铁地理状况进行的视景模拟,视景数据库包含了大于1000km的轨道路况,所有路况根据实际场景建立,其道路和道路周边所有实体的大小及位置均具有较高的精确度。

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      案例二:列车TCMS&TCU的视景交互仿真

      为使列车的控制系统能够有更直观且准确的展示,使用VTD创建了高铁、轻轨、地铁及常规线路的视景库,并使用半实物仿真平台(HiGale)得出的数据来实时驱动三维视景中列车运动。动力学模型、TCMS、TCU与VTD之间的关系如下图所示。

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      TCMS根据视景中的列车车辆状态(包括位置及行驶工况等信息)输出对应的交通信号指示,使得驾驶员或驾驶员模型发出加速/制动指令且要求列车速度减小/增大,驾驶员或模型将相应的响应输入动力学模型,动力学模型计算出驾驶员动作后的车速等信息,同事将更新后的车速与车位置等信息传递到视景与管理控制系统中,视景的中信息也得到更新,TCMS根据新的信息进行下一个循环的控制。

      列车车辆的控制包括人工控制和自动控制,相关信号由TCMS进行收集和转发给各个子系统,各个子系统都有自己的控制器(包括BCU、TCU等)进行自控制,通过各自的执行机构对车辆动力学模型进行控制。动力学模型将车辆的状态信息通过信号系统反馈至TCMS,TCMS和动力学模型形成一个完整的实验闭环。

      动力学模型的仿真数据通过UDP协议采用SCP指令传输,DynamicsManager模块用于处理动力学信息,TaskControl模块用于处理TCMS系统发送的信号系统仿真指令。

      下图为TCMS交互仿真系统现场

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      下图为仿真系统视景效果

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      总结

      VTD是一款专业的轨交视景仿真软件,能够方便的建立满足行业标准的轨道数据库,并能够以实时数据为驱动进行在线或离线的视景仿真。它可以快速创建视景数据库、运行效果清晰流畅、还以做有数据头驱动的闭环仿真。这些特性使VTD在驾驶模拟器和HIL等测试中有广泛的应用。

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