一种城市轨道交通车辆模拟方法及装置与流程

1.本技术涉及轨道交通技术领域，特别的，尤其涉及一种城市轨道交通车辆模拟方法及装置。


背景技术：

2.随着城市轨道交通的日益增长，车辆的功能开发和测试需求日益突出。但是，由于列车设计周期长、系统多、系统间多有冗余联系，车辆的开发和测试均需要依赖各系统的配合，因此，常因某一系统的进度问题导致其他系统开发和测试周期延长。
3.为尽量减少各系统间的相互影响、加快开发和测试流程、缩短实车调试时间，急需设计搭建一套基于半实物仿真的城市轨道交通车辆功能模拟平台，结合虚拟场景实现，可直观的、快速的对被测系统进行功能测试，系统功能直接反应到虚拟场景中的车辆状态，使问题直观的暴漏及被解决。


技术实现要素：

4.鉴于上述内容中的问题，本技术提供了一种城市轨道交通车辆模拟方法及装置，用以直观的、快速的对被测系统进行功能测试，系统功能直接反应到虚拟场景中的车辆状态，使问题直观的暴漏及被解决。
5.为了实现上述目的，本技术提供了以下技术方案：
6.一种城市轨道交通车辆模拟方法，包括：
7.以实物设备搭建被测系统，并搭建与实车比为1:1的实体司机台；
8.通过实时仿真机仿真列车上的网络通信接口、控制器控制功能以及列车的电路原理；
9.通过视景系统仿真模拟列车的车辆运行，实现车辆数据通信就传输仿真数据，以驱动视景系统中的车辆按操作运行；
10.通过所述实体司机台和所述实时仿真机对所述被测系统进行功能测试，并通过所述实体司机台和所述视景系统查看测试结果。
11.进一步的，所述以实物设备搭建被测系统，包括：
12.当所述被测系统为车辆网络系统时，以所述车辆网络系统设备搭建所述被测系统，以实现一对一复制实车网络，所述车辆网络系统包括:中央控制单元、人机显示单元、输入输出单元和中继器。
13.进一步的，所述搭建与实车比为1:1的实体司机台，包括：
14.根据实车司机台台面布置网络显示屏、司机控制器、仪表板和开关控制板，根据所述实车司机台搭建与所述实车司机台比为1:1的所述实体司机台。
15.一种城市轨道交通车辆模拟装置，包括：
16.第一处理单元，用于以实物设备搭建被测系统，并搭建与实车比为1:1的实体司机台；
17.第二处理单元，用于通过实时仿真机仿真列车上的网络通信接口、控制器控制功能以及列车的电路原理；
18.第三处理单元，用于通过视景系统仿真模拟列车的车辆运行，实现车辆数据通信就传输仿真数据，以驱动视景系统中的车辆按操作运行；
19.第四处理单元，用于通过所述实体司机台和所述实时仿真机对所述被测系统进行功能测试，并通过所述实体司机台和所述视景系统查看测试结果。
20.进一步的，所述第一处理单元用于：
21.当所述被测系统为车辆网络系统时，以所述车辆网络系统设备搭建所述被测系统，以实现一对一复制实车网络，所述车辆网络系统包括:中央控制单元、人机显示单元、输入输出单元和中继器。
22.进一步的，所述第一处理单元用于：
23.根据实车司机台台面布置网络显示屏、司机控制器、仪表板和开关控制板，根据所述实车司机台搭建与所述实车司机台比为1:1的所述实体司机台。
24.一种存储介质，所述存储介质包括存储的程序，其中，在所述程序运行时控制所述存储介质所在的设备执行如上述所述的城市轨道交通车辆模拟方法。
25.一种电子设备，所述电子设备包括至少一个处理器、以及与所述处理器连接的至少一个存储器、总线；其中，所述处理器、所述存储器通过所述总线完成相互间的通信；所述处理器用于调用所述存储器中的程序指令，以执行如上述所述的通用的城市轨道交通车辆模拟方法。
26.本技术所述的城市轨道交通车辆模拟方法及装置，该方法首先以实物设备搭建被测系统，并搭建与实车比为1:1的实体司机台；通过实时仿真机仿真列车上的网络通信接口、控制器控制功能以及列车的电路原理；通过视景系统仿真模拟列车的车辆运行，实现车辆数据通信就传输仿真数据，以驱动视景系统中的车辆按操作运行；通过所述实体司机台和所述实时仿真机对所述被测系统进行功能测试，并通过所述实体司机台和所述视景系统查看测试结果。本技术基于半实物仿真与虚拟场景结合，可直观的、快速的对被测系统进行功能测试，系统功能直接反应到虚拟场景中的车辆状态，使问题直观的暴漏及被解决。
附图说明
27.为了更清楚地说明本技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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技术的一些实施例，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。
28.图1为本技术实施例公开的一种城市轨道交通车辆功能模拟系统示意图；
29.图2为本技术实施例公开的一种城市轨道交通车辆模拟方法流程示意图；
30.图3为本技术实施例公开的列车网络拓扑结构示意图；
31.图4为本技术实施例公开的列车子系统仿真实现原理示意图；
32.图5为本技术实施例公开的电路模型和子系统控制模型联合仿真的原理示意图；
33.图6为本技术实施例公开的前后半列车子系统模型关联示意图；
34.图7为本技术实施例公开的一种城市轨道交通车辆模拟装置的结构示意图；
35.图8为本技术实施例公开的一种电子设备的结构示意图。
具体实施方式
36.本技术提供一种城市轨道交通车辆模拟方法及装置，应用于如图1所示的城市轨道交通车辆模拟系统，该系统包括：被测系统11、司机台12、实时仿真机13、以太网交换机14、实时仿真管理系统15、实时仿真计算机16以及视景系统17，通过以实物设备搭建被测系统11，实时仿真机13中模拟其余系统的网络通信接口、控制器控制等功能以及列车的电路原理，并搭建与实车比为1：1的司机台12，实现整车控制、监视等功能，视景系统17虚拟仿真车辆，轨道，场景、信号等，vr视景系统与仿真机实现数据通信，传输仿真数据，以驱动视景系统中的车辆按操作运行。
37.本技术提供一种城市轨道交通车辆模拟方法及装置，其目的在于：用以直观的、快速的对被测系统进行功能测试，系统功能直接反应到虚拟场景中的车辆状态，使问题直观的暴漏及被解决。
38.下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
39.请参见附图2，为本技术实施例提供的一种城市轨道交通车辆模拟方法流程示意图。如图2所示，本技术实施例提供了一种城市轨道交通车辆模拟方法，该方法包括如下步骤：
40.s201：以实物设备搭建被测系统，并搭建与实车比为1:1的实体司机台；
41.在本技术实施例中，所述以实物设备搭建被测系统，包括：
42.当所述被测系统为车辆网络系统时，以所述车辆网络系统设备搭建所述被测系统，以实现一对一复制实车网络，所述车辆网络系统包括:中央控制单元、人机显示单元、输入输出单元和中继器。
43.在具体实施例中，当被测系统是车辆网络系统时，以车辆网络系统设备:中央控制单元(ccu，central control unit)、人机显示单元(hmi，human machine interface)、输入输出单元(iom，i/o unit)、中继器(rep，repeater)一对一复制实车网络，搭建如图3所示的列车网络拓扑，其中：ccu作为列车网络控制系统主要设备，具有对车辆的控制、监视和诊断功能，主要实现重要设备的管理、运行信息采集、运行状态的监视和故障诊断，从而保证列车安全可靠的运行。hmi具有车辆状态显示、故障及处理措施提示、车辆子系统控制、车辆参数设置、车辆试验等功能。能够指导司机操作并向维修人员提供维修支持；iom实现对110v数字量信号的输入采集和输出控制、以及对司机控制器模拟信号的采集；rep可延长信号传输距离，为网络提供跨车厢数据传输通道。
44.在本技术实施例中，所述搭建与实车比为1:1的实体司机台，包括：
45.根据实车司机台台面布置网络显示屏、司机控制器、仪表板和开关控制板，根据所述实车司机台搭建与所述实车司机台比为1:1的所述实体司机台。
46.司机台台面布置网络显示屏(人机接口单元)、司机控制器、仪表板、开关按钮板等，其中，网络显示屏显示当前车辆状态、故障及提示司机的处理措施，司机通过司机控制
器控制车辆牵引制动，实现车辆运行，仪表板显示当前网压网流等信息；开关控制板上布置开关门按钮、照明按钮、模式选择按钮、鸣笛按钮、升降弓按钮等。
47.s202：通过实时仿真机仿真列车上的网络通信接口、控制器控制功能以及列车的电路原理；
48.在本技术实施例中，平台采用实时仿真技术模拟列车牵引制动等子系统功能与网络通信行数据，实现对列车微机网络控制器等电子控制单元的硬件在环仿真测试。系统至少包括被测试对象、实时仿真设备以及i/o设备。实时仿真设备中运行被测试对象的外围环境模型，模拟被测对象的测试激励信号，并通过i/o设备实时的将数据发送给被测试对象。
49.为实现控制器闭环测试，需要构建列车子系统仿真模型，包括：车辆牵引系统模型、制动系统模型、辅助系统模型、充电机系统模型、蓄电池系统模型、门控系统模型、空调系统模型、列车电路模型、车辆动力学模型以及司机台模型，列车子系统仿真实现如图4所示。
50.列车子系统模型运行于实时仿真机中，如图4所示，仿真架构包括算法模型层、实时操作系统层、硬件接口驱动层、仿真机硬件。其中，算法模型层为列车子系统模型，模拟实际车辆各个子系统的功能逻辑，网络通信数据；实时操作系统作为支撑模型运行的环境，保证了模型运行的实时性；硬件接口驱动层运行的是通讯接口模型，起到子系统模型与通讯板卡之间的桥梁作用；仿真机硬件作为仿真系统的物理支撑，包括仿真机箱、处理器以及通讯板卡或者io板卡。
51.在本技术实施例中，列车电路是列车环境的重要组成部分，为了实现细致完整的列车电路仿真，通过电路仿真软件绘制等效电路图纸仿真模型，包括电气元器件以及线路连接关系，绘制的多张电路图纸模型之间往往由实际的连接关系，对所有的图纸模型进行装配关联，构成全列车的低压电路的逻辑模型。如图5所示，是电路模型和子系统控制模型联合仿真的原理图。首先。通过电路软件本身功能对列车电路模型通过编译后，生成*.xins和*.coi文件；然后，使用通过电路仿真软件配置软件，生成实时仿真驱动模块配置文件*.cfg和*.xml；再将*.cfg和*.xml导入到实时仿真软件的驱动成中，并与子系统控制器模型关联。当需要联合仿真时，列车列车子系统数字模型运行于仿真机1和2，电路模型运行于自身的计算机中，通过电路服务软件实现数据在共享内存内实时交互。
52.s203：通过视景系统仿真模拟列车的车辆运行，实现车辆数据通信就传输仿真数据，以驱动视景系统中的车辆按操作运行；
53.在本技术实施例中，视景系统实现可视化模拟驾驶，配套相应的图形工作站、音响、机柜等硬件设施，选用立体技术，提供沉浸式驾驶体验，系统接收列车仿真机发送的列车速度、列车器件状态及线路状态，将其表现在列车沿线路运行的虚拟场景中，实现与半实物操控台的联动仿真，并渲染三维图像传输给三维立体led大屏幕。
54.在具体实施例中，视景系统中内嵌不同线路模型(场景模型)、车辆模型以及车辆的数据文件，并内置司机操作手册，规定了牵引、制动等操作逻辑，为实现仿真数据与虚拟场景表现同步，vr视景系统与仿真机以udp通信协议实时通信，获取仿真系统速度、司控台部件状态、线路设备状态等实时数据，系统接收数据并解析后，将指令与场景中的车辆模型相关联，启动模型运行完成对应指令的功能。
55.s204：通过所述实体司机台和所述实时仿真机对所述被测系统进行功能测试，并
通过所述实体司机台和所述视景系统查看测试结果。
56.在具体实施例中，如图1所示，实时仿真机之间通过反射内存进行实时通讯，即联合仿真通讯，主要的通讯包括实时仿真机之间的通讯、仿真系统与被测系统通讯、仿真系统与司机台通讯、仿真系统与vr视景系统的通信，其中：实现实时仿真机之间的数据交互，首先，需要满足模型架构的交互，关联如图6所示，前后半列车子系统模型需要根据实际需要交互的数据进行软件层面的连接；其次，分别运行两个半列车子系统的仿真机各子配置一块反射内存卡，通过光纤连接(如图1所示)，实现物理通讯连接。如图1所示，通过mvb线束连接仿真系统与被测试系统，即可构成相互的网络通讯功能。仿真系统内部运行的数字模型，经过io设备的输入输出控制，信号调理设备的调理，实现与司控台相同电气特性io信号，进行交互。
57.本技术实施例中，视景系统提供虚拟测试线路编辑工具，可快速生成虚拟测试场景，并输出测试线路数据。系统基于udp通信协议，经由试验总控软件调度发送源自于tcms实时仿真数据，并将仿真数据同三维仿真环境内的虚拟车辆模型映射绑定，产生虚拟列车同仿真模型实时状态同步的运行效果。
58.本技术实施例提供的一种城市轨道交通车辆模拟方法及装置，基于半实物仿真与虚拟场景结合，以实物设备搭建被测系统，仿真机中模拟其余系统的网络通信接口、控制器控制功能，和列车的电路原理，并搭建与实车比为1：1的司机台，实现列车整车控制、监视等功能，视景系统虚拟仿真车辆，轨道，场景、信号等，视景系统与仿真机实现数据通信，传输仿真数据，以驱动视景系统中的车辆按操作运行。
59.请参阅图7，基于上述实施例公开的一种城市轨道交通车辆模拟方法，本实施例对应公开了一种城市轨道交通车辆模拟装置，该装置包括：
60.第一处理单元701，用于以实物设备搭建被测系统，并搭建与实车比为1:1的实体司机台；
61.第二处理单元702，用于通过实时仿真机仿真列车上的网络通信接口、控制器控制功能以及列车的电路原理；
62.第三处理单元703，用于通过视景系统仿真模拟列车的车辆运行，实现车辆数据通信就传输仿真数据，以驱动视景系统中的车辆按操作运行；
63.第四处理单元704，用于通过所述实体司机台和所述实时仿真机对所述被测系统进行功能测试，并通过所述实体司机台和所述视景系统查看测试结果。
64.进一步的，所述第一处理单元701用于：
65.当所述被测系统为车辆网络系统时，以所述车辆网络系统设备搭建所述被测系统，以实现一对一复制实车网络，所述车辆网络系统包括:中央控制单元、人机显示单元、输入输出单元和中继器。
66.进一步的，所述第一处理单元701还用于：
67.根据实车司机台台面布置网络显示屏、司机控制器、仪表板和开关控制板，根据所述实车司机台搭建与所述实车司机台比为1:1的所述实体司机台。
68.所述城市轨道交通车辆模拟装置包括处理器和存储器，上述第一处理单元、第二处理单元和第三处理单元等均作为程序单元存储在存储器中，由处理器执行存储在存储器中的上述程序单元来实现相应的功能。
69.处理器中包含内核，由内核去存储器中调取相应的程序单元。内核可以设置一个或以上，通过调整内核参数以实现可直观的、快速的对被测系统进行功能测试，系统功能直接反应到虚拟场景中的车辆状态，使问题直观的暴漏及被解决。
70.本技术实施例提供了一种存储介质，其上存储有程序，该程序被处理器执行时实现所述城市轨道交通车辆模拟方法。
71.本技术实施例提供了一种处理器，所述处理器用于运行程序，其中，所述程序运行时执行所述城市轨道交通车辆模拟方法。
72.本技术实施例提供了一种电子设备，如图8所示，该电子设备80包括至少一个处理器801、以及与所述处理器连接的至少一个存储器802、总线803；其中，所述处理器801、所述存储器802通过所述总线803完成相互间的通信；处理器801用于调用所述存储器802中的程序指令，以执行上述的所述城市轨道交通车辆模拟方法。
73.本文中的电子设备可以是服务器、pc、pad、手机等。
74.本技术还提供了一种计算机程序产品，当在数据处理设备上执行时，适于执行初始化有如下方法步骤的程序：
75.以实物设备搭建被测系统，并搭建与实车比为1:1的实体司机台；
76.通过实时仿真机仿真列车上的网络通信接口、控制器控制功能以及列车的电路原理；
77.通过视景系统仿真模拟列车的车辆运行，实现车辆数据通信就传输仿真数据，以驱动视景系统中的车辆按操作运行；
78.通过所述实体司机台和所述实时仿真机对所述被测系统进行功能测试，并通过所述实体司机台和所述视景系统查看测试结果。
79.进一步的，所述以实物设备搭建被测系统，包括：
80.当所述被测系统为车辆网络系统时，以所述车辆网络系统设备搭建所述被测系统，以实现一对一复制实车网络，所述车辆网络系统包括:中央控制单元、人机显示单元、输入输出单元和中继器。
81.进一步的，所述搭建与实车比为1:1的实体司机台，包括：
82.根据实车司机台台面布置网络显示屏、司机控制器、仪表板和开关控制板，根据所述实车司机台搭建与所述实车司机台比为1:1的所述实体司机台。
83.本技术是根据本技术实施例的方法、设备(系统)、计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
84.在一个典型的配置中，设备包括一个或多个处理器(cpu)、存储器和总线。设备还可以包括输入/输出接口、网络接口等。
85.存储器可能包括计算机可读介质中的非永久性存储器，随机存取存储器(ram)和/或非易失性内存等形式，如只读存储器(rom)或闪存(flash ram)，存储器包括至少一个存储芯片。存储器是计算机可读介质的示例。
86.计算机可读介质包括永久性和非永久性、可移动和非可移动媒体可以由任何方法或技术来实现信息存储。信息可以是计算机可读指令、数据结构、程序的模块或其他数据。计算机的存储介质的例子包括，但不限于相变内存(pram)、静态随机存取存储器(sram)、动态随机存取存储器(dram)、其他类型的随机存取存储器(ram)、只读存储器(rom)、电可擦除可编程只读存储器(eeprom)、快闪记忆体或其他内存技术、只读光盘只读存储器(cd-rom)、数字多功能光盘(dvd)或其他光学存储、磁盒式磁带，磁带磁磁盘存储或其他磁性存储设备或任何其他非传输介质，可用于存储可以被计算设备访问的信息。按照本文中的界定，计算机可读介质不包括暂存电脑可读媒体(transitory media)，如调制的数据信号和载波。
87.还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。
88.本领域技术人员应明白，本技术的实施例可提供为方法、系统或计算机程序产品。因此，本技术可采用完全硬件实施例、完全软件实施例或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本技术可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd-rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
89.以上仅为本技术的实施例而已，并不用于限制本技术。对于本领域技术人员来说，本技术可以有各种更改和变化。凡在本技术的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本技术的权利要求范围之内。