CN110223564A - 一种无杆牵引车仿真模拟培训系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种无杆牵引车仿真模拟培训系统，包括硬件平台和软件模块。硬件平台由模拟驾驶舱、操纵控制机构、仪表装置、多媒体计算机、音响系统、用户客户端构成。硬件平台用于完成动力学模型、视镜模型生成、场景规则管理；软件模块包括系统控制层、操作层、教学监控与管理，用于完成作业环境的计算机实时动画生成，行驶动态仿真，声响模拟，操作评价，数据管理，网络控制，操作管理等。此系统可以大大缩短学员的整个培训周期，使学员在较短的时间内完成培训任务。另外，可以非常方便地模拟出实际训练中很少遇到的突发性事件，培养学员准确的判断能力、良好的心理素质，以及正确处理紧急情况的能力，从而提高培训质量。

Description

一种无杆牵引车仿真模拟培训系统

技术领域

本发明涉及计算机仿真技术领域，具体涉及一种无感牵引车仿真模拟培训系统。

背景技术

飞机牵引车是一种在地面以牵引飞机为主的机场地面保障设备，它具有车身矮、牵引力大等特点，是民用机场满足适航标准必备的特种车辆之一。由于飞机的发动机只能为飞机提供向前滑行的动力，当飞机需要退出登机桥、机库或离开障碍物需要向后移动时，必须依赖地面设备为其提供向后的推力，所以除非预先在相应的地面安装了顶推设备，否则，就只能使用飞机牵引车来顶推飞机。另外，如果飞机因故障、迫于机场当地环保的要求或者为了减少运行成本而令发动机熄火，也必需使用飞机牵引车来牵引飞机。在特殊情况下，如飞机陷入泥土路面，靠自身的动力不足以移动飞机，飞机牵引车将成为简单灵活的救援牵引设备。

而现阶段，无杆牵引车作为飞机牵引车的一种，因其在牵引时将飞机的前轮托起，借助了飞机的重量来增加牵引车车轮与地面的正压力使其所产生的附着力达到牵引飞机的要求，因此其自身重量较轻，从而降低了车辆运行成本；另外，无杆牵引车因其减少了牵引杆等附属设备，在作业过程中避免了因机型或停机位改变而更换与飞机匹配的牵引杆所带来的麻烦，同时也无需连接牵引杆，简化了工作程序，提高了工作效率。因此目前无杆牵引车作为飞机牵引的特种设备，因其方便、轻便、成本低、效率高的优势在民用机场被得到广泛应用。

现阶段，无杆牵引车作为牵引飞机的特种设备，其涉及并承载着飞机运行的安全问题，又因其车辆的驾驶和操作极其复杂和关键，而对民用机场内驾驶员执行保障任务的作业要求非常高，对特种车辆驾驶员的培训、复训就显得特别重要。

现有各民航机场中对驾驶员进行培训时，仍采用传统的培训与考核方式，即主要依靠“传帮带”方式为主，辅助各种教材人为讲解驾驶要求与技巧。由于受成本和安全性限制，培训过程中学员轮流上车进行实际操作，每个学员实际操作的机会很少，这种培训方式至少存在以下问题：培训周期长，培训效率低；由于需要占用机场的特种车辆进行实际操作，培训成本高；由于学员上车进行实际操作的机会很少，培训出的学员的实际驾驶水平较低。

发明内容

本发明的目的在于提供一种无杆牵引车仿真模拟培训系统，符合安全、快速、高效的培训方式，集虚拟现实技术、计算机仿真技术、多媒体技术、自动化技术等先进技术于一体，以解决现有技术中民航机场特种车辆驾驶员培训时由于实际操作机会少导致的问题。

为实现上述目的，本发明提出的技术方案是：

一种无杆牵引车仿真模拟培训系统，设置有硬件平台，所述硬件平台包括：模拟驾驶舱、操纵控制机构、仪表装置、多媒体计算机、音响系统、用户客户端；其中：

模拟驾驶舱设置有与机场内实际无杆牵引车驾驶舱内的操作元部件一致的操作元部件，所述模拟驾驶舱中的操作元部件包括以下任意一种或多种：方向盘、离合器踏板、刹车踏板、油门踏板、刹车手柄、换向操纵杆、换挡操纵杆、转向灯开关、点火开关、仪表盘，以便给学员带来最接近真实的驾驶感受；

操纵控制机构包括了驾驶者控制无杆牵引车运动的基本操纵部件：方向盘、油门、离合、刹车、档位、换向以及抱臂操纵杆，另外还有点火开关、转向指示灯的辅助性操作部件的信号实时采集与控制；是无杆牵引车驾驶操作训练模拟系统能否真正逼真模拟驾驶环境的最基本前提，是整个无杆牵引车驾驶操作训练模拟系统的核心部分之一。由于本系统要求与真实无杆牵引车完全操作感受尽量一致，因而在没有力和反馈装置的条件下，对于无杆牵引车运动控制的模拟主要由实车部件中的方向盘、油门、离合、刹车、档位和抱臂操纵杆操作来完成。驾驶员对操纵部件的操作经过传感器和接口，将操纵部件的模拟量包括方向盘转动的角度、油门的开度、离合器的状态、刹车的状态经过A/D转换发送给计算机系统进行处理，同时把系统处理的实时数据包括档位参数、速度的数字量经过D/A转换发送到车体部分显示仪表系统上，进而调整视景显示，使驾驶员实时观察驾驶车辆的运行情况；

仪表装置采与机场内实际无杆牵引车驾驶舱内一致的仪表盘，负责车内仪表面板包括计时表、转向灯、燃油表、预热指示灯的实时更新；

多媒体计算机实现实时交互与漫游且要同时输出屏幕；

音响系统用于模拟行车过程中的环境音响，音响系统需要模拟的声音包括马达轰鸣、风响，其中马达轰鸣的声音可由发动机转速负载来决定，而车胎的音响、风响，可由车速、转弯角度来决定，对于计算机实时视景系统，需要用计算机生成合成所应发出的声音，它接受来自根据车辆动力学仿真计算出车辆运行车速、振动和驾驶员对油门、档位等相应参数值，用计算机生成模拟声音，然后在通过声响处理系统同音响设备连接，配合车辆的行驶，产生相应的声响效果，使驾驶员产生沉浸感；

用户客户端用于客户进行模拟培训时的相关数据的输入和输出，包括：学员信息录入、培训内容设置、操作环境条件设定、操作过程的监视、记录和重演、分析与评分、考核成绩输出；

根据前述仿真模拟培训系统，还设置有软件模块，所述软件模块包括系统控制层、操作层、教学监控与管理；其中：

系统控制层主要控制整个模拟器的硬件，接收和发出各种控制信号，将相关传感器的模拟信号转变为数字信号或者把计算机控制指令转化为模拟信号，控制无杆牵引车驾驶训练模拟器的投影、司机操作的输入和输出信号、音响效果；

操作层用于对无杆牵引车驾驶训练模拟系统的流程和功能的分析，可以将无杆牵引车训练模拟系统的操作层主要分为无杆牵引车驾驶训练和无杆牵引车作业训练、无杆牵引车考试三大模块，为了帮助学员早日熟悉无杆牵引车的相关结构，还加入了无杆牵引车展示模块，此外，由于无杆牵引车作业的环境各不相同，本系统在无杆牵引车作业训练模块中增加了场景编辑器，方便用户对无杆牵引车作业场景编辑，也提高了本系统的可扩展性；

教学监控与管理用于教师实时了解学员的操作情况，通过教学管理软件调整教学内容，通过教员控制台主机实时显示和记录学员操作，并进行评判，以及实现对学员的管理。

进一步的，根据前述仿真模拟培训系统，所述控制层还包括：

数据采集模块：能够采集各种模拟装置的信号，这些信号可以分为三个不同的类型：数字量、模拟量和开关量，加速踏板、离合器踏板、行车制动踏板的踏板行程以及四根操纵杆分别反映供油量大小、离合器结合程度、制动力大小和无杆牵引车前进后退，所以传感器应采集出的是连续变化的量，即模拟量，模拟量的采集要去抗干扰能力强，在设计中选择了线性位移传感器与相关机械连接组成。线性位移传感器的阻值变化特性为直线型，能够准确反映踏板行程、以及无杆牵引车前后运动距离的大小。

方向盘角度采集模块：采集转向盘的旋转的角度、方向，考虑在实际驾驶中转向盘要求有一定的间隙，在采集时，采集精度要高，所以选用以角位移传感器为与转向盘的转向立柱连接用于采集转向装置转角，选用的角位移传感器最大测量角度为±900°；

对于模拟器上的点火开关、车灯开关的开关量，主芯片可通过光电隔离器与微动开关相连，提取开关量，并转换为标准逻辑电平进行处理；

数据处理模块：在无杆牵引车操作模拟系统中，需要将采集到的无序的数据变成可用的有序的数据，为了不影响仿真系统的仿真效果，要使得数据处理模块的时间复杂度低、运算速度快、运算结果精确，可扩展，对于其他的系统也适用。

本系统中将各位移传感器采集到的电信号转换变为数字信号，利用接口函数采集该信号输入到数据处理程序模块进行分析计算，

对于各种开关量，则通过电信号转化，再通过编码器编码分通道通过数据采集函数与系统软件模块和系统之间进行数据交互；

对于方向盘所采用的角位移传感器角，则单独采用现场可编程逻辑阵列(FPGA)数据处理，FPGA不仅具有高精度的同步传输能力，而且具有速度高、体积小、抗干扰能力强的优点。由角位移传感器的传出的信号后送人FPGA处理器，在FPGA中进行计数处理，最后通过RS232与采集芯片通信，并传输到主控芯片；

数据输出模块：在单片机输出计算机可识别的数字信号后，这些信号和无杆牵引车的参数一起作为无杆牵引车动力学模型的输入，计算出无杆牵引车当前的工况和各个构件的状态数据，这些数据被分别传送到视景、音响系统，作为它们各自运行的输入量，从而实现模拟系统的实时控制；

优选地，由于要满足实时交互与漫游且要同时输出五个屏幕，主机对显卡的要求较高，上述多媒体计算机采用1G显存和4G内存，处理器主频采用2.4GHz以上，接口微处理器部分的主控芯片采用16位的顶级单片机来实现控制信号的识别和数据采集，并通过windows串API函数，完成单片机与主机之间的数据通信。

优选地，所述音响系统采用的音频仿真系统软件采用基于windows环境的编制方法，windows操作系统使得应用程序与设备之间具有相对独立性，这种设备独立性又使得软件与硬件之问增添了许多中间层次，使得在windows平台上紧凑、实时的输入以及快速地生成声音变得十分困难，针对这种情况开发的基于windows的无杆牵引车驾驶模拟装置音频仿真系统，运用DirectX技术，能完全克服以上缺陷。

要仿真模拟无杆牵引车运行时的各种声音，要求这一套音频仿真系统必须达到如下的目标：

1)系统要能模拟出无杆牵引车运行时发出的所有声音；

2)系统对司机操纵的结果作出迅速的反应；

3)系统要对不同的声音进行混音，因为司机操纵无杆牵引车所发出的声音不是依次顺序发出的，可能有些声音彼此交叠在一起；

4)由于不同类型的无杆牵引车对应的声音不完全一样，这就要求系统有一定的灵活性和扩充性，以适应不同类型的无杆牵引车。

具体地，无杆牵引车展示模块主要负责对无杆牵引车的整车结构及相关部件、工具进行三维展示，帮助学员对无杆牵引车建立一个直观的印象，为后面驾驶操作的学习提供帮助。无杆牵引车展示模块不仅可以帮助学员学习，而且为无杆牵引车培训机构节约了大笔购买无杆牵引车的费用。

具体地，无杆牵引车驾驶训练模块将国家规定的无杆牵引车驾驶执照考试中的科目进行了分解，以便初学者更容易的掌握无杆牵引车各种驾驶技巧，分解后的项目重点是转向考核，其中转向考核包括直行转向、蟹行转向、向心转向，直行转向考核学员在直行过程中有效避免障碍物的能力；向心转向考核学员驾驶牵引车行走时保持前/后轮转向角度一致的能力，从而提升其驾驶的机动灵活性的能力；蟹形转向考核学员控制后轮和前轮的轴线保持平行的能力，上述考核训练在训练环境的设计上与真实场地考试相同，同时本模块还提供了场地综合训练模块，学员可根据自己的需要选择相关科目进行组合训练也可以进行完整的场内行驶训练。

具体地，无杆牵引车考试模块包括无杆牵引车实际操作考试的所有内容，学员按规定的行驶线路，包括规定的属具，行驶和操作，其目的是考核学员对车辆的安全操控能力，考试内容分成场绕圈迂回考核、正逆迂回考核、移库场地考核和综合场地考核几项。

具体地，教学监控与管理模块的具体功能如下：

1.教师可直接导入学员信息，避免大量账号信息输入繁琐的注册。

2.超级管理员可对学院信息和老师信息进行更改，还有权限设置；

3.学员根据学号输入登记上机，每位学生应有单独的训练记录条目；

4.可记录和查询学员在训练或考核中的失误次数或不规范操作的次数，包括车辆或货物碰到其它物体的次数,并可做出语音提示或评判；

5.可记录和查询学员在训练或考核中的平均作业效率；

6.可记录和查询学员的总体训练时间和每次上机的课时训练时间；

7.可记录和查询学员操作的作业运行轨迹；

8.可记录和查询学员在历次考核中的分数；

9.可打印学员的成绩报告单；

10.可进行训练条件的设定。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

1)安全性好。使用仿真培训系统可以模拟高速、重载以及其它非常危险的环境以实现有安全保障的训练，杜绝事故隐患，减少事故损失。

2)经济性好。仿真培训系统的成本远低于实际无杆牵引车设备。在训练过程中，还可以免除实机操作中的油耗、电耗及零部件的磨损。同时，仿真培训系统使用周期长，维护简单，经济优势不可忽略。

3)培训效果好。通过使用仿真培训系统，可以大大缩短学员的整个培训周期，使学员在较短的时间内完成培训任务。另外，仿真培训系统可以非常方便地模拟出实际训练中很少遇到的突发性事件，培养学员准确的判断能力、良好的心理素质，以及正确处理紧急情况的能力，从而提高培训质量。

4)在驾驶操作仿真模拟器上对学员进行培训时，教员可以方便地监控学员的学习状态、安全意识、技术掌握的熟练程度，计算机系统可以客观地对学员进行操作评分。

虽然仿真训练不能完全代替实机的操作训练，但学员在仿真培训系统上接受训练后，获得一定的操作经验和技术，再到实机上实习，这样就可以较快较好地掌握实际操作技术。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。

附图说明

图1为本发明实施例中系统总体结构关系图；

图2为本发明实施例中操作部件信号流程图；

图3为本发明实施例中无杆牵引车仿真模拟软件系统软件层次结构图。

具体实施方式

以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。

一种无杆牵引车仿真模拟培训系统，其设置有硬件平台，所述硬件平台由模拟驾驶舱、操纵控制机构、仪表装置、多媒体计算机、音响系统、用户客户端等构成。硬件平台包括作业环境的计算机实时动画生成，无杆牵引车行驶动态仿真，声响模拟，操作评价，数据管理，网络控制，操作平台等。系统总体结构如图1所示。

无杆牵引车仿真模拟培训系统硬件平台包括：

(1)模拟驾驶舱

模拟驾驶舱设置有与机场内实际无杆牵引车驾驶舱内的操作元部件一致的操作元部件，所述模拟驾驶舱中的操作元部件包括以下任意一种或多种：方向盘、离合器踏板、刹车踏板、油门踏板、刹车手柄、换向操纵杆、换挡操纵杆、转向灯开关、点火开关、仪表盘，以便给学员带来最接近真实的驾驶感受。

(2)操纵控制机构

包括了驾驶者控制无杆牵引车运动的基本操纵部件：方向盘、油门、离合、刹车、档位、换向以及货叉操纵杆，另外还有点火开关、转向指示灯的辅助性操作部件的信号实时采集与控制；是无杆牵引车驾驶操作训练模拟系统能否真正逼真模拟驾驶环境的最基本前提，是整个无杆牵引车驾驶操作训练模拟系统的核心部分之一。由于本系统要求与真实无杆牵引车完全操作感受尽量一致，因而在没有力和反馈装置的条件下，对于无杆牵引车运动控制的模拟主要由实车部件中的方向盘、油门、离合、刹车、档位和货叉操纵杆操作来完成。驾驶员对操纵部件的操作经过传感器和接口，将操纵部件的模拟量包括方向盘转动的角度、油门的开度、离合器的状态、刹车的状态经过A/D转换发送给计算机系统进行处理，同时把系统处理的实时数据包括档位参数、速度的数字量经过D/A转换发送到车体部分显示仪表系统上，进而调整视景显示，使驾驶员实时观察驾驶车辆的运行情况；

操作部件信号流程图如图2所示。

(3)仪表系统：仪表系统采用实车的仪表盘，负责车内仪表面板如计时表、转向灯、燃油表、预热指示灯等的实时更新。

(4)多媒体计算机：在本无杆牵引车驾驶仿真系统中，由于要满足实时交互与漫游且要同时输出五个屏幕，主机对显卡的要求较高，因此需要采用1G显存和4G内存，处理器主频采用2.4GHz以上。接口微处理器部分的主控芯片采用16位的顶级单片机来实现控制信号的识别和数据采集，并通过windows串API函数，完成单片机与主机之间的数据通信。

(5)音响系统：模拟行车过程中的环境音响，它是使驾驶员产生沉浸感的重要因素。音响系统需要模拟的声音有马达轰鸣、风响等，其中马达轰鸣的声音可由发动机转速负载来决定，而车胎的音响、风响，可由车速、转弯角度来决定。对于计算机实时视景系统，需要用计算机生成合成所应发出的声音，它接受来自根据车辆动力学仿真计算出车辆运行车速、振动和驾驶员对油门、档位等相应参数值，用计算机生成模拟声音，然后在通过声响处理系统同音响设备连接，配合车辆的行驶，产生相应的声响效果。

音频仿真系统软件采用基于windows环境的编制方法。windows操作系统使得应用程序与设备之间具有相对独立性，这种设备独立性又使得软件与硬件之问增添了许多中间层次，使得在windows平台上紧凑、实时的输入以及快速地生成声音变得十分困难。针对这种情况开发的基于windows的无杆牵引车驾驶模拟装置音频仿真系统，运用DirectX技术，能完全克服以上缺陷。

要仿真模拟无杆牵引车运行时的各种声音，要求这一套音频仿真系统必须达到如下的目标：

1)系统要能模拟出无杆牵引车运行时发出的所有声音；

2)系统对司机操纵的结果作出迅速的反应；

3)系统要对不同的声音进行混音，因为司机操纵无杆牵引车所发出的声音不是依次顺序发出的，可能有些声音彼此交叠在一起；

4)由于不同类型的无杆牵引车对应的声音不完全一样，这就要求系统有一定的灵活性和扩充性，以适应不同类型的无杆牵引车。

(6)用户客户端：用于客户进行模拟培训时的相关数据的输入和输出，包括：学员信息录入、培训内容设置、操作环境条件设定、操作过程的监视、记录和重演、分析与评分、考核成绩输出。

根据本发明的另一面，所述无杆牵引车仿真模拟培训系统还包括软件模块，所述软件模块主要由系统控制层、无杆牵引车模拟操作层和教学监控与管理三大部分组成。每个部分又分别包含若干子系统。若干参数设置根据机型本身特点而独立设置。系统软件模块层次结构如图3所示。

A.系统控制层主要控制整个模拟器的硬件，接收和发出各种控制信号，将相关传感器的模拟信号转变为数字信号或者把计算机控制指令转化为模拟信号，控制无杆牵引车驾驶训练模拟器的投影、司机操作的输入和输出信号、音响效果等；控制层软件主要包括：数据采集模块、数据处理模块、数据输出模块。

1)数据采集模块

本系统要求能够采集各种模拟装置的信号，这些信号可以分为三个不同的类型：数字量、模拟量和开关量。

加速踏板、离合器踏板、行车制动踏板的踏板行程以及四根操纵杆分别反映供油量大小、离合器结合程度、制动力大小以及货叉移动和无杆牵引车前进后退，所以传感器应采集出的是连续变化的量，即模拟量。模拟量的采集要去抗干扰能力强，在设计中选择了线性位移传感器与相关机械连接组成。线性位移传感器的阻值变化特性为直线型，能够准确反映三踏板行程、货叉位移以及无杆牵引车前后运动距离的大小。

方向盘角度采集模块采集转向盘的旋转的角度、方向。考虑在实际驾驶中转向盘要求有一定的间隙，在采集时，采集精度要高，所以选用了以角位移传感器为与转向盘的转向立柱连接用于采集转向装置转角，选用的角位移传感器最大测量角度为±900°。

对于模拟器上的点火开关、车灯开关等开关量，主芯片可通过光电隔离器与微动开关相连，提取开关量，并转换为标准逻辑电平进行处理。

2)数据处理模块

在无杆牵引车操作模拟系统中，需要将采集到的无序的数据变成可用的有序的数据。为了不影响仿真系统的仿真效果，要使得数据处理模块的时间复杂度低、运算速度快、运算结果精确，可扩展，对于其他的系统也适用。

本系统中将各位移传感器采集到的电信号转换变为数字信号，利用接口函数采集该信号输入到数据处理程序模块进行分析计算。

对于各种开关量，则通过电信号转化，再通过编码器编码分通道通过数据采集函数与系统软件模块(程序)和系统之间进行数据交互。

对于方向盘所采用的角位移传感器角，则单独采用现场可编程逻辑阵列(FPGA)数据处理，FPGA不仅具有高精度的同步传输能力，而且具有速度高、体积小、抗干扰能力强的优点。由角位移传感器的传出的信号后送人FPGA处理器，在FPGA中进行计数处理，最后通过RS232与采集芯片通信，并传输到主控芯片。

3)数据输出模块

在单片机输出计算机可识别的数字信号后，这些信号和无杆牵引车的参数一起作为无杆牵引车动力学模型的输入，计算出无杆牵引车当前的工况和各个构件的状态数据。这些数据被分别传送到视景、音响等系统，作为它们各自运行的输入量,从而实现模拟系统的实时控制。

B.模拟操作层模块：基于对无杆牵引车驾驶训练模拟系统的流程和功能的分析，可以看到无杆牵引车训练模拟系统操作层主要分为无杆牵引车驾驶训练和无杆牵引车作业训练、无杆牵引车考试三大模块。为了帮助学员早日熟悉无杆牵引车的相关结构，在本系统中特意加入了无杆牵引车展示的模块。此外，由于无杆牵引车作业的环境各不相同，本系统在无杆牵引车作业训练模块中提供了场景编辑器，方便用户对无杆牵引车作业场景编辑，也提高了本系统的可扩展性。

1)系统功能设计

无杆牵引车驾驶训练模拟系统必须符合国家无杆牵引车驾驶执照考试的相关规定并满足无杆牵引车驾驶员训练的相关需求，.

2)无杆牵引车展示模块

无杆牵引车展示模块主要负责对无杆牵引车的整车结构及相关部件、工具进行三维展示，帮助学员对无杆牵引车建立一个直观的印象，为后面驾驶操作的学习提供帮助。无杆牵引车展示模块不仅可以帮助学员学习，而且为无杆牵引车培训机构节约了大笔购买无杆牵引车的费用。

3)无杆牵引车驾驶训练模块

具体地，无杆牵引车驾驶训练模块将国家规定的无杆牵引车驾驶执照考试中的科目进行了分解，以便初学者更容易的掌握无杆牵引车各种驾驶技巧，分解后的项目重点是转向考核，其中转向考核包括直行转向、蟹行转向、向心转向，直行转向考核学员在直行过程中有效避免障碍物的能力；向心转向考核学员驾驶牵引车行走时保持前/后轮转向角度一致的能力，从而提升其驾驶的机动灵活性的能力；蟹形转向考核学员控制后轮和前轮的轴线保持平行的能力，上述考核训练在训练环境的设计上与真实场地考试相同，同时本模块还提供了场地综合训练模块，学员可根据自己的需要选择相关科目进行组合训练也可以进行完整的场内行驶训练。

4)无杆牵引车考试模块

无杆牵引车考试模块包括无杆牵引车实际操作考试的所有内容，本模块中场地尺寸与真实情况完全相同。学员按规定的行驶线路(包括规定的属具)行驶和操作，其目的是考核学员对车辆的安全操控能力。考试内容分成场绕圈迂回考核、正逆迂回考核、移库场地考核和综合场地考核几项。

C.教学监控与管理模块：教师通过教学监控与管理软件系统可实时了解学员的操作情况，还可通过教学管理软件调整教学内容等等。通过教员控制台主机实时显示和记录学员操作，并进行评判。教师端还可对学员、班级进行管理。

教学管理软件具体功能如下：

a.教师可直接导入学员信息，避免大量账号信息输入繁琐的注册。

b.超级管理员可对学院信息和老师信息进行更改，还有权限设置；

c.学员根据学号输入登记上机，每位学生应有单独的训练记录条目；

d可记录和查询学员在训练或考核中的失误次数或不规范操作的次数，包括吊具、车辆或货物碰到其它物体的次数,并可做出语音提示或评判。

e.可记录和查询学员在训练或考核中的平均作业效率；

f.可记录和查询学员的总体训练时间和每次上机的课时训练时间；

g.可记录和查询学员操作的作业运行轨迹；

h.可记录和查询学员在历次考核中的分数；

i.可打印学员的成绩报告单；

j.可进行训练条件的设定。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (8)

1.一种无杆牵引车仿真模拟培训系统，其特征在于，包括有硬件平台，所述硬件平台包括：模拟驾驶舱、操纵控制机构、仪表装置、多媒体计算机、音响系统、用户客户端；其中：

模拟驾驶舱设置有与机场内实际无杆牵引车驾驶舱内的操作元部件一致的操作元部件，所述模拟驾驶舱中的操作元部件包括以下任意一种或多种：方向盘、离合器踏板、刹车踏板、油门踏板、刹车手柄、换向操纵杆、换挡操纵杆、转向灯开关、点火开关、仪表盘；

操纵控制机构包括了驾驶者控制无杆牵引车运动的基本操纵部件：方向盘、油门、离合、刹车、档位、换向以及货叉操纵杆、点火开关、转向指示灯的辅助性操作部件的信号实时采集与控制，驾驶员对操纵部件的操作经过传感器和接口，将操纵部件的模拟量包括方向盘转动的角度、油门的开度、离合器的状态、刹车的状态经过A/D转换发送给计算机系统进行处理，同时把系统处理的实时数据包括档位参数、速度的数字量经过D/A转换发送到车体部分显示仪表系统上，进而调整视景显示；

仪表装置采与机场内实际无杆牵引车驾驶舱内一致的仪表盘，负责车内仪表面板包括计时表、转向灯、燃油表、预热指示灯的实时更新；

多媒体计算机实现实时交互与漫游且要同时输出屏幕；

音响系统用于模拟行车过程中的环境音响，音响系统需要模拟的声音包括马达轰鸣、风响，其中马达轰鸣的声音可由发动机转速负载来决定，而车胎的音响、风响，可由车速、转弯角度来决定，对于计算机实时视景系统，需要用计算机生成合成所应发出的声音，它接受来自根据车辆动力学仿真计算出车辆运行车速、振动和驾驶员对油门、档位等相应参数值，用计算机生成模拟声音，然后在通过声响处理系统同音响设备连接，配合车辆的行驶，产生相应的声响效果，使驾驶员产生沉浸感；

用户客户端用于客户进行模拟培训时的相关数据的输入和输出，包括：学员信息录入、培训内容设置、操作环境条件设定、操作过程的监视、记录和重演、分析与评分、考核成绩输出。

2.根据权利要求1所述的一种无杆牵引车仿真模拟培训系统，其特征在于还包括软件模块，所述软件模块包括系统控制层、操作层、教学监控与管理；其中：

系统控制层主要控制整个模拟器的硬件，接收和发出各种控制信号，将相关传感器的模拟信号转变为数字信号或者把计算机控制指令转化为模拟信号，控制无杆牵引车驾驶训练模拟器的投影、司机操作的输入和输出信号、音响效果；

操作层用于对无杆牵引车驾驶训练模拟系统的流程和功能的分析，可以将无杆牵引车训练模拟系统的操作层主要分为无杆牵引车驾驶训练和无杆牵引车作业训练、无杆牵引车考试三大模块；

教学监控与管理用于教师实时了解学员的操作情况，通过教学管理软件调整教学内容，通过教员控制台主机实时显示和记录学员操作，并进行评判，以及实现对学员的管理。

3.根据权利要求2所述的一种无杆牵引车仿真模拟培训系统，其特征在于控制层还包括：

数据采集模块：能够采集各种模拟装置的信号，这些信号可以分为三个不同的类型：数字量、模拟量和开关量，加速踏板、离合器踏板、行车制动踏板的踏板行程以及抱臂控制杆分别反映供油量大小、离合器结合程度、制动力大小和无杆牵引车前进后退，所以传感器应采集出的是连续变化的量，即模拟量，模拟量的采集要去抗干扰能力强，在设计中选择了线性位移传感器与相关机械连接组成；

方向盘角度采集模块：用于采集转向盘的旋转的角度、方向，选用以角位移传感器为与转向盘的转向立柱连接用于采集转向装置转角，选用的角位移传感器最大测量角度为±900°；

对于模拟器上的点火开关、车灯开关的开关量，主芯片可通过光电隔离器与微动开关相连，提取开关量，并转换为标准逻辑电平进行处理；

数据处理模块：用于将采集到的无序的数据变成可用的有序的数据；将各位移传感器采集到的电信号转换变为数字信号，利用接口函数采集该信号输入到数据处理程序模块进行分析计算，对于各种开关量，则通过电信号转化，再通过编码器编码分通道通过数据采集函数与系统软件模块和系统之间进行数据交互；对于方向盘所采用的角位移传感器角，则单独采用现场可编程逻辑阵列(FPGA)数据处理，由角位移传感器的传出的信号后送人FPGA处理器，在FPGA中进行计数处理，最后通过RS232与采集芯片通信，并传输到主控芯片；

数据输出模块：用于在单片机输出计算机可识别的数字信号后，将这些信号和无杆牵引车的参数一起作为无杆牵引车动力学模型的输入，计算出无杆牵引车当前的工况和各个构件的状态数据，这些数据被分别传送到视景、音响系统，作为它们各自运行的输入量，从而实现模拟系统的实时控制。

4.根据权利要求1所述的一种无杆牵引车仿真模拟培训系统，其特征在于所述媒体计算机采用1G显存和4G内存，处理器主频采用2.4GHz以上，接口微处理器部分的主控芯片采用16位的顶级单片机来实现控制信号的识别和数据采集，并通过windows串API函数，完成单片机与主机之间的数据通信。

5.根据权利要求1所述的一种无杆牵引车仿真模拟培训系统，其特征在于所述音响系统采用的音频仿真系统软件采用基于windows环境的编制方法，同时运用DirectX技术，使得应用程序与设备之间具有相对独立性。

6.根据权利要求1所述的一种无杆牵引车仿真模拟培训系统，其特征在于无杆牵引车驾驶训练模块将国家规定的无杆牵引车驾驶执照考试中的科目进行了分解，学员可根据自己的需要选择相关科目进行组合训练也可以进行完整的场内行驶训练。

7.根据权利要求1所述的一种无杆牵引车仿真模拟培训系统，其特征在于所述无杆牵引车考试模块包括无杆牵引车实际操作考试的所有内容，学员按规定的行驶线路，包括规定的属具，行驶和操作，考核学员对车辆的安全操控能力。

8.根据权利要求1所述的一种无杆牵引车仿真模拟培训系统，其特征在于所述教学监控与管理模块的具体功能如下：

a.教师可直接导入学员信息，避免大量账号信息输入繁琐的注册。

b.超级管理员可对学院信息和老师信息进行更改，还有权限设置；

c.学员根据学号输入登记上机，每位学生应有单独的训练记录条目；

d.可记录和查询学员在训练或考核中的失误次数或不规范操作的次数，包括车辆或货物碰到其它物体的次数,并可做出语音提示或评判；

e.可记录和查询学员在训练或考核中的平均作业效率；

j.可记录和查询学员的总体训练时间和每次上机的课时训练时间；

h.可记录和查询学员操作的作业运行轨迹；

i.可记录和查询学员在历次考核中的分数；

j.可打印学员的成绩报告单；

k.可进行训练条件的设定。