CN111123739B - 一种用于全自动无人驾驶模式下的网络控制系统半实物仿真实验平台 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于全自动无人驾驶模式下的网络控制系统半实物仿真实验平台，属于轨道交通车辆领域，该平台包括车站场景仿真服务单元、信号系统控制仿真单元和车辆调试单元；车站场景仿真服务单元，用于模拟在线运营车辆、站点车辆信息及线路的运行场景，并在列车自动驾驶过程中监控线上所有列车运行状态及运行参数，对列车进行行车调度；信号系统控制仿真单元，用于模拟或连接真实的信息系统设备，对列车进行自动驾驶控制；车辆调试单元，用于模拟单列被控列车，根据所述信号系统控制仿真单元发送的列车控制指令，执行相应控制逻辑，生成即时的列车运行参数，反馈给所述信号系统仿真单元，该平台利用成熟的全自动无人驾驶系统和其配套的仿真设备，可以简化仿真模型，也保证测试结果的可靠性。
Description
技术领域
本发明涉及轨道交通车辆领域尤其涉及一种用于全自动无人驾驶模式下的网络控制系统半实物仿真实验平台。
背景技术
网络控制系统(TCMS)作为列车的“两大关键核心系统”之一“大脑”，是列车用于监控包括车载牵引系统、制动系统、辅助系统在内的列车各子系统及主要设备的运行状态和故障状态的核心系统。作为轨道交通装备的核心系统，网络控制系统的可靠性和安全性关系着列车的行车安全和乘客的出行安全。
随着车辆设计技术、信号和通信技术和集成监控系统技术等相关技术的飞速发展，城市轨道交通全自动无人驾驶技术日趋成熟。相比于传统的有人驾驶系统，全自动无人驾驶系统(UTO)不仅避免了人为操作的各种不确定性，提高了系统可靠性，降低了运营风险，也提高了列车的运营效率，使列车更加安全、舒适、节能。因此，全自动无人驾驶系统(UTO)已经成为越来越多城市轨道交通建设中的首选。
伴随着全自动无人驾驶技术的推广应用，网络控制系统也要求具备相应的监视控制功能和更高的可靠性和安全性。而在网络控制系统的研制过程中，除了对适用于全自动无人驾驶模式(UTO)的软硬件环境、通信和底层逻辑的研究之外，还需要一个综合性测试平台来验证网络控制系统在全自动无人驾驶模式(UTO)下的控制逻辑，测试分析设备和系统性能，支持网络控制系统的联调工作。
网络控制系统的半实物仿真试验台，借助于半实物仿真技术的设计思想，搭建了一个列车半实物仿真平台，对列车网络控制系统的功能逻辑、网络通信状况等进行测试。在该设计中，将被测单元网络控制系统中的网络控制单元(CCU)、远程输入输出单元(RIOM)、显示控制单元(HMI)和数据记录单元(ERM)等设备的以实物模块的形式接人仿真控制平台的仿真回路中，同时将列车运行过程中的其他主要子系统以数学仿真模型的形式接入仿真回路，这其中包括牵引系统、辅助系统、制动系统等。将实物与仿真模型相连构成一个整体，仿真成一列完整的列车，用以测试网络控制系统中相关设备的功能性和可靠性。
在现有的技术条件下单纯通过仿真很难真实还原全自动无人驾驶模式下的列车运行状态，无法针对全自动无人驾驶模式下的网络控制系统进行控制逻辑、控制功能和网络通信状况等进行测试。
发明内容
根据现有技术存在的问题，本发明公开了一种用于全自动无人驾驶模式下的网络控制系统半实物仿真实验平台，包括：车站场景仿真服务单元、信号系统控制仿真单元和车辆调试单元；
所述车站场景仿真服务单元，用于模拟在线运营车辆、站点车辆信息及线路的运行场景，并在列车自动驾驶过程中监控线上所有列车运行状态及运行参数，对列车进行行车调度，根据不同场景模拟模块输出的在线运营车辆、车站及线路场景进行行调、车辆调及乘客调，向所述信号系统控制仿真单元发送车辆调度信息；
所述信号系统控制仿真单元，用于模拟或连接真实的信息系统设备，监控列车实时运行数据，并根据模拟的轨旁各种约束条件和前行列车状态计算被控列车的当前运行时速及方向，对列车进行自动驾驶控制；
所述车辆调试单元，用于模拟单列被控列车，根据所述信号系统控制仿真单元发送的列车控制指令，执行相应控制逻辑，生成即时的列车运行参数，反馈给所述信号系统仿真单元。
进一步地，所述车站场景仿真服务单元包括：行调仿真模块、车调仿真模块、乘客调仿真模块和场景设置模块。
所述行调仿真模块，实现对行车综合自动化系统设备(TIAS)的操作及对运营过程中可能遇到的各种场景进行演练模拟；
所述车调仿真模块，对车辆上各个子系统发送的设备报警信息、维修信息的收集和管理，组织指挥对车辆上设备的维修工作，针对各种可能发生的突发事件，编制事故抢修、灾害救援方案，由突发事件触发调出相应处理预案，快速处理故障，减轻事故及灾害影响范围；
所述乘客调仿真模块，用于显示线路站场简图，车辆光字牌、乘客广播(PA)页面、乘客信息系统(PIS)页面、车载视屏监视系统(CCTV)页面、站台门页面，具备远程清客确认，远程车辆广播，应答乘客呼叫，设置/取消站台清客，取消/恢复站台固定清客功能；
所述场景设置模块，用于场景制作、场景载入、故障注入、时间设定、自动出车和场景流程演示；
所述行调仿真模块、所述车调仿真模块、所述乘客调仿模块和场景设置模块之间彼此相互连接。
进一步地，所述车站场景仿真服务单元还包括：数据存储服务器，交换机、电源模块和KVM。
进一步地，所述信号系统控制仿真单元包括：计算机联锁系统(CI)仿真模块、区域控制器(ZC)仿真模块、车载控制器(VOBC)仿真模块、车站乘客信息系统(PIS)仿真模块、车站广播系统(PA)仿真模块和车站综合电视监控系统(CCTV)仿真模块。
进一步地，所述车辆调试单元包括网络控制模块、远程控制单元(RIOM)模块、人机交互系统(HMI)模块、上位机、仿真机、串口模拟器(FlexI/O)和司控台；
所述上位机通过以太网与所述仿真机进行连接，所述仿真机与所述网络控制模块通过MVB相连接，所述司控台与所述串口模拟器电连接，所述串口模拟器与所述远程控制模块电连接，所述远程控制模块与所述人机交互模块通过MVB进行连接。
进一步地，所述网络控制模块包括中央控制单元(CCU)和数据记录仪(ERM)。
由于采用了上述技术方案，本发明提供的一种用于全自动无人驾驶模式下的网络控制系统半实物仿真实验平台，进行全自动无人驾驶模式下的网络控制系统的控制算法与控制逻辑的验证和优化，可以大大的降低研发成本：利用半实物仿真模型测试网络控制系统可以大大减少实物列车验证调试所需的时间、缩短研发周期；同时避免控制软件直接上车调试，降低由于设计缺陷引起故障而造成的重要器件和设备损伤的风险；而利用仿真平台和其所搭载的故障注入系统，可以直接模拟特定故障，方便故障复现，快速测试网络控制系统软件的缺陷；利用成熟的全自动无人驾驶系统和其配套的仿真设备，可以简化仿真模型，也保证测试结果的可靠性。
附图说明
为了更清楚地说明本申请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申请中记载的一些实施例，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为本发明的模块组成图；
图2为本发明的车站场景仿真服务单元图；
图3为本发明的信号系统控制仿真单元的组成图；
图4为车辆调试单元的组成图。
图中：100、车站场景仿真服务单元，101、行调仿真模块，102、车调仿真模块，103、乘客调仿真模块，104、场景设置模块，105、数据存储服务器、106交换机，107、线缆组件，108、电源模块，200、信号系统控制仿真单元，201、计算机联锁仿真模块，202、区域控制仿真模块，203、车载控制仿真模块，204、车站乘客信息仿真模块，205、车站广播仿真模块，206、车站综合电视监控仿真模块，300、车辆调试单元，301、网络控制模块，302、远程控制模块，303、人机交互模块，304、上位机，305、仿真机，306、串口模拟器，307、司控台。
具体实施方式
为使本发明的技术方案和优点更加清楚，下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚完整的描述：
一种用于全自动无人驾驶模式下的网络控制系统半实物仿真实验平台，该实验平台包括：为实现全自动无人驾驶功能配套的相关车调、行调和车载信号系统仿真设备、为网络控制系统提供测试的仿真设备、以及待测的网络控制系统相关实物设备，利用全自动无人驾驶系统及其配套的车调行调仿真设备可以实现不同运行场景模拟、故障注入、运行状态监控等功能，利用仿真平台可以仿真列车其他子系统设备，对网络控制系统设备的列车控制算法与逻辑控制进行验证和优化。
图1为本发明的模块组成图，该平台包括：车站场景仿真服务单元100、信号系统控制仿真单元200和车辆调试单元300；
所述车站场景仿真服务单元100，用于模拟在线运营车辆、站点车辆信息及线路的运行场景，并在列车自动驾驶过程中监控线上所有列车运行状态及运行参数，对列车进行行车调度，根据不同场景模拟模块输出的在线运营车辆、车站及线路场景进行行调、车辆调及乘客调，向所述信号系统控制仿真单元发送车辆调度信息；
所述信号系统控制仿真单元200，用于模拟或连接真实的信息系统设备，监控列车实时运行数据，并根据模拟的轨旁各种约束条件和前行列车状态计算被控列车的当前运行时速及方向，对列车进行自动驾驶控制；
所述车辆调试单元300，用于模拟单列被控列车，根据所述信号系统控制仿真单元发送的列车控制指令，执行相应控制逻辑，生成即时的列车运行参数，反馈给所述信号系统仿真单元。
图2为本发明的车站场景仿真服务单元图；所述车站场景仿真服务单元100包括：行调仿真模块101、车调仿真模块102、乘客调仿真模块103和场景设置模块104和壁挂屏。
所述行调仿真模块101，实现对行车综合自动化系统设备的操作及对运营过程中可能遇到的各种场景进行演练模拟；
所述车调仿真模块102，对车辆上各个子系统发送的设备报警信息、维修信息的收集和管理，组织指挥对车辆上设备的维修工作，针对各种可能发生的突发事件，编制事故抢修、灾害救援方案，由突发事件触发调出相应处理预案，快速处理故障，减轻事故及灾害影响范围；
所述乘客调仿真模块103，用于显示线路站场简图，车辆光字牌、乘客广播(PA)页面、乘客信息系统(PIS)页面、车载视屏监视系统(CCTV)页面、站台门页面，具备远程清客确认，远程车辆广播，应答乘客呼叫，设置/取消站台清客，取消/恢复站台固定清客功能；
所述场景设置模块104，用于场景制作、场景载入、故障注入、时间设定、自动出车和场景流程演示；
所述行调仿真模块101、所述车调仿真模块102、所述乘客调仿模块103和场景设置模块104之间彼此相互连接。
进一步地，所述车站场景仿真服务单元100还包括：数据存储服务器105，交换机106及线缆组件107和电源模块108。
所述车站场景仿真服务单元100在整个测试平台中起到控制大脑的作用，其丰富的对外接口能将各子系统有效的联系起来为整个测试提供优质、高效、便捷的服务，为整个系统平台的提供后台管理，包括：数据管理、通信协议管理、组件管理；为整个系统平台的核心逻辑和核心服务集合，为整个测试提供总体解决方案核心功能服务；为整个系统平台提供对外服务信息和接口
图3为本发明的信号系统控制仿真单元的组成图；所述信号系统控制仿真单元200包括：计算机联锁系统(CI)仿真模块201、区域控制器(ZC)仿真模块202、车载控制器(VOBC)仿真模块203、车站乘客信息系统(PIS)仿真模块204、车站广播系统(PA)仿真模块205和车站综合电视监控系统(CCTV)仿真模块206。
图4为车辆调试单元的组成图，所述车辆调试单元300包括网络控制模块301、远程控制单元(RIOM)模块302、人机交互系统(HMI)模块303、上位机304、仿真机305、串口模拟器(FlexI/O)306和司控台307；
所述上位机304通过以太网与所述仿真机305进行连接，所述仿真机305与所述网络控制模块301通过MVB相连接，所述司控台307与所述串口模拟器302用硬线电连接，所述串口模拟器306与所述远程控制模块302电连接，所述远程控制模块302与所述人机交互模块303通过MVB进行连接，使用串口模拟器代替原有的直接硬线连接的方式是因为不同的项目硬线连接方式均不同，因此利用串口模拟器模块，重新调整采集到的硬线信号顺序，可以避免重新连接硬线，简化测试步骤；平台还加入了故障注入系统，对网络控制系统施加干扰，用以模拟列车运行过程中网络控制系统受到的信号干扰。
进一步地，所述网络控制模块包括中央控制单元(CCU)和数据记录仪(ERM)。
使用仿真平台进行测试时，需要确定待测功能所处的运行场景，明确该功能涉及到的子系统设备及其响应机理，根据不同场景下的不同功能，搭建相应的仿真测试模型，并设计测试用例是、推断测试结果，通过故障注入设备模拟线路故障，验证测试结果与用例预测是否一致。
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，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种用于全自动无人驾驶模式下的网络控制系统半实物仿真实验平台，其特征在于：包括：车站场景仿真服务单元(100)、信号系统控制仿真单元(200)和车辆调试单元(300)；
所述车站场景仿真服务单元(100)，用于模拟在线运营车辆、站点车辆信息及线路的运行场景，并在列车自动驾驶过程中监控线上所有列车运行状态及运行参数，对列车进行行车调度，根据不同场景模拟模块输出的在线运营车辆、车站及线路场景进行行调、车辆调及乘客调，向所述信号系统控制仿真单元发送车辆调度信息；
所述信号系统控制仿真单元(200)，用于模拟或连接真实的信息系统设备，监控列车实时运行数据，并根据模拟的轨旁各种约束条件和前行列车状态计算被控列车的当前运行时速及方向，对列车进行自动驾驶控制；
所述车辆调试单元(300)，用于模拟单列被控列车，根据所述信号系统控制仿真单元发送的列车控制指令，执行相应控制逻辑，生成即时的列车运行参数，反馈给所述信号系统仿真单元；
所述车站场景仿真服务单元(100)包括：行调仿真模块(101)、车调仿真模块(102)、乘客调仿真模块(103)和场景设置模块(104)；
所述行调仿真模块(101)，实现对行车综合自动化系统设备的操作及对运营过程中可能遇到的各种场景进行演练模拟；
所述车调仿真模块(102)，对车辆上各个子系统发送的设备报警信息、维修信息的收集和管理，组织指挥对车辆上设备的维修工作，针对各种可能发生的突发事件，编制事故抢修、灾害救援方案，由突发事件触发调出相应处理预案，快速处理故障，减轻事故及灾害影响范围；
所述乘客调仿真模块(103)，用于显示线路站场简图，车辆光字牌、乘客广播页面、乘客信息系统页面、车载视屏监视系统页面、站台门页面，具备远程清客确认，远程车辆广播，应答乘客呼叫，设置/取消站台清客，取消/恢复站台固定清客功能；
所述场景设置模块(104)，用于场景制作、场景载入、故障注入、时间设定、自动出车和场景流程演示；
所述行调仿真模块(101)、所述车调仿真模块(102)、所述乘客调仿模块(103)和场景设置模块(104)之间彼此相互连接。
2.根据权利要求1所述的一种用于全自动无人驾驶模式下的网络控制系统半实物仿真实验平台，其特征还在于：
所述车站场景仿真服务单元(100)还包括：数据存储服务器(105)，交换机(106)和电源模块(107)。
3.根据权利要求1所述的一种用于全自动无人驾驶模式下的网络控制系统半实物仿真实验平台，其特征还在于：
所述信号系统控制仿真单元(200)包括：计算机联锁仿真模块(201)、区域控制仿真模块(202)、车载控制仿真模块(203)、车站乘客信息仿真模块(204)、车站广播仿真模块(205)和车站综合电视监控仿真模块(206)。
4.根据权利要求1所述的一种用于全自动无人驾驶模式下的网络控制系统半实物仿真实验平台，其特征还在于：
所述车辆调试单元(300)包括网络控制模块(301)、远程控制模块(302)、人机交互模块(303)、上位机(304)、仿真机(305)、串口模拟器(306)和司控台(307)；
所述上位机(304)通过以太网与所述仿真机(305)进行连接，所述仿真机(305)与所述网络控制模块(301)通过MVB相连接，所述司控台(307)与所述串口模拟器(302)电连接，所述串口模拟器(306)与所述远程控制模块(302)电连接，所述远程控制模块(302)与所述人机交互模块(303)通过MVB进行连接。
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