CN113219950B - 列车多功能虚拟测试平台 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种列车多功能虚拟测试平台，包括：模拟驾驶台模块，用于发送控制命令与状态回采信号；车辆电气模块，用于将控制指令、状态回采信号及实车电气信号图形化；TRDP/MVB网关模块，用于将仿真线路数据转换为实车TRDP总线数据和MVB总线数据；车辆子系统模块，用于模拟车辆子系统设备及功能，与车辆电气模块、CCU进行数据交互；R I OM模块，用于同步车辆电气状态数据并显示，经TRDP/MVB网关模块将该数据发送至CCU；I O网关模块，用于将实车电气信号转换为车辆电气模块所需的数字输入信号，并经真实R I OM模块与CCU进行数据交互；通用接口模块，与车辆电气模块连接，用于与外部仿真设备进行数据交互。本发明支持对多种列车的仿真测试，通用性强。

Description

列车多功能虚拟测试平台

技术领域

本发明属于轨道交通技术领域，涉及列车半实物网络仿真技术，具体地说，涉及一种列车多功能虚拟测试平台。

背景技术

轨道交通行业内，测试平台一般采用半实物的形式，半实物仿真是一种测试高铁和城轨列车系统功能与性能的关键性技术，既能对设别的功能进行上车前的有效测试与验证、完善，又能在设备上车后进行故障复现，及时解决问题，降低了整体成本，提高了工作效率，对系统设计研发团队具有重要作用。

公开号为CN102323761A的中国专利申请公开了一种列车控制网络半实物仿真测试平台，该测试平台包括车载电气控制系统；软件仿真控制系统和/或实物控制系统，与所述车载电气控制系统连接；数据采集交互系统，与车载电气控制系统连接，将车载电气控制系统输输出的信号转换为数字信号或将数字信号转换为车载电气控制系统需要的输入信号，与软件仿真控制系统和/或实物控制系统连接，将软件仿真控制系统和/或实物控制系统连接输出的数字信号转换为开关量信号或将开关量信号转换为软件仿真控制系统和/或实物控制系统需要的数字信号。能够全面地对列车网络控制系统的设计实施评估和验证。

文献“基于LabVIEW的高速列车网络控制系统半实物仿真平台研制”以工控机和MVB网卡为硬件基础，使用LabVIEW为主、Matlab为辅的软件开发环境，研制了高速列车网络控制系统半实物仿真平台，实现了MVB数据通信和列车各系统基本功能仿真。

文献“列车网络控制系统半实物仿真平台设计及应用”（李美华等，铁道机车车辆，第38卷第1期，2018年2月）针对列车网络控制系统的功能测试需求，设计半实物仿真平台，描述了该网络半实物仿真平台的方案设计、具体实现方法及应用过程，能够模拟列车实际运行状况，实现对网络控制系统的测试。

现有半实物仿真平台只考虑作为特定系统的测试平台，无法作为通用性测试平台，实现平台的普适性应用。

目前已知的半实物仿真测试平台大部分只支持传统的MVB协议，不支持基于专用通讯板卡的列车实时数据协议TRDP协议，更不支持基于通用通讯板卡和软实时数据协议的TRDP协议仿真应用。

车辆电气信号只采用数字信号模拟或实际IO电气信号中的一种形式，未考虑两者的兼容和虚实互换。

现有半实物仿真测试平台均未考虑线路信息对车辆的影响，因而对合外力的模拟会出现较大偏差，因此速度与加速度会有偏差，且速度偏差会不断累积。

此外，现有半实物仿真测试平台大多只采用单质点动力学，因而无法进行防滑等重要功能测试。

发明内容

本发明针对现有半实物仿真测试平台存在的通用性差等上述问题，提供了一种列车多功能虚拟测试平台，能够根据不同项目需求，实现网络系统、牵引系统、制动系统、信号系统、车门系统等单个系统测试及多个系统间耦合功能测试，实现仿真设备与实物设备的互换。

为了达到上述目的，本发明提供了一种列车多功能虚拟测试平台，包括：

模拟驾驶台模块，用于发送控制命令与状态回采信号；

车辆电气模块，用于将控制指令、状态回采信号及实车电气信号图形化；

TRDP/MVB网关模块，用于将仿真线路数据转换为实车TRDP总线数据和MVB总线数据；

车辆子系统模块，用于模拟车辆子系统设备及功能，与车辆电气模块、CCU进行数据交互；

RIOM模块，用于同步车辆电气状态数据并显示，通过TRDP/MVB网关模块将该数据发送至CCU；

IO网关模块，用于将实车电气信号转换为车辆电气模块所需的数字输入信号，并通过真实RIOM模块与CCU进行数据交互；

通用接口模块，与车辆电气模块连接，用于与外部仿真设备进行数据交互。

优选的，所述外部仿真设备包括与实车控制器TCU连接的牵引半实物仿真系统、与实车控制器BCU连接的制动半实物仿真系统、与实车控制器OBC连接的信号半实物仿真系统，所述通用接口模块通过仿真线路与所述牵引半实物仿真系统、所述制动半实物仿真系统、所述信号半实物仿真系统连接，并通过UDP或TCP/IP协议与牵引半实物仿真系统、制动半实物仿真系统、信号半实物仿真系统进行数据交互；所述实车控制器TCU通过实车线路与所述CCU进行数据交互，所述实车控制器BCU与所述实车控制器TCU进行数据交互，所述实车控制器OBC与所述实车控制器BCU进行数据交互。

优选的，所述车辆子系统模块包括牵引模块、制动模块和车门模块，所述牵引模块、制动模块通过所述TRDP/MVB网关模块与所述CCU进行数据交互，所述车门模块通过所述TRDP/MVB网关模块与所述CCU、所述实车控制器OBC进行数据交互；所述牵引模块、制动模块还与所述通用接口模块连接。

进一步的，还包括动力学模块，所述动力学模块与所述牵引模块和制动模块连接，所述动力学模块接收牵引模块产生的牵引力、制动模块产生的制动力，并结合列车阻力计算加速度、速度及行走里程，通过全局变量的形式反馈给牵引模块和制动模块。

优选的，所述动力学模块还与所述牵引半实物仿真系统、所述制动半实物仿真系统连接，并通过所述IO网关模块与所述实车控制器TCU、所述实车控制器BCU、所述实车控制器OBC进行数据交互；所述动力学模块接收所述牵引半实物仿真系统的牵引力、所述制动半实物仿真系统的制动力，结合列车阻力计算加速度、速度及行走里程，通过电气信号反馈给所述实车控制器TCU、所述实车控制器BCU、所述实车控制器OBC。

优选的，根据是否接入牵引半实物仿真系统、制动半实物仿真系统、信号半实物仿真系统所述列车多功能测试平台分为工作模式一、工作模式二、工作模式三和工作模式四种工作模式，其中，工作模式一为:通用接口模块不接入半实物仿真系统、制动半实物仿真系统、信号半实物仿真系统，运行牵引模块和制动模块，用于网络半实物测试，测试网络系统CCU功能；工作模式二为：通用接口模块接入牵引半实物仿真系统、制动半实物仿真系统，不接入信号半实物仿真系统，用于进行实车牵引系统、实车制动系统、实车网络系统间的耦合功能测试；工作模式三为：通用接口模块接入牵引半实物仿真系统、制动半实物仿真系统、信号半实物仿真系统，用于实车信号系统控车测试以及实车信号系统、牵引系统、制动系统、网络系统间的耦合功能测试；工作模式四为：通用接口模块接入牵引模块、制动模块、信号半实物仿真系统，用于可进行信号系统控车测试。

进一步的，还包括HMI模块，所述HMI模块通过TRDP/MVB网关模块获取CCU发送的HMI信息，并自定义界面显示，供列车各系统使用。

进一步的，还包括故障注入模块，用于通过强制异常工况，验证车辆的故障安全导向逻辑与事件报警机制。

进一步的，还包括一个仿真主机，所述模拟驾驶台模块、所述车辆电气模块、所述TRDP/MVB网关模块、所述RIOM模块、所述车辆子系统模块、所述IO网关模块、所述通用接口模块、所述动力学模块、所述故障注入模块均设于该仿真主机内。

进一步的，还包括两个仿真主机，分别为第一仿真主机和第二仿真主机，所述第一仿真主机和所述第二仿真主机内均设有所述模拟驾驶台模块、所述车辆电气模块、所述TRDP/MVB网关模块、所述RIOM模块、所述车辆子系统模块、所述IO网关模块、所述通用接口模块、所述动力学模块和所述故障注入模块。

与现有技术相比，本发明的优点和积极效果在于：

（1）本发明将车辆电气信号模拟量、数字量和电气信号虚实互换，包含牵引、制动、网络、动力学、车门、车辆电气线路等多个系统逻辑模块，具有多种工作模式，能够根据不同项目需求，进行网络系统、牵引系统、制动系统、信号系统、车门系统等单个系统测试及多个系统间耦合功能测试，例如：ATO控车测试，具有开放性、拓展性，支持接入多种测试系统，通用性强，可满足多方实验需求，大大提高了开发效率，减少重复工作量，降低成本。

（2）本发明采用模块设计，模拟多车驾驶台和多车动力学，通过不同模块组合，可对多种车型（包括高铁、城轨、单轨、磁悬浮等）进行测试，且可对多列车同时进行测试。

（3）本发明图形化模拟列车高中低车辆电气线路，可实时定位查询线路状态。

（4）本发明设有TRDP/MVB网关模块，兼容列车实时数据协议（TRDP）、MVB协议、CAN协议等主流开放总线协议。

附图说明

图1为本发明实施例1所述列车多功能虚拟测试平台原理图；

图2为本发明实施例所述列车多功能虚拟测试平台工作模式一原理图；

图3为本发明实施例所述列车多功能虚拟测试平台工作模式二原理图；

图4为本发明实施例所述列车多功能虚拟测试平台工作模式三原理图；

图5为本发明实施例所述列车多功能虚拟测试平台工作模式四原理图；

图6为本发明实施例2所述列车多功能虚拟测试平台原理图。

图中，1、模拟驾驶台模块，2、车辆电气模块，3、TRDP/MVB网关模块，4、车辆子系统模块，41、牵引模块，42、制动模块，43、车门模块，5、RIOM模块，6、IO网关模块，7、通用接口模块，8、动力学模块，9、HMI模块，10、CCU，11、真实RIOM模块，12、实车控制器TCU，13、实车控制器BCU,14、实车控制器OBC，15、牵引仿真机，16、制动仿真机，17、信号仿真机。

具体实施方式

下面，通过示例性的实施方式对本发明进行具体描述。然而应当理解，在没有进一步叙述的情况下，一个实施方式中的元件、结构和特征也可以有益地结合到其他实施方式中。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

实施例1：参见图1至图5，本实施例提供了一种列车多功能虚拟测试平台，包括一仿真主机，所述仿真主机内设有：

模拟驾驶台模块1，用于发送控制命令与状态回采信号；

车辆电气模块2，用于将控制指令、状态回采信号及实车电气信号图形化；

TRDP/MVB网关模块3，用于将仿真线路数据转换为实车TRDP总线数据和MVB总线数据；

车辆子系统模块4，用于模拟车辆子系统设备及功能，与车辆电气模块2、CCU 10进行数据交互；

RIOM模块5，用于同步车辆电气状态数据并显示，通过TRDP/MVB网关模块3将该数据发送至CCU 10；

IO网关模块6，用于将实车电气信号转换为车辆电气模块2所需的数字输入信号，并通过真实RIOM模块11与CCU 10进行数据交互；

通用接口模块7，与车辆电气模块2连接，用于与外部仿真设备进行数据交互。

具体地，继续参见图4，所述外部仿真设备包括与实车控制器TCU 12连接的牵引半实物仿真系统、与实车控制器BCU 13连接的制动半实物仿真系统、与实车控制器OBC 14连接的信号半实物仿真系统，所述通用接口模块7通过仿真线路与所述牵引半实物仿真系统的牵引仿真机15、所述制动半实物仿真系统的制动仿真机16、所述信号半实物仿真系统的信号仿真机17连接，并通过UDP或TCP/IP协议与牵引半实物仿真系统、制动半实物仿真系统、信号半实物仿真系统进行数据交互；所述实车控制器TCU 12通过实车线路与所述CCU10进行数据交互，所述实车控制器BCU 13与所述实车控制器TCU 12进行数据交互，所述实车控制器OBC 14与所述实车控制器BCU 13进行数据交互。

具体地，继续参见图2，所述车辆子系统模块4包括牵引模块41、制动模块42和车门模块43，所述牵引模块41、制动模块42通过所述TRDP/MVB网关模块3与所述CCU 10进行数据交互，所述车门模块43通过所述TRDP/MVB网关模块3与所述CCU 10、所述实车控制器OBC 14进行数据交互；所述牵引模块41、制动模块42还与所述通用接口模块7连接。需要说明的是，车辆子系统模块不限于包括牵引模块、制动模块、车门模块，还可以包括空调模块、照明模块、高压模块、车钩模块、烟火模块、辅助供电模块、蓄电池模块、轴温检测模块等子系统模块，根据实际需求设置。

继续参见图2至5，在一具体实施方式中，上述列车多功能虚拟测试平台还包括动力学模块8，所述动力学模块8与所述牵引模块41和制动模块42连接，所述动力学模块8接收牵引模块41产生的牵引力、制动模块42产生的制动力，并结合列车阻力计算加速度、速度及行走里程，通过全局变量的形式反馈给牵引模块41和制动模块42。具体地，所述动力学模块设有单质点动力学模型、多质点动力学模型和三维动力学模型，可以根据需求采用单质点动力学模型、或多质点动力学模型、或三维动力学模型不同模式。且在动力学模型中加入车辆电气线路信息，结合列车阻力（包括空气阻力、坡道弯道阻力、动摩擦力、静摩擦力、钩缓力）计算加速度、速度及行走里程，列车的动力学仿真更为准确。

具体地，所述动力学模块8还与所述牵引半实物仿真系统、所述制动半实物仿真系统连接，并通过所述IO网关模块6与所述实车控制器TCU 12、所述实车控制器BCU 13、所述实车控制器OBC 14进行数据交互；所述动力学模块8接收所述牵引半实物仿真系统的牵引力、所述制动半实物仿真系统的制动力，结合列车阻力计算加速度、速度及行走里程，通过电气信号反馈给所述实车控制器TCU 12、所述实车控制器BCU 13、所述实车控制器OBC 14。具体地，所述动力学模块8与牵引半实物仿真系统的牵引仿真机15、制动半实物仿真系统的制动仿真机16连接。其中，所述列车阻力包括空气阻力、坡道弯道阻力、动摩擦力、静摩擦力、钩缓力等。

继续参见图2至5，上述列车多功能虚拟测试平台还包括设于仿真主机内的HMI模块9，所述HMI模块通过TRDP/MVB网关模块获取CCU发送的HMI信息，并自定义界面显示，供列车各系统使用。通过HMI模块可以将各系统调试所需要的信息复制多份显示。

具体地，在一具体实时方式中，上述列车多功能虚拟测试平台还包括故障注入模块（图中未示出），用于通过强制异常工况，验证车辆的故障安全导向逻辑与事件报警机制。例如：模拟空转、打滑故障，通过故障注入模块设置某个列车轮对出现空转、打滑故障，通过TRDP/MVB网关模块发送至列车TCMS，由列车TCMS转发至实车控制器TCU、实车控制器BCU以及实车控制器OBC；或者由IO网关直接发送至实车控制器TCU、实车控制器BCU，进行空转、打滑后的故障逻辑处理机制验证。

具体地，上述列车多功能虚拟测试平台，根据是否接入牵引半实物仿真系统、制动半实物仿真系统、信号半实物仿真系统所述列车多功能测试平台分为工作模式一、工作模式二、工作模式三和工作模式四种工作模式。其中：

继续参见图2，工作模式一为:通用接口模块不接入半实物仿真系统、制动半实物仿真系统、信号半实物仿真系统，运行牵引模块和制动模块，用于网络半实物测试，测试网络系统CCU功能。该工作模式中，车辆电气信号通过全局变量形式与牵引模块、制动模块、动力学模块进行交互，使系统间车辆电气信号同步。同时，牵引模块、制动模块、车门模块通过TRDP/MVB网关模块与CCU进行数据交互。动力学模块通过接收来自牵引模块的牵引力、制动模块的制动力，结合列车各种阻力，计算出加速度、速度、行走里程，通过全局变量的形式反馈给牵引模块、制动模块。其中，列车阻力包括空气阻力、坡道弯道阻力、动摩擦力、静摩擦力、钩缓力。

继续参见图3，工作模式二为：通用接口模块接入牵引半实物仿真系统、制动半实物仿真系统，不接入信号半实物仿真系统，用于进行实车牵引系统、实车制动系统、实车网络系统间的耦合功能测试。该工作模式中，车辆电气信号通过仿真线路与牵引半实物仿真系统的牵引仿真机、制动半实物仿真系统的制动仿真机、动力学模块进行交互，使系统间车辆电气信号同步。同时实车控制器TCU、实车控制器BCU通过实车线路与CCU进行数据交互，车门模块通过TRDP/MVB网关模块与CCU进行数据交互。此处，需要说明的是，实车控制器间连线不代表两者之间真实的连接关系，如：TRDP总线中，所有设备均连接到交换机中，然后通过交换机连接。此处省去中间设备，说明实车控制器之间进行数据交换，仅做简略处理，代表实车控制器间的数据传输采用同一种总线。动力学模块通过接收来自牵引半实物仿真系统中牵引仿真机的牵引力、制动半实物仿真系统中制动仿真机的制动力，结合列车各种阻力，计算出加速度、速度、行走里程，通过电信号由IO网关模块反馈给牵引实车控制器TCU、制动实车控制器BCU。其中，列车阻力包括空气阻力、坡道弯道阻力、动摩擦力、静摩擦力、钩缓力。

继续参见图4，工作模式三为：通用接口模块接入牵引半实物仿真系统、制动半实物仿真系统、信号半实物仿真系统，用于实车信号系统控车测试以及实车信号系统、牵引系统、制动系统、网络系统间的耦合功能测试。该工作模式中，车辆电气信号通过仿真线路与与牵引半实物仿真系统的牵引仿真机、制动半实物仿真系统的制动仿真机、信号半实物仿真系统的信号仿真机、动力学模块进行交互，使系统间车辆电气信号同步。同时，实车控制器TCU、实车控制器BCU、实车控制器OBC通过实车线路与CCU进行数据交互，车门模块通过TRDP/MVB网关模块与CCU、实车控制器OBC进行数据交互。动力学模块通过接收来自牵引半实物仿真系统中牵引仿真机的牵引力、制动半实物仿真系统中制动仿真机的制动力，结合列车各种阻力，计算出加速度、速度、行走里程，通过电信号由IO网关模块反馈给牵引实车控制器TCU、制动实车控制器BCU。其中，列车阻力包括空气阻力、坡道弯道阻力、动摩擦力、静摩擦力、钩缓力。

继续参见图5，工作模式四为：通用接口模块接入牵引模块、制动模块、信号半实物仿真系统，用于可进行信号系统控车测试。该工作模式中，车辆电气信号通过仿真线路与信号半实物仿真系统的信号仿真机进行状态同步，通过全局变量的形式与牵引模块、制动模块进行状态同步。同时实车控制器OBC通过实车线路与CCU进行数据交互，车门模块通过TRDP/MVB网关模块与CCU、实车控制器OBC进行数据交互。动力学模块通过接收来自牵引模块的牵引力、制动模块的制动力，结合列车各种阻力，计算出加速度、速度、行走里程，通过电信号由IO网关模块反馈给信号实车控制器OBC，通过全局变量的形式由IO网关模块反馈给牵引模块、制动模块。其中，列车阻力包括空气阻力、坡道弯道阻力、动摩擦力、静摩擦力、钩缓力。

需要说明的是，本实施例上述列车多功能虚拟测试平台不限于上述4种工作模式。可根据需求修改特定模块，例如：根据磁悬浮牵引系统特性，修改牵引模块。因此，本实施实施例所述列车多功能虚拟测试平台适用于高铁、城轨、单轨、磁悬浮等多种列车的单个系统或多个系统耦合功能的测试。

本实施例上述列车多功能虚拟测试平台具备虚实互换的功能，部分仿真模块内部实际上包含两部分：虚拟模块和实物接入代理，当仿真模块不接实物设备时，运行虚拟模块（即：牵引模块、制动模块等）；当仿真模块接实物设备时，运行实物接入代理与真实设备实现通信，进行激励并相应。因而，不论是否接入实物设备，仿真模块与其他模块对象之间的交互以及功能流程是完全一致的。

实施例2：参见图2至6，本实施例提供了一种列车多功能虚拟测试平台，包括第一仿真主机和第二仿真主机，所述第一仿真主机和第二仿真主机内均设有：

模拟驾驶台模块1，用于发送控制命令与状态回采信号；

车辆电气模块2，用于将控制指令、状态回采信号及实车电气信号图形化；

TRDP/MVB网关模块3，用于将仿真线路数据转换为实车TRDP总线数据和MVB总线数据；

车辆子系统模块4，用于模拟车辆子系统设备及功能，与车辆电气模块2、CCU 10进行数据交互；

RIOM模块5，用于同步车辆电气状态数据并显示，通过TRDP/MVB网关模块3将该数据发送至CCU 10；

IO网关模块6，用于将实车电气信号转换为车辆电气模块2所需的数字输入信号，并通过真实RIOM模块11与CCU 10进行数据交互；

通用接口模块7，与车辆电气模块2连接，用于与外部仿真设备进行数据交互。

具体地，继续参见图4，所述外部仿真设备包括与实车控制器TCU 12连接的牵引半实物仿真系统、与实车控制器BCU 13连接的制动半实物仿真系统、与实车控制器OBC 14连接的信号半实物仿真系统，所述通用接口模块7通过仿真线路与所述牵引半实物仿真系统的牵引仿真机15、所述制动半实物仿真系统的制动仿真机16、所述信号半实物仿真系统的信号仿真机17连接，并通过UDP或TCP/IP协议与牵引半实物仿真系统、制动半实物仿真系统、信号半实物仿真系统进行数据交互；所述实车控制器TCU 12通过实车线路与所述CCU10进行数据交互，所述实车控制器BCU 13与所述实车控制器TCU 12进行数据交互，所述实车控制器OBC 14与所述实车控制器BCU 13进行数据交互。

具体地，继续参见图2，所述车辆子系统模块4包括牵引模块41、制动模块42和车门模块43，所述牵引模块41、制动模块42通过所述TRDP/MVB网关模块3与所述CCU 10进行数据交互，所述车门模块43通过所述TRDP/MVB网关模块3与所述CCU 10、所述实车控制器OBC 14进行数据交互；所述牵引模块41、制动模块42还与所述通用接口模块7连接。需要说明的是，车辆子系统模块不限于包括牵引模块、制动模块、车门模块，还可以包括空调模块、照明模块、高压模块、车钩模块、烟火模块、辅助供电模块、蓄电池模块、轴温检测模块等子系统模块，根据实际需求设置。

继续参见图2至5，在一具体实施方式中，上述列车多功能虚拟测试平台还包括动力学模块8，所述动力学模块8与所述牵引模块41和制动模块42连接，所述动力学模块8接收牵引模块41产生的牵引力、制动模块42产生的制动力，并结合列车阻力计算加速度、速度及行走里程，通过全局变量的形式反馈给牵引模块41和制动模块42。具体地，所述动力学模块设有单质点动力学模型、多质点动力学模型和三维动力学模型，可以根据需求采用单质点动力学模型、或多质点动力学模型、或三维动力学模型不同模式。且在动力学模型中加入车辆电气线路信息，结合列车阻力（包括空气阻力、坡道弯道阻力、动摩擦力、静摩擦力、钩缓力）计算加速度、速度及行走里程，列车的动力学仿真更为准确。

具体地，所述动力学模块8还与所述牵引半实物仿真系统、所述制动半实物仿真系统连接，并通过所述IO网关模块6与所述实车控制器TCU 12、所述实车控制器BCU 13、所述实车控制器OBC 14进行数据交互；所述动力学模块8接收所述牵引半实物仿真系统的牵引力、所述制动半实物仿真系统的制动力，结合列车阻力计算加速度、速度及行走里程，通过电气信号反馈给所述实车控制器TCU 12、所述实车控制器BCU 13、所述实车控制器OBC 14。具体地，所述动力学模块8与牵引半实物仿真系统的牵引仿真机15、制动半实物仿真系统的制动仿真机16连接。其中，所述列车阻力包括空气阻力、坡道弯道阻力、动摩擦力、静摩擦力、钩缓力等。

继续参见图2至5，上述列车多功能虚拟测试平台还包括设于仿真主机内的HMI模块9，所述HMI模块通过TRDP/MVB网关模块获取CCU发送的HMI信息，并自定义界面显示，供列车各系统使用。通过HMI模块可以将各系统调试所需要的信息复制多份显示。

具体地，在一具体实时方式中，上述列车多功能虚拟测试平台还包括故障注入模块（图中未示出），用于通过强制异常工况，验证车辆的故障安全导向逻辑与事件报警机制。例如：模拟空转、打滑故障，通过故障注入模块设置某个列车轮对出现空转、打滑故障，通过TRDP/MVB网关模块发送至列车TCMS，由列车TCMS转发至实车控制器TCU、实车控制器BCU以及实车控制器OBC；或者由IO网关直接发送至实车控制器TCU、实车控制器BCU，进行空转、打滑后的故障逻辑处理机制验证。

具体地，上述列车多功能虚拟测试平台，根据是否接入牵引半实物仿真系统、制动半实物仿真系统、信号半实物仿真系统所述列车多功能测试平台分为工作模式一、工作模式二、工作模式三和工作模式四种工作模式。其中：

继续参见图2，工作模式一为:通用接口模块不接入半实物仿真系统、制动半实物仿真系统、信号半实物仿真系统，运行牵引模块和制动模块，用于网络半实物测试，测试网络系统CCU功能。该工作模式中，车辆电气信号通过全局变量形式与牵引模块、制动模块、动力学模块进行交互，使系统间车辆电气信号同步。同时，牵引模块、制动模块、车门模块通过TRDP/MVB网关模块与CCU进行数据交互。动力学模块通过接收来自牵引模块的牵引力、制动模块的制动力，结合列车各种阻力，计算出加速度、速度、行走里程，通过全局变量的形式反馈给牵引模块、制动模块。其中，列车阻力包括空气阻力、坡道弯道阻力、动摩擦力、静摩擦力、钩缓力。

继续参见图3，工作模式二为：通用接口模块接入牵引半实物仿真系统、制动半实物仿真系统，不接入信号半实物仿真系统，用于进行实车牵引系统、实车制动系统、实车网络系统间的耦合功能测试。该工作模式中，车辆电气信号通过仿真线路与牵引半实物仿真系统的牵引仿真机、制动半实物仿真系统的制动仿真机、动力学模块进行交互，使系统间车辆电气信号同步。同时实车控制器TCU、实车控制器BCU通过实车线路与CCU进行数据交互，车门模块通过TRDP/MVB网关模块与CCU进行数据交互。此处，需要说明的是，实车控制器间连线不代表两者之间真实的连接关系，如：TRDP总线中，所有设备均连接到交换机中，然后通过交换机连接。此处省去中间设备，说明实车控制器之间进行数据交换，仅做简略处理，代表实车控制器间的数据传输采用同一种总线。动力学模块通过接收来自牵引半实物仿真系统中牵引仿真机的牵引力、制动半实物仿真系统中制动仿真机的制动力，结合列车各种阻力，计算出加速度、速度、行走里程，通过电信号由IO网关模块反馈给牵引实车控制器TCU、制动实车控制器BCU。其中，列车阻力包括空气阻力、坡道弯道阻力、动摩擦力、静摩擦力、钩缓力。

继续参见图4，工作模式三为：通用接口模块接入牵引半实物仿真系统、制动半实物仿真系统、信号半实物仿真系统，用于实车信号系统控车测试以及实车信号系统、牵引系统、制动系统、网络系统间的耦合功能测试。该工作模式中，车辆电气信号通过仿真线路与与牵引半实物仿真系统的牵引仿真机、制动半实物仿真系统的制动仿真机、信号半实物仿真系统的信号仿真机、动力学模块进行交互，使系统间车辆电气信号同步。同时，实车控制器TCU、实车控制器BCU、实车控制器OBC通过实车线路与CCU进行数据交互，车门模块通过TRDP/MVB网关模块与CCU、实车控制器OBC进行数据交互。动力学模块通过接收来自牵引半实物仿真系统中牵引仿真机的牵引力、制动半实物仿真系统中制动仿真机的制动力，结合列车各种阻力，计算出加速度、速度、行走里程，通过电信号由IO网关模块反馈给牵引实车控制器TCU、制动实车控制器BCU。其中，列车阻力包括空气阻力、坡道弯道阻力、动摩擦力、静摩擦力、钩缓力。

继续参见图5，工作模式四为：通用接口模块接入牵引模块、制动模块、信号半实物仿真系统，用于可进行信号系统控车测试。该工作模式中，车辆电气信号通过仿真线路与信号半实物仿真系统的信号仿真机进行状态同步，通过全局变量的形式与牵引模块、制动模块进行状态同步。同时实车控制器OBC通过实车线路与CCU进行数据交互，车门模块通过TRDP/MVB网关模块与CCU、实车控制器OBC进行数据交互。动力学模块通过接收来自牵引模块的牵引力、制动模块的制动力，结合列车各种阻力，计算出加速度、速度、行走里程，通过电信号由IO网关模块反馈给信号实车控制器OBC，通过全局变量的形式由IO网关模块反馈给牵引模块、制动模块。其中，列车阻力包括空气阻力、坡道弯道阻力、动摩擦力、静摩擦力、钩缓力。

需要说明的是，本实施例上述列车多功能虚拟测试平台不限于上述4种工作模式。可根据需求修改特定模块，例如：根据磁悬浮牵引系统特性，修改牵引模块。因此，本实施实施例所述列车多功能虚拟测试平台适用于高铁、城轨、单轨、磁悬浮等多种列车的单个系统或多个系统耦合功能的测试。

需要说明的是，在本实施例中，上述列车多功能虚拟测试平台进行测试工作时，第一仿真主机运行模拟驾驶台模块、车辆电气模块、TRDP/MVB网关模块、RIOM模块、车辆子系统模块中的车门模块、HMI模块；第二仿真主机运行车辆子系统模块中的牵引模块和制动模块、动力学模块、IO网关模块。

本实施例上述列车多功能虚拟测试平台具备虚实互换的功能，部分仿真模块内部实际上包含两部分：虚拟模块和实物接入代理，当仿真模块不接实物设备时，运行虚拟模块（即：牵引模块、制动模块等）；当仿真模块接实物设备时，运行实物接入代理与真实设备实现通信，进行激励并相应。因而，不论是否接入实物设备，仿真模块与其他模块对象之间的交互以及功能流程是完全一致的。

以城轨项目青岛6号线（TRDP总线）为例，采用上述实施例所述列车多功能虚拟测试平台在以下两种应用场景中进行测试验证：

1、以验证网络系统控制逻辑为主的人工驾驶模式

该工况采用列车多功能虚拟测试平台的工作模式一或工作模式二。运行网络系统实车设备、仿真设备；牵引系统、制动系统即可采用实车设备（工作模式二），也可启动车辆子系统模块中的牵引模块、制动模块（工作模式一）。通过操作模拟驾驶台模块，进行静态条件下的CCU逻辑功能测试、故障处理功能测试，进行动车条件下列车在不同牵引、制动工况下的功能测试、开关门测试、故障报警测试等。

2、以验证信号控车逻辑为主的制动驾驶模式

该工况采用列车多功能虚拟测试平台的的工作模式三和工作模式四。运行网络系统实车设备、信号系统实车设备、网络系统仿真设备、信号系统仿真设备；牵引系统、制动系统即可采用实车设备（工作模式三），也可以启动车辆子系统模块中的牵引模块、制动模块（工作模式四）。此时列车多功能虚拟测试平台中的动力学模块需要加入线路信息，以便更好地配合ATO算法。通过操作模拟试验台模块，将列车上电并动车，当信号系统建立定位后进行控车模式升级至AM或FAM模式，列车按照信号系统设定的进路运行。信号系统ATO发送牵引制动百分比至牵引制动网络，通过动力学模块计算牵引力、制动力、阻力得到合外力，计算出加速度、速度，控制列车运行，并进行停站、开关门功能测试。信号系统ATP通过数字电气信号或IO电气信号对列车运行进行安全防护。

在上述两种场景中，本发明实施例上述列车多功能虚拟测试平台均能够满足实际项目的功能需求和实验要求。

上述实施例用来解释本发明，而不是对本发明进行限制，在本发明的精神和权利要求的保护范围内，对本发明做出的任何修改和改变，都落入本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种列车多功能虚拟测试平台，其特征在于，包括：

模拟驾驶台模块，用于发送控制命令与状态回采信号；

车辆电气模块，用于将控制指令、状态回采信号及实车电气信号图形化；

TRDP/MVB网关模块，用于将仿真线路数据转换为实车TRDP总线数据和MVB总线数据；

车辆子系统模块，用于模拟车辆子系统设备及功能，与车辆电气模块、CCU进行数据交互，所述车辆子系统模块包括牵引模块、制动模块和车门模块；

RIOM模块，用于同步车辆电气状态数据并显示，通过TRDP/MVB网关模块将该数据发送至CCU；

IO网关模块，用于将实车电气信号转换为车辆电气模块所需的数字输入信号，并通过真实RIOM模块与CCU进行数据交互；

通用接口模块，与车辆电气模块连接，用于与外部仿真设备进行数据交互；所述外部仿真设备包括与实车控制器TCU连接的牵引半实物仿真系统、与实车控制器BCU连接的制动半实物仿真系统、与实车控制器OBC连接的信号半实物仿真系统；

部分车辆子系统模块内部包含两部分：虚拟模块和实物接入代理，当车辆子系统模块不接实物设备时，运行虚拟模块；当车辆子系统模块接实物设备时，运行实物接入代理与真实设备实现通信，进行激励并相应；不论是否接入实物设备，车辆子系统模块与其他模块对象之间的交互以及功能流程是完全一致的；

还包括动力学模块，所述动力学模块与所述牵引模块和制动模块连接，还与所述牵引半实物仿真系统、所述制动半实物仿真系统连接，并通过所述IO网关模块与所述实车控制器TCU、所述实车控制器BCU、所述实车控制器OBC进行数据交互；动力学模块包括设有单质点动力学模型、多质点动力学模型和三维动力学模型；

根据是否接入牵引半实物仿真系统、制动半实物仿真系统、信号半实物仿真系统所述列车多功能测试平台分为工作模式一、工作模式二、工作模式三和工作模式四种工作模式，其中，工作模式一为:通用接口模块不接入半实物仿真系统、制动半实物仿真系统、信号半实物仿真系统，运行牵引模块和制动模块，用于网络半实物测试，测试网络系统CCU功能，该工作模式中，车辆电气信号通过全局变量形式与牵引模块、制动模块、动力学模块进行交互，使系统间车辆电气信号同步，同时牵引模块、制动模块、车门模块通过TRDP/MVB网关模块与CCU进行数据交互，动力学模块通过接收来自牵引模块的牵引力、制动模块的制动力，结合列车各种阻力，计算出加速度、速度、行走里程，通过全局变量的形式反馈给牵引模块、制动模块；工作模式二为：通用接口模块接入牵引半实物仿真系统、制动半实物仿真系统，不接入信号半实物仿真系统，用于进行实车牵引系统、实车制动系统、实车网络系统间的耦合功能测试，该工作模式中，车辆电气信号通过仿真线路与牵引半实物仿真系统的牵引仿真机、制动半实物仿真系统的制动仿真机、动力学模块进行交互，使系统间车辆电气信号同步，同时实车控制器TCU、实车控制器BCU通过实车线路与CCU进行数据交互，车门模块通过TRDP/MVB网关模块与CCU进行数据交互，动力学模块通过接收来自牵引半实物仿真系统中牵引仿真机的牵引力、制动半实物仿真系统中制动仿真机的制动力，结合列车各种阻力，计算出加速度、速度、行走里程，通过电信号由IO网关模块反馈给牵引实车控制器TCU、制动实车控制器BCU；工作模式三为：通用接口模块接入牵引半实物仿真系统、制动半实物仿真系统、信号半实物仿真系统，用于实车信号系统控车测试以及实车信号系统、牵引系统、制动系统、网络系统间的耦合功能测试，该工作模式中，车辆电气信号通过仿真线路与与牵引半实物仿真系统的牵引仿真机、制动半实物仿真系统的制动仿真机、信号半实物仿真系统的信号仿真机、动力学模块进行交互，使系统间车辆电气信号同步，同时实车控制器TCU、实车控制器BCU、实车控制器OBC通过实车线路与CCU进行数据交互，车门模块通过TRDP/MVB网关模块与CCU、实车控制器OBC进行数据交互，动力学模块通过接收来自牵引半实物仿真系统中牵引仿真机的牵引力、制动半实物仿真系统中制动仿真机的制动力，结合列车各种阻力，计算出加速度、速度、行走里程，通过电信号由IO网关模块反馈给牵引实车控制器TCU、制动实车控制器BCU；工作模式四为：通用接口模块接入牵引模块、制动模块、信号半实物仿真系统，用于可进行信号系统控车测试，车辆电气信号通过仿真线路与信号半实物仿真系统的信号仿真机进行状态同步，通过全局变量的形式与牵引模块、制动模块进行状态同步，同时实车控制器OBC通过实车线路与CCU进行数据交互，车门模块通过TRDP/MVB网关模块与CCU、实车控制器OBC进行数据交互，动力学模块通过接收来自牵引模块的牵引力、制动模块的制动力，结合列车各种阻力，计算出加速度、速度、行走里程，通过电信号由IO网关模块反馈给信号实车控制器OBC，通过全局变量的形式由IO网关模块反馈给牵引模块、制动模块；其中，列车阻力包括空气阻力、坡道弯道阻力、动摩擦力、静摩擦力、钩缓力。

2.如权利要求1所述的列车多功能虚拟测试平台，其特征在于，所述通用接口模块通过仿真线路与所述牵引半实物仿真系统、所述制动半实物仿真系统、所述信号半实物仿真系统连接，并通过UDP或TCP/IP协议与牵引半实物仿真系统、制动半实物仿真系统、信号半实物仿真系统进行数据交互；所述实车控制器TCU通过实车线路与所述CCU进行数据交互，所述实车控制器BCU与所述实车控制器TCU进行数据交互，所述实车控制器OBC与所述实车控制器BCU进行数据交互。

3.如权利要求2所述的列车多功能虚拟测试平台，其特征在于，所述牵引模块、制动模块通过所述TRDP/MVB网关模块与所述CCU进行数据交互，所述车门模块通过所述TRDP/MVB网关模块与所述CCU、所述实车控制器OBC进行数据交互；所述牵引模块、制动模块还与所述通用接口模块连接。

4.如权利要求1所述的列车多功能虚拟测试平台，其特征在于，还包括HMI模块，所述HMI模块通过TRDP/MVB网关模块获取CCU发送的HMI信息，并自定义界面显示，供列车各系统使用。

5.如权利要求4所述的列车多功能虚拟测试平台，其特征在于，还包括故障注入模块，用于通过强制异常工况，验证车辆的故障安全导向逻辑与事件报警机制。

6.如权利要求5所述的列车多功能虚拟测试平台，其特征在于，还包括一个仿真主机，所述模拟驾驶台模块、车辆电气模块、TRDP/MVB网关模块、RIOM模块、车辆子系统模块、IO网关模块、通用接口模块、动力学模块均设于该仿真主机内。

7.如权利要求5所述的列车多功能虚拟测试平台，其特征在于，还包括两个仿真主机，分别为第一仿真主机和第二仿真主机，所述第一仿真主机和所述第二仿真主机内均设有所述模拟驾驶台模块、所述车辆电气模块、所述TRDP/MVB网关模块、所述RIOM模块、所述车辆子系统模块、所述IO网关模块、所述通用接口模块和所述动力学模块。

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