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  大型特种车驾驶模拟训练器材
通过标准化硬件与软件系统的建设与集成,结合现代化、信息化、半实物仿真等手段,建设大型特种车辆驾驶模拟器与模拟仿真软件,为大型特种车驾驶员新训和复训提供模拟仿真训练手段。

一、概述

为提高大型特种车驾驶训练效率,提升驾驶员操作技能水平和综合素养,我所经过长期研制开发设计出一款通用型大型特种车驾驶模拟训练器材,具体型号为HT-TZC-X。其中X代表不同型号特种车模拟器材,A-大型运输车,B-重型舟桥车,C-火箭布雷车,D-抛撒布雷车等等。该通用型模拟训练器材可以根据用户的实际要求,对内部操纵机构、特殊硬件组件、软件训练科目等进行设计更改,以下是大型特种车驾驶模拟训练器材详细介绍。

大型特种车驾驶模拟训练器材通过标准化硬件与软件系统的建设与集成,结合现代化、信息化、半实物仿真等手段,建设大型特种车辆驾驶模拟器与模拟仿真软件,为大型特种车驾驶员新训和复训提供模拟仿真训练手段,完成驾驶员在各种典型路况、典型环境(包括自然环境、人工环境及作战环境)和典型场景(基础训练场景、综合路段场景)下的模拟驾驶训练、驾驶应急处突训练,实现驾驶员训练管理、训练考核评估等功能,完成几个典型训练科目的比武考核、竞技考核功能,为部队大型特种车驾驶员培训提供一种逼真、安全、经济、有效的辅助手段,解决部队大型特种车驾驶员实车实装训练困难问题,降低实车训练的损耗和风险,提高大型特种车驾驶训练的效率和效益,提升驾驶员的操作技能水平和综合素养。

二、系统组成与功能

2.1 系统组成

大型特种车驾驶模拟训练器材硬件系统主要包括:模拟驾驶室、动感运动平台、视景仿真平台、综合控制台及辅助设备等内容。

大型特种车驾驶模拟训练器材软件系统主要包括:驾驶数据采集处理分系统、运动控制分系统、视景仿真分系统、车辆仿真分系统、路谱仿真分系统、训练管理分系统等内容。

大型特种车驾驶模拟训练器材中的训练环境和条件设置与现行大纲和教范要求相一致。保证训练地形、训练科目、考核规则和目前现行教范保持一致。

具体组成如下所示。


2.2 系统功能

大型特种车驾驶模拟训练器材采用分布式总体结构,具有同大型特种车实车基本一致的操作视景环境、训练舱内部配件和操作实感反馈,模拟驾驶室采用封闭式结构的舱式外形,操作机构及仪表面板等模拟设备与实车操作手感、操作流程以及操作力反馈行程等基本一致,驾驶室整体装载于六自由度动感仿真平台上,通过视景仿真平台与3D地图相结合,实现大型特种车驾驶模拟过程中的车辆颠簸、摇摆、震动、越障等模拟动态,可支持各种典型路况、典型环境和典型场景下的模拟驾驶训练、驾驶应急处突训练等专业技能训练具,可支持多专业、多系统联网协同训练,并具备训练考核、导调控制、原理教学、驾驶考核与成绩评定和管理、受训人信息管理与存储等多种功能。

三、硬件性能指标

大型特种车驾驶模拟训练器材的驾驶训练舱和运动平台都通过以太网连接到训练控制台上,组成整套的模拟训练系统。训练舱的电源和数据接口都连接到训练控制台上,实现舱体供电和信息交互。系统整体硬件网络交联关系示意图如下。

3.1 硬件系统通用指标

(1)、电源电压为:~220±220×10%或~380±380×10%,频率为50Hz;

(2)、供电组件为驾驶模拟训练器材的所有设备提供稳定可靠的工作电源;

(3)、单台驾驶单元设备功耗为19kW;

(4)、摄像头作为舱体内的监控组件,提供驾驶舱内的状态监控,使模拟驾驶舱外部人员随时了解驾驶舱内情况,具备硬件设备信号监控功能及语音通话功能;

(5)、环境适应性:工作环境温度为-10~+50℃;环境湿度范围:≤80%(不结露);模拟训练器材总体占地尺寸(长×宽×高)为5900×4900×3500mm;

(6)、可靠性

系统、单体设备均采用模块化设计思想,在保证功能、性能要求的前提下进而简化设计,采用成熟、标准、功能简单的零件,并减少零件数量,提高整个系统的可靠性。减少零件的种类以便控制零件的加工质量,降低零件发生故障的概率。机架及传动部分将尽量选用同类产品中成熟结构,油门、刹车等操纵机构采用实装件改造,功能、性能类似零部件将选用国内成熟的先进品牌产品;设备中选用的原材料,电器元件,机械零部件立足于国内知名企业的产品,只有在战术技术指标确有特殊要求而国内产品不能满足需要时,才会选用进口件,并可以为后续国产化提供扩展性;


技术指标

参数

可靠性

一次连续工作时间

≥48h

通用产品质保期

7年

平均无故障工作时间(MTBF)

≥250h

使用寿命

≥12年(允许更换少量部组件)

(7)、维修性:

①为提高综合训练系统维修效率,满足故障修复时间(MTTR)低于20min;

②设备的结构根据故障率高低、维修的难易、尺寸和重量的大小以及安装特点等统筹安排,合理布局,单体设备布局设计上避免维修时交叉作业,能快速安装与拆卸;

③设备中故障率高的仪器或部件安装在易更换的位置;模拟器舱体后部留有免工具拆卸维修窗口,以便于小设备能够快速拆解与安装;

④系统用于操作、检查、测试、拆装的部位具有良好的可达性,安排在便于人员操作的位置,提高标准化和互换性程度。系统各单体设备采用模块化设计,各种模块具有良好的互换性和通用性,安装简便、接触可靠,有利于换件维修;

(8)、安全性:

①系统的安全性设计严格执行、落实系统安全性大纲的相关要求,在确保按驾驶基本操作规程操作及异常操作时,均不会对操作人员造成人身伤害,而相应设备发生故障时,也不会对实装和其他分系统造成危害;

②系统电源符合GB-156-2017《标准电压》规定,并增加了防雷击保护装置,保证隔离外部气候或天气干扰。系统设计有接地柱,接地柱用于连接大地,可有效防止对设备及人身造成雷击;

③各分系统的带电部件与外壳箱体之间的最小绝缘电阻为25MΩ,设备等机壳有接地保护,机械部件人体接触、碰撞处做倒角处理,防止碰伤或划伤的保障;

④系统选用的开关具有良好的通断性能与负荷能力,并且具有切断系统电源的应急开关,具有电源过载保护、短路保护、断电保护措施,且系统电源通断位置有明显的识别标志。对每个电源或一组同时接通的高压电源,都有均有信号灯指示、声音提示、明显标识;

⑤连接器内部的裸导体不会穿出其外部,不会与其他部分相接触;当插头与插座分离后,其插针不会带电,有安全接地保护装置;

⑥训练模拟系统产品的安全性包括系统的机架、机柜、机箱、面板和其他外部金属件,可靠接地,接地电阻为3Ω;

⑦结构设计考虑为维护、调整、更换留有安全的空隙,并备有适用的实施工具,维修口设置有相关操作说明以及指示标志,方便维修人员进行维修;

⑧凡设备外露部位的拐角和边缘处均钝化处理,机械部件人体接触、碰撞处做倒角处理,防止碰伤或划伤的保障,并在人体容易接触的部位增加软包等防护,增加设备的安全性;对系统的搬运、安装、调试、开通和运行时,凡在运转时人员有可能不慎触及之处,如运动机械设备、旋转的零部件等,均提供了可靠有效的保护措施;在此基础上,张贴明显安全警示标志;

⑨系统采用阻燃材料,对于必须采用易燃材料部分,将采取严格的防火措施;在满足物理、机械、电气等性能的条件下,选用耐高低温性能好、吸湿性低、透湿性小、抗霉性好、有阻燃性能的材料,张贴易燃材料防火等级标签,并配备灭火器等防火设备。对易碎、易爆的玻璃器件,采取可靠的防碎,防爆措施,粘贴玻璃保护膜,并张贴警示标识。

⑩系统使用的电气连接器具有防误插性能,根据信号性质不同,插头、插座设计采用不同形式,杜绝在操作、维修、维护过程中人为差错的发生,不会因误接而造成危害。在结构上不同用途的连接器不能互用或有明显的对应标志,连接器在分离前后不致使操作人员受到电击,设备不致受到损害;增加操作说明标志、标识等。

(9)、测试性

参照GJB-2547A-2012《装备测试性工作通用要求》执行,产品设计时,根据不同维修级别的要求以及产品的结构和功能,将产品合理划分为易于检测和更换的单元,并在各单元内外设置必要而充分的测试点;各组成模块开机后具有自检功能,可以对各个模块进行检测,这些模块覆盖了产品的主要故障部位,可以在产品出现故障时判断故障原因,并能够精确定位,缩短维修时间;在运行过程中,能够主动检测故障点并警示。

(10)、保障性

维修专用设备使用、携带方便;维修专用设备、工具、维修配件、消耗品、维修资料有保证,配备齐套,并充分考虑初台备件利用率和备件数量保障度的合理性,在每个场地配有一套备件;系统设计考虑防差错措施,能够避免误操作,根据信号性质不同,插头、插座设计采用不同形式,杜绝在操作、维修、维护过程中人为差错的发生;并增加明显标识,训练模拟系统配有一台备份工作站,并额外提供一台显示器及一套键盘鼠标作为备份;在计算机硬盘的最后一个盘符设置有系统及软件的GHOST备份,能够实现快速复原,并且具备一键还原恢复系统功能;

(11)、安装与调试

活动机构运动平滑、稳定,没有跳动、抖动、异响、弯折、卡滞、松紧不一等异常现象;能准确自如完成要求的运动功能,并能自如地停留在行程的任意位置;连接机构连接可靠,没有起毛生锈、腐蚀及损伤;坚固件与被坚固件的支撑面应紧密接触,没有松动和错位、生锈、腐蚀、且具有力矩标识;设备运输至交付单位进行安装调试,运输过程中有外包装和可靠加固,确保运输过程中设备的质量和性能;模拟系统产品运输符合水路、陆路和空运及装载要求,在运输过程中采取防雨、防碰撞措施。严禁野蛮装卸,防止产品受损。本单位货物均采用具有减震器的交通工具运输。严格按包装上储运图示标志作业。产品所在现场的负责人根据产品的特点(外形及搬运要求),配置和选用适宜的搬运工具,规定合理的搬运方法,以防止搬运物资受到损坏。

(12)、维护和保养

设备便于维护保养,除必要的润滑、紧固外,没有复杂的维护保养操作项目;对于易损件,将随装交付备附件,此外,还包含易损件、维修工具以及维修资料等附件;软件系统能向上及向下兼容,更新换代主机后仍能可靠运行;

(13)、人机工程

模拟训练舱有适合驾驶员进出舱的位置,且配备便携梯子,方便进出;模拟训练器材满足3个工位(驾驶员、副驾驶随车教练员、综合控制台考核导调人员)的训练与考核需求,舱内预留有第三人活动空间,可提供维修测试工位;本系统使用说明书条理清晰,内容简洁,能指导操作者正确操作使用产品,另提供视频使用介绍,方便操作者快速学习;系统在设计操作使用上方便,界面风格易于理解,设置和编辑过程中的步骤减化,产品的启动操作简单便捷,操作动作少,一个操作功能点在三个操作步骤内完成,具备一键上电、一键启动、一键关机,有标识指引,操作说明等指示;专用开关、按钮等装置易于操作,具有防误操作功能,有明显标识。关键开关布置在显著位置,易于操作;车窗、左、右后视镜和保险杠视镜布置可以使驾驶员的观察位置、视角与实车基本一致,使驾驶员获得与在实车上相同的观察效果,视镜可进行小角度、小位移灵活调整;

(14)、颜色及涂层

动感平台、控制柜以及综合控制台的颜色及涂层为军绿色或根据用户要求;驾驶舱外表面颜色与相应的特种车辆外表面颜色相符或根据用户要求;驾驶舱、动感平台、控制柜涂覆符合用户要求;系统内表面及管路,设备色彩符合有关标准规定或用户要求;

(15)、产品标志和标记

模拟训练器材包含永久性铭牌及喷塑标识;铭牌内容包括承制方名称(或代号)、产品名称(或代号)、产品型号、产品批号、出厂编号、出厂日期等;标识清晰醒目,标识的背景和底色应当采用对比色,使消费者易于辨认、识读。产品铭牌使用文字、数字、字母等,其字体高度至少为1.8毫米;接线柱、接线板和接线条包含永久性识别标记,且采用不同颜色标识及区分;电缆和导线的端头做号码标记,电缆标记可做在电缆头上、套管上或缠绕的塑料带上,做标记时不会损伤导线,舱体内部张贴电缆接线图;所有带接线片的导线及需借助螺钉或螺母固定的导线做号码标记(特殊情况除外);

(16)、外观质量

线缆布设整齐有序,配备专业的布设线槽及固定装置,保证线缆不舍美观安全可靠,接线柱和插座固定牢固;加工过程采用我单位统一的工艺过程规范,做好《质量管理手册》中规定的生产工艺准备工作,保证工艺质量和可靠性,确保生产出符合设计质量和工艺要求的产品,工艺按批准的图纸、技术文件和工艺要求进行,设备在生产过程中,实施严格的质量保证和控制,按照西安航天动力研究所《质量管理办法》《工艺工作管理办法》《产品质量评审控制程序》等文件中规定的生产工艺准备工作;对关键件、重要件的试制、试验,有必要的工艺、工装,以便确保加工和装配的质量,配有三定表等文件,且产品质量具有可追溯性。

3.2 模拟驾驶室

模拟驾驶室由驾驶室本体、操纵机构模拟设备、仪表面板模拟设备、驾驶数据采集与控制设备以及其他辅助设备组成,为驾驶员提供驾驶技能训练操作环境。此外,还增加了一些环境和外形仿真辅助设备,包含音箱、拾音器、摄像头、舱体顶部照明灯、电源控制柜、断路保护器等设备,给乘员提供较为逼真的驾驶沉浸感。

1.操纵机构模拟设备

操纵机构模拟设备基于实际操纵部件(方向盘、制动踏板、加速踏板、离合踏板、变速箱档把、仪表开关等)进行技术改造,根据不同部件的电气特性,增加不同的传感器,复现与真实驾驶室一致的仿真驾驶操纵环境。方向盘、离合、制动、档位、加速、座椅等相关部件,其外形尺寸、工况位置、运动范围和操纵力度感觉等与实装基本一致,档位能够使用当前特种车辆中手动挡和自动挡位的操作要求。

操纵机构模拟设备的操作手感、操作流程与实车一致,关键机构(方向盘、制动踏板、加速踏板、离合踏板)的操纵力反馈与实车一致,其它机构(变速箱挡把、仪表开关等)的操纵力反馈与实车基本一致。模拟驾驶舱中各种驾驶操纵件(包括各种挡位操纵杆、转向盘、离合踏板、加速踏板、制动踏板)的负载力及其变化特性,保证驾驶员在模拟舱内的操纵力感、操纵位置感及行程同实车基本一致。

1)转向操纵装置:与实现实装一致的外形、仿真功能和操纵力反馈。设计有左右限位,在转向操纵装置的转向轴根部设计了阻力可调的阻尼装置,调整阻尼装置使方向盘的操纵力感与实装基本一致。

2)制动踏板装置/加速踏板装置/离合踏板装置:与实现实装一致的外形、仿真功能和操纵力反馈。机构上设计了机械弹簧和气弹簧,并设计了调节方法,装配完成后可以在模拟器上调整行程角度和力量,使与实装基本一致达到7030牛毫米。

3)变速箱档把:与实现实装一致的外形、仿真功能和操纵力反馈。档把内部采用精密机械结构配合传感器,实现各个挡位的操纵力感和行程与实装相一致的效果。档位能够实现当前特种车辆中手动挡和自动挡位的操作要求。

4)驾驶座椅:驾驶座椅采用机械加工方式设计制作,仿真实装外形功用。其外形尺寸、工况位置、运动范围和操纵力度感觉等与实装基本一致。

2.仪表面板模拟设备

仪表面板实时显示被模拟的大型特种车辆的运行状态参数,并且要符合大型特种车辆真实仪表的动态及静态特性。仪表面板采用模拟真实仪表,表盘结构和指示与合同要求车型的真实仪表基本一致。驾驶仪表设备采用电子虚拟仪表,表盘结构和指示与模拟车型仪表基本一致。驾驶舱体内部中控台采用的结构设计实现与实装基本一致的外形、仿真功能和操作;

3.驾驶数据采集与控制设备

驾驶数据采集与控制设备具有采集、处理、传输、接收和控制相关信息的功能,和“训练管理分系统”之间的接口相一致。数据采集及控制设备采用CAN总线进行采集,并提供串行接口备用。通过以太网与仿真计算机进行通信。

模拟驾驶室技术指标如下。

类别

技术指标

参数

外形尺寸

驾驶舱外廓尺寸(mm)

3000×3300×2200

功能参数

制动踏板转角(°)

25(±0.9°)

加速踏板转角(°)

14(±0.9°)

离合踏板转角(°)

23(±0.9°)

转向盘转角(°)

-900~+900(±0.9°)

转向盘扭矩(N∙m)

2.5~38

重量

模拟驾驶室单台质量(kg)

1200

设备结构

舱体结构

封闭式结构,且舱体内外蒙皮封闭

搬运方式

设备搬运方式

底部设计有可锁死万向轮

安全保护

急停保护

4处①

注:①驾驶室内设置2处急停按钮,驾驶室外设置2处急停按钮。驾驶室外可由同伴协助处理应急事件。

3.3 动感仿真平台

动感仿真平台采用六自由度运动平台模拟车辆行驶姿态与体感,由六自由度运动台体、控制柜、驱动软件、伺服驱动系统等部分组成,能够真实模拟车辆行驶过程中的震动、颠簸、摇摆、过载等运动姿态与体感。运动台体可实现空间六个自由度的运动(俯仰、偏航、滚动三个方向的转动,以及纵向、横向、垂向三个方向的直线运动);控制柜用于实现六自由度运动平台的运动控制和状态监控,配有电子显示屏,能有实时显示平台运行姿态;平台电动缸装有机械限位装置,具备极限保护、极限防撞击措施,保护设备安全,各电动缸伺服电机驱动器具有电流扭矩过载、位置偏差大、数据总线故障、电源欠压、编码器故障等保护功能,驱动器检测到故障信号后,产生相应的报警信号,设备保持当前姿态,直至故障解除;当电动缸运行至极限位置时,驱动器、控制计算机同时屏蔽正向输入运动信号,仅允许离开极限位置的方向运动;

(1)、动感仿真平台技术指标如下。

类别

技术指标

参数

外形尺寸

平台外廓尺寸(mm)

3000×3300×1050

平台控制柜寸尺(mm)

950×500×1550

(配有状态显示电子屏)

系统安全保护功能

动态锁定功能

具备

安全锁定功能

具备

电气异常保护

过程保护

具备

短路保护

具备

防撞击损坏保护

具备

断电原位自锁

具备

自主恢复功能

并当设备排除断电故障后,能够自主恢复初始位置。

漏电保护功能

配电柜配置有漏电保护断路器,且具有安全可靠的接地保护装置

电缸异常保护

极限保护

具备

限位保护

当电动缸运行至极限位置时,驱动器、控制计算机同时屏蔽正向输入运动信号,仅允许离开极限位置的方向运动。

极限防撞击

具备

系统异常报警

电流扭矩过载

故障报警,设备保持当前姿态,直至故障解除

位置偏差大

数据总线故障

电源欠压

编码器故障

安装/搬运方式

安装方式

平台的基座与设备尺寸一致,并增加安装底座,增大设备受力面积,提高设备稳定性,避免安装时打地基或加固地面

搬运方式

底板上具有吊环装置,采用镀锌优质钢材加工而成,强度较高,便于运输起吊,配备把手,方便操作,底部有移动行走装置,便于现场安装。

(2)、六自由度平台通过运动规划实现与实装一致的动作,使得驾驶仿真器材的感受与实际感受一致,六自由度平台性能指标具体如下表。

运动平台性能参数

运动能力

序号

姿态

位移

速度

加速度

重复精度

1

俯仰

±15.5°

±20.5°/s

±152°/s2

0.1°

2

滚转

±15.5°

±20.5°/s

±152°/s2

0.1°

3

偏航

±15.5°

±20.5°/s

±152°/s2

0.1°

4

Z垂直升降

±205mm

±305mm/s

±0.8g

1mm

5

Y纵向位移

±205mm

±305mm/s

±0.8g

1mm

6

X侧向位移

±205mm

±305mm/s

±0.8g

1mm

振动指标

7

频率:4Hz

平台平均功率

8

11kW

有效载荷

9

载重:1.6t(含台体上平面重量)

噪音

10

1m距离噪音强度低于68dB

响应时间

11

响应时间低于20ms,控制时间低于18ms

漂移

12

连续运行12小时以上,任何一个伺服机构的位置漂移不超过满量

程的±0.9%

环境条件

13

工作温度-10~50℃,储存温度-20~60℃,相对湿度95%±3%(40℃)

供电条件

14

电压:400VAC ±10%;

电源类型:3相+中位+地线;

频率:50/60 Hz W

无故障时间

15

系统平均无故障时间在2000小时以上

扩展接口

16

提供动感平台开发接口,与“训练管理分系统”之间的接口相一致。

并提供串口与网口等多种接口方式,方便模块化升级及后续扩展。

其他

17

动感平台姿态控制驱动程序,操作简洁、界面友好,具有自检、调试、故障报警、并具备故障代码显示功能,供工程师排查问题和修复和一键自动恢复功能

3.4 视景仿真平台

视景仿真平台主要由前向视景仿真平台,视镜仿真平台、仿真计算机和数字音效设备组成,用于实现前向及左、右、后视镜和保险杠视镜景象的生成和显示。

(1)、视景仿真平台技术指标如下。

技术指标

参数

前向视景显示屏

34寸

左、右后视镜显示屏

10.4寸液晶显示屏

保险杠视镜显示屏

8寸液晶显示屏

显示屏

是否采用超窄边屏

支持开机时长(h)

7×24×365h

主视景显示屏支持分辨率

全高清分辨率2560×1440,且向下兼容

其余副视景显示屏支持分辨率

全高清分辨率1920×1080,且向下兼容

背光亮度

500cd/m2

对比度

3500:1

画面长宽比列

16:9

可视角度(°)

178°

使用寿命(h)

≥61000h

刷新频率(Hz)

75Hz

可支持输入信号

VGA(RGBHV)、DVI、HDMI等

是否采用全数字处理单元

是否支持分屏显示,整屏显示,任意组合显示

数字音效设备

频率响应(dB)

58 ~ 2000(-10dB)

额定功率(W)

≥300W

标称阻抗(Ω)

覆盖角度(H×V,°)

90°×60°

信号输入

2×Speakon

信号输出

2×Speakon

工作模式

内置三分频

是否内置多功能三分频音箱

是否有音响支架安装座

是否有防尘配件

UPS电源

输入电压范围(V)

115-280V

可正常工作时长(min)

≥40min

(2)、视景仿真平台能实现前方视景、视镜、监视和向导界面等多通道视景同步展示,训练过程流畅、无卡滞、无死机、无闪退、无失灵;

(3)、为保证驾驶逼真沉浸感,视景仿真设备配置了环境和外形仿真设备,驾驶员环绕视景显示能够无缝拼接,显示视觉效果与车辆速度相匹配,与实景一致;视镜画面通过驾驶舱相应位置的显示屏显示,视景布局与实车一致,驾驶舱左、右、后视镜和保险杠视镜中软件生成的画面,与实车驾驶员视角的视镜画面一致,提供导航地图、监控画面等,便于舱内教练员训练观察;

(4)、前向视景显示采用显示屏有缝拼接的方式(画面无明显拼接痕迹),以减小占地空间,单个显示屏尺寸根据模拟驾驶室前舱尺寸合理选择,采用无边框、LCD、2K高清显示屏,满足驾驶员视觉沉浸感和逼真度;

(5)、训练过程中无明显不适感觉,保证80%的受训人员连续操作60分钟后没有眩晕感;

(6)、显示屏抗震动(20mm±3Hz)、抗干扰、防灰尘、含支撑支架且支架外观美观,底座固定于驾驶舱上、显示器包含视频线缆(30米)、大屏电源线、超五类屏蔽232线、USB转232串口转接头等必要配件;

(7)、音效带混音功能,即实现声效仿真的播放又实现对讲系统的放音。数字音效设备能够合成车辆运行过程中的发动机、加速、制动、碰撞、交通环境、战场环境、设备故障、天候环境和提示语音的声效,其音响效果及与操作配合音效等与实车基本一致;

(8)、模拟舱内增加一台视景仿真计算机,采用工控机双显卡模式,可以很大程度提高系统流畅度和画面精细度。单套模拟训练舱采用1台仿真计算机,仿真计算机满足如下功能指标。

序号

参数名称

具体指标

1      

品   牌

硕控SOKON

2

处理器

第七代i7-9700 8核3.6GHz

3

内   存

16GB

4

硬   盘

500GB固态硬盘+1TB 7200转64MB缓存机械硬盘

5

扩展插槽

1* PCIe(16X),1* PCIe(4X),1* PCIe(1X),4* PCI

6

独立显卡

GeForce GTX1650(4GB-GDDR6显存/DP+HDMI+DVI)

显卡数量:2块,每块显卡支持4个显卡接口

7

环境参数

工作温度-20℃~60℃;存储温度-40℃~80℃;

相对湿度5%~95%(无凝露)

8

电   源

额定输出功率:500W,交流输入:100~240VAC@50Hz~60Hz


3.5 综合控制台

综合控制台由工作站、显示器、交换机、打印机、音响设备、控制电源、桌椅、对讲装置等组成,主要用于安装视景仿真分系统、车辆仿真分系统、路谱仿真分系统、训练管理分系统软件,是驾驶模拟训练器材的控制中心,用于操控整个系统运行。


综合控制台技术指标

技术指标

参数

综合控制台外廓尺寸(长×宽×高,mm)

1550×1200×1250

台柜寸尺(长×宽×高,mm)

400×450×550

(含激光打印机1台,A4纸一包)

系统开机时间(min)

≤4min

是否支持一键开机

工作站配置

CPU

十一代I7-11700K 8核16线程3.6 GHz

内存

2×16GB

显卡

8G Gefore RTX2060

硬盘

4TB硬盘+500GB固态硬盘

外置光驱

DVD

显示屏尺寸

27"

显示屏分辨率(pix)

2560×1440

四、软件功能情况

大型特种车驾驶模拟训练系统的体系结构包含训练任务视图、能力视图、硬件视图以及软件视图等要素,各要素之间紧密联系,相互作用,同时各视图相互独立,便于模块化维护与管理。

训练任务视图包括训练科目、训练方式、业务流程等内容,为用户提供大型特种车辆装备操作训练科目以及业务流程;能力视图包括系统的基本能力与系统的技术性能,为模拟训练系统提供快速便捷的应用支撑;硬件视图包括舱外布局、舱内布局以及硬件系统的组成,为模拟系统提供硬件结构支撑;软件视图包括总体设计与软件设计,为模拟训练系统提供完善的技术架构、功能组成、信息流程以及应用流程,为系统快速构建聚合级智能体和平台级智能体提供快速便捷的软件应用支撑。

系统体系结构见下图。

系统按照“体系化、标准化、模块化”的设计思路,综合运用军事建模、计算机图形学、计算机网络、计算机仿真等相关技术以及军事仿真模型资源库,以模训中心建设思路与应用方向为牵引,以装备操作、指挥训练为主线,以虚拟教学训练系统、半实物模拟仿真训练系统建设为重点,采用卡法虚拟教学训练软件、研制模拟仿真操作硬件环境、研制模拟训练系统,开发装备模拟训练系统。从体系的层次结构上划分为基础设施层、数据服务层、平台支撑层、业务支撑层、业务应用层五个层次的结构进行设计,项目系统技术架构如下图所示。

4.1 导控功能

(1)、软件系统能实现场景、天候、车型、科目和训练模式初始化设置,可维护与管理训练与考核对象基本信息、训练与考核信息,可进行导调控制、统计分析、查询、数据管理、系统配置等工作,能实现训练与考核科目、类型及判据的设定,设备信息管理、考核判据的维护和修改,能够实现科目选择、视角切换、设备启闭,可随时停止、复位系统的运行,具备设备运行状态及故障状态实时监测功能。

(2)、教练员可通过综合控制台实时对受训人员训练与考核情况、虚拟车辆运动状态进行监控,教练员能够由控制台选择乘员发送文字消息,文字消息可实时编辑,发送后文字信息能够立即在乘员训练视景中显示,显示内容能够自动消失或者由控制台控制消失。组训人员能够与受训人员进行语言通话,通话方式包括单道和多道。能够对受训者进行语音指导,能够使用控制计算机随时对受训者进行文字指导,教练员还可通过视频与受训人员进行交流,对其进行现场指导;

(3)、教员可以通过态势监控模块,实现驾驶操作训练进程中的态势实时监视,主要包括各车位置、训练状态、任务完成情况、协同配合情况等;

(4)、对训练过程的态势进行显示、记录、回放等功能,可以训练结束后对训练数据和过程数据进行回放,支持回放的启停操作、速度控制和时间选择,回放速度支持2、4、8、16、32倍速;并支持对训练过程中进行日志记录,支持对回放过程的控制,为训练讲评提供支持。

4.2 训练功能

(1)、能够有效模拟仿真基础驾驶、倒车、倒库、转向、定位停车、通过桥涵等45个场地驾驶训练场景的训练科目;

(2)、能够有效模拟仿真城市道路、高速公路、乡村道路、山区道路、涉水路段、冰雪路段、卵石路段等道路模拟驾驶,通过弹坑路段、燃烧路段、反坦克壕等战地模拟驾驶,以及途中爆胎处置、车辆侧滑处置等应急避险模拟驾驶的综合路段训练科目,科目数量为40个;

(3)、系统将针对基础驾驶动作训练、道路驾驶、连续通过限制路和障碍物4个典型科目,设计提高传感器采集精度、场景仿真逼真度、动态响应程度等,满足竞技、比武考核的要求;

(4)、训练科目参考《汽车驾驶专业新兵岗前训练大纲》和特种车驾驶场地建设标准,对《汽车驾驶专业新兵岗前训练大纲》中的大型特种车辆驾驶训练课目进行有效仿真模拟,还可根据用户需求额外增加其他科目。

4.3 原理教学功能

(1)、课目设置:原理教学模块用以满足特种车辆驾驶学员对特种车辆运动原理、驾驶原理等内容的理论教学需求;实现发动机、底盘、电气设备、各型挂车等基本知识,基础驾驶、场地驾驶、道路驾驶、战地驾驶、车辆紧急避险等驾驶基本知识,故障排除、保养、运输勤务等大型特种车基本知识库,以及仪表开关识别、操纵机构操作、发动机起动与熄火、起步、停车、直线行驶、转向、换挡、制动等基础驾驶流程库,可以据此开展大型特种车辆驾驶原理教学;

(2)、数据管理:资料采集模块主要完成教学管控系统中的教学与训练资源管理。包括理论知识库、设备信息库、设备操作资料库、操作实训库、故障处置库、试题与试卷库等;

(3)、理论教学:可以组织进行《特种驾驶训练大纲》相关课目理论教学内容,完成脱装相关驾驶与指挥体会练习和训练;

(4)、操作示范:可以按照教材及大纲要求,对对应课目进行示范教学,分为影音示范、系统示范。影音示范在通过课件教学进行讲授要领,系统示范主要体现在系统上边示范边操作强化体验效果。

4.4 考核评估功能

(1)、可以以科目为单元进行考核内容的灵活订制,不受科目顺序、位置、中间行驶距离的限制,系统配置可以设置科目考核要求与标准;

(2)、系统支持根据考核情况,结合教练员主观评判与实际考核情况,给出综合成绩,并能完成考核成绩查询、考核结果报表打印功能,可提供与历史成绩的对比分析报告;

(3)、针对不同的培训层次,可以设置不同的考核模式,具体包括:对于新兵学员,以训练大纲考核科目为依据,考核学员对驾驶理论基础、驾驶流程、操作规程的熟悉程度,对不同场景车辆驾驶的适应程度,考核方式主要以通过性考核为主;对于初级士官学员,以训练大纲中某几个典型考核科目为内容,考核学员对驾驶理论基础、驾驶技能、驾驶技巧、典型路况车况处理的能力,考核方式可以采用竞技、比武的方式进行;

(4)、设有补考选项,当学员考核未通过时,可进行补考。

4.5 人员信息管理功能

(1)、支持教员或者系统管理员为受训人员建立训练档案,包括人员、单位、训练时间、训练课目、训练成绩等信息;

(2)、管理员及教练员能够对任务、成绩、训练档案的统计、查询、增删、打印等管理功能。受训者能够使用系统提供的部分功能,如成绩查看等功能,不能对成绩进行删除以及对系统进行维护;

(3)、具备对人员、单位、科目、训练内容等的管理,以及软件运行的日常管理等,同时支持批量导入功能,支持doc、xls格式的内容一键导入;

(4)、提供学员录入及编辑功能,能够录入受训者的相关信息,并将录入的信息存入数据库,并能够对录入的信息进行维护;

(5)、训练装备信息录入及保存。

4.6 拓展功能

训练系统能够存储并回放训练过程,可以选择已经保存的训练过程进行回放。回放过程可以暂停、快进。能够存储不少于1000次训练过程,系统可保留7000小时的训练数据,并留有数据接口,便于和其它训练管理系统数据共享。支持的最大40分钟记录及回放时间。

4.7 驾驶数据采集功能

(1)、驾驶数据采集处理分系统负责车辆驾驶模拟舱内操纵部件在操作时所产生的信号,并将这些信号传输至综合控制台主控计算机。监测显示提供多种方式呈现,包括数值显示以及操作部件动画显示,更加直观。同时负责分发主控计算机对驾驶模拟舱的控制指令数据,根据接口地址及指令,控制相应的信号灯、数码显示屏等设备。

(2)、驾驶数据采集处理分系统能够实时状态监控驾驶舱内设备硬件操作状态,监控方式包括操作部件动作程度的数值监测、以及操作部件动作的动画显示,以及视频监测。此外,该份系统还能够实现驾驶舱内硬件设备的自检工作。并提供自检结果报告,可存储、查询和打印,方便统计和维护。

(3)、驾驶数据采集处理分系统通过CAN总线进行采集,通过以太网与主控计算机进行通信。需要采集的数据包括:方向盘转向信号及力反馈信号,挡位信号,加速、制动、离合踏板力反馈信号,仪表盘灯光、拨杆等开关操作信号。

4.8 动感平台运动控制功能

动感运动平台控制系统能够输出各个驱动装置的状态,真实模拟车辆颠簸、摇摆、震动等运动姿态。并提供图形化驱动装置的各项参数状态,便于操作者监测设备指标;动感运动平台控制系统特点如下:

类别

特点

是否具备

备注

界面特性

友好性


易用性


规范性


合理性


美观性


故障响应

自检功能


调试功能


故障报警


自动恢复

一键自动恢复

故障记录

记录


统计


存储


分析


扩展性

界面开放


软件升级


二次开发


远程协助升级


安全性

底层软件封装


底层加密处理


软件行程保护


非法位置识别

声光警示

安全警示


结构硬限位



4.9 视景仿真功能

视景仿真分系统主要包括三维场景仿真、目标模型仿真和场景特效仿真等三方面。视景仿真分系统响应模拟器数据采集系统的各项输入,经过仿真运算处理后,实时输出具有丰富细节、高帧速率的三维动画。应用关键帧动画技术模拟大型特种车各种训练科目,结合过程动画技术和粒子系统对车轮对地表构造以及土壤的运动进行仿真。根据面向对象原理,采用场景树对渲染过程和仿真流程进行管理。系统实现了对车辆运动和作业对土壤和地面构造等的动态视景仿真。

视景仿真功能特点

场景类型

包括驾驶模拟训练科目中场地驾驶训练场景和道路模拟驾驶、战地驾驶、应急避险驾驶、故障排除、战时行车勤务等综合路段训练场景

地图数量

具有3个训练场(含北京延庆训练场)的实景地图仿真场景

天候环境

具有晴、雨、雪、雾和夜间等常见模拟天候环境,以及6个极端天候(炎热、严寒、沙尘、雷暴、台风和暴雨等危险天气)环境

地形特征

路面具有相应的动力学特性,具有平原、山地、高原、平原、丘陵、山地、荒漠、林地等多种训练场景地形

道路特征

城市道路、高速公路、急造公路、山区道路,涉水、泥泞、松沙、倾斜、卵石、冰雪、震毁、岸滩路段,高原、戈壁地区等。可根据部队实际需要进行个性化定制,并且提供不同地形状态下的天候选择,可交叉配置场景,提供多样化训练环境

应用模式

通用道路行驶模式、部队战地行驶模式、涉毒地段行驶模式、应急避险行驶模式等

建模方法

采用LOD先进建模技术,逐级显示场景资源,减少系统资源消耗,将占用很少的计算机系统资源,使系统运行性能稳定此外,还采用烘培技术优化软件,提升系统运行性能

显示性能

计算机生成的三维实时图形,显示分辨率为1920×1080×64(长×宽×高),图形刷新频率为60帧/秒,且人眼感觉不到卡顿

仿真模型库

具有2轴、4轴、5轴、6轴、8轴、8轴挂车等至少8种大型特种车辆虚拟模型的仿真模型库,并具有良好扩展性。本系统设计至少八种车型:C3005N85TE、C3005T58、WS2400发射车、YJ62A、WS2500、WS2600、TA5570、TA4360

要素特征

场地模型的高程分辨率为0.5m,影像分辨率为0.6m,模型中包含路灯、信号指示灯、路标、电线、配电箱等,场景中人物建模清晰可视手指,建筑物建模对光照及门窗清晰可见,车辆建模车窗车灯及对应车辆品牌型号清晰可视


4.10 车辆仿真功能

基于大型特种车辆的操纵系统、动力系统、传动系统、行动系统的组成、结构、性能参数、性能试验数据和特种车辆行驶理论,采用理论建模与实验建模相结合的方法,建立发动机、变矩器、变速箱、汇流行星排、侧传动、主动轮等部件的数学模型,并以此为基础,构建全车动力学、运动学模型,实现车辆起步、变速、转向等过程的动态仿真和大型车辆行驶性能的全数字仿真,满足驾驶员操作技能的训练需求。具体特点如下:

(1)、车辆物理模型的运动状态、动力学特性以及车辆模型建模本身的精细化和逼真化与实车基本一致,使驾驶员获得逼真的驾驶体验;

(2)、软件能实时采集加速踏板、制动踏板、离合踏板、挡位、方向盘、仪表面板等操作信号,并正确驱动虚拟车辆运行,其操纵感知与实车相似,并且软件可以将车辆运行的数据实时反馈至驾驶仪表盘和中控台显示;

(3)、软件根据虚拟车辆运动姿态(包括加减速、转弯、上下坡道、震动、碰撞等)实时驱动动感平台,受训人员运动感知与实际道路、场地驾驶时相似,并且受训人员可以根据场景环境操作车辆的运行状态。

4.11 路谱仿真功能

路谱仿真分系统是对道路路面谱(路谱)进行仿真,路谱指的是路面不平度的功率谱密度曲线。根据不同性质的路面特征,模拟出各类路面的不平度的功率谱密度曲线属性模型,路面属性与道路模型匹配后,实现各类仿真路面的车辆驾驶反馈与体验与真实路面反馈效果基本一致。

路面谱模型包含搓板路、碎石路、卵石路、典型等级公路、涉水路、涉毒路、泥泞路等实景道路;

道路类型如下:

道路名称 道路特征 环境特征 自然环境 里程数
城市道路 环形结构,双向4车道 包含双向行驶道路、交通指示设备、市区房屋建筑、周围环境绿化、远景制作、其它行驶车辆与人物,具有路灯及实时光影 雾天、晴天、黑夜、下雨、下雪。并且可根据天候类别进行程度分级。 40km
高速公路 环形结构,双向6车道 包含双向行驶道路、交通指示设备、周围环境绿化、隔离带、远景、其它行驶车辆、高速车道进出口、立交桥仿真。无路灯,实时光影。 雾天、晴天、黑夜、下雨、下雪。并且可根据天候类别进行程度分级。 55km
山区道路 向上攀爬的S型山路,道路为环形结构 双向行驶车道 包含山体以及周围自然环境,路面为盘山路、砂石路、凹凸路面混合。可实现实时光影。 雾天、晴天、黑夜、下雨、下雪。并且可根据天候类别进行程度分级。 40km
乡村道路 土路、砂石路、公路、凹凸路面混合,双车道 具备草地、田野、沟壑等视景,无路灯,实时光影 雾天、晴天、黑夜、下雨、下雪。并且可根据天候类别进行程度分级。 40km
平原道路 环形结构,双向行驶车道 包含山体、平原地形、交通指示设备、周围环境绿化、远景。实时光影 雾天、晴天、黑夜、下雨、下雪。并且可根据天候类别进行程度分级。 40km
荒漠道路 荒漠自然道路,双向行驶车道 包含荒漠地形、交通指示设备、周围环境绿化、远景。实时光影。 雾天、晴天、黑夜、下雨、下雪。并且可根据天候类别进行程度分级。 40km
戈壁滩道路 戈壁滩自然地形道路,双向行驶车道 包含荒漠地形、交通指示设备、周围环境绿化、远景。实时光影。 雾天、晴天、黑夜、下雨、下雪。并且可根据天候类别进行程度分级。 40km
混合道路 具备上述道路的混合 包含车辆出库、乡村、山区、城市、高速道路、山地、山区、荒漠、戈壁、停车入库 雾天、晴天、黑夜、下雨、下雪。并且可根据天候类别进行程度分级。 65km

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