适用于模拟驾驶的目标轨道车辆的行驶状态控制方法与流程

本发明实施例涉及，具体涉及一种适用于模拟驾驶的目标轨道车辆的行驶状态控制方法、装置及仿真速度传感器。

背景技术：

目前大部分仿真速度传感器都通过上位机发码——下位机解析——生成速度脉冲的方式来实现。具体为操作人员通过上位机将当前速度信息发送给下位机，下位机接收解析并生成相应频率的速度脉冲，此速度脉冲最终被车载控制器接收。

这种方式简单易行，比较直观，操作人员需要多大速度就发送对应码元，下位机会自动生成对应速度大小的脉冲。但实现本发明实施例的过程中，发明人发现室内培训司机时通过此种方式无法像真车推手柄那样给司机以足够反馈，或在室内测试时发送的速度大小不连续造成测试结果不准确等。

技术实现要素：

本发明实施例的一个目的是解决现有技术中被培训对象的操作与上位机生成的行驶信息相互独立，导致被培训对象和培训老师难以判断操作是否有误，进而影响被培训对象的学习效率。

本发明实施例提出了一种适用于模拟驾驶的目标轨道车辆的行驶状态控制方法，包括：

获取目标轨道车辆的初始行驶信息；

获取用于控制所述目标轨道车辆的操作手柄的运动数据；

根据所述运动数据获取目标轨道车辆的行驶变化信息；

根据所述初始行驶信息和所述行驶变化信息获取所述目标轨道车辆的目标行驶信息；

将所述目标行驶信息发送至下位机，以使所述下位机根据所述目标行驶信息控制所述目标轨道车辆的行驶状态。

优选地，所述操作手柄包括：方向手柄和制动手柄；所述运动数据包括：方向手柄的方向档位信息和制动手柄的制动档位信息；

相应地，所述根据所述运动数据获取目标轨道车辆的行驶变化信息的步骤具体包括：

根据所述方向手柄的方向档位信息获取所述目标轨道车辆的行驶方向变化信息；

根据所述制动手柄的制动档位信息获取所述目标轨道车辆的行驶速度变化信息。

优选地，所述初始行驶信息包括：初始行驶方向信息和初始行驶速度信息；

相应地，所述根据所述初始行驶信息和所述行驶变化信息获取所述目标轨道车辆的目标行驶信息的步骤具体包括：

根据所述初始行驶方向信息和行驶方向变化信息获取所述目标轨道车辆的行驶方向信息；

根据所述初始行驶速度信息和行驶速度变化信息获取所述目标轨道车辆的行驶速度信息。

本发明还提出了一种适用于模拟驾驶的目标轨道车辆的行驶状态控制装置，包括：

第一获取模块，用于获取目标轨道车辆的初始行驶信息；

第二获取模块，用于获取用于控制所述目标轨道车辆的操作手柄的运动数据；

第一处理模块，用于根据所述运动数据获取目标轨道车辆的行驶变化信息；

第二处理模块，用于根据所述初始行驶信息和所述行驶变化信息获取所述目标轨道车辆的目标行驶信息；

发送模块，用于将所述目标行驶信息发送至下位机，以使所述下位机根据所述目标行驶信息控制所述目标轨道车辆的行驶状态。

优选地，所述操作手柄包括：方向手柄和制动手柄；所述运动数据包括：方向手柄的方向档位信息和制动手柄的制动档位信息；

相应地，所述第一处理模块，具体用于根据所述方向手柄的方向档位信息获取所述目标轨道车辆的行驶方向变化信息；根据所述制动手柄的制动档位信息获取所述目标轨道车辆的行驶速度变化信息。

优选地，所述初始行驶信息包括：初始行驶方向信息和初始行驶速度信息；

相应地，所述第二处理模块，具体用于根据所述初始行驶方向信息和所述行驶方向变化信息获取所述目标轨道车辆的行驶方向信息；根据所述初始行驶速度信息和所述行驶速度变化信息获取所述目标轨道车辆的行驶速度信息。

本发明还提出了一种仿真速度传感器，包括：上位机和下位机；

所述上位机包括如上述的适用于模拟驾驶的目标轨道车辆的行驶状态控制装置；

所述控制装置，还用于将所述目标行驶信息转换为报文数据，并将所述报文数据发送至所述下位机；

所述下位机，用于根据接收到的报文数据生成脉冲信号，并将所述脉冲信号传输至车载控制器，由车载控制器根据所述脉冲信号控制所述目标轨道车辆的行驶状态。

优选地，所述下位机包括：第三处理模块和第四处理模块；

所述第三处理模块，用于对接收到的报文数据进行解析，以生成所述目标行驶信息，并将所述目标行驶信息传输至所述第四处理模块；

所述第四处理模块，用于根据所述目标行驶信息生成脉冲信号，并将所述脉冲信息传输至所述车载控制器。

优选地，所述第三处理模块，具体用于获取所述第四处理模块的时钟源信息；

根据实时解析出的目标行驶信息和所述时钟源信息获取与当前目标行驶信息对应的预分频系数，并将所述预分频系数发送至所述第四处理模块。

优选地，所述第四处理模块，具体用于接收所述第三处理模块传输的预分频系数；根据所述预分频系数生成并输出与所述预分频系数对应的两相速度脉冲频率。

由上述技术方案可知，本发明实施例提出的适用于模拟驾驶的目标轨道车辆的行驶状态控制方法、装置及仿真速度传感器基于被培训对象的操作，以生成与操作对应的目标行驶信息，与现有技术中目标轨道车辆的行驶信息与被培训对象的操作相互独立的技术方案相比，能快速的判断出被培训对象的操作是否有误，并能及时的更正，具有提高培训效果的优点。

附图说明

通过参考附图会更加清楚的理解本发明的特征和优点，附图是示意性的而不应理解为对本发明进行任何限制，在附图中：

图1示出了本发明一实施例提出的适用于模拟驾驶的目标轨道车辆的行驶状态控制方法的流程示意图；

图2示出了本发明一实施例提出的适用于模拟驾驶的目标轨道车辆的行驶状态控制装置的结构示意图；

图3示出了本发明一实施例提出的仿真速度传感器的结构示意图；

图4是图3示出的仿真速度传感器中下位机的工作原理图；

图5是图3示出的仿真速度传感器中下位机生成的脉冲信号波形图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将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、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图1示出了本发明一实施例提出的适用于模拟驾驶的目标轨道车辆的行驶状态控制方法的流程示意图，参见图1，该方法包括：

110、获取目标轨道车辆的初始行驶信息；

需要说明的是，被培训对象在使用仿真驾驶台进行培训时，仿真驾驶台将记录被培训对象的信息，以及该被培训对象操作的轨道车辆的行驶数据；行驶数据中包括初始行驶信息。

其中，初始行驶信息包括：行驶方向、行驶速度等；初始行驶信息可以为零速，也可以为非零速、及其对应的行驶方向，例如：速度为50km/h，行驶方向为正北。

另外，轨道车辆包括：火车、动车、高铁等。

120、获取用于控制所述目标轨道车辆的操作手柄的运动数据；

需要说明的是，在被培训对象使用仿真驾驶台驾驶目标轨道车辆的过程中，被培训对象通过操作操作手柄来控制目标轨道车辆；

例如，被培训对象通过操作方向手柄控制目标轨道车辆的行驶方向，通过操作制动手柄控制目标轨道车辆的加速度；

仿真驾驶台自动记录操作手柄的运动数据，例如：被培训对象将方向手柄上推至左转档位时，仿真驾驶台记录的运动数据为操作手柄被操作至左转档位。

130、根据所述运动数据获取目标轨道车辆的行驶变化信息；

不难理解的是，被培训对象通过操纵操作手柄来控制目标轨道车辆，即通过仿真驾驶台采集操作手柄的运动数据，并根据操作手柄的运动数据生成对象的行驶变化信息；

例如：运动数据为操作手柄被操作至左转档位，则相应的行驶变化信息为目标轨道车辆向左转。

140、根据所述初始行驶信息和所述行驶变化信息获取所述目标轨道车辆的目标行驶信息；

需要说明的是，仿真驾驶台根据初始驾驶信息中携带的初始行驶速度信息和初始行驶方向信息，行驶变化信息中携带的行驶方向变化信息和行驶速度变化信息，生成目标轨道车辆需要达到的行驶方向和行驶速度。

150、将所述目标行驶信息发送至下位机，以使所述下位机根据所述目标行驶信息控制所述目标轨道车辆的行驶状态。

可理解的是，仿真驾驶台将步骤140中生成的目标行驶信息发送至下位机，以由下位机控制目标轨道车辆改变行驶状态，更改为目标行驶信息中携带的行驶参数。

本发明实施例基于被培训对象的操作，生成对应的目标行驶信息，与现有技术中目标轨道车辆的行驶信息与被培训对象的操作相互独立的技术方案相比，能快速的判断出被培训对象的操作是否有误，并能及时的更正，具有提高培训效果的优点。

下面对本实施例的工作原理进行详细说明：

在被培训对象登录系统后，仿真控制台获取被培训对象选择的轨道车辆(即为目标轨道车辆)的初始行驶方向信息和初始行驶速度信息；

在被培训对象通过操作操作手柄驾驶该轨道车辆的过程中，仿真控制台实时检测操作手柄的运动数据；运动数据包括：方向手柄的方向档位信息和制动手柄的制动档位信息；

可理解的是，方向手柄决定轨道车辆运行方向，打在“前进”档则方向向前，打在“后退”档则方向向后；制动手柄决定了力的大小，打在“0”位不施加任何力，打在靠近“牵引”位施加牵引力，加速度为正，打在靠近“制动”位施加制动力，加速度为负，手柄离“0”位越远施加的力越大。

根据所述方向手柄的方向档位信息获取所述目标轨道车辆的行驶方向变化信息；根据所述制动手柄的制动档位信息获取所述目标轨道车辆的行驶速度变化信息，进而生成该轨道车辆的行驶变化信息。

然后，根据所述初始行驶方向信息和行驶方向变化信息获取所述目标轨道车辆的行驶方向信息；根据所述初始行驶速度信息和行驶速度变化信息获取所述目标轨道车辆的行驶速度信息。

最后，将行驶速度信息和行驶方向信息发送至下位机，由下位机控制目标轨道车辆的行驶参数，以使目标轨道车辆的运行信息与上述行驶速度信息和行驶方向信息相匹配。

对于方法实施方式，为了简单描述，故将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本发明实施方式并不受所描述的动作顺序的限制，因为依据本发明实施方式，某些步骤可以采用其他顺序或者同时进行。其次，本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施方式均属于优选实施方式，所涉及的动作并不一定是本发明实施方式所必须的。

图2示出了本发明一实施例提出的适用于模拟驾驶的目标轨道车辆的行驶状态控制装置的结构示意图，参照图2，该适用于模拟驾驶的目标轨道车辆的行驶状态控制装置，包括：第一获取模块21、第二获取模块22、第一处理模块23、第二处理模块24，以及发送模块25，其中；

第一获取模块21，用于获取目标轨道车辆的初始行驶信息；

第二获取模块22，用于获取用于控制所述目标轨道车辆的操作手柄的运动数据；

第一处理模块23，用于根据所述运动数据获取目标轨道车辆的行驶变化信息；

第二处理模块24，用于根据所述初始行驶信息和所述行驶变化信息获取所述目标轨道车辆的目标行驶信息；

发送模块25，用于将所述目标行驶信息发送至下位机，以使所述下位机根据所述目标行驶信息控制所述目标轨道车辆的行驶状态。

需要说明的是，在被培训对象通过仿真驾驶台进行模拟驾驶时，第一获取模块21获取被培训对象选择的目标轨道车辆的初始行驶信息，并将初始行驶信息发送至第二处理模块24；同时，第二获取模块22获取用于控制所述目标轨道车辆的操作手柄的运动数据，并将操作手柄的运动数据发送至第一处理模块23，由第一处理模块23根据所述运动数据获取目标轨道车辆的行驶变化信息，并将行驶变化信息发送至第二处理模块24；第二处理模块24根据所述初始行驶信息和所述行驶变化信息获取所述目标轨道车辆的目标行驶信息，并将目标行驶信息发送至发送模块25，由发送模块25将所述目标行驶信息发送至下位机，以使所述下位机根据所述目标行驶信息控制所述目标轨道车辆的行驶状态。

本发明实施例基于被培训对象的操作，生成对应的目标行驶信息，与现有技术中目标轨道车辆的行驶信息与被培训对象的操作相互独立的技术方案相比，能快速的判断出被培训对象的操作是否有误，并能及时的更正，具有提高培训效果的优点。

下面对本实施例中模块的工作原理进行详细说明：

本实施例中，所述操作手柄包括：方向手柄和制动手柄；所述运动数据包括：方向手柄的方向档位信息和制动手柄的制动档位信息；

相应地，所述第一处理模块23具体用于根据所述方向手柄的方向档位信息获取所述目标轨道车辆的行驶方向变化信息；根据所述制动手柄的制动档位信息获取所述目标轨道车辆的行驶速度变化信息。

所述初始行驶信息包括：初始行驶方向信息和初始行驶速度信息；

相应地，所述第二处理模块24，具体用于根据所述初始行驶方向信息和所述行驶方向变化信息获取所述目标轨道车辆的行驶方向信息；根据所述初始行驶速度信息和所述行驶速度变化信息获取所述目标轨道车辆的行驶速度信息。

对于装置实施方式而言，由于其与方法实施方式基本相似，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施方式的部分说明即可。

应当注意的是，在本发明的装置的各个部件中，根据其要实现的功能而对其中的部件进行了逻辑划分，但是，本发明不受限于此，可以根据需要对各个部件进行重新划分或者组合。

图3示出了本发明一实施例提出的仿真速度传感器的结构示意图，参见图3，该仿真速度传感器，包括：上位机31和下位机32，其中；

所述上位机31包括上述的适用于模拟驾驶的目标轨道车辆的行驶状态的控制装置311；

所述控制装置311，还用于将所述目标行驶信息转换为报文数据，并将所述报文数据发送至所述下位机；

所述下位机32，用于根据接收到的报文数据生成脉冲信号，并将所述脉冲信号传输至车载控制器，由车载控制器根据所述脉冲信号控制所述目标轨道车辆的行驶状态。

本实施例中，下位机32包括：第三处理模块321和第四处理模块322，其中；

所述第三处理模块321，用于对接收到的报文数据进行解析，以生成所述目标行驶信息，并将所述目标行驶信息传输至所述第四处理模块322；

所述第四处理模块322，用于根据所述目标行驶信息生成脉冲信号，并将所述脉冲信息传输至所述车载控制器。

具体地，第三处理模块321，具体用于获取所述第四处理模块的时钟源信息；根据实时解析出的目标行驶信息和所述时钟源信息获取与当前目标行驶信息对应的预分频系数，并将所述预分频系数发送至所述第四处理模块。

第四处理模块322，具体用于接收所述第三处理模块传输的预分频系数；根据所述预分频系数生成并输出与所述预分频系数对应的两相速度脉冲频率。

图4是图3示出的仿真速度传感器中下位机的工作原理图，图5是图3示出的仿真速度传感器中下位机生成的脉冲信号波形图，下面参照图4和图5对下位机的工作原理进行详细说明：

1、硬件设计

该仿真速度传感器中下位机的硬件基于PC104+FPGA最小系统实现；第三处理模块321具体为PC104，第四处理模块322具体为FPGA；

PC104从仿真驾驶台接收UDP报文，并从UDP报文中解析出速度信息，通过ISA总线告诉FPGA，FPGA根据收到的速度信息生成两路速度脉冲，两路速度脉冲相位差为90°。

不难理解的是，UDP报文为本申请的举例说明，而非仅限定为使用UDP报文。

FPGA实现：FPGA引入预分频系数(即对系统时钟进行几分频)，通过不断改变FPGA内部的预分频系数，达到动态改变速度脉冲频率的目的。预分频系数由PC104计算得出并通过ISA总线发给FPGA。

FPGA可以采用16M的晶振作为时钟源，提供给内部一个32位加一同步复位计数器使用。计数器计数的同时，与预分频系数进行比较，如果等于预分频系数，则产生一个匹配信号提供给计数器的复位管脚，在时钟的下一个上升沿，这个匹配信号可以复位计数器，使之从0开始计数，同时匹配信号消失。匹配信号是按照预分频系数固定周期输出一个预分频脉冲，利用这个脉冲即可以实现预分频方波的输出，如图5所示。

预分频方波频率为最终速度脉冲频率的两倍，其仅是中间产物，我们主要利用它生成两路相位差为90度的速度脉冲，具体为在预分频方波的上升沿到来时产生A相速度脉冲，每当预分频方波的上升沿到来时A相脉冲就翻转一次；在预分频方波的下降沿到来时产生B相速度脉冲，每当预分频方波的下降沿到来时B相脉冲就翻转一次，这样就实现A、B相速度脉冲频率相等，输出相位相差90度。

A、B相速度脉冲频率计算如下：

F＝M/((p+1)*4) (1)

F是要生成的速度脉冲频率，M是FPGA的系统时钟，电路中采用16M的晶振，p是预分频系数。

2、软件设计

软件包含上位机、下位机，二者通过以太网通信。

下位机PC104实现：PC104从仿真驾驶台接收速度信息，通过计算得出对应该速度的预分频系数p，然后PC104按照读写时序，通过ISA总线将预分频系数发给FPGA。预分频系数计算公式如下：

对公式(1)变换后如下：

p＝M/(4*F)–1 (2)

以铁路常见的每转动一圈产生200个脉冲的速度传感器为例，要生成的速度脉冲频率F＝(速度/周长)*200＝(speed/π*diameter)*200。其中speed为列车当前速度，diameter为车轮直径。

对公式(2)变换后得到如下公式：

p＝M/(4*(speed/π*diameter)*200)–1(3)

Speed值可从仿真驾驶台获取，diameter一般为固定值840mm。这样，很容易就可以算出预分频系数p的值。

本发明的各个部件实施方式可以以硬件实现，或者以在一个或者多个处理器上运行的软件模块实现，或者以它们的组合实现。本装置中，PC通过实现以太网对设备或者装置远程控制，精准的控制设备或者装置每个操作的步骤。本发明还可以实现为用于执行这里所描述的方法的一部分或者全部的设备或者装置程序(例如，计算机程序和计算机程序产品)。这样实现本发明的程序可以存储在计算机可读介质上，并且程序产生的文件或文档具有可统计性，产生数据报告和cpk报告等，能对功放进行批量测试并统计。应该注意的是上述实施方式对本发明进行说明而不是对本发明进行限制，并且本领域技术人员在不脱离所附权利要求的范围的情况下可设计出替换实施方式。在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。单词“包含”不排除存在未列在权利要求中的元件或步骤。位于元件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件。本发明可以借助于包括有若干不同元件的硬件以及借助于适当编程的计算机来实现。在列举了若干装置的单元权利要求中，这些装置中的若干个可以是通过同一个硬件项来具体体现。单词第一、第二、以及第三等的使用不表示任何顺序。可将这些单词解释为名称。

虽然结合附图描述了本发明的实施方式，但是本领域技术人员可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下做出各种修改和变型，这样的修改和变型均落入由所附权利要求所限定的范围之内。