专利名称：城市轨道交通信号系统的列车环境仿真器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种城市轨道交通调试用装置，尤其是一种能模拟城 市轨道交通列车实际运行情况，用以检验车载系统是否正常工作的仿真器， 具体地说是一种城市轨道交通信号系统的列车环境仿真器。
技术背景近年来，随着经济的快速发展和城市人口的急剧增长，我国的城市规 模逐步扩大，传统的公共交通面临着严峻的考验，在这种形势下城市轨道 交通则得到了快速的发展。在轨道交通系统中，信号系统占有重要地位，它是保障轨道交通系统安全高效运行的基本手段，由ATP/ATO (车载及轨 旁)和列车自动监控(ATS)和联锁子系统组成。自九十年代以来，国内 相继建成的上海、广州、南京等城市的地铁采用的信号系统，其核心技术 全掌握在外国公司手中，因此国内的相关企业已开始自主研发信号系统。对于一个如此重要的系统，开发后要进行无数的实验来测试其性能好 坏。当然可以直接在试车线上用实际车辆进行实际的测试，但是这样不仅 耗费大量的人力物力，而且其安全性也得不到保障，所以在室内首先进行 大量的测试是必要的。实际运行中，与车载系统运行有关的列车设备有编 码里程计、信标、列车门以及紧急制动释放按钮等。编码里程计(通常安 装在列车的拖车转向架的第二个车轴)为车载系统提供测速功能，车轮滚 动一周传感器产生一定的脉冲数，该脉冲数与速度成比例。布置在轨道上 的信标(具有绝对的物理位置)主要用于列车的重定位，在列车运行至该 位置时，会通过信标天线(安装在列车转向架)向车载提供列车所在的具 体位置。为了测试车载系统的性能，在实验室就必须提供以上的列车环境。 因此急需设计一种能模拟列车运行环境的仿真器用于对车载系统进行检 验。
发明内容本实用新型的目的是针对目前车载系统缺乏相应的检验手段的问题， 设计一种能模拟实际运行情况的用于检验车载系统工作性能的城市轨道交 通信号系统的列车环境仿真器。本实用新型的技术方案是一种城市轨道交通信号系统的列车环境仿真器，其特征是它主要由基 于实时多任务系统的计算机1和带有人机操作界面的计算机2组成，所述 的基于实时多任务系统的计算机1连接有牵引制动指令的接收及脉冲信息的输出模块3、负责门开关指令的接收及相应门状态的输入输出模块4、负 责紧急制动指令的接收及处理的输入输出模块5及负责信标信息的输出模 块6，它们均插装在基于实时多任务系统的计算机l的CPCI插槽中，基于 实时多任务系统的计算机1通过串口或以太网7与车载ATP-APO系统相 连，基于实时多任务系统的计算机1通过数据线与带有人机操作界面的计 算机2相连。所述的基于实时多任务系统的计算机1带连接有电源模块8及时钟同 步模块9。本实用新型克服了实验室条件的限制，为测试信号系统提供了一种列 车环境仿真器。它通过利用商用的计算机设备和网络搭建一套硬件平台(见 图1),基于实时多任务系统的CPCI计算机(CPCI Computer,简称CC)， 与车载系统有接口，完成对实际运行设备的仿真，比如编码里程计产生脉 冲的过程以及信标发送位置的过程、紧急制动处理等等，其具有很强的实 时性，符合轨道交通系统所需要的快速响应；同时富于人性化的友好人机 操作界面(HMI)用来仿真列车对开门和关门指令响应的显示过程及故障模 拟过程的处理等。该仿真器配以相应的仿真软件，能够实现实验室条件下 最基本的列车环境的仿真，对ATC系统进行功能测试。同时本发明可以根 据系统的容车能力实现运行线上多列车的环境仿真。本实用新型的有益效果 本实用新型解决了市场急需，既可在线进行检验，也可进行离线检验， 且利用对列车数据、线路数据的完整描述。仿真时可选择物理仿真也可选 择计算机仿真的不同工作方式。还可仿真移动闭塞体制及准移动闭塞体制 下的信号控制系统列车及不同厂家的不同类型的列车。本实用新型结构简单，易于实现，成本低，可省去大量的试验设备投 资，经济效益十分明显。
图1是本实用新型的结构示意框图。图2是本实用新型的脉冲计算方法实现程序框图。 图3是本实用新型门状态控制实现的程序框图。 图4是本实用新型的紧急制动程序框图。 图5是本实用新型信标检测实现方法程序框图。 图6是本实用新型人工驾驶程序框图。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本实用新型作进一步的说明。 如图1所示。一种城市轨道交通信号系统的列车环境仿真器，它主要由基于实时多 任务系统的计算机1 (型号可为CP-303-RIO-E2或SBS RL436G1I(RL4))和带 有人机操作界面的计算机2 (可采用普通计算机)组成，如图1所示，所述 的基于实时多任务系统的计算机1的CPCI插槽中插装有连接有牵引制动 指令的接收及脉冲信息的输出模块3 (型号可为Kontron CP3202或SBS HSS-PMCI-8)、负责门开关指令的接收及相应门状态的输入输出模块4 (型 号可为KontronDI02-cPCI3U-l)、负责紧急制动指令的接收及处理的输入输 出模块5 (型号可为CP-345-RIO-OPTx5)及负责信标信息的输出模块6 (型 号可为CP382-E2)，基于实时多任务系统的计算机1通过串口或以太网7 与车载ATP-APO系统相连，基于实时多任务系统的计算机1通过数据线 与带有人机操作界面的计算机2相连。电源模块8为基于实时多任务系统 的计算机1及相应的模块提供工作电源，时钟同步模块9为CPU及各模块 提供进钟信号。带有人机操作界面的计算机2除了显示门状态信息以及紧 急制动等，还用于操作员通过界面，下达各项控制指令，包括人工驾驶以 及故障状态的模拟等。具体地说，针对多辆列车的环境仿真，依据列车时刻表实现对不同列 车的上线控制。系统运行后，根据时刻表周期性的判断每一辆车的上线时 间，若已满足条件则开始处理对应此车的相关信息，否则继续等待直至上 线。对于每个列车对象，本实用新型的仿真器必须每个周期提供给对象相 应的车载ATP-ATO (即列车自动保护系统和列车自动驾驶系统)所需要的 里程计信息，其软件处理流程如图2:根据驾驶模式，确定列车初始位置， 通过车载ATP-ATO发送过来的牵引、制动指令，结合处理周期，线路参数 信息、列车参数性能，推算列车当前速度，进而求出该处理周期列车的行 驶距离，再依据模糊算法产生随机脉冲数值。对于每个列车对象，本仿真器必须在每个周期提供给对象相应的车载 ATP-ATO所需要的门状态信息(可通过软件实现)，它是基于这样的逻辑 处理(如图3):当接收到车载ATP-ATO传来的左右侧开、关门指令后， 依据列车车门的实际控制信息，确定列车车门的当前门状态，在界面上显 示，并发送给列车车载设备。同时，读取界面，确定是否进行门故障设置， 依据故障性质，发送不同的信息给列车。对于每个列车对象，本仿真器必须在每个周期提供给对象相应的车载 ATP-ATO所需要的紧急制动信息，它是基于这样的逻辑处理当接收到车 载设备传来的紧急制动、紧急制动释放指令时，依据当前位置的线路参数、 列车性能参数和紧急制动反应时间，计算列车的实际移动距离，转换成里 程计信息发送给列车，同时，读取界面信息，确定是否进行列车紧急制动 状态的故障设置，依据故障性质，处理紧急制动状态信息给列车，如图4 所示。对于每个列车对象，本信号仿真必须在每个周期提供给对象相应的车 载ATP-ATO所需要的信标信息，它是基于这样的逻辑处理通过上面所计
算的列车移动距离与列车在线路上实际位置，比较信标实际布置位置，确 定列车是否通过信标，并依据线路的上、下行状况，转换成相应的信标报 文发送给列车，同时，读取信标界面信息，确定是否进行信标故障设置， 依据信标故障性质，处理相应的状态。图5即说明了信标检测的过程每 个对象都有记录与已经过信标的距离S，，将S累加每个周期的车行距离train[nlndex].periodDis，并与对象的距下一信标距离 trainnlndex].nextBeaconDis相比较，判断是否超越该距离，若超越，再判 断train[nlndex.nextBeaconNum是否小于信标总数 train[nlndex.totalNum，若小于，则读取对象的信标信息，并计算这两个距 离之差作为新的S值，且赋值给trainnlndex].reviseDis，该值表示本周期列车偏离信标的距离，发送给对应于该对象的车载用于修正列车位置； trainnlndex].nextBeaconNum力B1;若大于信标总数，则退出。对于每个列车对象，本仿真器必须提供给对象相应的车载ATP-ATO所 需要的驾驶模式信息，它是基于这样的逻辑处理根据当前状况，确定应 该选择的驾驶模式，如果为ATO自动驾驶模式，则只仿真列车运行的状况， 如果为人工驾驶模式，启动人工驾驶操作台，如图6所示。对于每个列车对象，本仿真器还必须在每个周期提供给对象相应的车 载ATP—ATO所需要的人工驾驶模式信息，它是基于这样的逻辑处理当为人工驾驶模式时，启动人工驾驶操作台，操作台包括列车牵引控制界面、 制动控制界面、紧急制动控制界面、人工开关门控制界面，通过操作台， 进行人工驾驶列车的处理。 本实用新型的工作原理为-CC基于实时的操作系统，创建周期性的任务来实现设备的仿真。操作 界面部分采用图形化很强的软件开发环境，与CC双向通信，具有仿真列 车开关门的响应显示及列车是否处于紧急制动、模拟驾驶台的人工驾驶功 能以及故障状态的模拟处理等。
为了满足对多列车的环境仿真，本实用新型通过软件对线路上的每列 车各自产生一个对象，根据每列车的参数信息对象也有相应的差别。在列 车行驶过程中，创建的周期性任务对每一个对象进行实时的处理。包括首先针对整个系统的实际需求，进行相应的站场静态数据与动态数据 的描述，如线路长度描述、线路坡度描述、线路曲率描述、车站描述、线 路上主要设备描述等；进行列车数据的准备，包括列车长度、车辆重量、 车轮直径、车档长、里程计安装位置、里程计精度、信标天线位置、列车 车门数量、车门控制器数据、车轮转一周里程计应该产生的脉冲数、车辆 牵引等级、车辆制动等级、紧急制动反应时间等，并将这些数据依据最优化原则产生数据表格。输入任务接收车载ATP-ATO发送过来的指令信息，接收操作界面人工 操作产生的指令等。处理任务(1)产生里程计信息根据牵引制动指令信息、线路参数 信息、列车参数性能计算运行周期内的可能移动距离，并依据模糊算法产 生随机脉冲数；(2)产生门状态信息根据车载发送的开关门指令完成开、 关门的过程，产生门状态信息，可在界面上显示，可进行故障设置；(3) 产生紧急制动信息根据车载AT0传送的紧急制动指令进行相应的处理， 产生紧急制动状态和列车最大移动距离信息；(4)产生信标信息判断是 否通过信标，并可依据车载设备需求进行故障设置；(5)驾驶模式处理 依据传送的驾驶指令和控制界面产生当前的驾驶模式；(6)人工驾驶模式 处理对人工驾驶模式下的情况进行驾驶指令、门状态信息与紧急制动信 息的处理。输出任务将里程计信息、门状态信息、紧急制动信息及列车经过的 信标信息等数据按列车性能参数进行输出处理，并转换成车载ATP-ATO能 够识别的指令。
权利要求1、一种城市轨道交通信号系统的列车环境仿真器，其特征是它主要由基于实时多任务系统的计算机(1)和带有人机操作界面的计算机(2)组成，所述的基于实时多任务系统的计算机(1)连接有牵引制动指令的接收及脉冲信息的输出模块(3)、负责门开关指令的接收及相应门状态的输入输出模块(4)、负责紧急制动指令的接收及处理的输入输出模块(5)及负责信标信息的输出模块(6)，它们均插装在基于实时多任务系统的计算机(1)的CPCI插槽中，基于实时多任务系统的计算机(1)通过串口或以太网(7)与车载ATP-APO系统相连，基于实时多任务系统的计算机(1)通过数据线与带有人机操作界面的计算机(2)相连。
2、 根据权利要求1所述的城市轨道交通信号系统的列车环境仿真器，其特 征是所述的基于实时多任务系统的计算机(1)带连接有电源模块(8)及 时钟同步模块(9)。
专利摘要一种城市轨道交通信号系统的列车环境仿真器，属于城市交通技术领域，其特征是它主要由基于实时多任务系统的计算机(1)和带有人机操作界面的计算机(2)组成，所述的基于实时多任务系统的计算机(1)连接有牵引制动指令的接收及脉冲信息的输出模块(3)、负责门开关指令的接收及相应门状态的输入输出模块(4)、负责紧急制动指令的接收及处理的输入输出模块(5)及负责信标信息的输出模块(6)，它们均插装在基于实时多任务系统的计算机(1)的CPCI插槽中，基于实时多任务系统的计算机(1)通过串口或以太网(7)与车载ATP-APO系统相连。它解决了车载系统检验需搭建检验平台而投资大的问题，具有结构简单，易于实现，功能齐全的优点。
文档编号G06F9/455GK201051254SQ200720038388
公开日2008年4月23日 申请日期2007年6月22日 优先权日2007年6月22日
发明者妃 刘, 顾怀高 申请人:南京恩瑞特实业有限公司