TYK-WS2400型 大型特種車駕駛模擬訓練系統
一、硬件結構組成1、實驗室布置簡介： 軍用特種運輸車駕駛模擬器實訓室內部根據功能進行分區(qū)，共四個區(qū)域：隔離區(qū)、模擬區(qū)、實驗觀測控制區(qū)和展板區(qū)。 隔離區(qū)：由遮光板和遮光布組成，實現有效的遮光及準備功能； 模擬區(qū)：由投影幕（實現180°視角）、實車模擬器、投影系統及視景處理系統組成，實現高仿真的駕駛模擬； 實驗觀測控制區(qū)：由實驗臺、實驗座椅、觀察系統和電控系統組成，實現實車模擬控制、觀測及數據記錄、分析等功能。2、實驗室功能介紹： 視景系統信號輸出流程：視景計算機—>融合器—>投影機。采用1臺視景計算機生成3072*768分辨率的圖像，并通過三分屏輸出。 視景與駕駛操作互動需要采集車輛內部操作信息，并作用于視景，形成聯動。 投影機采取吊裝直接安裝至室內頂棚，可以便于取電，并固定較為穩(wěn)定，但不宜維護和拆裝。 視景計算機需要時時計算三維場景輸出圖像，此項工作主要有顯卡完成，因此對于顯卡的顯存及GPU...
分類：
描述
一、硬件結構組成
1、實驗室布置簡介：
軍用特種運輸車駕駛模擬器實訓室內部根據功能進行分區(qū)，共四個區(qū)域：隔離區(qū)、模擬區(qū)、實驗觀測控制區(qū)和展板區(qū)。
隔離區(qū)：由遮光板和遮光布組成，實現有效的遮光及準備功能；
模擬區(qū)：由投影幕（實現180°視角）、實車模擬器、投影系統及視景處理系統組成，實現高仿真的駕駛模擬；
實驗觀測控制區(qū)：由實驗臺、實驗座椅、觀察系統和電控系統組成，實現實車模擬控制、觀測及數據記錄、分析等功能。
2、實驗室功能介紹：
視景系統信號輸出流程：視景計算機—>融合器—>投影機。采用1臺視景計算機生成3072*768分辨率的圖像，并通過三分屏輸出。
視景與駕駛操作互動需要采集車輛內部操作信息，并作用于視景，形成聯動。
投影機采取吊裝直接安裝至室內頂棚，可以便于取電，并固定較為穩(wěn)定，但不宜維護和拆裝。
視景計算機需要時時計算三維場景輸出圖像，此項工作主要有顯卡完成，因此對于顯卡的顯存及GPU的運算能力有較高要求。該項指標直接影響系統輸出圖像的幀率和畫面流暢性，因此選用計算一顯卡為主。音響系統包括車輛碰撞音效，剎車音效，行人事故等。
3、整機組成為：
駕駛艙、環(huán)形柱幕、投影機、融合軟件、服務器、客戶機、六自由度機電動感平臺、六自由度機電動感平臺控制柜、控制臺、打印機及相關配件等組成（見下圖）。
4、駕駛艙：
TYK-WS2400型 大型特種車駕駛模擬訓練系統駕駛艙選配真實車“WS2400車型駕駛室總成”為模擬駕駛艙，使模擬駕駛操控完全達到實車效果。模擬器座艙由“WS2400車型駕駛室總成實車改裝，包括數據采集CAN總線控制板，數據輸出（例如儀表盤）CAN總線控制板，力反饋控制系統，各信號傳感器等組成。方向盤電動助力改裝方向盤力反饋系統。實現CAN總線控制和電動助力控制。
TYK-WS2400型 大型特種車駕駛模擬訓練系統駕駛艙選配真實車“WS2400車型駕駛室總成”為模擬駕駛艙，使模擬駕駛操控完全達到實車效果。模擬器座艙由“WS2400車型駕駛室總成實車改裝，包括數據采集CAN總線控制板，數據輸出（例如儀表盤）CAN總線控制板，力反饋控制系統，各信號傳感器等組成。方向盤電動助力改裝方向盤力反饋系統。實現CAN總線控制和電動助力控制。
5、控制臺：
應包括控制臺臺體、顯示屏、計算機（服務器、客戶機）、打印機、交換機、鍵盤、鼠標、音箱、無線話筒等。
(1)控制臺外廓尺寸（長×寬×高，mm）：1600×1150×1270(±1%)
(2)計算機配置：見表1
表1 計算機主要配置表
（3）環(huán)境適應性： a工作環(huán)境溫度：0～+40°C。 b貯存極限溫度：-10℃，+55℃
c濕度：≤90％RH（不結露）
6、動感平臺：
動感汽車駕駛模擬器虛擬仿真駕駛模擬器平臺以六自由度并聯機構作為駕駛艙操縱仿真系統，能夠實現駕駛艙對仿真圖形的快速、穩(wěn)定的反映，通過模擬駕駛艙和計算機實時生成汽車行駛過程中的虛擬視境、音響效果和運動仿真等駕駛環(huán)境, 以視景仿真管理軟件實現虛擬環(huán)境的“沉浸感、交互性”特性，為駕駛人提供了在坡路、顛簸路面等以及車輛加減速、轉向、側滑時的運動臨場感，同時能夠針對轎車、貨車、客車等各類車型進行包括臨界、極限工況的全工況仿真實驗，分析、預估和評價汽車的操縱穩(wěn)定性、安全性、制動性、動力性和燃油經濟性，對汽車運動性能控制系統進行仿真、評價、預測和優(yōu)化，提供車型結構參數匹配的*優(yōu)化方案等，動感平臺參數：
（2）應包括上承載平臺、下固定底座、上下連接鉸鏈等機械構件；
（3）應包括電動缸、螺母絲杠、伺服電機、齒輪及同步帶等；
（4）控制柜應設有平臺初始化操作、平臺電源控制、故障緊急處理、電源啟閉及故障報警提示等裝置，包括：平臺姿態(tài)控制驅動程序和與大型特種車駕駛模擬訓練系統軟件的接口；
（5）應具有俯仰、橫滾、偏航、縱向平移、側向平移、垂直位移，即沿 x、y、z 軸移動和繞 x、y、z 軸轉動 6 個自由度；
（6）應能模擬虛擬車輛在不同運動條件下的運動感覺，如加減速、制動、左右轉彎、上下坡道、路面顛簸、撞擊等；
（7）承載質量（kg）：≥800；
（8）動感平臺中位高度（mm）：850；
（9）動感平臺外廓尺寸（長×寬×高，mm）：1850×1820×700(±1%)；
（10）控制柜外廓尺寸（長×寬×高，mm）：700×500×1700(±1%)；
（11）電源電壓（V）：220±10%（50±2Hz）；
（12）動感平臺位移量：沿x、y、z 軸向線位移（mm）：≥±150，繞 x、y、z 軸旋轉角位移（rad）：≥±0.26；
（13）動感平臺速度：沿 x、y、z 軸向線速度（mm/s）：≥± 400，繞 x、y、z 軸旋轉角速度（rad/s）：≥± 0.35；
（14）動感平臺加速度：沿 x、y、z 軸向線加速度（m/s2）：≥± 9.8，繞 x、y、z 軸旋轉角加速度（rad/s2）：≥± 2.1；
（15）應含動感平臺姿態(tài)控制驅動程序，程序操作簡潔、界面友好，具有自檢、調試、故障報警和一鍵自動恢復功能；
（16）動感平臺與大型特種車駕駛模擬訓練系統軟件之間的接口應符合要求。
7、環(huán)幕投影：
180度柱形投影方案：視景計算機—融合器—投影機方案，使用1臺視景計算機生成3072*768分辨率的圖像，并通過三分屏輸出，通過融合器到投影機投射到弧形幕。視景與駕駛操作互動需要采集車輛內部操作信息，并作用于視景，形成聯動。標準的汽車駕駛虛擬方案，提供的高端的投影機（配置不低于：投影安裝方式：正投、吊裝；顯示分辨率（pix）：1280×1024 ；亮度（lm）：≥4000；（燈泡壽命（h）：≥3000。），虛擬現實顯示效果好，不易導致眩暈，且運行可靠，易于升級，實現180°視角的視景系統。后視鏡采用投影幕生成畫面，實車反光鏡反射至人眼成像方式實現。效果好，易于圖像控制和分析。投影機采取吊裝方式：安裝至室內頂棚，可以便于取電，并固定較為穩(wěn)定。
環(huán)形柱幕參數要求
（1）環(huán)形柱幕尺寸（弧長×高，mm）：10000×2650（±1%）；
（2）環(huán)形柱幕半徑（mm）：≥3300；
（3）屏幕厚度（mm）：≥3；
（4）環(huán)形柱幕弧長對應的中心角（°）：≥155；
（5）環(huán)形柱幕中點到上下邊緣之間的夾角（°）：≥38；
（6）環(huán)形柱幕幕布顏色：白色；
（7）拼接縫隙：無；
（8）屏幕材質：聚碳脂或滿足投影要求的其它材質；
（9）安裝結構：框架式；
（10）投影機吊裝后投射到環(huán)幕上的顯示面積兩兩之間應重合≥128 pix；
（11）環(huán)幕投影與大型特種車駕駛模擬訓練系統軟件之間的接口應符合要求。
二、軟件要求
1、軟件環(huán)境：
采用Windows7 或兼容操作系統,采用國產兼容運行環(huán)境、圖像融合軟件、大型特種車駕駛模擬訓練系統軟件數據庫管理系統采用Microsoft SQL Server 2000 或以上兼容數據庫管理系統。系統采用MultiGen-Paradigm公司的*主要的工業(yè)軟件Vega Prime（以下簡稱：VP）。用于實時視覺模擬、虛擬現實和普通視覺應用。Vega將先進的模擬功能和易用工具相結合，對于復雜的應用，能夠提供便捷的創(chuàng)建、編輯和驅動工具。VP 提供真正跨平臺、可擴展的開發(fā)環(huán)境，來高效創(chuàng)建和配置視景仿真、城市仿真、基于仿真的訓練、通用可視化應用。它既具有強大的功能來滿足當今*為復雜的應用要求，又具備高度的易用性來提高效率。VP基于VSG（Vega Scene Graph——MPI 公司先進的跨平臺場景圖形API，底層(OpenGL)，同時包括Lynx Prime GUI （用戶圖形界面）工具，讓用戶既可以用圖形化的工具進行快速配置，又可以用底層場景圖形API 來進行應用特定功能的創(chuàng)建。它將先進的功能和良好的易用性結合在一起，幫助用戶快速、準確地開發(fā)實時三維應用，加速成果的發(fā)布。
2、系統軟件功能要求
（1）導控功能：應具有模擬訓練與考核的導調、控制功能。
（2）訓練功能：應實現受訓人員進行道路、場地課目、常見故障等駕駛模擬訓練；完成汽車分隊多車型之間的協同訓練。
（3）考核功能：應實現受訓人員進行場地課目的駕駛考核、成績評定和管理。應可任意選擇組合考核課目；應設有補考選項，可進行補考；應能根據考核情況，結合教練員主觀評判，給出綜合成績，并能完成查詢、報表打印功能。
3、系統軟件性能要求
（1）仿真車型庫：應有不少于 3 種典型大型特種車虛擬車輛模型，其中須有 5 軸及其以上汽車和半掛汽車列車虛擬車輛模型。應具有良好的擴展性，可根據需求方的實際需要進行個性化車型定制。
（2）仿真場地庫：應有不少于 2 個典型大型特種車訓練場的虛擬場景。其中，場地訓練科目應滿足司機訓練與考核大綱的要求：應具有良好的擴展性，場景包括（但不限于）：a）設有單邊橋、隧道、掩體、錯位小巷、高架橋、“8”字路、“S”型路、鐵路平車、直角轉彎、“N”字路、弧線倒車、直線倒車、倒車移位、側方停車、漸窄門等訓練課目；b）設有快速路、卵石路、橫斷路、盤山路等常見道路場景，并設有滑坡、落石等模擬障礙物可根據需求方的實際需要進行個性化場地定制。
（3）仿真天候：應包括晴、雨、雪、霧和夜間等常見模擬天候環(huán)境。在不同環(huán)境下，路面應具有相應的動力學特性。
（4）駕駛感知：A、視覺感知：應實現多通道圖像輸出，包括：前方視景、視鏡、監(jiān)視和向導界面。應能開啟/關閉遠光燈、近光燈、轉向燈、制動燈等，燈光控制應能根據實際車型而確定。軟件畫面連續(xù)播放幀率應大于等于 50 幀/秒。B、聽覺感知：應能實時模擬車輛運行過程中車輛和交通環(huán)境的聲音效果；應具有點火、加速、碰撞音效及犯規(guī)提示語音。C、操縱感知：軟件能實時采集加速踏板、制動踏板、離合踏板、擋位、轉向盤、儀表面板等操作信號，并正確驅動虛擬車輛運行， 其操縱感知應與實車相似。D、運動感知：軟件根據虛擬車輛運動姿態(tài)（包括：加減速、轉彎、上下坡道、震動、碰撞等）實時驅動動感平臺，受訓人員運動感知應與實際道路、場地駕駛時相似。
（5）模擬應急功能訓練：汽車在行駛中制動突然失效、汽車發(fā)生側滑、汽車突然前輪爆胎、汽車在鐵路道口熄火、汽車落水、車輛著火等出現的應急功能。
三、主要配置清單
應包括控制臺臺體、顯示屏、計算機（服務器、客戶機）、打印機、交換機、鍵盤、鼠標、音箱、無線話筒等。
(2)計算機配置：見表1
表1 計算機主要配置表
| 名稱 | 主要配置 | 用途 |
| 服務器 | 不能低于以下配置： （1）臺式機 1 臺；（2）CPU 3GHz，8 核；（3）硬盤 500GB；d）內存 16GB；（4） 顯卡 GPU1014MHz 以上，顯存 6GB，位寬 512bit。 |
圖像渲染，數據計算 |
| 客戶機 | 不能低于以下配置： （1）臺式機 2 臺；（2）CPU 3GHz，8 核；（3）硬盤 500GB；（4）內存 16GB（雙內存）；（5）主板支持雙顯卡，顯卡GPU 1014MHz 以上，顯存 4GB，位寬 256bit。 |
圖像渲染 |
c濕度：≤90％RH（不結露）
6、動感平臺：
動感汽車駕駛模擬器虛擬仿真駕駛模擬器平臺以六自由度并聯機構作為駕駛艙操縱仿真系統，能夠實現駕駛艙對仿真圖形的快速、穩(wěn)定的反映，通過模擬駕駛艙和計算機實時生成汽車行駛過程中的虛擬視境、音響效果和運動仿真等駕駛環(huán)境, 以視景仿真管理軟件實現虛擬環(huán)境的“沉浸感、交互性”特性，為駕駛人提供了在坡路、顛簸路面等以及車輛加減速、轉向、側滑時的運動臨場感，同時能夠針對轎車、貨車、客車等各類車型進行包括臨界、極限工況的全工況仿真實驗，分析、預估和評價汽車的操縱穩(wěn)定性、安全性、制動性、動力性和燃油經濟性，對汽車運動性能控制系統進行仿真、評價、預測和優(yōu)化，提供車型結構參數匹配的*優(yōu)化方案等，動感平臺參數：
六自由度動感平臺
（1）應包括機械構件、電動伺服系統、控制柜及元件（含平臺姿態(tài)控制驅動程序）等；（2）應包括上承載平臺、下固定底座、上下連接鉸鏈等機械構件；
（3）應包括電動缸、螺母絲杠、伺服電機、齒輪及同步帶等；
（4）控制柜應設有平臺初始化操作、平臺電源控制、故障緊急處理、電源啟閉及故障報警提示等裝置，包括：平臺姿態(tài)控制驅動程序和與大型特種車駕駛模擬訓練系統軟件的接口；
（5）應具有俯仰、橫滾、偏航、縱向平移、側向平移、垂直位移，即沿 x、y、z 軸移動和繞 x、y、z 軸轉動 6 個自由度；
（6）應能模擬虛擬車輛在不同運動條件下的運動感覺，如加減速、制動、左右轉彎、上下坡道、路面顛簸、撞擊等；
（7）承載質量（kg）：≥800；
（8）動感平臺中位高度（mm）：850；
（9）動感平臺外廓尺寸（長×寬×高，mm）：1850×1820×700(±1%)；
（10）控制柜外廓尺寸（長×寬×高，mm）：700×500×1700(±1%)；
（11）電源電壓（V）：220±10%（50±2Hz）；
（12）動感平臺位移量：沿x、y、z 軸向線位移（mm）：≥±150，繞 x、y、z 軸旋轉角位移（rad）：≥±0.26；
（13）動感平臺速度：沿 x、y、z 軸向線速度（mm/s）：≥± 400，繞 x、y、z 軸旋轉角速度（rad/s）：≥± 0.35；
（14）動感平臺加速度：沿 x、y、z 軸向線加速度（m/s2）：≥± 9.8，繞 x、y、z 軸旋轉角加速度（rad/s2）：≥± 2.1；
（15）應含動感平臺姿態(tài)控制驅動程序，程序操作簡潔、界面友好，具有自檢、調試、故障報警和一鍵自動恢復功能；
（16）動感平臺與大型特種車駕駛模擬訓練系統軟件之間的接口應符合要求。
7、環(huán)幕投影：
180度柱形投影方案：視景計算機—融合器—投影機方案，使用1臺視景計算機生成3072*768分辨率的圖像，并通過三分屏輸出，通過融合器到投影機投射到弧形幕。視景與駕駛操作互動需要采集車輛內部操作信息，并作用于視景，形成聯動。標準的汽車駕駛虛擬方案，提供的高端的投影機（配置不低于：投影安裝方式：正投、吊裝；顯示分辨率（pix）：1280×1024 ；亮度（lm）：≥4000；（燈泡壽命（h）：≥3000。），虛擬現實顯示效果好，不易導致眩暈，且運行可靠，易于升級，實現180°視角的視景系統。后視鏡采用投影幕生成畫面，實車反光鏡反射至人眼成像方式實現。效果好，易于圖像控制和分析。投影機采取吊裝方式：安裝至室內頂棚，可以便于取電，并固定較為穩(wěn)定。
環(huán)形柱幕參數要求
（1）環(huán)形柱幕尺寸（弧長×高，mm）：10000×2650（±1%）；
（2）環(huán)形柱幕半徑（mm）：≥3300；
（3）屏幕厚度（mm）：≥3；
（4）環(huán)形柱幕弧長對應的中心角（°）：≥155；
（5）環(huán)形柱幕中點到上下邊緣之間的夾角（°）：≥38；
（6）環(huán)形柱幕幕布顏色：白色；
（7）拼接縫隙：無；
（8）屏幕材質：聚碳脂或滿足投影要求的其它材質；
（9）安裝結構：框架式；
（10）投影機吊裝后投射到環(huán)幕上的顯示面積兩兩之間應重合≥128 pix；
（11）環(huán)幕投影與大型特種車駕駛模擬訓練系統軟件之間的接口應符合要求。
二、軟件要求
1、軟件環(huán)境：
采用Windows7 或兼容操作系統,采用國產兼容運行環(huán)境、圖像融合軟件、大型特種車駕駛模擬訓練系統軟件數據庫管理系統采用Microsoft SQL Server 2000 或以上兼容數據庫管理系統。系統采用MultiGen-Paradigm公司的*主要的工業(yè)軟件Vega Prime（以下簡稱：VP）。用于實時視覺模擬、虛擬現實和普通視覺應用。Vega將先進的模擬功能和易用工具相結合，對于復雜的應用，能夠提供便捷的創(chuàng)建、編輯和驅動工具。VP 提供真正跨平臺、可擴展的開發(fā)環(huán)境，來高效創(chuàng)建和配置視景仿真、城市仿真、基于仿真的訓練、通用可視化應用。它既具有強大的功能來滿足當今*為復雜的應用要求，又具備高度的易用性來提高效率。VP基于VSG（Vega Scene Graph——MPI 公司先進的跨平臺場景圖形API，底層(OpenGL)，同時包括Lynx Prime GUI （用戶圖形界面）工具，讓用戶既可以用圖形化的工具進行快速配置，又可以用底層場景圖形API 來進行應用特定功能的創(chuàng)建。它將先進的功能和良好的易用性結合在一起，幫助用戶快速、準確地開發(fā)實時三維應用，加速成果的發(fā)布。
2、系統軟件功能要求
（1）導控功能：應具有模擬訓練與考核的導調、控制功能。
（2）訓練功能：應實現受訓人員進行道路、場地課目、常見故障等駕駛模擬訓練；完成汽車分隊多車型之間的協同訓練。
（3）考核功能：應實現受訓人員進行場地課目的駕駛考核、成績評定和管理。應可任意選擇組合考核課目；應設有補考選項，可進行補考；應能根據考核情況，結合教練員主觀評判，給出綜合成績，并能完成查詢、報表打印功能。
3、系統軟件性能要求
（1）仿真車型庫：應有不少于 3 種典型大型特種車虛擬車輛模型，其中須有 5 軸及其以上汽車和半掛汽車列車虛擬車輛模型。應具有良好的擴展性，可根據需求方的實際需要進行個性化車型定制。
（2）仿真場地庫：應有不少于 2 個典型大型特種車訓練場的虛擬場景。其中，場地訓練科目應滿足司機訓練與考核大綱的要求：應具有良好的擴展性，場景包括（但不限于）：a）設有單邊橋、隧道、掩體、錯位小巷、高架橋、“8”字路、“S”型路、鐵路平車、直角轉彎、“N”字路、弧線倒車、直線倒車、倒車移位、側方停車、漸窄門等訓練課目；b）設有快速路、卵石路、橫斷路、盤山路等常見道路場景，并設有滑坡、落石等模擬障礙物可根據需求方的實際需要進行個性化場地定制。
（3）仿真天候：應包括晴、雨、雪、霧和夜間等常見模擬天候環(huán)境。在不同環(huán)境下，路面應具有相應的動力學特性。
（4）駕駛感知：A、視覺感知：應實現多通道圖像輸出，包括：前方視景、視鏡、監(jiān)視和向導界面。應能開啟/關閉遠光燈、近光燈、轉向燈、制動燈等，燈光控制應能根據實際車型而確定。軟件畫面連續(xù)播放幀率應大于等于 50 幀/秒。B、聽覺感知：應能實時模擬車輛運行過程中車輛和交通環(huán)境的聲音效果；應具有點火、加速、碰撞音效及犯規(guī)提示語音。C、操縱感知：軟件能實時采集加速踏板、制動踏板、離合踏板、擋位、轉向盤、儀表面板等操作信號，并正確驅動虛擬車輛運行， 其操縱感知應與實車相似。D、運動感知：軟件根據虛擬車輛運動姿態(tài)（包括：加減速、轉彎、上下坡道、震動、碰撞等）實時驅動動感平臺，受訓人員運動感知應與實際道路、場地駕駛時相似。
（5）模擬應急功能訓練：汽車在行駛中制動突然失效、汽車發(fā)生側滑、汽車突然前輪爆胎、汽車在鐵路道口熄火、汽車落水、車輛著火等出現的應急功能。
三、主要配置清單
| 序號 | 部件名稱 | 數量 | 單位 | 備注 |
| 1 | 控制臺 | 1 | 臺 | 含液晶顯示器 2 臺 |
| 2 | 環(huán)形柱幕 | 1 | 幅 | 含機械框架 |
| 3 | 投影機 | 3 | 臺 | 含安裝吊架 |
| 4 | 服務器 | 1 | 臺 | |
| 5 | 客戶機 | 2 | 臺 | |
| 6 | 六自由度機電動感平臺 | 1 | 臺 | |
| 7 | 六自由度機電動感平臺控制柜 | 1 | 臺 | |
| 8 | 駕駛艙 | 1 | 臺 | |
| 9 | 打印機 | 1 | 臺 | 含機柜 |
| 10 | 大型特種車駕駛模擬訓練系統軟件 | 1 | 套 | VP運行版授權（Vega Prime、Distributed Rendering、FX、Light Lobes、Vortex）5項模塊 |
