高速列車制動過程可視化

廖鉉++田春

摘 要：本文分析高速列車制動過程原理，明確了高速列車制動可視化的目的；將高速列車制動過程可視化解析為制動指令傳遞可視化和列車運行可視化，以LabVIEW為開發(fā)平臺，控制調用對應不同制動指令的FLASH文件實現列車制動指令傳遞可視化，同時調用SolidWorks三維列車模型并以實時速度和實時位移對模型賦值，實現了列車運行可視化；結果表明：高速列車制動過程可視化結果包含了制動指令可視化呈現窗和列車運行可視化呈現窗，直觀地展示了列車制動原理列車運行狀態(tài)。

關鍵詞：列車制動；可視化；SolidWorks模型調用；FLASH動畫調用

中圖分類號：U270.35 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2017）18-0064-02

1 列車制動與可視化原理

高速列車制動系統(tǒng)由控制系統(tǒng)和執(zhí)行系統(tǒng)組成。制動控制單元根據實時速度信號和電制動能力等條件，輸出每節(jié)車的電制動力和制動缸壓力。制動過程的指令傳輸過程如圖1所示。電空配合中，電制動優(yōu)先實施，通過比較目標制動力與根據再生減速度極限計算得到的電制動力判斷電制動力是否滿足制動力需求，若電制動力不足，則先補充拖車空氣制動力，若拖車制動力再不足，則補充動車空氣制動力。

2 基于LabVIEW的列車制動可視化

2.1 制動指令傳遞可視化

2.1.1 指令流的LabVIEW程序表達

制動過程中所有可能出現的司控器指令變化情形有：

（1）初始司控器置于任意狀態(tài)，可發(fā)出對應10種級位的制動指令。（2）司控器相鄰級位間的切換。常用制動1到7級和快速制動位可以向相鄰級位任意切換，惰行級位只能向1級切換，快速位切換至緊急位后不能由緊急位切回，共17種級位切換。

指令分成2種類型：初始位置和切換位置。司控器的初始位置和切換位置兩種狀態(tài)對應了兩類FLASH文件：1）“初始位置”置于任意檔位時包含管路充氣過程；2）“切換位置”管路空氣壓力漸變和司控器動作（顏色漸變表示空氣壓力變化）。程序運行時，司控器總是先至于初始位置再進入切換位置。當LabVIEW程序首次運行，LabVIEW事件結構判斷FLASH文件為“首次調用”并通過呈現窗顯示初始位置的FLASH動畫文件；司控器切換級位時，判斷FLASH文件不是初次調用并通過呈現窗顯示切換位置的FLASH動畫文件。

2.1.2 制動指令FLASH動畫

采用FLASH工具，制作了27種FLASH動畫文件。FLASH動畫內容包含了司控器實時動作、列車基礎制動裝置動作、空氣管路動作和指令傳遞。通過，LabVIEW“ActiveX容器”控件和條件函數，實現FLASH文件的調用。

2.2 列車運行可視化

2.2.1 場景創(chuàng)建

運用SolidWorks建立一輛車的三維模型。運動元素包括：平動運動的軌道和場景背景、旋轉運動的輪對。采用LabVIEW的“圖形與聲音”函數下“三維圖片控件”中的調用節(jié)點和屬性節(jié)點設置，實現了三維模型的調用與模型運動控制。采用LabVIEW的“紋理”函數，實現背景創(chuàng)建，在視覺上達到通過二維畫面創(chuàng)建三維場景的效果。

2.2.2 模型運動賦值

列車運行速度和車輪的旋轉速度通過根據列車制動指令計算結果來賦值。根據制動級位指令，通過積分算法得出車體速度和車輪轉速。創(chuàng)建無限循環(huán)動畫時，創(chuàng)建軌道a使之從窗口一側運動至另一側至窗口范圍以外，同時創(chuàng)建軌道b進入窗口使其與a保持一致運動路徑；將a運動位移初始化。當b運動至窗口外，a進入窗口切b的位移初始化。同理創(chuàng)建無限長動畫背景。

3 列車制動可視化結果展示

結果包含制動指令可視化和列車運行可視化。輸入為列車運行初始參數；輸出為列車運行可視化場景，包含列車制動過程的司控器實時動作、基礎制動裝置動作、空氣管路動作和制動指令傳遞的可視化場景，列車制動運行實時速度、位移、減速度和制動時間等數據和圖表。LabVIEW仿真結果如圖2所示。

4 結語

通過LabVIEW編程完成列車制動控制邏輯和制動減速度、實時速度、制動距離和制動時間等參數的實時計算，以LabVIEW為平臺，調用SolidWorks模型和FLASH文件并以計算實時參數賦值，實現了高速列車制動過程可視化?？傻萌缦陆Y論：通過LabVIEW調用FLASH動畫和SolidWorks三維模型實現了列車運行可視化，較好的展示了列車實時仿真運行狀態(tài)，配合制動參數的實時輸出顯示，可為制動方案設計作參考。運用LabVIEW可以實現列車制動過程的指令傳遞和列車運行可視化，更直觀簡明的展示列車制動原理和過程，為列車制動方案設計、列車模擬操作和無人駕駛的實現提供了探索方向。

參考文獻

[1]賀全兵.可視化技術的發(fā)展及應用[J].中國西部科技，2008，7（4）：04-07.

[2]劉冰.三維動畫設計的視覺表現探索[J].藝術科技，2015，2：73-73.