高速列车制动过程可视化

廖铉++田春

摘 要：本文分析高速列车制动过程原理，明确了高速列车制动可视化的目的；将高速列车制动过程可视化解析为制动指令传递可视化和列车运行可视化，以LabVIEW为开发平台，控制调用对应不同制动指令的FLASH文件实现列车制动指令传递可视化，同时调用SolidWorks三维列车模型并以实时速度和实时位移对模型赋值，实现了列车运行可视化；结果表明：高速列车制动过程可视化结果包含了制动指令可视化呈现窗和列车运行可视化呈现窗，直观地展示了列车制动原理列车运行状态。

关键词：列车制动；可视化；SolidWorks模型调用；FLASH动画调用

中图分类号：U270.35 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2017）18-0064-02

1 列车制动与可视化原理

高速列车制动系统由控制系统和执行系统组成。制动控制单元根据实时速度信号和电制动能力等条件，输出每节车的电制动力和制动缸压力。制动过程的指令传输过程如图1所示。电空配合中，电制动优先实施，通过比较目标制动力与根据再生减速度极限计算得到的电制动力判断电制动力是否满足制动力需求，若电制动力不足，则先补充拖车空气制动力，若拖车制动力再不足，则补充动车空气制动力。

2 基于LabVIEW的列车制动可视化

2.1 制动指令传递可视化

2.1.1 指令流的LabVIEW程序表达

制动过程中所有可能出现的司控器指令变化情形有：

（1）初始司控器置于任意状态，可发出对应10种级位的制动指令。（2）司控器相邻级位间的切换。常用制动1到7级和快速制动位可以向相邻级位任意切换，惰行级位只能向1级切换，快速位切换至紧急位后不能由紧急位切回，共17种级位切换。

指令分成2种类型：初始位置和切换位置。司控器的初始位置和切换位置两种状态对应了两类FLASH文件：1）“初始位置”置于任意档位时包含管路充气过程；2）“切换位置”管路空气压力渐变和司控器动作（颜色渐变表示空气压力变化）。程序运行时，司控器总是先至于初始位置再进入切换位置。当LabVIEW程序首次运行，LabVIEW事件结构判断FLASH文件为“首次调用”并通过呈现窗显示初始位置的FLASH动画文件；司控器切换级位时，判断FLASH文件不是初次调用并通过呈现窗显示切换位置的FLASH动画文件。

2.1.2 制动指令FLASH动画

采用FLASH工具，制作了27种FLASH动画文件。FLASH动画内容包含了司控器实时动作、列车基础制动装置动作、空气管路动作和指令传递。通过，LabVIEW“ActiveX容器”控件和条件函数，实现FLASH文件的调用。

2.2 列车运行可视化

2.2.1 场景创建

运用SolidWorks建立一辆车的三维模型。运动元素包括：平动运动的轨道和场景背景、旋转运动的轮对。采用LabVIEW的“图形与声音”函数下“三维图片控件”中的调用节点和属性节点设置，实现了三维模型的调用与模型运动控制。采用LabVIEW的“纹理”函数，实现背景创建，在视觉上达到通过二维画面创建三维场景的效果。

2.2.2 模型运动赋值

列车运行速度和车轮的旋转速度通过根据列车制动指令计算结果来赋值。根据制动级位指令，通過积分算法得出车体速度和车轮转速。创建无限循环动画时，创建轨道a使之从窗口一侧运动至另一侧至窗口范围以外，同时创建轨道b进入窗口使其与a保持一致运动路径；将a运动位移初始化。当b运动至窗口外，a进入窗口切b的位移初始化。同理创建无限长动画背景。

3 列车制动可视化结果展示

结果包含制动指令可视化和列车运行可视化。输入为列车运行初始参数；输出为列车运行可视化场景，包含列车制动过程的司控器实时动作、基础制动装置动作、空气管路动作和制动指令传递的可视化场景，列车制动运行实时速度、位移、减速度和制动时间等数据和图表。LabVIEW仿真结果如图2所示。

4 结语

通过LabVIEW编程完成列车制动控制逻辑和制动减速度、实时速度、制动距离和制动时间等参数的实时计算，以LabVIEW为平台，调用SolidWorks模型和FLASH文件并以计算实时参数赋值，实现了高速列车制动过程可视化。可得如下结论：通过LabVIEW调用FLASH动画和SolidWorks三维模型实现了列车运行可视化，较好的展示了列车实时仿真运行状态，配合制动参数的实时输出显示，可为制动方案设计作参考。运用LabVIEW可以实现列车制动过程的指令传递和列车运行可视化，更直观简明的展示列车制动原理和过程，为列车制动方案设计、列车模拟操作和无人驾驶的实现提供了探索方向。

参考文献

[1]贺全兵.可视化技术的发展及应用[J].中国西部科技，2008，7（4）：04-07.

[2]刘冰.三维动画设计的视觉表现探索[J].艺术科技，2015，2：73-73.