時間：2023-05-29 17:45:53
開篇：寫作不僅是一種記錄，更是一種創造，它讓我們能夠捕捉那些稍縱即逝的靈感，將它們永久地定格在紙上。下面是小編精心整理的12篇駕駛模擬器，希望這些內容能成為您創作過程中的良師益友，陪伴您不斷探索和進步。
一、我國汽車駕駛員培訓的需求分析
在我國，有2億人想考駕照，可是很大一部分人都面臨著種種主觀客觀存在的問題。沒有充裕的時間、害怕吃苦受累、經常被教練欺罵、培訓人員太多、單練價格昂貴，往往是人去了卻車沒了，車有了卻位子沒了，等到時間可以上車了，結果方向盤摸一把，就到站了……種種問題讓想拿駕照的人們放慢了行動的腳步。同樣，全國近萬所駕校也很苦惱，缺乏教練，學員逐年遞增，教練難找，只能一個車帶幾十人，效率非常低下；培訓場地空間不足，學車的太多，培訓場上都車滿為患，想拓寬場地又苦于資金有限。汽車的磨損巨大，駕培人員簡直就是汽車的殺手，一個新車往往用不了幾年；投資成本的增長，導致新學員取得駕照的時間是愈來愈長。這些都是顯而易見的，而且是亟待解決的。
汽車駕駛模擬器，可以彌補訓練時間的不足，使受訓者能夠在上車前就具備了基本的道路行駛技能，如路牌的辨識，危險的預估，道路選擇，車速控制，車距控制等等，這些都給解決上述問題提供了強有力的幫助，其市場前景將是十分廣闊。
二、國際汽車駕駛模擬器的發展
國際上，汽車駕駛模擬器的研制與開發非常早。新的汽車駕駛培訓人員，使用汽車駕駛培訓模擬器來熟悉駕駛技能，這在發達國家早已被廣泛推廣。1970年代，美國就在很多駕校中配備了模擬訓練器。
汽車駕駛模擬器如今早已成為探索汽車性能，研究駕駛員、汽車、道路這三方面之間關系的主要工具。80年代，瑞典的VDI公司出資建立了汽車駕駛模擬器實驗室，用于車輛制造和交通安全環境改善的探索與開發。1989年，美國的通用汽車公司，也開始進行開發型汽車駕駛模擬器的研制工作。該公司迄今為止已經開發出了第三代產品，通用汽車研制的汽車駕駛模擬器的各項性能指標均領先于世界水平。1995年，日本的杰瑞汽車研究所也建成了帶有體感模擬系統的汽車駕駛模擬器。
三、我國汽車駕駛模擬訓練技術的發展
中國的汽車駕駛模擬培訓技術的應用非常晚，按照其模擬訓練的功效來劃分的話，其發展歷程可分三個階段：
第一階段，意念式汽車駕駛模擬訓練，以簡單的生活工具來進行汽車駕駛的練習培訓。它的特點是，駕培人員利用水盆、木棍等就地取材的工具，模擬汽車的方向盤、檔位等，根據自己對汽車駕駛知識的理解，來進行汽車操縱部件的練習，藉此來熟練掌握汽車駕駛的動作和技巧。
第二階段，體驗式汽車駕駛模擬訓練，以某些操縱部件的仿真模擬，來進行汽車駕駛的練習培訓。它特點是，駕培人員使用模擬器的操縱系統和計算機視景仿真系統，對汽車駕駛操縱系統的肢體操作進行熟悉，在模擬行駛過程中對簡單的道路交通情況進行分析處理的一種純體驗性汽車駕駛。
第三階段，誘導式汽車駕駛模擬訓練，融入更多智能化、人機結合、虛擬場景化的內容來設計設備，輔助駕培人員進行汽車駕駛的練習培訓。
四、汽車駕駛模擬器未來的發展前景
隨著時代的發展變遷，汽車駕駛培訓模擬器越來越多的被應用于現實生活中，現有用途如下：
第一，環保節能。以一個學員為例，每天學習一個小時的實車操縱，消耗汽油4升，以2015年3月的油價為基準是6.15元/升。每個學員每天消耗的費用為24.6元，使用汽車駕駛模擬器可大大減少費用。
第二，使駕培人員克服心理障礙逐漸入門。新的學員，初次上車進行實際操作極易發生危險，這也是教練員神經最為緊張的時刻。汽車駕駛模擬器能培養學員們在關鍵時刻能夠做出正確的操作和及時的反應的意識，降低學車事故率。
第三，對于汽車駕駛模擬器來說，對駕駛員的培訓時間可以節省1/3，這可以大大減少污染、石油消耗量、車輛的磨損維護費用、教練的精力等。且能夠使駕駛員的學習時間機動靈活，不再像過去一樣受到天氣、時間的影響。成本的降低也將大大有利于駕駛員的學習支出。
第四，現在應用汽車駕駛模擬器的駕校較少，在這個競爭激烈的年代，可以很好的提升駕校的品牌，樹立起行業標桿。
第五，汽車維護對于一個駕校來說是除了人員工資、汽車油耗之后另一大開銷，使用汽車駕駛模擬器，可大大降低車輛的損耗，且可以避免不規范的操作形成。對駕校的成本控制很有利。
汽車駕駛模擬器未來技術的革新趨勢如下：
1、兩極分化的發展。未來占據市場份額比重較大的會是這么兩類，一類是便于攜帶或移動的簡單被動式汽車駕駛模擬器，成本低、體積小，更多地被駕培人員購置于家中使用；一類是人機工程學與虛擬現實技術得到充分應用和開發、體感逼真的高級汽車駕駛模擬器，這種設備主要是以駕培機構與汽車研究公司為客源。
2、智能模擬程度愈來愈高。未來汽車駕駛模擬器的發展肯定是讓駕駛者駕車操縱的感覺與現實行車愈發逼真或一致的。可以設計模擬出各種天氣狀況、突發路面交通狀況、車輛行駛狀況、交通標示及信號等場景，它的計算機虛擬仿真技術得到充分發展和應用。并且，駕駛人員在操縱汽車駕駛模擬器的時候，車輛對人體的震動與變向等的體感反饋將會愈發精細。同時，在道路交通的場地模擬方面，現實社會中的地理地質數據將會以庫的形式被駕駛人員隨時調閱，以增加模擬駕駛的畫面真實感，就好比現實中的“盜夢空間”。
3、使用的功用與場合會進一步拓展。相信在不久的將來，汽車駕駛模擬器將會不僅僅只是用來進行駕駛員的培訓，這一設備，也許會被更廣泛的應用于賽車技術研究、道路設計和城市布局規劃、應急救援行駛模擬等多個方面，甚至還可以用于部隊的軍事技能訓練之中。
參考文獻：
[1]陳定方，尹念東，李勛祥.分布交互式汽車駕駛訓練模擬系統[M].北京：科學出版社，2009：12
[2]余志生.汽車理論[M].機械工業出版社，2000
關鍵詞：工程模擬器；傳輸延遲；測試機制
DOIDOI：10.11907/rjdk.151242
中圖分類號：TP3-0
文獻標識碼：A 文章編號：16727800（2015）006003803
作者簡介作者簡介：陳磊（1984-），男，山東菏澤人，碩士，上海飛機設計研究院工程師，研究方向為工程模擬器研制與應用、飛行仿真技術。
0 引言
工程模擬器為人在回路的飛行半實物仿真平臺，通過集成能夠形成人感覺的各種物理效應設備[1]，包括視景系統、運動系統、操縱負荷系統等，并建立反映飛機飛行動力學等被控對象的動態特性來實現對真實飛行環境的高逼真模擬。飛行員在工程模擬器中通過操縱駕駛艙控制器件，觀察航電顯示設備，感受座艙外部視景、運動等來對飛行性能和飛行品質、人機功效、飛機系統特性等進行評價，此外，工程模擬器還可用于對飛行機組的相關培訓[2]。
工程模擬器主要由飛行仿真系統、飛控仿真系統、駕駛艙控制器件、運動系統、視景系統、航電系統等組成[3]，工程模擬器工作原理如圖1所示。
為保證工程模擬器對飛機及其相關系統模擬的逼真效果，工程模擬器人在回路的仿真必須實時運行[4]，否則工程模擬器模擬建立的飛行環境將會與真實飛機情況產生較大偏差。例如飛行員在工程模擬器操縱駕駛桿時，通過視景獲取的視覺圖像以及運動系統產生的動感應該與真實飛行相一致，不應產生滯后或者超前的生理反應，否則飛行員將會對飛機的性能和飛行品質產生錯誤的判斷和評價，誤導工程設計人員關鍵控制參數設計，進而影響到飛機的研制。因此，需要確保工程模擬器對飛機及其相關系統模擬的逼真效果，工程模擬器人在回路的仿真必須實時運行，否則工程模擬器模擬建立的飛行環境將會與真實飛機情況產生較大偏差。例如飛行員在工程模擬器操縱駕駛桿時，飛行員通過視景獲取的視覺圖像以及運動系統產生的動感應該與真實飛行相一致，不應產生滯后或者超前的生理反應，否則飛行員將會對飛機的性能和飛行品質產生錯誤的判斷和評價，誤導工程設計人員關鍵控制參數設計，進而影響到飛機的研制。所以需要確保由計算機、網絡、硬件接口、運動系統、視景系統、 顯示系統等硬件構建的模擬器飛行環境，其對駕駛艙控制器件的輸入信號處理帶來的傳輸延遲時間不會影響模擬器整機的實時運行。
CCAR60部有對飛行模擬機為達到相應鑒定等級所必須滿足的信號滯后要求，第60.A.1.3模擬機最低要求條款規定運動系統、視景系統和駕駛艙儀表的相對響應要密切耦合，以提供綜合的感覺提示，A級飛行模擬機的響應在飛機開始響應的300ms內，B、C、D級飛行模擬機的響應在飛機開始響應的150ms內。傳輸延遲是操縱輸入和相應硬件（例如儀表、運動系統和視景系統）響應之間的時間，作為滿足滯后要求的一種替代方法，可用于演示飛行模擬機系統未超過規定限制。通過階躍信號的傳輸來測定經歷傳輸后的全部延遲，階躍信號傳輸從駕駛員的操縱開始，經過操縱載荷電子設備，并使用握手協議，按照正確的順序與全部模擬軟件模塊交聯，最后通過正常輸出接口到達儀表顯示、運動系統和視景系統。傳輸延時只需在每個軸上測量一次，與飛行條件無關，不包括模擬航空器自身產生的延遲，應分別在俯仰、滾轉、偏航方向上至少各完成一次測試，來演示與飛機滯后響應有關的模擬機滯后響應[5]。
CCAR60部鑒定準則是飛行模擬機達到相應等級標準所必須遵循的規范，工程模擬器目前還沒有相應的研制規范與標準，但是在保證飛機仿真的實時性方面，工程模擬器可以參照飛行模擬機的標準來實施。本文建立一種測試機制對某型號的工程模擬器駕駛艙操縱器件與視景系統、運動系統、航電顯示系統之間的傳輸延遲進行測試，并對傳輸延遲測試進行分析，驗證工程模擬器的傳輸延遲是否符合CCAR60部鑒定準則模擬機相應等級的要求。
1 測試機制
在工程模擬器的操縱器件駕駛桿/腳蹬端施加作用力，當駕駛桿/腳蹬位置發生變化時，將產生電信號經角位移采集電路、硬件接口傳輸至主控計算機，主控計算機判斷觸發有效后，將向視景系統發出指令，使視景投影器的輸出由黑色變為白色；向航電顯示系統發出指令，使得電子飛行儀表顯示器輸出由黑色變為白色；向運動系統發出指令，使得運動平臺縱向向前以5°/s的速度平移。
對于視景系統及航電顯示系統而言，將角位移傳感器采集并處理后的用于指示駕駛桿/腳蹬位置變化的電平信號以及亮度傳感器采集并處理后的用于指示投影器/電子飛行儀表顏色變化的電平信號均輸出到示波器中，觀察信號在示波器的顯示情況。需要說明的是，角位移采集電路內部為分立電子元器件，從駕駛桿/腳蹬變化至角位移采集電路完成轉換所產生的延遲相對整個系統的傳輸延遲可忽略不計，亮度傳感器對亮度變化的轉換速度相對整個系統傳輸延遲相比亦可忽略不計，因此通過示波器對兩種信號的對比即可得到操縱器件輸入到視景顯示系統和航電顯示系統的傳輸延遲。
對于運動系統而言，將角位移傳感器采集并處理后的用于指示駕駛桿/腳蹬位置變化的電平信號以及運動平臺下加速度傳感器采集并處理的用于指示運動平臺加速度變化的電平信號均輸出到示波器中，觀察信號在示波器的顯示情況。加速度傳感器對運動平臺加速度變化的轉換速度相對整個系統的傳輸延遲可忽略不計，因此通過示波器對兩種信號的對比即可得到操縱器件輸入到運動系統的傳輸延遲。
視景顯示系統、航電顯示系統、運動系統的傳輸延遲測試原理如圖2、圖3、圖4所示。
2 測試流程
視景顯示系統、航電顯示系統、運動系統傳輸延遲測試流程是一致的，具體測試步驟如下：①將光敏傳感器安裝于投影器前或者航電儀表顯示器前，將加速度傳感器安裝于運動平臺上；②按照設備接口控制文件和傳輸延遲測試原理框圖連接線纜；③配置計算機系統軟件和示波器；④操作駕駛桿前后動作，使俯仰通道產生觸發信號，記錄示波器的測試曲線和測量值；⑤操作駕駛桿左右動作，使滾轉通道產生觸發信號，記錄示波器的測試曲線和測量值；⑥操作腳蹬前后動作，使側滑通道產生觸發信號，記錄示波器的測試曲線和測量值。
3 測試結果與分析
按照傳輸延遲測試的具體步驟進行測試，分別得到視景顯示系統、航電顯示系統、運動系統的傳輸延遲測試結果。
將示波器記錄的駕駛桿俯仰通道輸入至運動系統、俯仰通道輸入至視景系統、俯仰通道輸入至航電顯示系統，其傳輸延遲測試結果分別如圖5、圖6、圖7所示（圖上面的線表示黃色信號，下面的線表示藍色信號）。
如圖5所示，黃色信號為駕駛桿操縱的觸發信號，藍色信號為運動系統的響應信號，軟件配置為當駕駛桿操縱信號過中點時運動系統開始響應，因此可以得出駕駛艙俯仰通道至運動系統的傳輸延遲為73ms。
如圖6所示，黃色信號為駕駛桿操縱的觸發信號，藍色信號為視景系統的響應信號，軟件配置為當駕駛桿操縱信號開始變化時視景系統開始響應，因此可以得出駕駛艙俯仰通道至視景系統的傳輸延遲為96ms。
如圖7所示，黃色信號為駕駛桿操縱的觸發信號，藍色信號為顯示系統的響應信號，軟件配置為當駕駛桿操縱信號開始變化時顯示系統開始響應，因此可以得出駕駛艙俯仰通道至顯示系統的傳輸延遲為121ms。
以上為駕駛桿俯仰通道分別傳輸至運動系統、視景系統、航電顯示系統的一次傳輸延遲測試，為了保證測試數據的準確性，對各通道采用多次測試的方法。某型工程模擬器各通道傳輸延遲測試平均值如表1所示。
4 結語
通過以上測試結果可以得出，某型工程模擬器的視景系統、運動系統、顯示系統傳輸延遲符合CCAR60部D級模擬器傳輸延遲時間不超過150ms的規定。D級為模擬器鑒定準則中模擬器所能獲得的最高級別，符合D級模擬器傳輸延遲規定了意味著某型模擬器能夠滿足人在回路實時仿真的基本要求。
參考文獻：
[1] 王維翰.民用飛機工程模擬器與訓練模擬器的區別[J].軟件導刊，2003（1）：15.
[2] 向立學.工程模擬器是現代飛機設計比不可少的工具[J].國際航空，1995（7）：4143.
[3] 王維翰，何大燮.民用飛機飛機模擬器總體技術方案研究[J].上海鐵道大學學報，1998（5）：3841.
關鍵詞 飛行模擬器 組成 信息化 控制
中圖分類號：V217.4 文獻標識碼：A
Flight Simulator Composition and Control Technology Application
YANG Su
（Civil Aviation Flight University of China Suining Sub-college， Suining， Sichuan 629000）
Abstract Flight simulator is a device commonly used in aviation technology， which gained popularity in real flight simulation， can be of various flight control platform automation and simulation scenarios to play out the effect of artificial intelligence control. Traditional flight simulator has been unable to adapt to the requirements of high-end technology， in terms of flight instruction showing the obvious defects， reducing the safety of flight equipment work. Development of new simulation equipment is a necessary requirement for technological innovation； technological innovation is one of the current transformations of the domestic main content. Analysis of the composition and function of the core Flight Simulator will simulate information technology into operations， the establishment of modern analog control systems.
Key words flight simulator； composition； information； control
飛行模擬器可作為科研事業的模擬裝置，對航空飛行活動進行“真實”的情景模擬，為飛行裝備正式運行做好充分的模擬測試。隨著信息科技的快速發展，飛行模擬器也采用了多種信息科技，計算機技術、無線傳感技術、無線通訊技術等，為模擬器智能化控制創造了條件。根據現代信息科技的主要構成，以計算機技術、傳感技術、通信技術為指導，演示為數字技術、遙控技術、無線技術等，對飛行模擬器自動化控制進行升級，保證飛行模擬器的智能化控制。
1 飛行模擬器研究意義
航空工程改造是國防系統建設的核心內容，為了不斷優化現有軍用武器裝備，引用高端科技輔助軍用設備操作是極為重要的。通過操作飛行模擬器，不僅減小了航空飛行裝備的危險系數，且能在短時間內快速地完成各項飛行任務。本次首先研究了飛行模擬器的主要構成，涉及到模擬座艙、運動系統、視景系統、計算機系統等；其次研究了新型飛行模擬器的控制技術，注重信息科技的多項應用。①該項目完成后，不僅提高了模擬飛行器的工作性能，實現了人機一體化控制與無線傳感控制；同時減小了航空營運事故的發生率，降低了航運設備的能耗系數；最終帶動了收益額度的持續增長。
2 飛行模擬器的主要組成
（1）模擬座艙。座艙是飛行駕駛人員的“工作區”，執行飛行任務時對保持正確坐姿是很重要的。為了幫助飛行員找到最佳的位置，可選用訓練用飛行模擬器的模擬座艙，其內部的各種操縱裝置、儀表、信號顯示設備等與實際飛機幾乎完全一樣，它們的工作、指示情況也與實際飛機相同。因此飛行員在模擬座艙內，就像在真飛機的座艙之中。
（2）運動系統。它是用來模擬飛機的姿態及速度的變化，以使飛行員的身體感覺到飛機的運動。飛行機器運動系統工作狀況，決定了整個飛行操作的工作效率，必須要結合飛行機器結構組裝運動系統。先進的飛行模擬器，其運動系統具有六個自由度，即在三維坐標中繞三個軸的轉動及沿三個軸的線位移。
（3）視景系統。它是用來模擬飛行員所看到的座艙外部的景象，從而使飛行員判斷出飛機的姿態、位置、高度、速度以及天氣等情況。②先進的視景系統，是用計算機來產生座艙外部的景象，然后通過投影、顯示裝置顯示出來。雖然飛行模擬器的視景范圍屬于虛擬狀態，但其同樣為飛行員提供了真實的操作場景。
（4）計算系統。飛行模擬器就是一個實時性要求很高、交流的信息量很大，精度要求較高的實時仿真控制系統。計算機系統承擔著整個模擬器各個系統的數學模型的解算與控制任務，其可以由單一主控計算機作為數據處理平臺，也可安裝多臺計算機作為并行處理系統，大大提升了飛行時相關數據的處理效率。
（5）教員控制臺。它是飛行模擬器的監控中心，主要用來監視和控制飛行訓練情況。它不但能及時顯示飛機飛行的各種參數，飛機飛行的軌跡，而且還能設置各種飛行條件。航空飛行離不開地面指揮中心的全程調控，較遠控制臺也是飛行模擬器涉及的主要內容，重點按照飛行要求執行調控指令，保持空間飛行與地面控制的一致性。
3 新時期飛機模擬器控制技術應用
（1）傳感技術。側重傳感信號的處理和識別技術、方法和裝置同自校準、自診斷、自學習、自決策、自適應和自組織等人工智能技術結合，發展支持智能制造、智能機器和智能制造系統發展的智能傳感技術系統。對行模擬器來說，其本身就是對人工操作的綜合模擬，設置傳感系統可感應人工動作信號，為飛行器調控提供正確的指導。③未來模擬器融入傳感技術具有更便捷的操作性能，為駕駛人員創造更加真實的飛行場景。
（2）無線技術。飛行模擬器能夠模擬的對象很多，主要集中于各類飛行裝備，包括：飛機、衛星、導彈等，大部分集中于軍事科技改造。地面指揮中心遙控飛行器，必須要由超遠程的無線控制平臺，這樣才可準確地傳遞飛信信號。模擬器配備超遠程無線技術是不可缺少的，無線圖像監控系統工作頻率高，相對波長短，其繞射能力差，傳輸時，必須滿足視距條件，即接收和發射天線之間無遮擋，有遮擋時可加大功率繞射或設立中繼站發站。
（3）數字技術。數字科技是一項與電子計算機相伴相生的科學技術，借助一定的設備將各種信息，包括圖、文、聲、像等轉化為電子計算機能識別的二進制數字“0”和“1”，再進行運算、加工、存儲、傳送、傳播、還原的技術。信息化是人類社會活動的必然趨勢，計算機在推動信息化發展中占有重要作用，幫助用戶解決了高速計算時遇到的種種問題。軟件是計算機程序或指令硬件運行的數據集，其對于數字模擬器整體功能發揮有著很大的影響。
（4）人機技術。當前，飛行模擬已經成為航空科技研究必經的環節，任何一項航空飛行都必須事先經過模擬，確定無誤后再正式進入飛行動態。模擬不僅減小了正式飛行的風險系數，也大大改善了飛行器的可調度功能。④航空器執行飛行任務中，所有操作都由駕駛人員參與操作，選定人機技術是飛行器控制技術的關鍵。例如，根據人機工程系統可靈活地調整飛機艙座椅，使駕駛人員出于最舒適的操控狀態，有助于提高飛行機器的操作效率。
4 結論
飛行模擬器是現代軍事工程信息化改良的重點對象，適用于高端航空飛行器裝備的全面升級。為了保證各項飛行任務的有序進行，事先模擬飛行器空間運行狀態是很有必要的，其能夠及時發現飛行機器、飛行軌跡存在的問題，嚴格防范了實際飛行中各類事故的發生。
注釋
① 許飛.我國航空飛行科技裝備控制改造與升級研究[J].中國航空科技，2012.18（6）：12-14.
② 金子文.GPS定位系統應用行模擬器調試控制[J].科技創新導報，2011.32（17）：32-34.
盡管K1／K1A1主戰坦克已經足夠強大，但是，韓國軍方并不滿足現狀，又馬不停蹄地研制新世紀的新型主戰坦克，這就是K2主戰坦克的由來。
研制期間的代號為XK2主戰坦克，于2003年開始研制，牽頭的仍然是羅特姆公司。現已制成一號樣車和二號樣車，并在韓國東南部的慶尚南道開始了行駛試驗和射擊試驗。原計劃全部研制工作于2008年底完成，并計劃于2011年開始批量生產。定型后將改稱為K2主戰坦克。正式生產后的零部件的國產化率將達到98％左右，成為名副其實的“鋼鐵太極虎”。
我們先來看一看K2主戰坦克采用了那些先進的技術吧!三人乘員組、自動裝彈機、55倍口徑的120毫米滑膛炮、新型鎢芯尾翼穩定脫殼穿甲彈、炮射導彈、緊湊的柴油機、半自動液氣懸掛裝置、駕駛員用熱像儀、模塊式復合裝甲、主動防護系統、車際信息系統和旅級戰斗指揮系統等，可以說，K2將當代世界各國的先進坦克技術幾乎一網打盡，成為超越M1A2SEP、“豹”2A6、90式、“勒克萊爾”，T-90S等當代世界上最先進主戰坦克的“超級坦克”。當然，其前提是這些先進的裝置都能很好地發揮作用，有足夠高的可靠性。
XK2主戰坦克還處于研制和定型的后期階段，盡管最終的性能數據還會有若干變化，但大體上共性能數據已經八九不離十。XK2主戰坦克的戰斗全重為55噸，乘員3人，自動裝彈機的彈艙位于炮塔尾艙，這一點有別于蘇俄的T系列主戰坦克，而和法國的“勒克萊爾”坦克相似；也成為區分XK2坦克和K1系列坦克的最主要的外部特征。不難看出，這種外部特征也和當今的東西方主戰坦克有一定的區別。
火力和火控系統 先說說采用Rh120／L55型120毫米滑膛炮這一點吧!這種大口徑、長身管的滑膛炮，堪稱是120毫米級滑膛炮的極品，發射DM53型尾翼穩定脫殼穿甲彈時，可在2000米的射擊距離上擊穿800毫米厚的均質鋼裝甲。韓國人是否會購買DM53彈的技術尚不得而知，但韓國人正在研制性能接近DM53彈的K276型尾翼穩定脫殼穿甲彈，已不是什么秘密。這種K276彈同樣是鎢合金穿甲彈；再加上同時研制的K277多用途彈，可以說，在120毫米滑膛炮配套的彈藥方面，已不存在技術瓶頸。
更值得稱道的是，XK2坦克上的坦克炮還可以發射炮射導彈，提高了遠程攻擊能力和命中精度。其實，早在若干年前，韓國軍隊就裝備了相當數量的俄羅斯T-80U主戰坦克，對新型T系列坦克上的炮射導彈技術并不陌生。不過，這一回韓國人選中的卻是以色列IAI公司提供的“拉哈特”型半主動激光制導炮射導彈。和T-80U坦克上發射的“眼鏡蛇”炮射導彈相比，“拉哈特”炮射導彈的最大射程可達8000米，而“眼鏡蛇”炮射導彈的最大射程僅為4000-5000米，兩者相差近一倍。最近有消息稱，K2坦克上也可能不采用炮射導彈。到底結果如何，過一段時間才能清楚。
在XK2主戰坦克的火控系統設計和選型上，韓國人更是下足了功夫。這種火控系統是帶有“獵－殲”功能的穩像式火控系統，是K1A1坦克火控系統的發展型，系統包括：火控計算機、炮長用雙穩式三合一瞄準鏡、車長用雙穩式周視三合一熱瞄鏡、晝夜“獵－殲”裝置、目標自動跟蹤系統、火炮和炮塔的電驅動系統、自動裝彈機、先進的彈道解算和動態炮口基準系統、各種傳感器等。不難看出，這些技術若全能實現，這種坦克應當是當代先進坦克火控系統技術的集大成者。
推進系統 XK2坦克的樣車上采用的是德國MTU公司的883V12型1500馬力柴油機。正式生產時將采用國產的1500馬力柴油機。與之配套的還是德國倫克公司的自動變速箱，有5個前進檔和1個倒檔。XK2坦克的推進系統的“亮點”在行動裝置上，包括：半自動液氣懸掛裝置、履帶張緊度動態調節系統、定位導航系統、駕駛員熱像儀、深水潛渡裝置等。由于其單位功率高達27.27馬力／噸，使XK2坦克的最大速度高達70千米／小時。至于XK2坦克的潛渡性能，本刊在2007年第5期《韓國XK2主戰坦克真的是世界上第一種水下坦克嗎?》一文中已經作過較詳細的介紹，這里不再贅述。
防護系統XK2坦克的防護系統也很有特色，防護的主體是模塊式復合裝甲，特別是提高了對動能彈的防護能力。此外，還引入多種防護手段，包括：增強頂部防護的爆炸反應裝甲、激光報警系統和探測來襲導彈的雷達、對抗來襲導彈的自激式軟殺傷手段、集體式三防裝置、防中子襯層、乘員艙環境控制系統、敵我識別系統等。可以認為，XK2坦克的綜合防護性能比起K1系列主戰坦克又有大幅度提高。
戰場管理系統和車輛電子學 先要解釋一下，一些西方國家的坦克專家認為，現代的主戰坦克除了火力、機動和防護三大性能外，還要引入“坦克C3I系統”或“戰場管理系統和車輛電子學(Vetronics)”。具體原因在這里不作更多解釋。
這里面包括：車長和炮長用的彩色戰術顯示器、自動化的目標判讀和優先攻擊排隊、音頻和數據通信網絡系統、動力系統的電子控制和管理系統、車載故障診斷系統、嵌入式訓練和戰斗任務模擬系統等。無疑，這些玩意兒還是挺先進的。它使車長的指揮像玩電子游戲一樣簡單，運籌帷幄于“鐵烏龜殼”之中。
XK2主戰坦克還處于研制和定型的最后階段。盡管最終的性能數據還會有若干變化，但大體上已經八九不離十，讓我們等待“鋼鐵太極虎”出山的那一天吧。
變型車種種
K1主戰坦克的變型車主要有K1裝甲搶救車和K1裝甲架橋車兩種，分別介紹如下。
K1裝甲搶救車戰斗全重51.1噸，乘員4人，發動機最大功率1200馬力，最大速度65千米／小時，坦克搶救用的家什一應俱全，包括：大吊車、主絞盤、輔助絞盤、剛性牽引桿、推土鏟等。其中，吊車的起吊能力為25噸，可以輕而易舉地吊起整個K1坦克的炮塔總成或動力一傳動裝置總成，吊臂的最大仰角可達70度，旋轉角度達270度；主絞盤的牽引力達343千牛(35噸力)，使用動滑輪時，可增大到686千牛，牽引鋼絲繩長150米；輔助絞盤的牽引力達7千牛(約0.7噸力)，牽引鋼絲繩260米長；推土鏟的作業率為170立方米／小時。有12.7毫米高平兩用機槍1挺用于自衛。據稱，韓國軍隊共裝備200輛K1裝甲搶救車。
K1裝甲架橋車戰斗全重53.7噸，乘員2人，為60噸級的剪式橋，橋的跨度22米，可通過60噸級的主戰坦克，橋體的收放為液壓驅動，架橋時間3分鐘，收橋時間10分鐘。橋體的壽命高達8000架設次以上。據
稱，韓國軍隊裝備了56輛K1裝甲架橋車。
這里需要說明的是，架橋車不僅能用于“逢河架橋”，更重要的是用于溝壑間的架設。
K1訓練模擬器
和“勒克萊爾”主戰坦克一樣，K1主戰坦克在設計之初就配套設計了訓練模擬器，包括坦克射擊訓練模擬器和坦克駕駛訓練模擬器。
坦克射擊訓練模擬器K1坦克射擊模擬器室包括四個部分：模擬器主體和乘員站；場景圖像生成站；報告廳；教官操作間。模擬器主體全重1413千克，相當于一個炮塔總成，炮長和車長坐在里面與坐在真正的K1坦克炮塔里一樣，搜索目標，轉動炮塔和火炮，精確瞄準并射擊，觀察目標毀傷情況，教官給出打分……這一切就與網吧里玩電子游戲一樣……當然，戰爭是殘酷的、血腥的，但模擬器里的實踐，卻可以使乘員迅速掌握射擊要領，減少大量的實彈消耗。模擬器主體為六自由度(俯仰、縱搖、橫搖)的，可以和坐在真的炮塔里一樣搖晃。乘員完成的科目包括各種按鈕操作、晝夜射擊訓練、故障排除訓練等。
坦克駕駛模擬器 K1坦克駕駛模擬器室同樣包括了四個部分，但模擬器主體和乘員站換成為駕駛模擬器主體。駕駛模擬器主體重1380千克，僅能乘坐駕駛員一人。這個駕駛模擬器同樣是六自由度(俯仰、縱搖、橫搖)的，可完成各種地形和氣候條件下的駕駛訓練。形象一點說，模擬駕駛跟電腦游戲中的賽車游戲十分相像，但不是操作鼠標和鍵盤，而是像實車駕駛員操縱方向盤和油門一樣逼真。
“半島二虎”大PK
令人感興趣的是，朝鮮半島對立雙方的鐵家伙都是屬“虎”的，北邊的是“天馬虎”，南邊的是“太極虎”(當然是外人給的綽號)。讓我們看一看究竟是“天馬虎”厲害，還是“太極虎”更兇。
需要說明的是，這次“鐵甲擂臺”出場的兩只“虎”，一個是“天馬虎”基本型，一個是“太極虎”系列中的當家猛士，即K1A1主戰坦克。這是朝鮮半島北南雙方軍隊現裝備中最先進的主戰坦克。“天馬虎”B型和K2主戰坦克都還未裝備部隊，它們可能的對決將是今后的事。
“天馬虎”坦克，有人說它是“山寨版的T-72坦克”；而K1A1坦克，有人說它是M1A1坦克的“克隆產品”。看來“半島二虎”的PK，很有點T系列新型主戰坦克和M系列新型主戰坦克對決的味道。
在這里，我們不想對兩種坦克的火力、機動、防護三大性能單個逐項加以比較，而是綜合對比兩種坦克對抗的高下，這樣做可能更好些。
兩只“鋼鐵猛虎”相遇大PK，誰的威力大，誰更抗打擊，誰能先發制人、遠程攻擊，誰就將占得先機。論火炮的威力，一個是120炮，一個是125炮，口徑差不多，但更細致地還要比較二者的身管長徑比、炮彈威力、火控系統的優劣等。“天馬虎”的主炮為2A46型125毫米滑膛炮，身管長為48倍口徑；而K1A1坦克的主炮為Rh120型120毫米滑膛炮，身管長為44倍口徑。表面上看，似乎“天馬虎”的主炮威力稍占優，但實際上，同樣發射尾翼穩定脫殼穿甲彈時，“天馬虎”可貫穿2000米處的380毫米厚的均質鋼裝甲，或者可貫穿1000米射擊距離上的400毫米厚的均質鋼裝甲；而K1A1可貫穿1300米處的510毫米厚的均質鋼裝甲。盡管二者比較的射擊距離不同，但K1A1的“120炮+彈”要優于“天馬虎”的“125炮+彈”，似乎不成問題。從有效射程上看，同樣發射尾翼穩定脫殼穿甲彈，“天馬虎”為2100米，而K1A1為3000～3500米，也是K1A1坦克要占優。從海灣戰爭的實戰經歷看來，美軍的M1A1坦克往往在3500米的距離上攻擊伊軍的T-72坦克，而伊軍的T-72坦克根本沒有還手之力。這也從一個側面驗證了K1A1坦克的遠戰能力要優于“天馬虎”坦克。
從火控系統的先進水平看，“天馬虎”坦克的火控系統基本上還是簡易型火控系統，而K1A1坦克的火控系統為具有“獵－殲”功能的穩像式火控系統，兩者顯然不是一個檔次上的。這意味著K1A1坦克的火炮可以先敵開火，打得更準，而在對抗中“天馬虎”坦克的火炮要吃些虧。
單從火力的比較上，“天馬虎”坦克要處于下風，但二者之間的差距并不大。盡管這兩種主戰坦克的裝甲厚度都未公布，但兩者首上裝甲和炮塔正面裝甲的折算厚度都應在500毫米以上，也就是說，雙方硬碰硬地以120毫米炮彈或125毫米炮彈攻擊對方坦克的首上裝甲或炮塔正面裝甲，都會有點困難。不過，以“天馬虎”坦克上的125炮攻擊K1A1坦克的側面裝甲或后面裝甲，是足以能擊穿的，仗還是有得打。
地點 倫敦希思羅
時間 全年
價格 400英鎊（約合4000元）起
更多信息
飛行短訓
你有想過嗎？有一天太空人入侵了，需要你在緊急情況下開著飛機和他們戰斗，還得緊急迫降在飛機跑道上。你肯定這么想過。謝天謝地，現在英國航空公司向公眾開放了16個超級逼真的專業飛行模擬器訓練，普通人都有機會享受駕駛波音大飛機起飛、翱翔太空以及降落的特殊體驗。你只需要選擇747或者777型號，就可以直接練習了。
身臨其境
模擬器由獨立的、特別冷卻室里的電腦庫控制，其模擬場景非常真實，真正的飛行員在這種模擬器中受訓以后就可以直接駕駛搭載乘客的真飛機，開始空中之旅了。駕駛艙精確復制了飛機機艙里的一切，擁有某種裸眼3D式的180°全視角。加之超級真實的全方位運動和音效，身臨其境的整個經歷令人心曠神怡。
沖上云霄
起飛不用像開真飛機那樣進行繁瑣的調整。你只需坐進駕駛艙內，任由副駕駛設置好白天或者晚上時間，選擇不同的氣候條件，然后你就可以直飛世界各地了。你可以在一個夏季的清晨，從希斯羅機場跑道上起飛，然后繞過倫敦南部飛行。最終可能會因為一場暴風雨，無奈地在深夜迫降香港。
挑戰艱險
正面迎擊來勢兇猛的大風，還要控制好飛機是一件非常恐怖、而且不容易做到的事情，它會讓你緊咬雙唇，大汗淋漓，神經接受刺激。當你調整好飛機，直沖下跑道，隨著砰砰幾聲巨響，飛機在跑道上顛簸，慢慢滑行。這種經歷終身難忘，雖然你這輩子可能都沒有機會親自駕駛飛機。但是能玩這么一臺1000萬英鎊（約合1億元）的“游戲機”，也算是人生中少有的經歷吧。而且，下一次你乘班機跨越大西洋，萬一機組出現什么狀況，你也有機會自告奮勇地站出來——你知道該怎么做。
飛行訓練游戲
《飛翔的小鳥2》
iOS/Android
有一只小鳥兒的夢想是能夠飛得更高、更遠，不過它的翅膀很小，要做到這一點并不容易。不過小鳥想出了一個方法——借助連綿的丘陵山坡和風的力量，來讓自己能飛得更高、更遠。
《Damage Inc.》
PS3/Xbox 360
游戲計劃在8月末發售。這個二戰空戰主題游戲會將你訓練成執行緊急任務的老將。你將在空中做一系列高難度動作，還要射下一架架敵機。你是準備著迎接這部游戲還是已經入手了？
《微軟飛行》
關鍵詞:運動模型;模擬器;運動分析
中圖分類號:TP391文獻標識碼:A文章編號:1009-3044(2010)02-406-02
System Simulation Model of Boat Motor Realization
ZHANG Yi-jun1, YANG Zhi2, WANG Shi-qiang2
(1.Engineering Institute of Engineering Corps, PLA Univ of Sci. & Tech., Nanjing 210007, China;2.PLA Xi'an Communication College, Xi'an 710006, China)
Abstracts: In this paper, by boat simulator analysis, exerting rotary motion transformation tensor method to solve the three-dimensional of the mathematical system model. Because the rotation transformation tensor method is convenient, simple, practical advantages, making the whole movement analysis of the model calculation has been simplified, besides the establishment of the movement model and the actual model match.
Key words: motion model; simulator; Motion Analysis
在快艇模擬器的設計中,視景仿真平臺的開發是在利用虛擬現實技術開發高逼真度、有沉浸感的三維模型,是整個模擬器開發的軟件部分。它主要包括了視景仿真三維模型的建立、運動系統數學模型解算三維姿態建立兩大部分。其中運動數學模型(快艇模型)是整個模擬器的核心,只有建立正確的運動模型才能保證模擬器最后達到快艇運動時的真實效果。
1 自由度和空間運動分析方法的選取
在運動模型(快艇模型)運動過程中,我們主要關注的數據是它的三維坐標X、Y、Z, 和它的俯仰、側傾、轉向三個姿態,以及運動速度。他們分別為三個位移和三個角度和一個速度。在模型器開發中, 根據實際的情況, 有的能夠開發出六自由度的訓練模擬器, 如果在外觀上再加工細致, 可以說與實物能取得最大的一致。完全模擬實艇車狀態下的各種運動情況以達到一種理想狀態,是不現實的。基于仿真度、成本――效益比等綜合因素的考慮,研究以三自由度仿真器模擬以下三種運動:俯仰Pitch、側傾Roll和轉向Turning運動,這也是實車中使用最頻繁最重要的運動姿態。但是,由于我們的運動仿真平臺并沒有安放在轉輪上, 無法實現繞Z軸的旋轉, 但是可以三個液壓缸同時作上下運動, 所以能夠實現俯仰Pitch、側傾Roll和抬升Heading運動。
目前,世界上用來進行空間機構運動分析的學習方法很多,有四元素法、矩陣、回轉變換張量法、建立在球面三角基礎上的向量代數法等等.對于繞定點的空間轉動,回轉變換張量法具有方便、簡潔、實用的優點。
2 回轉變換張量法解算三維姿態
2.1 坐標軸的轉換
2.1.1 繞坐標主軸回轉的坐標變換
將坐標系Oijk繞坐標軸k回轉θ角,這時得到另一坐標系Oi'j'k'。如上所述,點P在坐標系Oijk中的坐標為(x,y,z),在新的坐標系中的位置坐標為(x',y',z'),如圖1所示。
設新坐標系各單位向量i',j',k'在基礎坐標系Oijk各坐標上的分量分別為i'i,i'j,i'k。各元素由運動參數―轉角θ的函數構成,表示坐標系Oijk繞k回轉θ角所得的Oi',j',k'坐標系坐標的變換,表示為Ekθ。
2.1.2 繞共原點的任意回轉變換
如圖2所示,基礎坐標系Oijk繞O任意回轉到達新坐標系Oi'j'k'的位置。對于繞共原點任意回轉的情況,可以轉化為繞坐標主軸連續轉動的過程。由坐標系Oijk到達坐標系Oi'j'k'可用歐拉變換的方法,連續三次繞不同坐標主軸而得。方法如下:
1) 取k、k'的公垂線ON,這時i與ON同垂直于k,故將繞軸回轉θ角即可到過ON的位置;
2) 由于ON是k與k'軸的公垂線,故將k繞ON回轉Ф角而到達位置k’;
3) 由于k'是ON和的公垂線,這時將ON繞k'回轉Ψ角,ON可達i'位置。
則按公式及上述變換的順序,則有:
可知E為坐標系Oi'j'k'對坐標系Oijk的坐標變換矩陣,也為回轉變換張量,且等于三個繞坐標主軸的回轉變換張量的連乘積。
2.2 轉換運算
根據空間兩點之間的坐標計算公式,可以分別計算作動器I、II、III在此姿態下的實際長度L1、L2、L3,即:
當i=1,j=a,可得作動器I在此姿態下的長度L1;當i=2,j=b,可得作動器II在此姿態下的長度L2;當i=3,j=c,可得作動器III在此姿態下的長度L3。
由此,可以得出當給定車輛與地面之間的狀態參數(俯仰角(±α)、側傾角(±β)、轉向(γ))時,三個作動器活塞桿在此姿態下相應的伸長量ΔL1、ΔL2、ΔL3分別為:
ΔL1=Li-Li0 (i=1、2、3)(4)
2.3 逆運算
對于三自由度運動系統,控制系統的輸入變量是三個角度,經轉換運算以后變成三個作動器的伸長量。逆運算的目的是為了及時計算運動平臺在運動過程中的實際姿態,即通過反饋(位置傳感器)同時測出某一瞬間三個作動器的伸長量,經過計算得出運動平臺的實際姿態(俯仰角、側傾角、轉向角)值。計算過程如下:
已知各作動器伸長量ΔLi (i=1、2、3)個坐標軸的長度投影為Xi、Yi、Zi。則各作動器長度Li為:
Li=ΔLi+Li0 (5)
式中: Li0為各作動器在平衡位置α=β=γ=0時的長度,相應的在三個坐標軸的長度投影為Xi0、Yi0、Zi0。
由公式(3)得:
又因為:
這是一個非線性方程組Xi、Yi、Zi解這三個方程即可求得α、β、γ。
3 運動模型的特點
采用上述方法解算快艇模擬器三維姿態,建立模擬器運動模型,通過實驗證明具有以下特點:1)計算過程相對簡單,計算復雜度降低;2)所建立的運動模型和真實快艇運動基本相符,可以作為快艇模擬器的運動模型。
4 結束語
有關建立模擬器運動模型的知識很多,有很多地方值得取研究。文章中提到的六個自由度模型問題,其所考慮的問題就會更多,對其進行研究就必須具有相當的數學功底;還有可以采用別的空間機構運動分析方法對運動模型進行分析。
參考文獻:
[1] 肖田元. 虛擬制造[M].北京: 清華大學出版社,2004.
[2] 李安定,尹念東.汽車駕駛模擬器的運動模型研究[J].黃石理工學院機電工程學,2008,24(2):26-30.
安全的極限運動
飛行模擬器中的領軍之作，Austin Meyer 公司的“X-Plane”采用了一種稱作“螺旋槳分析”的技術，模擬從直升機、小型民用雙座飛機到噴氣式間諜機和宇宙飛船等大小不一、用途各異的機型。玩家還可以使用游戲中的飛機制造程序和各種零部件，設計并組裝自己的個性化飛機，并體驗駕機飛行的奇特感受。
不過，并不是每個玩家都有能力駕馭這類游戲。有的人大呼：“我的天吶，太復雜了，我看還是別玩了吧。”因為并不是每一個夢想飛翔的人都有足夠的體力、耐力和膽量，也很少有人能夠應付面前那塊布滿儀表的控制盤。但是真正的發燒級玩家卻對它如癡如狂。他們鐘愛的并不是其它飛行模擬游戲中也有的激烈的戰爭場面，而恰恰是駕駛“真實”飛機的滿足感。
甚至有的玩家已經不滿足于四平八穩的飛行，而是希望在惡劣天氣中感受刺激的―卻也很安全的―飛行之旅。X-Plane的飛行狀況背景設置中既有晴空萬里的好日子，也有夾雜著雷暴和湍流的倒霉天氣。烏云雨雪會在飛行挑戰中不期而至，如果玩家不甚鉆入冰雹區域，飛機真的會被嚴重損壞，一旦機翼結冰，飛機就會像秤砣一樣飛速下墜……
有挑戰也有享受，X-Plane的飛行場景幾乎涵蓋了地球上所有的名勝。其中包括一萬八千個飛機場，玩家可以選擇從其中任意一處飛機場，或者航空母艦、建筑物頂層、石油鉆井平臺、顛簸在波濤中的護衛艦上起降飛機。X-Plane 7中甚至提供了火星表面的場景，讓玩家過一次天外來客的癮。
危險的模擬游戲
微軟出品的“飛行模擬器”同樣提供了豐富的空間場景：從紐約、西雅圖到拉斯維加斯。2001年前，游戲中的協和客機曾飛越曼哈頓上空，其影像顯示異常逼真，世貿大樓廣場清晰可見。不過，9?11恐怖事件發生后，微軟將世貿大樓從“飛行模擬器2002”中永久刪除，以免人們睹物傷懷。
針對飛行模擬游戲的指責聲也隨之而起。一位協助撰寫模擬飛行軟件的前聯合航空公司飛行員Jim Brennan表示：“模擬游戲的繪圖都力求逼真，以求玩家借此了解駕駛飛機的真實情況。對于只通過飛行模擬游戲進行訓練的說法我認為不太可信。我想，他們應該受過更完整的訓練。不過，這些模擬游戲的細節的確值得商榷。”這些逼真的細節包括：玩家可指定所駕駛飛機的型號；游戲中飛機上的儀表盤和現實相差無幾；機場航空跑道制作得也十分精確。最重要的是，玩家可以飛越各大城市的建筑與橋梁，就跟真實的情況一樣。有些玩家甚至喜歡故意開著飛機去撞建筑物。在模擬游戲中可以體驗這些真實的感受，甚至當作兇器去實現一些心底最隱秘的邪惡欲望―反正不會受到法律制裁、自身也沒有風險。
在大洋彼岸的日本，電視上正在熱播NAMCO公司的戰機射擊飛行模擬游戲《黃牌空戰4（ACE COMBAT 4）》的廣告。現今最新式的各類型戰機，都會在游戲內悉數登場，如美國造的F-22戰機、法國造的幻影2000戰機、英國造的大黃蜂戰機等等。此外，在PS2的機能下，戰機的細微部份、空戰的激烈場面都將以幾近逼真的方式呈現于眼前。后來，這則廣告被緊急撤掉，怕的是觀眾由其中的空戰場景引發不恰當的聯想。
模擬訓練
據說，撞上世貿大樓的確實接受過模擬訓練，這也從反面肯定了模擬訓練對實際飛行的幫助作用。其實，美軍也一直采用“游戲”這種方式對軍官進行訓練。美軍使用的技術更為全面，飛行員的“座艙”可以產生起飛時的失重感和盤旋飛行時的顛簸感。這套系統的研發人員來自南加利福尼亞大學和好萊塢的電影制作商。
關鍵詞：汽車；線控轉向；意圖辨識；隱馬爾可夫模型；反饋控制
中圖分類號：U463.4 文獻標識碼：A
線控轉向系統由于取消了轉向盤與轉向器的機械連接并通過電子控制單元控制轉向，使得轉向傳動比的設計自由度變大，能夠實現保證汽車穩態增益不變的理想轉向傳動比，讓汽車駕駛適合于更多的人群，特別是讓更多的非職業駕駛員容易掌握汽車動力學特性[1].但是，駕駛員在緊急轉向時，按照理想轉向傳動比得到的橫擺角速度動態響應無論在響應速度、超調量，還是穩定時間上都不是理想的，通過加入橫擺角速度反饋控制則可以降低超調量、縮短穩定時間.橫擺角速度反饋控制僅在緊急轉向工況下進行疊加，因此，需引入駕駛員轉向意圖辨識環節，以此判定何時進行橫擺角速度反饋控制.
駕駛員轉向意圖辨識本質上是一個模式識別過程，在此領域主要使用的模式識別方法有模糊模式識別、神經網絡模式識別和統計模式識別等.其中，神經網絡模式識別方法中神經網絡的設計和實現沒有理論依據可以借鑒，只能依賴于經驗[2].結構模式識別方法適合結構性強的模式識別，其抗噪聲能力差，計算復雜度高[3].統計模式識別有很多具體的方法，進入21世紀以來，Bayes決策理論越來越多地用來解決具體的模式識別問題，并產生了優異的分類性能[4].基于Bayes決策理論的隱式馬爾可夫模型（Hidden Markov Model，簡稱HMM），由于具有處理時間序列數據的特性，近年來廣泛應用于語音識別和駕駛員行為辨識領域中.以HMM為基礎的模式識別方法隨著樣本的增加，模型會變得越來越好.
鑒于轉向駕駛行為的強時間序列性，本文以HMM為基礎理論，搭建多維高斯HMM模型，對模型中的參數進行訓練，辨識駕駛員的轉向意圖，并根據辨識出的轉向意圖，對車輛進行不同模式的控制：在正常轉向時，車輛按照理想轉向傳動比控制；在緊急轉向時，在理想轉向傳動比控制基礎上疊加橫擺角速度反饋控制.
1駕駛員轉向意圖辨識方法
1.1隱式馬爾科夫模型
隱式馬爾科夫包含雙重的隨機過程，分別是Markov鏈和一般的隨機過程.在HMM里，狀態是不能直接看到的，觀察者只能看到基于狀態產生的模型輸出（觀察序列）.每一個狀態與其可能的觀察值之間的關系通過一般的隨機過程描述；狀態間的轉移通過Markov鏈來描述.應用這兩個隨機過程，能透過HMM產生的觀察序列，得到狀態時間序列和模型的相關信息.
1.2多維高斯HMM建模及模型參數的訓練方法
鑒于HMM的處理時序序列的能力和強的統計學基礎，本文借助吉林大學的駕駛模擬器采集轉向盤轉角和轉向盤角速度的數據，對數據預處理后，用BaumWelch算法對緊急轉向、正常轉向和直線行駛三個轉向駕駛行為HMM模型的參數進行優化.然后借助于NI公司的LabVIEW和駕駛模擬器對轉向駕駛行為進行實時的驗證.整個過程如圖1所示.
模型采集的數據都是連續的，為了防止信號量子化造成的信號失真，本文應用多維高斯HMM理論來搭建駕駛員轉向行為模型：直線行駛、正常轉向及緊急轉向.這些駕駛員轉向行為對應的多維高斯HMM模型的模型結構如圖2所示.
訓練數據的采集借助于駕駛模擬器，選定正常轉向、緊急轉向和直線行駛三個工況，其中正常轉向和直線行駛是在駕駛模擬器的一般道路試驗場景里完成的，緊急轉向是借助于雙移線場景完成的.不同年齡的專業駕駛員對應每個工況的多次試驗數據構成了整個訓練數據集.
對數據集的數據進行濾波處理，將濾波后的數據按辨識長度進行截斷、剔除異常數據段之后，借助于Kmeans算法確定駕駛員意識上的直線行駛、正常轉向和緊急轉向的界限值，根據這個界限值對截斷后的數據段進行分類，以得到駕駛員直線行駛、正常轉向及緊急轉向駕駛行為模型的訓練數據.編寫MATLAB程序，結合HMM工具箱里的BaumWelch算法，訓練得出多維高斯HMM模型參數.
2線控汽車緊急轉向控制方法
車輛緊急轉向時，轉向盤輸入的速度較大，車輛瞬態轉向特性表現較為明顯.為了彌補車輛設計時的瞬態轉向響應品質的不足，在車輛理想轉向傳動比控制的基礎上，加入橫擺角速度反饋疊加轉角控制.系統的控制結構如圖3所示，轉向執行器的目標控制轉角δd由δ1和δ2兩部分組成.其中，δ1是根據理想轉向傳動比計算得出的，理想傳動比1/G由轉向盤轉角δsw和縱向車速Vx確定[8].δ2是橫擺角速度反饋控制疊加轉角.當辨識駕駛員為正常轉向時，橫擺角速度疊加轉角為0；當辨識駕駛員為緊急轉向時，橫擺角速度疊加轉角由期望橫擺角速度和實際橫擺角速度的偏差經過PID調節得到.
從控制結構上看，理想傳動比是內環控制，它能有效地進行車輛穩定性轉向控制；橫擺角速度反饋是外環控制，只在特定工況下進行.采用理想傳動比控制，可以保證汽車的轉向控制算法在全工況內都切實有效.由于實際轉向工況復雜，不全是穩態轉向，而駕駛員在緊急轉向時接近階躍轉向，此時按照理想傳動比計算的轉向輸入橫擺角速度動態響應無論從響應速度、超調量，還是穩定時間上都不是理想的，若通過疊加橫擺角速度反饋控制，則可提高車輛的瞬態轉向品質.
2.1理想轉向傳動比設計
線控轉向系統轉向傳動比控制策略設計結合了理想轉向傳動比和模糊控制轉向傳動比各自的優點[9].當汽車低速和高速行駛時采用模糊控制轉向傳動比，滿足駕駛員低速轉向靈敏性和高速轉向平穩性的要求.汽車中速行駛時，采用理想轉向傳動比，保證汽車橫擺角速度增益不變，降低駕駛難度和負擔，使駕駛員更容易掌握汽車動力學特性.因此，線控轉向系統轉向傳動比具體設計如下：1） 當車速0～20 km/h時，轉向傳動比保持為固定值6；2） 車速在20～30 km/h時，轉向傳動比從6平穩過渡到理想轉向傳動比；3） 考慮基于模糊控制的車速在90 km/h時，模糊控制轉向傳動比與理想轉向傳動比較接近，均為18左右.因此，選擇車速在30～90 km/h時，采用理想轉向傳動比；車速為90～95 km/h時采用數據擬合的方法實現傳動比向模糊控制轉向傳動比平滑過渡；車速大于95 km/h時，采用模糊控制轉向傳動比.具體的轉向變傳動比如圖4所示.
3實驗結果分析
為驗證線控轉向汽車緊急轉向時，疊加橫擺角速度反饋控制的有效性，對比了有反饋控制和無反饋控制的實驗結果.受實驗設備及條件的限制，實驗臺實驗無法給出相同的兩次緊急轉向輸入，因此，先進行了轉向盤角階躍輸入工況的軟件仿真驗證.仿真時，車輛以80 km/h的速度行駛，施加如圖5所示的轉向盤轉角，圖6為相應的車速變化曲線.
從圖7與圖8的仿真結果可以看出，僅有理想傳動比控制的車輛在轉向盤階躍轉向1.2 rad時，側向加速度約有0.35 rad/s的超調量，橫擺角速度約有0.38 rad/s的超調量，超調量數值均較大.在添加橫擺角速度反饋控制后，側向加速度的超調量降低了約0.32 rad/s的超調量，橫擺角速度的超調量降低了約0.35 rad/s的超調量.不僅如此，在疊加反饋控制前，汽車瞬態轉向的穩定時間約為1 s，而在疊加反饋控制后，這個時間縮短為0.4 s左右.由此可見，疊加反饋控制能保證車輛良好的瞬態轉向特性.
在進行軟件仿真后，又在線控轉向系統硬件在環實驗臺上進行了驗證.實驗選取了兩次基本相同的工況來比較驗證疊加橫擺角速度反饋的必要性.圖9給出了圖11的駕駛員轉向行為辨識結果，在角階躍轉向開始階段準確辨識出駕駛員的緊急轉向行為.其中，右側軸線中的0表示直線行駛，1表示正常轉向，2表示緊急轉向.在辨識駕駛員緊急轉向行為后，疊加橫擺角速度反饋控制，降低階躍轉向時的橫擺角速度超調量.車速變化如圖10所示，兩次轉向盤轉角輸入分別如圖11與圖12所示.由于設計的疊加橫擺角速度控制是依據駕駛員轉向行為辨識結果決定的，所以在整個轉向過程中，先在6～16 s階段采用轉向盤轉角連續正弦輸入模擬正常的轉向操作，再在16 s～25 s采用轉向盤轉角階躍輸入模擬緊急轉向工況.從圖13與圖14的實驗結果可以看出，僅理想傳動比的橫擺角速度的超調量約為0.3 rad/s，而帶反饋控制的橫擺角速度曲線基本消除了此超調量.汽車瞬態轉向的穩定時間也縮短約0.5 s.
4 結語
本文以HMM為基礎理論，搭建多維高斯HMM模型，利用吉林大學駕駛模擬器對模型中的參數進行離線訓練，達到在線辨識駕駛員轉向意圖的目的.根據辨識出的駕駛員轉向意圖，對車輛進行不同模式的控制：在正常轉向時，車輛按照理想轉向傳動比控制；在緊急轉向時，在理想轉向傳動比控制基礎上疊加橫擺角速度反饋控制.實驗結果表明：駕駛員轉向意圖辨識結果準確，緊急轉向時疊加的橫擺角速度反饋控制能夠有效降低線控汽車瞬態轉向響應的超調量、減少穩定時間.
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我國石油行業的發展與現場地質情況等密不可分，充滿著危機和挑戰。對于員工的能力和安全意識要求很高，傳統的進場培訓有一定的局限性，例如：職業培訓效果是否良好主要依賴于教師的水平，培訓過程沒有明確統一的評價標準，針對性差，沒有可重用性等。可見傳統的培訓技術不但受時間、空間的限制，而且在人力、資源、經費、組織實施等方面都存在很大問題。尤其對于危險作業或不具備實驗條件的高級培訓，傳統的培訓方式更是難以實現。傳統培訓模式的局限性制約了人們所期望的培訓質量和培訓效率，滿足不了現代社會的需求。
鉆井模擬器采用虛擬制造技術的概念，開發過程基于現代計算機控制技術、計算機仿真技術、計算機圖形技術、計算機網絡技術，并結合了鉆井工程的實際工藝，改變了原有的鉆井培訓方法。它為用戶提供了起下鉆、鉆進、井控和鉆井事故及復雜情況處理等作業的操作過程模擬，主要用于鉆井司鉆、鉆井技術人員的操作培訓和安全培訓，并為學員培訓考核提供了教師評分系統，解決了傳統培訓過程中客觀上無法解決的技術難題。作為新型的針對油田具體情況開發的培訓系統，鉆井模擬器有著積極的意義。
2．基于虛擬現實技術的虛擬培訓
該設備是以控制為中心的VM設備，主要用于鉆井人才的培訓。這套虛擬培訓設備運用虛擬現實技術，真實生動的模擬了鉆井工藝流程的細節。學員能夠通過對仿真鉆機設備的操作，直接觀察到鉆井平臺上的活動以及操作結果，最終達到讓培訓人員掌握正確操作過程的效果。虛擬培訓有以下特征：
2．1仿真性
在虛擬現實技術支持下，虛擬培訓設施與真正的培訓設施功能相同，操作方法也一樣，學員通過虛擬培訓設施訓練技能與現實培訓基地里同樣方便。這是因為虛擬培訓環境無論是現實的環境還是構想的環境，都是虛擬的但又是逼真的。理想的虛擬環境應該達到使受訓者難以分辨真假的程度。
2．2開放性
虛擬培訓環境可以為所有受訓者在任何時間、地點提供各種培訓的場所。實際上，虛擬培訓環境的內涵是廣泛的，它不同于傳統的培訓基地概念，它具備可以進行類似于傳統培訓項目的環境，但更擅長的是使學員置身于培訓項目對象中的逼真環境。凡是受訓者可以通過有關器具操作，來學習或訓練某種技能的虛擬環境，并都歸之于虛擬培訓環境。
2．3超時空性
虛擬培訓環境具有超時空的特點，它能夠將過去世界、現在世界、未來世界、微觀世界、宏觀世界、客觀世界、主觀世界幻想世界等擁有的物體和發生的事件單獨呈現或進行有機結合，并可隨時隨地提供給學員進行培訓。
2．4可操作性
受訓者可通過使用專門設備，用人類的自然技能實現對虛擬環境的物體進行操作，就像在現實世界中一樣。
2．5對應性
學員的培訓內容與虛擬環境是密切對應的。例如，學員要學習飛行器駕駛技術，那么虛擬環境就是飛行器飛行的模擬環境。對應性將能為受訓者設定各種復雜的情況，以提高受訓者的應變能力，從而使得他們在實際環境下能得心應手的處理各種情況。另外，虛擬現實技術能按每個學員的基礎和能力，對應性的開展個性化的教育培訓。
3．鉆井模擬器視景仿真系統的分析與設計
計算機圖形學是研究現實場景計算機顯示的科學，也是利用計算機處理人類所能看見的圖景的手段和方法。視景仿真技術是以計算機圖形學為理論基礎的三維模型動態顯示技術，基本原理是：根據觀察點及觀察方向對場景進行實時計算和實現，并做到對三維復雜環境中物體運動的實時交互控制，產生良好的動畫效果。實現三維模型視景的實時動態顯示，一方面要求計算機硬件有高速運算能力和很強的三維圖形處理功能；另一方面還要求在算法和軟件上有所發展，以便在硬件平臺上取得更好的實時動態顯示效果。視景仿真系統是鉆井模擬器的重要組成部分，它提供給用戶一個三維的真實感視覺環境。
3．1鉆井模擬器視景仿真系統分析
鉆井模擬器在虛擬培訓過程中需要模擬井場環境和操作結果，這就需要視景仿真系統根據鉆井模擬器司鉆控制臺的操作過程，實時模擬出井場環境的變化和司鉆、井控操作對鉆井過程的影響。在現實的司鉆和井控過程中，操作錯誤和地質環境變化都是事故的誘因，在鉆井模擬器視景仿真系統中也模擬了事故發生過程和事故排除的情況。實時地顯示鉆井過程中的數據，計算參數。根據司鉆臺操作的具體行為，依照物理模型和數學模型來模擬設備運動的過程，使得鉆井模擬器視景仿真系統的三維動畫過程更貼近現實。
鉆井模擬器視景仿真系統需要對井場設備、自然環境、井下情況進行實時的動態模擬，使培訓者在培訓過程中除了學習操作知識，還能更有效、直觀的學習到理論知識。硬件設施和三維圖形軟件的結合實現了虛擬模擬系統，培訓人員能夠通過這套虛擬培訓設備完成所有鉆井工作人員所需要的專業知識和實際操作技術。
3．2實時場景系統組成
根據鉆井模擬器視景仿真系統的需要，開發過程在WindowsxP平臺上，建模部分使用3DMAX完成機械部件的模擬，模型的管理由3DExplorer~成，并實現模型數據文件的轉換導出。程序對模型的控制由C++Builder6．0實現，整個開發過程基于OpenGL2．0。
鉆井模擬器視景仿真系統的實時場景組成包括以下幾個部分：三維圖形實體模型、鉆井模擬器視景仿真系統控制程序、GLSL編寫的渲染效果。
在整個組成部分中，最重要的是鉆井模擬器視景仿真系統控制程序，在程序中完成了以下工作：場景初始化、工藝動畫控制、與主控機通信、參數顯示、碰撞處理以及特效渲染。
場景初始化：由于鉆井工藝的復雜性和虛擬培訓的操作性，每個作業當前場景都有所不同。在一個新的作業開始前，圖形程序在接收到控制機發出的作業指令后初始化當前場景，例如：鉆井平臺上各操作部件當前的數量、狀態以及位置。
工藝動畫控制：在完成規定工藝作業的過程中，司鉆控制臺做出的每一個動作都將轉換成數字信號傳遞給主控機，再由主控機發送協議數據給圖形程序，圖形程序得到參數后，做出具體反映。在圖形機上體現出鉆臺上各種控制系統的運動參數、具體動作、視圖選擇(包括上視角、井下視角、防噴器視角、多視圖顯示等)等。
與主控機通信及參數顯示：主控機的設計主要由鉆井模擬器設計的需求決定，由于這套儀器主要用于虛擬培訓，教師和學生之間有教與學的關系，主控機能夠提供給教師一個教育平臺，提供作業調度、控制、評分等功能，與此同時，傳遞司鉆控制臺上發來的各項數據，并把與操作有關的數據發給圖形機，即鉆井模擬器視景仿真系統，兩方通信，傳遞參數并進行數據處理，在屏幕上顯示操作過程中需要操作者了解的參數值。
碰撞處理：在三維圖形的運動仿真過程中是不允許有“穿墻而過”的狀況發生的，因此要對運動物體作碰撞檢測的處理。為了遵循模型運動的真實感，鉆井模擬器視景仿真系統當然也包括碰撞的檢測與處理部分。
渲染特效：實現對火焰、氣泡、液體噴涌效果的模擬，使用GLSL實現電影級的光照效果，可以分別模擬白天，夜晚，探照燈等光照模式，大大地提高了圖形效果和真實感。
3．3鉆井模擬器視景仿真系統設計
一個性能優越、功能完備的系統需要在設計階段就進行詳細的設計規劃。這樣，在后期的開發過程中才能完成高質量的軟件項目。鉆井模擬器視景仿真系統的設計遵循面向對象的原則，在系統的穩定性、可擴展性和兼容性等方面都有突出的表現。
3．4系統特點及設計目標
鉆井模擬器視景仿真系統要求有以下特點：
1)可以生成高質量的圖形，實現實時的可控動畫。
2)圖形的生成快速穩定，對圖形硬件要求不高。目前，系統配置為NVIDA6800，NVIDA6系列以上顯卡都可以實現高質量的圖形動畫。
3)提供給用戶多角度、多視圖的工作窗口，方便用戶定位觀測，在操作過程中既能觀察整個場面，又能集中觀察工藝作業下重要部件的工作過程。
4)建立模型細致、真實，宏觀模型和微觀模型通過軟件和程序分別建模，真實感程度高。
經過分析鉆井模擬器視景仿真系統的系統特點后，設定該系統要達到以下目標：
可擴展性：對于新模型、新器件、新工藝的增加，方便快捷，可以在短時間內完成對系統的擴展。
兼容性：系統可以用于Windows2000／XP平臺，兼容于各種圖形加速硬件。
敏捷性：圖形生成迅速、穩定，一般的圖形加速硬件既可滿
足要求；系統應達到反應迅速、操作靈敏的功效。
3．5基于面向對象的系統設計
鉆井模擬器圖形系統的設計是基于面向對象的，系統規模較大，設計復雜。基于在鉆井工藝中涉及到的物體較多，并且各個物體在不同的方面有不同的特性，因此在設計之前，應確定設計類的準則。對本系統而言，這里關心的是用物體如何展現工藝流程，所有類的設計應該圍繞物體的動畫功能需要來進行。
在鉆井各工藝流程中，大鉤、鉆桿等物體是系統動畫的載體，具有物體自身的方法和屬性，因此，可以將其封裝成類。根據圍繞物體的運動功能來設計類的思想，將液壓大鉗和液壓大鉗的活塞、吊卡的主體和活頁設計成不同的類，這樣設計不僅可以使動畫更加逼真，還能提高系統靈活性。
關鍵詞：坦克兵動態訓練模擬器； 嵌入式控制系統； 液壓控制； 實時控制
中圖分類號：TN91134; TH137文獻標識碼：A文章編號：1004373X(2011)23001703
Hydraulic Control Device System of Dynamic Training Simulator
YANG Chao1, NI Daowei2, SUN Baoliang1
(1.Department of Electronic and Information Engineering, NAAU, Yantai 264001, China;
2.Yantai Zhong Yu Aeronautical Hydraulic Pressure Limited Company, Yantai 265500, China)
Abstract： Taking the moving performance of the main combat tank M1A1 of America as a target, a design process of hydraulic control device of dynamic tank driving training simulator is described, which adopted a new embedded hydraulic control system, overcame the shortcomings of longtime instability and the high realtime and synchronous performance of three hydro cylinder. Further, the controller has a smaller size than a general three degree freedom controller with complex calculation. The training simulator is easy to operate and stable, and satisfy the requirement on simulated training of tankman very well. The developed dynamic driving training simulator provided a reference for other dynamic training simulator.
Keywords： dynamic tank driving training simulator; Embedded control system; hydraulic control; realtime command
收稿日期：201107060引言
長期以來，坦克手的培訓都是利用真實的坦克和場地進行的，這樣的訓練盡管具有實地演練優勢，但是坦克行進路線和路況少，耗油量大。坦克兵動態訓練模擬器正是為了彌補實地演練的一些缺點，輔助培訓坦克駕駛員而設計的。本文以美國戰后第三代主站坦克M1A1艾布拉姆斯坦克為目標，介紹了一種坦克兵動態訓練模擬器液壓控制部分的設計流程。為了增加模擬訓練的真實感，模擬器采用高性能嵌入式控制系統實現液壓系統的控制，增加訓練模擬器的動作實時性和地面多種行駛姿態，并利用三個液壓缸支撐一個平面的設計，形成三自由度的運動姿態模擬。
模擬訓練器的液壓伺服系統如果采用模擬系統，其響應快，但由于參數調整非常難，自適應性差，以及參數漂移等問題使得模擬系統難以保證長期可靠運行。用數字系統代替模擬系統的難點在于三路油缸的實時和同步控制。本文設計了一種嵌入式控制器――嵌入式平板電腦ZY100作為人機界面和控制器，以期實現液壓伺服系統的可靠性和實時性要求。三自由度控制的復雜運算采用煙臺中宇航空液壓有限公司的嵌入式控制器完成，實現計算機、PLC和觸摸屏顯三合一，這樣使集成化高、連線少、體積小、厚度只有20 cm，而一般的三自由度控制器都比較厚，雖然嵌入式液壓控制研究已有許多在國內外公開發表的文章［14］ ，但具有如此小體積、高集成化、三自由度復雜運算的控制器在國內期刊上鮮見發表。
1動態訓練模擬器的工作原理
坦克兵動態訓練模擬器液壓部分是由三個液壓伺服缸支撐一個平面，使其能形成三自由度的運動，以模擬坦克在不同的地面上的行駛姿態。其中，三個油缸的運動軌跡由用戶在人機界面預先設置，計算機產生三路數字電壓信號，分別經過D/A變換、放大，轉換成電流信號去控制三個伺服閥的開度和方向，從而獨立控制三個油缸的運動方向和速度，使底部的三路油缸控制頂部平臺做三自由度的運動。為了能夠正確調整油缸的移動，通過與油缸相連的位移傳感器的反饋信號構成各自由度位置閉環控制，將油缸位移電壓信號與計算機輸出信號比較，然后根據差值信號，糾正油缸移動的實際位置。因此，位移傳感器輸出的是負反饋信號。本文計算機經D/A轉換后的輸出電壓為0～10 V。開路狀態下， D/A轉換后的輸出電壓0～10 V對應油缸移動距離0～200 ms，且D/A輸出與油缸移動距離成正比；位移傳感器的輸出為0～10 V，對應油缸0～200 ms的移動距離，且與油缸移動距離成正比。
為保證油的順利流動和油泵的正常工作，在油箱里油泵到油缸的通道中設置了人工控制溢流閥。溢流閥中的油壓及油泵中的液位將通過壓力傳感器和液位傳感器送到計算機實時監控。如果發現油壓過高或過低，通過旋轉溢流閥開關，可以改變輸油管管口的大小，調整油壓，使油壓滿足正常工作要求。如果液面過低，計算機將產生報警信號，同時送出關機信號，關掉油泵驅動電機。
另外，油溫的范圍也會影響油泵的正常工作，系統通過油箱中的溫度傳感器提取溫度信號，并送計算機處理；當油溫較高時，系統將輸入冷水使油降溫；如果油溫超過一定溫度，計算機將報警。當油溫較低時，停止送水。
整個系統的原理框圖如圖1所示。圖1坦克兵動態訓練模擬器原理框圖2系統設計
2.1硬件
坦克兵動態訓練模擬器的硬件系統包括開關電源、嵌入式控制器、液壓缸、放大器、伺服閥、油缸、液位傳感器、溫度傳感器、壓力傳感器、位移傳感器、油箱、油泵、溢流閥等。
2.1.1計算機
系統采用了嵌入式平板電腦ZY100作為人機界面和控制器，它集微處理器、PLC、觸摸屏、A/D轉換、D/A轉換為一體。模擬訓練器通過底部的三路油缸控制頂部平臺的運動，油缸的運動軌跡由給定的計算公式得出，控制的難點在于三路油缸的實時和同步。該油缸是通過伺服閥的開度和方向以及位移傳感器的反饋來確定運動位置，達不到實時性要求就無法對油缸位置進行精確的控制。平臺的位置由三路油缸共同決定，如果不能做到三路油缸同步，也就無法得到設想的運動軌跡，達不到預定的目的。
液壓伺服系統控制效果好是因為采用模擬系統（響應快），但由于參數調整非常難，自適應性差，以及參數漂移等問題使模擬系統難以保證長期可靠運行，用數字系統代替模擬系統時，只有當數字系統采樣時間和響應（循環周期）時間達到1～2 ms時基本上與模擬系統一樣，達到1 ms時，效果更好。為了滿足液壓系統的實時性和穩定性要求，先后試驗過工控機、PLC 等多種控制平臺，但是大多不能滿足苛刻的實時性要求，最終采用自行研制的響應快、可靠性高的嵌入式系統，設計了嵌入式控制器――嵌入式平板電腦ZY100作為人機界面和控制器。
該控制器通過選用12位高精度的模擬量輸入/輸出端口，直接與CPU進行通信，響應速度快。位移傳感器送過來的電流信號，能迅速轉化成位移量，獲得油缸的當前位置，與給定的目標位置進行比較輸出，控制油缸的運動。在CPU強大的計算能力支持下，從采集、轉換、比較到輸出，總共耗時不到0.5 ms。采用ZY100外部選配的模擬量輸入/輸出端口，不但很好地滿足了實時性要求，也降低了硬件成本。
ZY100帶有色彩豐富的人性化界面，可以對設備的運行情況進行實時監控。簡單方便的觸摸屏控制方式，使安裝和操作變得十分簡單。
嵌入式控制器指標如下：
(1) 24路可編程TTL電平開關量輸入輸出;
(2) 16路單端/8路雙端模入;
(3) 4路獨立模出;
(4) 3路計數通道。
2.1.2電源與接地
本文采用明偉牌開關電源，輸出電壓分別為±9 V，±24 V，＋5 V。其中，±9 V供給三路電壓/電流放大器；24 V供給溢流閥和三路伺服閥。
系統配有UPS，保證系統不斷電。為了保證可靠接地，本文采用了模塊化布局。
啟動電機時有三角型接法到星型接法的轉換，需要延時6 s；電機啟動后需要延時2 s再啟動通道閥和系統閥，同時給穩壓電源通電。
2.1.3PLC
為了增加帶負載的能力，微處理器產生的控制和報警信號通過PLC輸出。該輸出控制電機啟動、停止；控制溢流閥的開啟、停止；當溫度過高時，輸出報警信號。
2.2軟件
系統軟件在LabWindows/CVI軟件平臺開發，支持的操作系統是Windows 9x和Windows 2000，硬件要求 Intel Pentium 166 B，內存128 MB，128 MB以上CF卡和多功能數據采集卡。該軟件可根據設定的曲線模式，輸出數據到電液伺服閥，模擬坦克的顛簸振動效果。系統可實現數據采集、狀態檢測、曲線顯示、閉環反饋輸出等功能。
軟件的功能之一是使計算機產生不同的電壓波形，以控制伺服閥的開度和方向有：時速45 km/s,67 km/s顛簸路面；時速30 km/s；49 km/s凹凸路面；加速行駛；左后、右后左前、右前傾斜。
3結論
本文實現了M1A2主戰坦克的各項參數指標模擬包括：時速67 km/s顛簸路面；時速48.3 km/s凹凸路面；7 s的時間內將速度由0~32 km/s加速；爬坡31°，通過高1 m的左垂直墻、左后、右后、左前、右前傾斜。
該設計主要有三個特點：
(1) 三自由度控制這種程度的復雜運算來用煙臺中宇航空液壓有限公司的平板電腦完成，實現了計算機、PLC和觸摸屏三合一，集成化高、連線少、性能穩定、體積小、厚度只有20 cm，較一般的三自由度控制器體積小得多,并且克服了用模擬控制系統實現時由于參數調整非常難，自適應性差以及參數漂移等問題使得模擬系統難以保證長期可靠運行的缺點，克服了一般用數字系統代替模擬系統時難于三路油缸的實時和同步控制的缺點。另外，數字控制系統較模擬控制系統更加靈活，在以后進一步的研制中，可以根據具體情況，通過編程，增加更多的控制功能。
(2) 軟件編程使人機界面操作平臺實現了傻瓜式操作，減少學習設備的訓練強度。
(3) 模擬的道路狀況可通過實時采集數據輸入到計算機。目前，正在進行該產品的升級換代，將使新一代產品的功能更加完善，性能更加穩定。
本文設計的M1A2型主戰坦克的坦克兵動態訓練模擬器，界面操作簡單，運行穩定，實時性好，較好地滿足了對坦克手的模擬訓練要求。實驗效果表明，該坦克兵動態訓練模擬器可以靈活地模擬坦克經過的各種地形，可以成功地用于坦克兵動態模擬訓練。
本文的研究成果不僅為坦克兵訓練模擬器的進一步完善打下基礎，也為諸如飛機、太空艙等其他類型的訓練模擬器的研究提供了參考。
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關鍵詞：飛行仿真 電動操縱負荷系統 負荷模型
中圖分類號：V32 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）07（c）-0007-02
模擬機訓練現在已經是飛行員訓練、評估中不可或缺的重要環節，對于模擬訓練仿真程度的要求也越來越嚴格。操作系統作為飛行員模擬機訓練中的重要硬件結構，直接影響到飛行員的訓練效果，一套逼真的模擬機操縱系統對行訓練的重要性是不言而喻的。操縱負荷模型作為操縱系統的靈魂，直接影響到模擬機/器與所模擬的飛行器之間的操縱相似程度，從而影響到飛行員在該模擬機/器上的訓練水平。
1 原理及架構
典型的飛機操縱系統包括座艙內飛行員可操作的操縱裝置（桿，盤，腳蹬，槳矩桿等），它們通過鋼索、連桿、線傳裝置與引起操縱面運動的的操縱系統其余部分相連。在飛行模擬器中，本系統是通過將座艙操縱裝置連接到操縱負荷系統來模擬的。圖1描述了操縱負荷系統所模擬的一般飛機操縱系統，圖2給出了相應的彈簧質量阻尼器系統，圖3給出了典型的模擬器操縱負荷系統的安裝。
可見，真實的飛機操縱元件、以及作動器和控制器，代表飛機操縱系統的前端質量。前端質量的位置和速度來自作動器的位置傳感器。操縱負荷軟件仿真后端系統質量和鋼索系統中的力。后端系統模型決定了作用在后端系統上的總力，也就決定了后端系統的加速度，速度和位置。
前端系統位置和模擬的后端位置之差是鋼索系統的拉伸/壓縮。由于鋼索是當作一個剛性彈簧仿真的，所以鋼索力與拉伸量成比例，鋼索力同等作用在前端質量和后端質量上。
2 靜態操縱力的分析
本節描述了飛行員感覺到的靜態力以及如何辨識特性參數。圖4給出了一個典型操縱系統所測得的操縱力，該力被作為操縱位置的函數繪制出來。
測量靜態力時有兩點是非常重要的。第一，當系統演示摩擦力時，最好讓操縱裝置在測量過程中連續移動以得到最大摩擦力。如果保持操縱裝置在某一位置，保持那一位置所需的力可能落在摩擦區域內的任何地方。第二，必須非常緩慢地（準靜態）移動操縱裝置，以防止系統的動態（質量和阻尼）影響測量。使用Fokker的操縱力測量系統可以很容易地得到這樣的圖線。
初看這些數據，能夠看出該操縱系統包括中立位置附近的一個起動彈簧、摩擦、幾個感覺彈簧梯度、以及位移極限。箭頭指出了測量時位移的方向。下面也將按同樣的過程分析這些信息。
當測量飛機操縱系統時，操作者從（A）點開始，在（A）點不施加力（手松開），操縱裝置停在配平位置。然后施加前向的力，操縱裝置一開始非常吃力，因為它是在起動彈簧區域內向（B）點移動。經過（B）點后，起動引起的力變為常值，力的變化只與感覺彈簧有關。注意（C）點附近感覺彈簧斜率的變化。當操縱裝置到達（D）點，操縱面到達它的位移極限。當操作者繼續施加更大的力，僅僅是座艙操縱裝置移動，直至達到（E）點的座艙位移極限。既然操縱面停在（D）點，那么（D）點和（E）點之間的移動是由于鋼索拉伸的結果。座艙內操縱裝置的位移限制在（E），所以再進一步施加力只會產生很小的或者根本沒有操縱位移。
當施加的力減少時，操縱裝置首先離開座艙止動位置，然后操縱面離開后端位移極限。力繼續保持相同的趨勢直到操縱裝置到達中立位置。前進和返回力之間明顯的滯后現象是由于摩擦。向后的力與向前的力相似。
操縱系統內產生力的組件具有可加性。因此特性起動力、感覺彈簧、摩擦和止動力可以單獨確定，總力與基準飛機數據相等。圖5說明了力的分類（來自于舉例飛機的數據）。
一般操縱系統模型包括圖5所示的每一分力的特性仿真。只需確定每一分力的參數值。每一分力的模擬需要它自己類型的參數，但其范圍通常為力水平、位置、和/或斜率。
當計算靜態力圖線來確定特征參數時，需要考慮下列問題。
力水平可以直接讀出來。例如起動水平為±5磅。
當確定一特性力發生的位置時，弄清楚力是在前端系統還是后端系統發生（或者至少它將被在哪兒模擬）是很重要的。既然后端系統產生的力由前端系統飛行員施加的力來抵擋，所以需要記住承載負載的互連鋼索要拉伸，拉伸量與力成比例。
鋼索的剛度可從靜態力圖線中直接測得。D點和E點之間的區域表示由于鋼索的拉伸而引起的力的改變。兩點之間曲線的斜率（力的變化除以位置的變化）就是鋼索的剛度。在我們所舉的例子里，鋼索剛度約為50磅每英寸。在有些情況下，鋼索的拉伸并不如此明顯。在這種情況下，必須使用機身制造廠商的數據。后端系統力產生的位置可以通過讀取座艙操縱裝置的位置減去鋼索拉伸的量計算得到。在任意給定座艙操縱裝置位置處的鋼索拉伸量等于該位置的力與鋼索剛度的倒數的乘積。
前端系統中的特性力的位置可以直接從位置軸上讀出。后端系統內的彈簧斜率可通過用力（從數據中測得）的變化除以后端位置（由座艙位置轉換成后端位置）的變化得到。
不管向前或向后，摩擦力大小相等，與速度方向相反。因此摩擦力水平是所測得的平均滯后寬度的一半。另外摩擦可以分為前部摩擦（操縱元件內的摩擦）和后部摩擦（操縱面內的摩擦）。經驗表明絕大部分摩擦應該在后部系統中模擬。
3 動態操縱力的分析
本節講述飛行員所感覺到的動態力以及如何調整特性參數以與飛機隨時間變化的曲線相匹配。對大多數有鑒定需求（FAA，CAA，NTSC）的機構來說，要求與飛機操縱裝置的時間曲線相匹配。與時間曲線相匹配的目的是確保模擬器的動態參數與飛機的動態參數匹配。
動態參數的確定比靜態參數的確定要困難的多。理由在于它們給出的圖線形式：靜態力參數是通過力對位置的曲線給出來的，動態參數是位置對時間。靜態力可由力對位置的曲線直接確定，而動態力只能由位置對時間的曲線間接得到。
圖6給出了飛行操縱裝置隨時間變化的曲線圖。該飛行操縱裝置加載有一個感覺彈簧，這樣給出初始偏差，然后放開，操縱裝置就會被拉回至中立位置。圖6所示的控制裝置是過阻尼的：它不會在中立位置處振蕩。增加圖6的阻尼，系統會以更慢的速率回到零點。增加速度極限系統會以較快的速率回到零點。
圖7是一個欠阻尼系統隨時間而變化的曲線：飛行操縱裝置在中立位置來回振蕩幾次。振蕩的產生與質量的效果有很大關系。阻尼增加了，相同時間內振蕩變小（也變少）。慣性增加會使振蕩更大，時間更長。摩擦增大會使振蕩變小（也變少）。
總而言之，飛行操縱系統 “自由釋放”由下列各項決定。
（1）回中力（感覺彈簧，氣動力）。
（2）系統阻尼。
（3）系統慣性。
（4）速度極限。
4 通用模型詳細說明
在此通過一個通道的模型方框圖8的對ECoL 8000系統中實現的通用模型進行了詳細的說明，其他通道亦使用相同的模型。LaPlace算子‘s’表示積分。
通用模型模擬的是兩個剛體，之間彈性連接（鋼索/推拉桿），如圖1所示。第一個剛體代表飛行操縱前端系統，由模擬器飛行操縱裝置和ACU中的力回路控制器來仿真。第二個剛體代表飛行操縱面（升降舵/副翼/腳蹬/旋轉斜盤），在操縱負荷計算機中仿真。模型中不包括力傳動和位置傳動，力是指作動器力傳感器的測量值，單位為牛頓，位置為扇形旋轉輪的輸出角度，單位是度。
仿真模型包括下列要素。
桿/座椅抖振器：包括一個幅值和頻率可以實時選擇的單個的正弦發生器。抖振器可以是一個“力”抖振器（一個正弦波的力被疊加到模型力上），或者是一個“位置”抖振器（操縱裝置/座椅由一個正弦波位置指令信號驅動）。力抖振器能夠模擬如紊流或桿的失速特性，位置抖振器能夠驅動座椅來模擬諸如在直升機內所感覺到的擺動。當幅值為正時，抖振器作為力抖振器工作，當幅值為負時，作為位置抖振器工作。在后一種情況里，“堵塞位置”被疊加以確定的正弦波。
前端系統和后端系統之間的連接：連接/鋼索的拉伸量是前端位置與后端位置之差。連接力是連接拉伸量與連接剛度的乘積。在連接死區內連接力為零。
后端系統：代表操縱面或者直升機的旋轉斜盤，被作為一個有摩擦和阻尼的剛體來模擬，摩擦和阻尼由主機控制。自動駕駛儀的輸入也可以由后端系統來模擬：將“A/P 接通”置為1，使自動駕駛儀接通，輸入一個指令速度。注意：如果后端摩擦被設置在足以克服模型力的水平上，操縱裝置就只能響應指令速度。如果自動駕駛儀接入，后端摩擦對自動駕駛儀起到切斷水平的作用。后端止動也在本系統內模擬。
感覺彈簧/配平系統：感覺彈簧力是后端位置與配平位置之差的非線性函數。配平位置是感覺彈簧計算的參考位置。配平位置是來自主機的配平速度的積分。配平位置被限制在后端位置極限內，輸出送給主機。主機能夠設置三級感覺彈簧斜率和兩個斷點。有一個限制程序防止斷點的錯誤設置。要注意，此處所提到的配平是指機械配平。氣動配平可以通過氣動力偏差來模擬，如果飛機是可逆的，可以用感覺彈簧來模擬氣動力。
起動：起動是一個與感覺彈簧串聯的非線性彈簧。配平位置為起動力計算的參考位置。主機能夠設置線性梯度，力以該梯度上升至起動水平，還能夠設置起動水平。該模塊計算的力決不會超過主機設置的起動水平。
氣動力：氣動力由主機計算，當作操縱面偏移量的函數。主機能夠輸入一個氣動力偏差和一個氣動力梯度。二者應該變化得比較緩慢，作為動壓和飛機狀態的函數。
通用模型包括一個配平/自動駕駛儀開關。下為可能的組合見表1。
5 結語
本文描述了Fokker ECoL系統中所用的通用操縱負荷模型的架構、功能，以及通用模型的特點、詳細信息，并使用方框圖對模型加以說明，對模型參數的作用也作了較為詳細的闡述。了解操縱負荷模型，對運行、維護、改造、設計飛行模擬機/訓練器中的操縱系統是有用的。
參考文獻
[1] System description & Specification Ecol 8000 Q&C_line ECLS.
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多樣化駕駛需求
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別把杯子打碎了
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腳下的光芒
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車聯網市場你方唱罷我登場，連做車載導航軟件的高德也不甘寂寞，硬是給整出個小蜜來，其實全名應該是“高德小蜜”，光聽名字也夠窺視欲極強的人喝一壺的。用過手機導航的朋友或許明白，打開地圖要找預設的目的地，高德小蜜的存在似乎連這步都省了，直接按一下小蜜就可以一鍵導航。可能嫌功能有點單一，高德又給植入藍牙快門，手機防丟，這意味你連快門線都省了。
爸爸得是個
