基于整车全工况动力学模型的坦克综合训练模拟器课件

1、基于整车全工况动力学模型的坦克综合训练模拟器创新设计 智造未来1. 设备主要功能及技术指标2. 设备技术方案3. 可靠性、安全性坦克综合训练模拟器主要内容1. 设备主要功能及技术指标坦克综合训练模拟器1. 实现台架模拟整车全工况动力学性能动力性、操纵稳定性、行驶平顺性、制动性2. 具备台架模拟坦克车辆驾驶操纵和 运动响应功能转向、油门、制动、离合、换挡六自由度运动的实物响应；驾驶员、车长、炮长的操控模型；1.1 设备主要功能和用途3. 整车全参数化动力学实时仿真 动力系统；传动系统; 悬架系统； 行动系统； 轮壤接触模型等4. 训练课程管理功能课程评估实时交互管理；课程数据库、学员角色数据库等

2、；1.2.1 七自由度运动平台1.2 设备主要技术指标要求能够模拟特种车辆行驶过程中的姿态及各种驾驶行为引起的特种车辆姿态的变化，频率响应范围为0-20Hz，平台响应滞后时间不大于0.02s。静载荷：3000kg位移速度加速度纵向750mm0.7m/s1.0g横向750mm0.7m/s1.0g垂向780mm0.85m/s1.0g俯仰25.015/s200/s侧倾25.015/s200/s横摆25.015/s200/s航向转动360.030/s250/s1.2.2 硬件在环实时仿真系统实时运行坦克车辆动力学仿真模型，并与相关实物系统实时通信，具备实时模拟坦克车辆状态、性能工况、驾驶培训的功能。集

3、成高速千兆以太网、CAN通信接口；模拟量输入：通道数不低于32，分辨率不低于16位，采样率不低于250kS/s；DA输出：通道数不低于32，分辨率不低于13位，采样率不低于800kS/s；具有模拟车载电源。1.2 设备主要技术指标要求1.2.3 整车动力学仿真及训练管理系统提供整车动力学分析用动力模型、传动模型、悬架模型、转向模型、制动模型；提供真实的驾驶员模型、车长模型、炮长模型等；具备车辆动态行驶状态模拟功能，提供轮速、车速、发动机转速、车身姿态等运动参量的模拟仿真结果；可以结合学院驾驶培训培训大纲，定制培训课程；具备角色管理，可以设置教员模式和学员模式；针对每个学员的学习过程，具备全时间

4、记录和数据库管理功能。1.2.4 设备基础用于承载试验过程中设备的支反力和冲击1.2 设备主要技术指标要求2. 设备技术方案坦克综合训练模拟器2.1 设备组成；2.2 设备工作原理；2.3 设备分系统技术方案；2.4 不同角色乘员仿真模拟坦克综合训练模拟器主要技术内容2.1 设备组成2. 设备技术方案运动组件驾驶模拟系统坦克实时硬件机器综合信号管理故障注入运动平台硬件在环实时仿真系统整车动力学仿真及试验管理系统Vortex动力学模型训练管理系统虚拟视景模型设备基础（地基）底层数据支撑固定安装承载力冲击厂房设备状态监控运行环境支撑管理系统图形数据再现2. 设备技术方案2.2 设备工作原理1. 七

5、自由度运动平台；2. 硬件在环实时仿真系统；3. 整车动力学仿真及训练管理系统；4. 设备基础2. 设备技术方案2.3 设备分系统具体技术方案总体描述2.3.1七自由度运动平台七自由度运动系统是在六自由度运动系统，叠加一个正负360度的航向自由度；能逼真的坦克车辆在行驶过程中的加速、减速、俯仰、侧倾、冲击、抖振、颠簸等运动感觉。第七个自由度能真实的模拟坦克车辆典型特殊工况：炮塔的360度旋转；车辆操控甩尾、侧滑等极端工况。（1）六自由度运动平台机械结构设计2.3.1七自由度运动平台运动机构上三个铰支座的中心线均以120的圆心角均布分布在直径为2.4m的圆周上下平台上三个铰支座的中心线均以120

6、的圆心角均匀分布在直径为3.4m的圆周上平台停机高度1.516m平台处于最低位置时，电动缸与地面夹角47.9运动平台厚度0.4m电动缸行程0.94m2.3.1七自由度运动平台序号零件名称最大变形最大应力许用应力安全系数1上平台0.39mm16.49N/mm2235 N/mm2142大轴0.015mm51.43N/mm2835 N/mm216.23小轴0.0084mm68.02N/mm2835 N/mm212.3根据GJB1395-92，结构设计标准安全系数为3，本方案设计的安全系数大于5倍，满足强度和刚度要求，实现了本运动平台基本的可靠性保证。（1）六自由度运动平台结构刚强度校核安全校核：模态

7、、刚强度、极限位置、运动学参数指标2.3.1七自由度运动平台七自由度运动平台指标参数校核位移速度加速度纵向初始要求750mm0.7m/s1.0g设计指标-0.83m，0.75m0.8m/s1.0g横向初始要求750mm0.7m/s1.0g设计指标0.75m0.8m/s1.0g垂向初始要求780mm0.85m/s1.2g设计指标-0.82m，0.865m0.75m/s1.0g俯仰初始要求-25.015/s200/s设计指标-26.074，27.11825/s200/s侧倾初始要求25.015/s200/s设计指标26.95825/s200/s横摆初始要求25.015/s200/s设计指标35.9

8、25/s200/s航向旋转初始要求360.030/s250/s设计指标360.030.3/s267/s（3）设备驱动控制控制软件模块2.3.1运动平台三维空间的特殊力计算实时力学分析特殊力转换数字滤波空间坐标变换运动信号清洗平台运动信号生成位置、速度、加速度限制作动筒伸长变换抖振信号2.3.1七自由度运动平台运动仿真运算伺服系统的闭环控制D/A数-模转换脉冲计数平台运动指令生成，电动缸伸长量计算对电控系统的逻辑控制和上位计算机的实时数据通讯具有对平台进行异常状态停机和限位保护的功能，具有故障诊断功能（4）设备驱动控制实时控制计算机2.3.1七自由度运动平台（4）设备驱动控制交流伺服运动平台的七

9、个自由度为相互独立的伺服回路，每一回路由伺服电机、旋转编码器、伺服驱动器、脉冲计数器、D/A转换模板和计算机构成。控制原理如下图所示：（4）设备电气系统2.3.1七自由度运动平台驾驶室操纵负荷系统场景交互系统通话系统视频监控系统音响系统2.3.1七自由度运动平台（5）驾驶模拟器系统组成2.3.1七自由度运动平台（5）驾驶模拟器系统组成虚像成像系统:离轴虚像显示系统又称为WIDE（Wide-Angle Infinity Display Equipment）广角无限显示设备；新一代虚像成像系统技术优势：自由曲面背投屏，配合球面反射镜，可以提供更好像质；航空有机玻璃一体化成形；专有喷涂工艺，色彩还原

10、度高；光路高度和整体质心都进一步降低操纵负荷系统:1. 转向操纵系统：2. 制动踏板操纵系统：3. 油门踏板操纵系统：4. 驻车拉杆操纵系统：5. 档位操纵系统；2.3.1七自由度运动平台（5）驾驶模拟器系统组成实现单点对多点通话，满足车舱与控制台之间的通话系统。（5）驾驶模拟器系统组成2.3.1七自由度运动平台通话系统对整个系统、驾驶舱内的动态运行情况进行实时的监控。六自由度系统；运动平台上驾驶舱内每个乘员的顶角需要安装1路高清视频监控；（5）驾驶模拟器系统组成2.3.1七自由度运动平台模拟车辆的内部声音主要有：（1）发动机不同转速下运行噪声；（2）车辆转向的提示声；（3）发射不同炮弹的声音

11、；外部事物对车辆产生的声音主要有：（1）静止物体对车辆产生的声音。主要指各种建筑物、障碍物或是隧道等对车辆声音的影响，引起的声波反射、回响、阻塞等。（2）运动物体对车辆产生的声音。这里需要表现出声音的多普勒效应，多普勒效应取决于声源与听者间的相对速度，听者位置和相对位置。（5）驾驶模拟器系统组成2.3.1七自由度运动平台2.3.2硬件在环实时仿真系统（1）高性能实时多处理器平台（2）基于RTX的Windows操作系统（3）SIMulation WorkBench仿真管理调度平台硬件在环实时仿真系统组成（1）实时多处理器平台2.3.2硬件在环实时仿真系统实时多处理器平台是高性能实时多处理器平台，

12、用于时间关键型仿真、数据采集、系统测试和工业系统的应用。包含多级超大可配置缓存/内存；高速大吞吐前端处理和外部I/O总线；微秒级的高精度定时同步时钟板卡；内置实时时钟中断模块(RCIM)Vxworks工控机；测试计算机；视频监控计算机；实时仿真机；场景渲染节点计算机；传感器仿真计算机；综合管控计算机；2.3.2硬件在环实时仿真系统（2）RTX实时windows操作系统支持对称多处理器系统、双/多内核CPU结构；用户级别的超线程和处理器屏蔽控制，在屏蔽的处理器上中断响应时间 30 微妙（满负荷工作环境下）；单一的编程环境API，文件系统, 网络和图形是实时环境的组成部分；多种高级语言支持，业界最

13、好的实时Ada实现、实时JAVA；高分辨率的定时器支持增强的调度（3）SIMulation WorkBench仿真工作平台2.3.2硬件在环实时仿真系统是一个开放的、功能强大的实时多处理器平台，而Simulation WorkBench软件包充分发挥了多处理器/核的高性能并行处理优势，以及RTX的强实时特性。（1）整车动力学实时交互仿真一款高保真仿真工具，可以模拟车辆、机器人和重型设备操作员培训、任务规划和虚拟样机车辆性能特征重用（参数化）：发动机变速箱制动系统转向系统加速器悬架系统车体离合器/换挡机构轮胎/履带关键功能：可以和大地上的拓扑地貌、对象、障碍物发生碰撞交互正常工况、故障、紧急工况

14、的模拟主要系统附加组件(如武器系统、传感器系统、装甲镀层)附加(拖车、工程叶片、矿山压路机,等等)。动态实时载入（战士、载荷等）地形属性根据环境条件实时变化其他交互：涉水、铺桥、武器后坐力2.3.3整车动力学仿真及训练管理系统（1）整车动力学实时交互仿真整车动力学分析用动力模型、传动模型、悬架模型、转向模型、制动模型、驾驶员模型和道路环境模型2.3.3整车动力学仿真及训练管理系统（2）训练管理系统2.3.3整车动力学仿真及训练管理系统系统开关指令下达视频监控视景仿真的管理（视角参数、动画记录和回放）动态参数显示和后处理系统运行状态参数监控等功能（2）训练管理系统2.3.3整车动力学仿真及训练管

15、理系统练习模式（1）不同训练课程选择（2）不同场景环境选择（3）不同驾驶对象选择考核模式（1）初级（2）中级（3）高级统计优化（1）训练成绩统计（2）发现薄弱环节（2）训练管理系统2.3.3整车动力学仿真及训练管理系统训练课程选择难度选择过程回放进度查询/打分数据统计数据分析2.3.4设备基础机械系统位建议净空高度4米；控制间和机械系统同位于实验室一层；设计有隔振沟和电缆布局；电缆沟在机械系统四周，参数为1.0m宽x0.8m深2. 设备技术方案2.4 不同角色乘员得仿真模拟驾驶员主要操纵件介绍；发车；起车；制动；停车；熄火；倒车；转向；换挡；（1）训练课程（一级）基础练习；应急练习；情况处置2

16、. 设备技术方案2.4 不同角色乘员得仿真模拟驾驶员地面阻力制动；发动机制动；制动器制动；联合制动；（2）训练课程（二级）以制动、转向为例分离转向；第一位置转向；制动转向；制动工况练习：转向工况练习：2. 设备技术方案2.4 不同角色乘员得仿真模拟驾驶员框套法；沿边法；三点一线法；（2）训练课程（二级）正方向判定对正方向练习：战斗指挥对抗想定仿真模型；目标搜索图像识别算法，AI智能模型；通讯联系通讯系统仿真2. 设备技术方案2.4 不同角色乘员得仿真模拟车长负责整个坦克的作战指挥和协同，要上情下达，下情上达。目标测距；跟踪目标；瞄准目标；发射炮弹；2. 设备技术方案2.4 不同角色乘员得仿真模

17、拟炮长负责炮弹装填、发射炮弹武器系统。2. 设备技术方案2.4 不同角色乘员得仿真模拟相关数学仿真模型（1）火控系统仿真模块瞄线稳定系统射线稳定系统指挥仪系统目标跟踪系统射击门系统（2）目标跟踪仿真模块（手动）0WH(S)被控对象Vu2. 设备技术方案2.4 不同角色乘员得仿真模拟相关数学仿真模型（4）瞄准线稳定系统仿真模块（3）目标跟踪仿真模块（自动）Z1e-+0V延迟T滤波预测延迟Te0Z2+角度（弧度）电流（安）电压（伏）力矩（牛.米）稳定控制器电流环力矩电机负载速率陀螺角速度（弧度/秒）2. 设备技术方案2.4 不同角色乘员得仿真模拟相关数学仿真模型（6）射击门系统仿真模块（5）射线稳

18、定系统仿真模块G1(s)G2(s)1/sG3(s)复合控制进 门 判 断比较比较比较比较瞄线水平方向射线水平方向瞄线高低方向射线高低方向指挥仪解算水平角指挥仪解算高低角击发指令2. 设备技术方案2.4 不同角色乘员得仿真模拟相关数学仿真模型（8）火控计算机系统仿真模块（7）火控系统系统仿真模块解命中问题；方位修正量；距离修正量；侧倾修正量；激光测距的仿真；其他误差（9）射击诸元真值仿真模块计算弹丸飞行时间和瞄准角；计算弹道下降量；计算平移坐标系下的射击诸元真值；平移坐标系转车体坐标系；计算车体系下的射击诸元真值；三、 可靠性、安全性根据相关国、军标和行业的可靠性设计规范，提出技术要求，加强可靠性设计。以已有相关工