1、叉車仿真訓練模擬器概述一般來說，凡是需要有一個或一組熟練人員進行操作、控制、管理或決策的工作，例如汽車、飛機、船舶的駕駛，外科手術、消防、各類工業設備的操作等都需要進行專門的職業技能訓練。過去的職業訓練基本上都在實際系統中進行。而隨著計算機技術、虛擬現實技術、多媒體技術、自動控制技術的飛速發展和廣泛應用，以計算機系統為核心和操縱控制臺為基礎構成的各種模擬仿真訓練器已成為當今重大生產設備或過程控制設備操作人員上崗工作、培訓的必備手段，受到國內外工業界的高度重視，并在航天航空、火力及核能發電、石油化工、軍事、航海等許多領域得到廣泛使用。目前，模擬仿真訓練器已逐步成為培訓飛機、汽車、船舶等駕駛人員的

2、重要設備之一。叉車、堆高機、正面吊是冶金、制造、港口、水電、建筑、鐵路貨場、倉儲中心等部門裝卸貨物的主要設備，也是容易出安全事故的設備。這些叉車駕駛的操作涉及到財產與生命安全，對操作人員的素質要求愈來愈高。由于它們可應用在不同行業領域，其種類繁多，操作技術多樣，在生產過程中不僅要完成駕駛操作，更要與其他工種人員協調一致地完成吊裝等裝卸工藝動作，如操作不當而引起的破壞程度和危險性都會大大增加。這一切都為車輛司機的培養和訓練工作帶來極大的挑戰。隨著現代科學技術的迅速發展和企業生產管理水平的提高，人們迫切需要一種安全、快速、高效的培訓方式，集虛擬現實技術？計算機仿真技術？多媒體技術、自動化技術等先進

3、技術于一體的高科技產品一一叉車駕駛操作仿真模擬器的研制和開發就應運而生。叉車駕駛操作仿真模擬器相對于目前傳統的操作培訓方式，具有很多突出的優點：1）安全性好。使用仿真訓練機可以模擬高速、重載以及其它非常危險的環境以實現有安全保障的訓練，杜絕事故隱患，減少事故損失。2）經濟性好。仿真訓練機的成本遠低于實際叉車設備。在訓練過程中，還可以免除實機操作中的油耗、電耗及零部件的磨損。同時，仿真訓練機使用周期長，維護簡單，經濟優勢不可忽略。3）適用面廣。在仿真訓練機軟件系統中，可以方便地設定各種訓練條件和參數，模擬不同的使用工況和環境條件；在同一套硬件系統中，配置不同類型的叉車仿真訓練機模塊，實現一機多用

4、。例如，一臺叉車駕駛操作仿真模擬器可以同時擁有集裝箱正面吊運機、集裝箱空箱堆高機兩種類型起重機的操作訓練功能。4）培訓效果好。通過使用仿真訓練機，可以大大縮短學員的整個培訓周期，使學員在較短的時間內完成培訓任務。另外，仿真訓練機可以非常方便地模擬出實際訓練中很少遇到的突發性事件，培養學員準確的判斷能力、良好的心理素質,以及正確處理緊急情況的能力，從而提高培訓質量。5）軟、硬件不斷升級。叉車駕駛操作仿真模擬器軟、硬件可以不斷升級，維護方便，與時俱進，適應新型叉車的產生和技術性能不斷提高的要求。在駕駛操作仿真模擬器上對學員進行培訓時，教員可以方便地監控學員的學習狀態、安全意識、技術掌握的熟練程度，

5、計算機系統可以客觀地對學員進行操作評分。雖然仿真訓練不能完全代替實機的操作訓練，但學員在仿真訓練機上接受訓練后，獲得一定的操作經驗和技術，再到實機上實習，這樣就可以較快較好地掌握實際操作技術。駕駛操作仿真模擬器將是現代職業培訓不可缺少的工具和手段，日益受到重叉車仿真模擬系統的總體設計1、叉車仿真模擬系統的總體結構組成根據叉車駕駛操作訓練模擬系統的功能定位，其總體結構主要由硬件和軟件兩部分組成。硬件設備由模擬駕駛艙、操縱控制系統、儀表系統、多媒體計算機及音響系統、學員觀摩室等構成。軟件系統包括作業環境的計算機實時動畫生成，叉車行駛動態仿真，聲響模擬，操作評價，數據管理，網絡控制，操作平臺等。系統

6、總體結構如圖所示。系統總體結構關系圖2、駕駛操作訓練模擬系統硬件平臺設計模擬駕駛艙如圖所示，駕駛艙的外形尺寸和布局與真實叉車完全相同。在模擬駕駛艙中裝配有與實車完全相同的各種可操縱機構，如方向盤、離合器踏板、剎車踏板、油門踏板、三根貨叉操作桿、剎車手柄、換向操縱桿、換擋操縱桿、轉向燈開關、點火開關、儀表盤等，以便給學員帶來最接近真實的駕駛感受。叉車駕駛操作訓練模擬系統駕駛艙操縱控制系統如圖所示，本系統包括了駕駛者控制叉車運動的基本操縱部件：方向盤、油門、離合、剎車、檔位、換向以及貨叉操縱桿，另外還有點火開關、轉向指示燈等輔助性操作部件。這些部件信號的實時采集與控制是叉車駕駛操作訓練模擬系統能否

7、真正逼真模擬駕駛環境的最基本前提，是整個叉車駕駛操作訓練模擬系統的核心部分之一。由于本系統要求與真實叉車完全操作感受盡量一致，因而在沒有力和反饋裝置的條件下，對于叉車運動控制的模擬主要由實車部件中的方向盤、油門、離合、剎車、檔位和貨叉操縱桿操作來完成。操作控制系統照片,手制動拉,喇叭開左右轉向0儀表(5鑰匙開關(6方向盤前后高低離合器腳制動器,貨叉起(11門架前傾貨叉擴(i3大小燈開（14）前后檔高低速轉換拉桿駕駛員對操縱部件的操作經過傳感器和接口，將方向盤轉動的角度、油門的開度、離合器的狀態、剎車的狀態等模擬量經過A/D轉換發送給計算機系統進行處理，同時把系統處理的實時數據如檔位參數、速度等

8、數字量經過D/A轉換發送到車體部分顯示儀表系統上，進而調整視景顯示，使駕駛員實時觀察駕駛車輛的運行情況。操作部件信號流程圖儀表系統儀表系統采用實車的儀表盤，負責車內儀表面板如計時表、轉向燈、燃油表、預熱指示燈等的實時更新。儀表系統如右圖所示：叉車駕駛操作訓練模擬系統儀表系統計算機系統在本叉車駕駛仿真系統中，由于要滿足實時交互與漫游且要同時輸出五個屏幕，主機對顯卡的要求較高，因此需要采用1G顯存和4G內存，處理器主頻采用8.5GHz以上。接口微處理器部分的主控芯片采用16位的頂級單片機來實現控制信號的識別和數據采集，并通過windows用API函數，完成單片機與主機之間的數據通信。音響系統音響系

9、統模擬行車過程中的環境音響，它是使駕駛員產生沉浸感的重要因素。音響系統需要模擬的聲音有馬達轟鳴、風響等，其中馬達轟鳴的聲音可由發動機轉速負載來決定，而車胎的音響、風響，可由車速、轉彎角度來決定。對于計算機實時視景系統，需要用計算機生成合成所應發出的聲音，它接受來自根據車輛動力學仿真計算出車輛運行車速、振動和駕駛員對油門、檔位等相應參數值，用計算機生成模擬聲音，然后在通過聲響處理系統同音響設備連接，配合車輛的行駛，產生相應的聲響效果。音頻仿真系統軟件采用基于windows環境的編制方法。windows操作系統使得應用程序與設備之間具有相對獨立性，這種設備獨立性又使得軟件與硬件之問增添了許多中間層

10、次，使得在windows平臺上緊湊、實時的輸入以及快速地生成聲音變得十分困難。針對這種情況開發的基于windows的叉車駕駛模擬裝置音頻仿真系統，運用DirectX技術，能完全克服以上缺陷。要仿真模擬叉車運行時的各種聲音，要求這一套音頻仿真系統必須達到如下的目標：1）系統要能模擬出叉車運行時發出的所有聲音；2）系統對司機操縱的結果作出迅速的反應；3）系統要對不同的聲音進行混音，因為司機操縱叉車所發出的聲音不是依次順序發出的，可能有些聲音彼此交疊在一起；4）由于不同類型的叉車對應的聲音不完全一樣，這就要求系統有一定的靈活性和擴充性，以適應不同類型的叉車教員控制臺教員控制臺主要用于相關數據的輸入和

11、輸出，如：學員信息錄入、班級管理、培訓內容設置、操作環境條件設定、操作過程的監視、記錄和重演、分析與評分、考核成績輸出等。3、叉車仿真模擬系統的軟件模塊設計叉車操作訓練模擬系統的軟件部分是本模擬器系統的核心內容，它主要由系統控制層、叉車操作層和教學監控與管理三大部分組成。每個部分又分別包含若干子系統。若干參數設置根據機型本身特點而獨立設置。叉車操作訓練虛擬現實系統軟件層次結構圖叉車模擬器軟件系統一模擬仿真服務器系統控制層T視景仿真系統-音效仿真系統叉車模擬器操作層I模擬控制臺r訓練管理服務器教學監控與管理層學員管理服務器學員管理客戶端學員訓練數據庫系統控制層軟件系統控制層主要控制整個模擬器的硬

12、件，接收和發出各種控制信號,將相關傳感器的模擬信號轉變為數字信號或者把計算機控制指令轉化為模擬信號,控制叉車駕駛訓練模擬器的投影、司機操作的輸入和輸出信號、音響效果等;控制層軟件主要包括：數據采集模塊、數據處理模塊、數據輸出模塊。在本節中，只是簡單的描述各模塊的功能，在本文2.5中將會對本系統信號采集、處理和傳輸進行詳細分析1本系統要求能夠采集各種模擬裝置的信號，這些信號可以分為三個不同的類型：數字量、模擬量和開關量。加速踏板、離合器踏板、行車制動踏板（三踏板）的踏板行程以及四根操縱桿分別反映供油量大小、離合器結合程度、制動力大小以及貨叉移動和叉車前進后退，所以傳感器應采集出的是連續變化的量，

13、即模擬量。模擬量的采集要去抗干擾能力強，在設計中選擇了線性位移傳感器與相關機械連接組成。線性位移傳感器的阻值變化特性為直線型，能夠準確反映三踏板行程、貨叉位移以及叉車前后運動距離的大小。方向盤度采集模塊采集轉向盤的旋轉的角度、方向。考慮在實際駕駛中轉向盤要求有一定的間隙，在采集時，采集精度要高，所以選用了以角位移傳感器為與轉向盤的轉向立柱連接用于采集轉向裝置轉角，選用的角位移傳感器最大測量角度為900。對于模擬器上的點火開關、車燈開關等開關量，主芯片可通過光電隔離器與微動開關相連，提取開關量，并轉換為標準邏輯電平進行處理。2）數據處理模塊在叉車操作模擬系統中，需要將采集到的無序的數據變成可用的有序的數據。為了不影響仿真系統的仿真效果，要使得數據處理模塊的時間復雜度低、運算速度快、運算結果精確，可擴展，對于其他的系統也適用。本系統中將各位移傳感器采集到的電信號轉換變為數字信號，利用接口函數采集該信號輸入到數據處理程序模塊進行分析計算。對于各種開關量，則通過電信號轉化，再通過編碼器編碼分通道通過數據采集函數與系統軟件模塊（程序）和系統之間進行數據交互。對于方向盤所采用的角位移傳感器角，則單獨采用現場可編程邏輯陣列（FPGA）數據處理，FPGA不僅