列车模拟驾驶动感控制方法、系统、终端及介质转让专利
申请号 : CN202110651728.0
文献号 : CN113223365B
文献日 : 2022-03-11
发明人 : 李春胜 , 徐建君 , 方代利 , 崔恒斌 , 钟亮
申请人 : 成都运达科技股份有限公司
摘要 :
权利要求 :
1.列车模拟驾驶动感控制方法,其特征是,包括以下步骤:获取列车动感仿真模拟器运行过程中的列车运行速度信号、牵制手柄级位信号、虚拟驾驶环境中的列车线路条件信号;
根据列车运行速度信号、牵制手柄级位信号、列车线路条件信号计算得到列车牵制力、列车阻力;
根据列车纵向动力学模型对列车牵制力、列车阻力模拟计算后得到列车各节车厢的纵向加速度,并根据纵向加速度在动感控制周期内积分计算得到的列车当前运行速度;
根据列车首节车厢的纵向加速度、列车当前运行速度生成控制列车动感仿真模拟器点头角度的动感控制信号以实现当前牵制驾驶状态下的列车动感控制;
所述列车动感仿真模拟器的点头角度计算公式为:其中, 为动感控制的点头角度;g为重力加速度; 为当前列车的纵向加速度;
所述动感控制信号的响应控制具体为:检测当前牵制驾驶状态下的列车当前运行速度是否为零;
若不为零,则根据动感控制信号中的点头角度直接控制列车动感仿真模拟器点头角度;
若为零,则控制列车动感仿真模拟器点头角度为零。
2.根据权利要求1所述的列车模拟驾驶动感控制方法,其特征是,所述牵制手柄级位信号为牵引手柄级位信号或制动手柄级位信号,牵引手柄级位信号、制动手柄级位信号均包含表示有级与无级两种情况;
列车线路条件信号包含当前线路类型和线路参数;线路类型包括直线、坡道、曲线、隧道;线路参数包括坡度千分数、曲线半径、隧道折算坡度千分数。
3.根据权利要求1所述的列车模拟驾驶动感控制方法,其特征是,所述列车牵制力、列车阻力的计算过程具体为:
根据列车牵制特性曲线,并结合当前模拟驾驶的牵制手柄级位与列车运行速度,计算得到当前的列车牵制力;
根据列车牵引计算规程,并结合虚拟驾驶环境中列车当前位置对应的列车线路条件信号与当前的列车运行速度,计算得到当前的列车阻力。
4.根据权利要求3所述的列车模拟驾驶动感控制方法,其特征是,所述列车阻力包括列车单位基本阻力、单位坡道附加阻力、单位曲线附加阻力、单位隧道附加阻力;
单位基本阻力由车辆型号与列车运行速度决定;
单位坡道附加阻力由列车所线路处坡道的坡度千分数决定,上坡取正值、下坡取负值、无坡度为0;
单位曲线附加阻力由列车所处线路的曲线半径决定;
单位隧道附加阻力由列车所处线路的隧道折算坡度千分数决定;
列车阻力为列车单位基本阻力、单位坡道附加阻力、单位曲线附加阻力、单位隧道附加阻力之和。
5.根据权利要求1‑4任意一项所述的列车模拟驾驶动感控制方法,其特征是,所述列车纵向动力学模型计算纵向加速度的过程具体为:将列车牵制力、列车阻力输入列车纵向动力学模型后计算得到列车各节车厢的纵向合力,列车纵向动力学模型考虑车钩间隙、车钩摆角、缓冲器参数;
根据列车各节车厢的重量值与纵向合力计算得到各节车厢对应的纵向加速度。
6.列车模拟驾驶动感控制系统,其特征是,包括:列车动感仿真模拟器,用于根据受训司机室牵引、制动操作生成列车运行相关信号;
数据采集单元,用于获取列车动感仿真模拟器运行过程中的列车运行速度信号、牵制手柄级位信号、虚拟驾驶环境中的列车线路条件信号;
列车牵引计算单元,用于根据列车运行速度信号、牵制手柄级位信号、列车线路条件信号计算得到列车牵制力、列车阻力;
列车动力学计算单元,根据列车纵向动力学模型对列车牵制力、列车阻力模拟计算后得到列车各节车厢的纵向加速度,并根据纵向加速度在动感控制周期内积分计算得到的列车当前运行速度;
动感信号生成单元,用于根据列车首节车厢的纵向加速度、列车当前运行速度生成动感控制信号;
驾驶动感控制单元,用于根据动感控制信号控制列车动感仿真模拟器的点头角度以实现当前牵制驾驶状态下的列车动感控制;
所述列车动感仿真模拟器的点头角度计算公式为:其中, 为动感控制的点头角度;g为重力加速度; 为当前列车的纵向加速度;
所述动感控制信号的响应控制具体为:检测当前牵制驾驶状态下的列车当前运行速度是否为零;
若不为零,则根据动感控制信号中的点头角度直接控制列车动感仿真模拟器点头角度;
若为零,则控制列车动感仿真模拟器点头角度为零。
7.一种终端,包含存储器、处理器及存储在存储器并可在处理器上运行的计算机程序,其特征是,所述处理器执行所述程序时实现如权利要求1‑5中任意一项所述的列车模拟驾驶动感控制方法。
8.一种计算机可读介质,其上存储有计算机程序,其特征是,所述计算机程序被处理器执行可实现如权利要求1‑5中任意一项所述的列车模拟驾驶动感控制方法。
说明书 :
列车模拟驾驶动感控制方法、系统、终端及介质
技术领域
背景技术
由度运动平台,为受训司机室模拟的列车真实运行过程中的运动、振动环境,通过“声‑动‑
画”三位一体的沉浸感培训体验,提高司机培训效果,更好的保证列车的运行品质与安全。
效果、合理性。列车实际运行过程中,司机的牵引或制动会造成列车在纵向上的持续加速
度,牵引时列车纵向加速度为正,制动时列车纵向加速度为负,且列车从速度为0km/h牵引
至最高速度、从最高速度制动至停车需要几百米至几公里不等。然而,全功能列车仿真模拟
器无法直接提供如此大的纵向移动行程,所以需要进行一定的纵向振动转换以在一定的纵
向行程范围内实现不同列车牵引或制动操作下的列车动感,通过纵向振动转换受全功能列
车仿真模拟器整体占用空间距离限制而存在驾驶模拟的逼真度达不到理想状态,不但会降
低受训司机室的沉浸感体验、培训效果、甚至产生错误的感知和做出错误的决定,而且会增
大受训司机患运动疾病的概率等。
发明内容
的列车当前运行速度;
拟驾驶动感控制方法。
本发明通过充分考虑整列车的纵向动力学关系,能够保证列车纵向仿真信息的准确性,包
括更为准确的列车纵向受力关系、运行速度信息、运行公里标信息和纵向加速度信息;本发
明通过提出的模拟器驾驶动感计算方法,实时控制列车动感仿真模拟器中运动平台的点头
角度,为受训司机提供当前列车牵引制动状态下的列车司机室模拟驾驶动感;本发明所提
出的方法和系统简单、易行,充分考虑了列车牵引或制动过程中列车纵向动力学关系,可以
为列车动感仿真模拟器提供更加真实、全面的运动平台控制信息,为受训司机提供一个更
加真实的司机室模拟驾驶动感环境、提高司机培训质量、确保列车安全运行,同时有效减小
全功能列车仿真模拟器的占用空间。
附图说明
具体实施方式
为对本发明的限定。
须准确模拟在真实运行情况下列车牵引或制动过程中,司机牵引或制动操作对应的整列车
的受力关系与纵向牵引或制动加速度信息,牵引计算与列车动力学的计算精度会直接决定
模拟器的逼真度;其次,由于6自由度运动平台动感行程有限,无法直接模拟司机室在纵向
的持续加速度情况,导致逼真度相对较低。纵向即为列车运行方向。
体验要“推背感”,而这种推背感的实质是:人体的点头运动。如图1所示,在列车匀速运行过
程中在列车牵引、制动过程中,列车牵引、制动产生的纵向加速度会通过司机座椅坐垫(坐
姿)或脚部(站姿)传递至司机头部。在列车牵引制动过程中司机的臀部或脚部是最先感受
到纵向牵引力、制动力,在列车牵引、制动过程中,考虑到惯性、牵引/制动力在司机人体的
影响,可以发现人体感知的应当是“头部与臀部(或脚部)”的速度差异,由于这种速度差异
的存在,实际上的体感应该是转动的体感。需要说明的是,并不是所有司机都有紧贴座椅靠
背的习惯坐姿。因此,全功能列车驾驶仿真模拟器采用点头角度来模拟列车运行过程中的
纵向驾驶动感。
度;
准确模拟列车牵引或制动状态下的司机室纵向振动;本发明不但能够保证全功能列车驾驶
仿真模拟器的列车动力学计算结果的准确性,同时还能为受训司机室准确模拟列车牵引或
制动状态下的司机室纵向运动与振动,进而提高司机室培训效果和质量。
当前线路类型和线路参数。线路类型包括但不限于直线、坡道、曲线、隧道;线路参数包括但
不限于坡度千分数、曲线半径、隧道折算坡度千分数。
牵引力或列车制动力,统称列车牵制力;根据列车牵引计算规程,并结合虚拟驾驶环境中列
车当前位置对应的列车线路条件信号与当前的列车运行速度,计算得到当前的列车阻力。
加阻力由列车所线路处坡道的坡度千分数决定,上坡取正值、下坡取负值、无坡度为0;单位
曲线附加阻力由列车所处线路的曲线半径决定;单位隧道附加阻力由列车所处线路的隧道
折算坡度千分数决定。列车阻力为列车单位基本阻力、单位坡道附加阻力、单位曲线附加阻
力、单位隧道附加阻力之和。
钩间隙、车钩摆角、缓冲器参数;根据列车各节车厢的重量值与纵向合力计算得到各节车厢
对应的纵向加速度。
头角度;若为零,则控制列车动感仿真模拟器点头角度为零。
单元。列车动感仿真模拟器,用于根据受训司机室牵引、制动操作生成列车运行相关信号;
所述列车运行相关信号包括但不限于速度、加速度、公里标、牵引手柄级位、制动手柄级位。
数据采集单元,用于获取列车动感仿真模拟器运行过程中的列车运行速度信号、牵制手柄
级位信号、虚拟驾驶环境中的列车线路条件信号;虚拟驾驶中会根据列车运行相关信号更
新列车在驾驶过程中的位置,并获取列车当前所处的线路参数。列车牵引计算单元,用于根
据列车运行速度信号、牵制手柄级位信号、列车线路条件信号计算得到列车牵制力、列车阻
力。列车动力学计算单元,根据列车纵向动力学模型对列车牵制力、列车阻力模拟计算后得
到列车各节车厢的纵向加速度,并根据纵向加速度在动感控制周期内积分计算得到的列车
当前运行速度;列车纵向动力学模型建立过程需考虑车钩间隙、车钩摆角、缓冲器参数。动
感信号生成单元,用于根据列车首节车厢的纵向加速度、列车当前运行速度生成动感控制
信号。驾驶动感控制单元,用于根据动感控制信号控制列车动感仿真模拟器的点头角度以
实现当前牵制驾驶状态下的列车动感控制。需要说明的是,驾驶动感控制单元根据动感控
制信号中的纵向加速度信息实时求算6自由度运动平台的动感参数,并实时驱动6自由度运
动平台产生相应的动感以模拟当前列车运行状态下的司机室纵向运动振动状态。
备进行控制与计算;且驾驶动感控制单元既可以可集成在已有的列车动感仿真模拟器,也
可以通过独立的控制器等设备进行控制响应。
感强度的体验。
全功能列车驾驶仿真模拟器驾驶测试效果,如图4所示。图4a中记录了本次模拟驾驶过程
中,牵引制动手柄操作记录;图4b中记录了本次模拟驾驶过程中列车运行速度曲线;图4c中
记录了本次模拟驾驶过程中,牵引制动级位通过列车牵引计算模块和列车动力学计算模块
实施获取的列车纵向加速度曲线(实线)、模拟驾驶动感折算纵向加速度曲线(虚线),通过
比较发现,两种情况下的纵向加速度曲线基本重合,证明,本发明所提出基于列车纵向动力
学的列车模拟驾驶动感控制方法效果优异,能够准确为受训司机准确提供列车驾驶动感。
施例的形式。而且,本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机
可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD‑ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产
品的形式。
程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序
指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产
生一个机器,使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实
现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
令装置的制造品,该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或
多个方框中指定的功能。
其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一
个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
围,凡在本发明的精神和原则之内,所做的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明
的保护范围之内。