列车动力学下平稳驾驶分析方法、系统、终端及介质

摘要

本发明公开了列车动力学下平稳驾驶分析方法、系统、终端及介质，涉及轨道交通驾驶培训技术领域，其技术方案要点是：获取列车仿真模拟器运行过程中生成的列车虚拟驾驶运行信息；根据列车虚拟驾驶运行信息中的列车运行加速度以及预设分析周期进行微分计算，得到列车虚拟驾驶平稳性指标；根据模拟驾驶列车类型对标准等级值计算后得到平稳性等级阈值；根据平稳性等级阈值对列车驾驶平稳性指标进行匹配分析后得到平稳性评价结果。本发明通过对列车仿真模拟器应用场景下的模拟器驾驶平稳指标计算，实时求解当前列车驾驶状态下的列车冲动等级或司机平稳驾驶等级；且整个平稳性分析过程不需要依赖运动平台等外部设备的反馈信息。

权利要求

1.列车动力学下平稳驾驶分析方法，其特征是，包括以下步骤：获取列车仿真模拟器运行过程中生成的列车虚拟驾驶运行信息；

根据列车虚拟驾驶运行信息中的列车运行加速度以及预设分析周期进行微分计算，得到列车虚拟驾驶平稳性指标；

根据模拟驾驶列车类型对标准等级值计算后得到平稳性等级阈值；

根据平稳性等级阈值对列车驾驶平稳性指标进行匹配分析后得到平稳性评价结果；

所述平稳性等级阈值的计算过程具体为：根据模拟驾驶列车类型匹配相应的等级阈值变换序列；

将等级阈值变换序列中的等级阈值变换系数与标准等级值相乘后得到对应等级的平稳性等级阈值；

还包括：

实时采集列车仿真模拟器中的实际驾驶运行信息，并提取实际驾驶运行信息中各子项信号的实际运行值，以及提取列车虚拟驾驶运行信息中各子项信号的虚拟控制运行值；

根据各子项信号的实际运行值、虚拟控制运行值进行差异性计算，得到模拟扩展参数；

依据模拟扩展参数将平稳性等级阈值扩展为平稳性等级区间，若列车虚拟驾驶平稳性指标匹配属于对应的平稳性等级区间，则判定当前列车虚拟驾驶平稳性指标为相应的平稳性等级。

2.根据权利要求1所述的列车动力学下平稳驾驶分析方法，其特征是，所述列车虚拟驾驶运行信息的生成过程具体为：获取受训司机的列车虚拟驾驶控制信号；

根据列车虚拟驾驶控制信号中的列车牵引手柄级位、列车制动手柄级位进行列车牵引计算，得到当前列车牵引手柄级位或列车制动手柄级位下的列车司机室合力；

通过列车动力学模型对列车司机室合力进行模拟计算后得到当前运行状态信号，当前运行状态信号至少包括列车运行速度信号和列车运行加速度。

3.根据权利要求1所述的列车动力学下平稳驾驶分析方法，其特征是，所述列车虚拟驾驶平稳性指标的计算公式具体为：其中， 表示列车虚拟驾驶平稳性指标； 表示列车运行加速度；表示预设分析周期内的连续分布时间。

4.根据权利要求1所述的列车动力学下平稳驾驶分析方法，其特征是，所述平稳性等级阈值扩展为平稳性等级区间的过程具体为：根据模拟扩展参数 将各个平稳性等级的平稳性等级阈值m扩展为初步区间；

若第i个初步区间与第i+1个初步区间之间间断分布或重叠分布，则以相邻区间的相邻端点平均值作为共同衔接端点值，得到对应平稳性等级阈值的平稳性等级区间。

5.根据权利要求1所述的列车动力学下平稳驾驶分析方法，其特征是，所述模拟扩展参数的计算公式具体为：

其中，表示模拟扩展参数； 表示子项信号1的实际运行值； 表示子项信号1的虚拟控制运行值；表示子项信号1的权重系数； 表示子项信号n的实际运行值； 表示子项信号n的虚拟控制运行值； 表示子项信号n的权重系数。

6.列车仿真模拟器驾驶平稳性分析系统，其特征是，包括：数据采集模块，用于获取列车仿真模拟器运行过程中生成的列车虚拟驾驶运行信息；

指标计算模块，用于根据列车虚拟驾驶运行信息中的列车运行加速度以及预设分析周期进行微分计算，得到列车虚拟驾驶平稳性指标；

阈值计算模块，用于根据模拟驾驶列车类型对标准等级值计算后得到平稳性等级阈值；

平稳分析模块，用于根据平稳性等级阈值对列车驾驶平稳性指标进行匹配分析后得到平稳性评价结果；

所述平稳性等级阈值的计算过程具体为：根据模拟驾驶列车类型匹配相应的等级阈值变换序列；

将等级阈值变换序列中的等级阈值变换系数与标准等级值相乘后得到对应等级的平稳性等级阈值；

还包括：

实时采集列车仿真模拟器中的实际驾驶运行信息，并提取实际驾驶运行信息中各子项信号的实际运行值，以及提取列车虚拟驾驶运行信息中各子项信号的虚拟控制运行值；

根据各子项信号的实际运行值、虚拟控制运行值进行差异性计算，得到模拟扩展参数；

依据模拟扩展参数将平稳性等级阈值扩展为平稳性等级区间，若列车虚拟驾驶平稳性指标匹配属于对应的平稳性等级区间，则判定当前列车虚拟驾驶平稳性指标为相应的平稳性等级。

7.一种计算机终端，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动力学下平稳驾驶分析方法。

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动力学下平稳驾驶分析方法。

说明书

列车动力学下平稳驾驶分析方法、系统、终端及介质

技术领域

[0001] 本发明涉及轨道交通驾驶培训技术领域，更具体地说，它涉及列车动力学下平稳驾驶分析方法、系统、终端及介质。

背景技术

[0002] 列车平稳驾驶是评价司机驾驶水平最为重要的指标之一。司机不合理的列车驾驶操作会降低列车纵向运行平稳性、产生列车冲动，降低乘客舒适度、减低车钩缓冲器的寿
命、甚至造成断钩等列车运行事故。因此，在列车司机驾驶技能培训、考核体系下，列车驾驶
平稳性分析成为了重中之重。

[0003] 目前，在列车司机培训体系中，列车模拟驾驶主要有列车仿真模拟器以及列车仿真模拟器与运动平台相结合两种方式。其中，列车仿真模拟器与运动平台相结合，可以为受
训司机模拟列车运行过程中司机室的振动环境，提供一个“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，其缺点是应用成本过高。
对于列车司机培训的初学者来说，传统的列车仿真模拟器已经能够满足要求，所以传统的
列车仿真模拟器对于初学阶段的用户来说应用更为广泛。然而，上述两种列车模拟驾驶的
平稳性分析均主要是依据车辆行程的加速度特征值得到驾驶人员的加速度特征值，从而根
据加速度特征值进行平稳性分析。由于受列车仿真模拟器占用空间限制，列车仿真模拟器
在实际使用过程无法为车辆模拟驾驶提供足够的纵向移动行程，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，所以通过测
量车辆的加速度特征值进行平稳性分析存在较大的分析误差。

[0004] 因此，如何研究设计一种列车动力学下平稳驾驶分析方法、系统、终端及介质是我们目前急需解决的问题。

发明内容

[0005] 为解决现有技术中的不足，本发明的目的是提供列车动力学下平稳驾驶分析方法、系统、终端及介质，在列车驾驶仿真模拟器环境下，不需要依赖运动平台的反馈信息即
可实现对于受训司机驾驶平稳性分析功能，不仅能够保证降低采用真车进行列车平稳性驾
驶训练带来的成本与风险，并且能够为受训司机进行更加直接细致的指导工作。

[0006] 本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：

[0007] 第一方面，提供了列车动力学下平稳驾驶分析方法，包括以下步骤：

[0008] 获取列车仿真模拟器运行过程中生成的列车虚拟驾驶运行信息；

[0009] 根据列车虚拟驾驶运行信息中的列车运行加速度以及预设分析周期进行微分计算，得到列车虚拟驾驶平稳性指标；

[0010] 根据模拟驾驶列车类型对标准等级值计算后得到平稳性等级阈值；

[0011] 根据平稳性等级阈值对列车驾驶平稳性指标进行匹配分析后得到平稳性评价结果。

[0012] 进一步的，所述列车虚拟驾驶运行信息的生成过程具体为：

[0013] 获取受训司机的列车虚拟驾驶控制信号；

[0014] 根据列车虚拟驾驶控制信号中的列车牵引手柄级位、列车制动手柄级位进行列车牵引计算，得到当前列车牵引手柄级位或列车制动手柄级位下的列车司机室合力；

[0015] 通过列车动力学模型对列车司机室合力进行模拟计算后得到当前运行状态信号，当前运行状态信号至少包括列车运行速度信号和列车运行加速度。

[0016] 进一步的，所述列车虚拟驾驶平稳性指标的计算公式具体为：

[0017]

[0018] 其中， 表示列车虚拟驾驶平稳性指标； 表示列车运行加速度；表示预设分析周期内的连续分布时间。

[0019] 进一步的，所述平稳性等级阈值的计算过程具体为：

[0020] 根据模拟驾驶列车类型匹配相应的等级阈值变换序列；

[0021] 将等级阈值变换序列中的等级阈值变换系数与标准等级值相乘后得到对应等级的平稳性等级阈值。

[0022] 进一步的，该方法还包括：

[0023] 实时采集列车仿真模拟器中的实际驾驶运行信息，并提取实际驾驶运行信息中各子项信号的实际运行值，以及提取列车虚拟驾驶运行信息中各子项信号的虚拟控制运行
值；

[0024] 根据各子项信号的实际运行值、虚拟控制运行值进行差异性计算，得到模拟扩展参数；

[0025] 依据模拟扩展参数将平稳性等级阈值扩展为平稳性等级区间，若列车虚拟驾驶平稳性指标匹配属于对应的平稳性等级区间，则判定当前列车虚拟驾驶平稳性指标为相应的
平稳性等级。

[0026] 进一步的，所述平稳性等级阈值扩展为平稳性等级区间的过程具体为：

[0027] 根据模拟扩展参数 将各个平稳性等级的平稳性等级阈值m扩展为初步区间；

[0028] 若第i个初步区间与第i+1个初步区间之间间断分布或重叠分布，则以相邻区间的相邻端点平均值作为共同衔接端点值，得到对应平稳性等级阈值的平稳性等级区间。

[0029] 进一步的，所述模拟扩展参数的计算公式具体为：

[0030]

[0031] 其中，表示模拟扩展参数； 表示子项信号1的实际运行值； 表示子项信号1的虚拟控制运行值；表示子项信号1的权重系数； 表示子项信号n的实际运行值； 表
示子项信号n的虚拟控制运行值； 表示子项信号n的权重系数。

[0032] 第二方面，提供了列车仿真模拟器驾驶平稳性分析系统，包括：

[0033] 数据采集模块，用于获取列车仿真模拟器运行过程中生成的列车虚拟驾驶运行信息；

[0034] 指标计算模块，用于根据列车虚拟驾驶运行信息中的列车运行加速度以及预设分析周期进行微分计算，得到列车虚拟驾驶平稳性指标；

[0035] 阈值计算模块，用于根据模拟驾驶列车类型对标准等级值计算后得到平稳性等级阈值；

[0036] 平稳分析模块，用于根据平稳性等级阈值对列车驾驶平稳性指标进行匹配分析后得到平稳性评价结果。

[0037] 第三方面，一种计算机终端，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，所述处理器执行所述程序时实现如第一方面中任意一项所述的列车动
力学下平稳驾驶分析方法。

[0038] 第四方面，提供了一种计算机可读介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行可实现如第一方面中任意一项所述的列车动力学下平稳驾驶分析方法。

[0039] 与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

[0040] 1、本发明通过对列车仿真模拟器应用场景下的模拟器驾驶平稳指标计算，实时求解当前列车驾驶状态下的列车冲动等级或司机平稳驾驶等级；

[0041] 2、本发明通过列车牵引计算和列车纵向动力学计算，保证了全功能列车仿真模拟器能够准确模拟列车真实驾驶过程中的列车牵引与制动力、列车阻力、纵向加速度，计算过
程中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，为受训司
机提供一个更加真实的司机室模拟驾驶环境、提高司机培训质量、确保列车安全运行；

[0042] 3、本发明中的整个平稳性分析过程不需要依赖运动平台等外部设备的反馈信息，既可以适用于仅采用列车仿真模拟器的培训模式，又可以适用于列车仿真模拟器与运动平
台相结合的培训模式；

[0043] 4、本发明通过直接依据列车仿真模拟器的列车虚拟驾驶运行信息和实时采集的实际驾驶运行信息进行差异性计算得到模拟扩展参数，并通过模拟扩展参数对平稳性等级
阈值进行扩展处理，有效降低了平稳性评价结果变化频率，从而降低了数据处理量，实现难
度低。

附图说明

[0044] 此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：

[0045] 图1是本发明实施例中的平稳性分析流程图；

[0046] 图2是本发明实施例中的模拟实验结果图；

[0047] 图3是本发明实施例中的系统架构图。

具体实施方式

[0048] 为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作
为对本发明的限定。

[0049] 实施例1：列车动力学下平稳驾驶分析方法，如图1所示，包括以下步骤：

[0050] S1：获取列车仿真模拟器运行过程中生成的列车虚拟驾驶运行信息；

[0051] S2：根据列车虚拟驾驶运行信息中的列车运行加速度以及预设分析周期进行微分计算，得到列车虚拟驾驶平稳性指标；

[0052] S3：根据模拟驾驶列车类型对标准等级值计算后得到平稳性等级阈值；

[0053] S4：根据平稳性等级阈值对列车驾驶平稳性指标进行匹配分析后得到平稳性评价结果。

[0054] 需要说明的是，列车驾驶平稳性分析包括在线判断和离线判断两种。在线判断，即当司机在使用列车驾驶动感仿真模拟器进行模拟驾驶过程中，实时诊断当前的列车平稳驾
驶等级或冲动等级。离线诊断，即当司机在使用列车驾驶动感仿真模拟器进行模拟驾驶过
程中，只实时保存列车驾驶平稳性判断相关信息，在模拟驾驶完成后对驾驶过程中保存的
平稳性判断相关信息进行统一处理，判断整个列车模拟驾驶过程中的列车平稳等级或冲动
等级。

[0055] 在步骤S1中，列车虚拟驾驶运行信息的生成过程具体为：

[0056] S101：获取受训司机的列车虚拟驾驶控制信号；

[0057] S102：根据列车虚拟驾驶控制信号中的列车牵引手柄级位、列车制动手柄级位进行列车牵引计算，得到当前列车牵引手柄级位或列车制动手柄级位下的列车司机室合力；

[0058] S103：通过列车动力学模型对列车司机室合力进行模拟计算后得到当前运行状态信号，当前运行状态信号至少包括列车运行速度信号和列车运行加速度。

[0059] 在步骤S2中，车虚拟驾驶平稳性指标的计算公式具体为：

[0060]

[0061] 其中， 表示列车虚拟驾驶平稳性指标； 表示列车运行加速度；表示预设分析周期内的连续分布时间。

[0062] 在步骤S3中，平稳性等级阈值的计算过程具体为：

[0063] S301：根据模拟驾驶列车类型匹配相应的等级阈值变换序列；

[0064] S302：将等级阈值变换序列中的等级阈值变换系数与标准等级值相乘后得到对应等级的平稳性等级阈值。

[0065] 为了有效降低了平稳性评价结果变化频率，从而降低了数据处理量，本发明还通过计算模拟扩展参数对平稳性等级阈值进行扩展处理，具体扩展处理的方法如下：

[0066] S303：实时采集列车仿真模拟器中的实际驾驶运行信息，并提取实际驾驶运行信息中各子项信号的实际运行值，以及提取列车虚拟驾驶运行信息中各子项信号的虚拟控制
运行值；

[0067] S304：根据各子项信号的实际运行值、虚拟控制运行值进行差异性计算，得到模拟扩展参数；

[0068] S305：依据模拟扩展参数将平稳性等级阈值扩展为平稳性等级区间，若列车虚拟驾驶平稳性指标匹配属于对应的平稳性等级区间，则判定当前列车虚拟驾驶平稳性指标为
相应的平稳性等级。

[0069] 本发明通过直接依据列车仿真模拟器的列车虚拟驾驶运行信息和实时采集的实际驾驶运行信息进行差异性计算得到模拟扩展参数，并通过模拟扩展参数对平稳性等级阈
值进行扩展处理，有效降低了平稳性评价结果变化频率，从而降低了数据处理量，实现难度
低。

[0070] 在步骤S305中，平稳性等级阈值扩展为平稳性等级区间的过程具体为：根据模拟扩展参数 将各个平稳性等级的平稳性等级阈值m扩展为初步区间 ；若
第i个初步区间与第i+1个初步区间之间间断分布或重叠分布，则以相邻区间的相邻端点平
均值作为共同衔接端点值，得到对应平稳性等级阈值的平稳性等级区间。

[0071] 以相邻两个平稳性等级阈值分别为4、6为例进行说明。

[0072] 若模拟扩展参数为0.1，则第一个初步区间为[3.6,4.4]，第二个初步区间为[5.4,6.6]。第一个初步区间与第二个初步区间之间呈间断分布，根据4.4和5.4计算平均值得到
共同衔接端点值为4.9。为此，最终的两个平稳性等级区间依次为[3.6,4.9]、[4.9,6.6]。

[0073] 若模拟扩展参数为0.2，则第一个初步区间为[3.2,4.8]，第二个初步区间为[4.8,7.2]。第一个初步区间与第二个初步区间之间正好衔接。为此，最终的两个平稳性等级区间
依次为[3.2,4.8]、[4.8,7.2]。

[0074] 若模拟扩展参数为0.3，则第一个初步区间为[2.8,5.2]，第二个初步区间为[4.2,7.8]。第一个初步区间与第二个初步区间之间呈重叠分布，根据5.2和4.2计算平均值得到
共同衔接端点值为4.7。为此，最终的两个平稳性等级区间依次为[2.8,4.7]、[4.7,7.8]。

[0075] 需要说明的是，上述示例均是针对相邻两个平稳性等级阈值进行处理，而对于相互远离的端点值并未处理。

[0076] 模拟扩展参数的计算公式具体为：

[0077]

[0078] 其中，表示模拟扩展参数； 表示子项信号1的实际运行值； 表示子项信号1的虚拟控制运行值；表示子项信号1的权重系数； 表示子项信号n的实际运行值； 表
示子项信号n的虚拟控制运行值； 表示子项信号n的权重系数。

[0079] 实施例2：为了验证本发明所提出的列车动力学下平稳驾驶分析方法，在国内某列车驾驶训练基地，针对模型高速动车组全功能驾驶仿真模拟器进行效果测试。

[0080] 在本实施例中，受训司机在某列车驾驶动感仿真模拟器环境下完成了从A站到B站的模拟驾驶任务，在模拟驾驶任务中共完成了3次列车牵引、三次列车制动。

[0081] 采用时域微分的方法对列车纵向加速度进行一阶微分进行平稳指标计算。列车纵向加速度即列车运行加速度。平稳性分析的预设分析周期为3秒钟，且每分预设分析周期
内，仅记录最大冲动等级。

[0082] 全功能列车仿真模拟器驾驶测试效果，如图2所示。其中，图2中a所示的牵引制动级位记录了本次模拟驾驶过程中，牵引制动手柄操作记录、列车虚拟驾驶平稳性指标和列
车平稳性等级；图2中b所示的列车运纵向加速度记录了本次模驾过程中的列车运行速度信
息。

[0083] 通过统计分析，本次列车模拟驾驶过程中，受训司机的模拟驾驶共产生了2次列车纵向冲动。有效降低了平稳性评价结果变化频率，从而降低了数据处理量，实现难度低。

[0084] 在本实施例中，司机在列车驾驶多功能仿真模拟器环境下的列车驾驶平稳等级判断采用的是后评价模式，即在司机模拟驾驶完成后对整个模拟驾驶过程中的列车平稳驾驶
等级进行综合处理分析。

[0085] 实施例3：列车仿真模拟器驾驶平稳性分析系统，如图3所示，包括数据采集模块、指标计算模块、阈值计算模块、平稳分析模块。

[0086] 其中，数据采集模块，用于获取列车仿真模拟器运行过程中生成的列车虚拟驾驶运行信息。指标计算模块，用于根据列车虚拟驾驶运行信息中的列车运行加速度以及预设
分析周期进行微分计算，得到列车虚拟驾驶平稳性指标。阈值计算模块，用于根据模拟驾驶
列车类型对标准等级值计算后得到平稳性等级阈值。平稳分析模块，用于根据平稳性等级
阈值对列车驾驶平稳性指标进行匹配分析后得到平稳性评价结果。

[0087] 本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实
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。

[0088] 本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备（系统）、和计算机程序产品的流程图和／或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和／或方框图中的每一流
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。

[0089] 这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指
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。

[0090] 这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或
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。

[0091] 以上的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范
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。