CN112989546A - 列车仿真方法及列车仿真测试机 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种列车仿真方法及列车仿真测试机，涉及轨道交通技术领域。其中，上述列车仿真方法包括：接收待测试列车的控制指令；基于控制指令和待测试的主控算法，确定与控制指令相对应的控制信号；触发列车仿真模型基于控制信号执行相应的仿真。本申请方案在实际应用时，接收到的待测试列车的控制指令即为实时指令，并基于实时指令对列车进行仿真，有利于提高列车系统的安全可靠性。

Description

列车仿真方法及列车仿真测试机

技术领域

本申请属于轨道交通技术领域，尤其涉及一种列车仿真方法及列车仿真测试机。

背景技术

列车系统的技术构成复杂度愈来愈高，列车系统的不同子系统、零部件等多达四万多个，且具有较强的相互依赖与耦合作用关系，使得一旦系统中某一设备或部件发生故障，会导致与其相关联的设备或备件受到影响，产生故障传播的效果，严重时则会影响整个列车的运行。因此，为了准确掌握分析列车系统的安全可靠性，需要对列车系统进行仿真测试。

传统的列车仿真测试方法主要基于纯模型仿真进行测试，没有与车辆真实控制系统进行联调，因此，对列车的仿真不具备实时性，从而列车系统的性能只能基于仿真结果推导得出，从而使得列车系统的安全可靠性低。

发明内容

本申请的目的在于提供一种列车仿真方法及列车仿真测试机，有利于提高列车系统的安全可靠性。

为了实现上述技术效果，本申请第一方面提供了一种列车仿真方法，上述列车仿真方法包括：

接收待测试列车的控制指令；

基于上述控制指令和待测试的主控算法，确定与上述控制指令相对应的控制信号；

触发列车仿真模型基于上述控制信号执行相应的仿真，以便基于上述仿真的结果确定上述主控算法的合理性，其中，上述列车仿真模型基于可视化仿真工具对上述待测试列车进行建模得到。

基于上述第一方面，在第一种可能的实现方式中，上述待测试列车的控制指令源自上位机，上述上位机提供上述待测试列车的控制指令输入接口；

上述接收待测试列车的控制指令具体为：

从上述上位机接收待测试列车的控制指令。

基于上述第一方面的第一种可能的实现方式，在第二种可能的实现方式中，上述列车仿真模型由上述上位机预先通过以太网加载于HiGale仿真平台中；

上述触发列车仿真模型基于上述控制信号执行相应的仿真包括：

触发上述HiGale仿真平台控制上述列车仿真模型基于上述控制信号执行相应的仿真。

基于上述第一方面，或者上述第一方面的第一种可能的实现方式，或者上述第一方面的第二种可能的实现方式，在第三种可能的实现方式中，上述控制指令包括：电机驱动指令；

上述基于上述控制指令和待测试的主控算法，确定与上述控制指令相对应的控制信号包括：

基于上述电机驱动指令和待测试的主控算法，计算与上述电机驱动指令相对应的脉冲宽度调制信号；

上述触发列车仿真模型基于上述控制信号执行相应的仿真包括：

触发上述列车仿真模型基于上述脉冲宽度调制信号执行牵引电机的仿真动作。

基于上述第一方面的第三种可能的实现方式，在第四种可能的实现方式中，上述触发上述列车仿真模型基于上述脉冲宽度调制信号执行牵引电机的仿真动作，之后还包括：

获取执行上述牵引电机的仿真动作后得到的关键指标参数，其中，上述关键指标参数包括：仿真的列车速度和电机转速；

基于上述关键指标参数确定上述主控算法的合理性。

本申请第二方面提供一种列车仿真测试机，上述列车仿真测试机包括：

接收单元，用于接收待测试列车的控制指令；

确定单元，用于基于上述控制指令和待测试的主控算法，确定与上述控制指令相对应的控制信号；

触发单元，用于触发列车仿真模型基于上述控制信号执行相应的仿真，以便基于上述仿真的结果确定上述主控算法的合理性，其中，上述列车仿真模型基于可视化仿真工具对上述待测试列车进行建模得到。

基于上述第二方面，在第一种可能的实现方式中，上述待测试列车的控制指令源自上位机，上述上位机提供上述待测试列车的控制指令输入接口；

上述接收单元具体用于：从上述上位机接收待测试列车的控制指令。

基于上述第二方面的第一种可能的实现方式，在第二种可能的实现方式中，上述列车仿真模型由上述上位机预先通过以太网加载于HiGale仿真平台中；

上述触发单元具体用于：

触发上述HiGale仿真平台控制上述列车仿真模型基于上述控制信号执行相应的仿真。

本申请第三方面提供了一种列车仿真测试机，上述列车仿真测试机包括存储器、处理器以及存储在上述存储器中并可在上述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，上述处理器执行上述计算机程序时实现上述第一方面，或者上述第一方面的第一种可能的实现方式，或者上述第一方面的第二种可能的实现方式，或者上述第一方面的第三种可能的实现方式，或者上述第一方面的第三种可能的实现方式，或者上述第一方面的第四种可能的实现方式的步骤。

本申请第四方面提供了一种计算机可读存储介质，上述计算机可读存储介质存储有计算机程序；上述计算机程序被处理器执行时实现上述列车仿真方法的步骤。

由上可见，本申请基于接收待测试列车的控制指令和待测试的主控算法，确定与控制指令相对应的控制信号，并触发列车仿真模型基于控制信号执行相应的仿真，以便基于仿真的结果确定主控算法的合理性。在实际应用中，接收到的待测试列车的控制指令即为实时指令，并基于实时指令对列车进行仿真，有利于提高列车系统的安全可靠性。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本申请实施例提供的一种列车仿真方法流程示意图；

图2是本申请实施例提供的一种列车仿真测试机示意图；

图3是本申请实施例提供的一种非接触供电列车仿真测试系统示意图；

图4是本申请实施例提供的另一种列车仿真测试机示意图。

具体实施方式

下面详细描述本申请的实施例，所述实施例的实例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图的实施例是示例性的，旨在用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置、元件或结构必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，“安装”、“相连”、“连接”、“连通”等术语应做广义理解，例如，可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接连接，也可以是通过中间媒介间接连接，还可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

还应当理解，在本申请说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本申请。如在本申请说明书和所附权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。

下面结合本申请实施例的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本申请，但是本申请还可以采用其它不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本申请内涵的情况下做类似推广，因此本申请不受下面公开的具体实施例的限制。

本申请提供一种列车仿真方法，如图1所示，上述列车仿真方法包括：

步骤101，接收待测试列车的控制指令。

可选的，上述待测试列车的控制指令源自上位机，上述上位机提供上述待测试列车的控制指令输入接口，该控制指令输入接口用以输入控制指令。例如，在实际应用中，上述上位机部署有列车控制界面，该列车控制界面配置有多个控件，工作人员可通过该列车控制界面触发相应控件以输入相应的控制指令。在此场景下，步骤101具体表现为：

从上述上位机接收待测试列车的控制指令。

步骤102，基于上述控制指令和待测试的主控算法，确定与上述控制指令相对应的控制信号。

可选的，上述控制指令包括：电机驱动指令。在此场景下，

步骤102具体表现为：基于上述电机驱动指令和待测试的主控算法，计算与上述电机驱动指令相对应的脉冲宽度调制信号。

步骤103，触发列车仿真模型基于上述控制信号执行相应的仿真，以便基于上述仿真的结果确定上述主控算法的合理性；

其中，上述列车仿真模型基于可视化仿真工具对上述待测试列车进行建模得到。

可选的，上述列车仿真模型由上述上位机预先通过以太网加载于HiGale仿真平台中。

在一种应用场景中，触发上述HiGale仿真平台控制上述列车仿真模型基于上述控制信号执行相应的仿真。

在另一种应用场景中，触发上述列车仿真模型基于上述脉冲宽度调制信号执行牵引电机的仿真动作。

可选的，上述触发上述列车仿真模型基于上述脉冲宽度调制信号执行牵引电机的仿真动作，之后还包括：

获取执行上述牵引电机的仿真动作后得到的关键指标参数，其中，上述关键指标参数包括：仿真的列车速度和电机转速；

基于上述关键指标参数确定上述主控算法的合理性。

可选的，上述仿真的列车速度和电机速度通过数据输出接口(DO接口)输出。

由上可见，本申请基于接收待测试列车的控制指令和待测试的主控算法，确定与控制指令相对应的控制信号，并触发列车仿真模型基于控制信号执行相应的仿真，以便基于仿真的结果确定主控算法的合理性。在实际应用中，接收到的待测试列车的控制指令即为实时指令，并基于实时指令对列车进行仿真，有利于提高列车系统的安全可靠性。

本申请还提供一种列车仿真测试机，如图2所示，上述列车仿真测试机包括：

接收单元201，用于接收待测试列车的控制指令。

确定单元202，用于基于上述控制指令和待测试的主控算法，确定与上述控制指令相对应的控制信号；

触发单元203，用于触发列车仿真模型基于上述控制信号执行相应的仿真，以便基于上述仿真的结果确定上述主控算法的合理性，其中，上述列车仿真模型基于可视化仿真工具对上述待测试列车进行建模得到。

可选的，上述待测试列车的控制指令源自上位机，上述上位机提供上述待测试列车的控制指令输入接口；

接收单元201具体用于：从上述上位机接收待测试列车的控制指令。

可选的，上述列车仿真模型由上述上位机预先通过以太网加载于HiGale仿真平台中；

触发单元203具体用于：触发上述HiGale仿真平台控制上述列车仿真模型基于上述控制信号执行相应的仿真。

可选的，上述控制指令包括：电机驱动指令；

确定单元202具体用于：基于上述电机驱动指令和待测试的主控算法，计算与上述电机驱动指令相对应的脉冲宽度调制信号(即PWM信号)；

触发单元203还用于：触发上述列车仿真模型基于上述脉冲宽度调制信号执行牵引电机的仿真动作。

由上可见，本申请基于接收待测试列车的控制指令和待测试的主控算法，确定与控制指令相对应的控制信号，并触发列车仿真模型基于控制信号执行相应的仿真，以便基于仿真的结果确定主控算法的合理性。在实际应用中，接收到的待测试列车的控制指令即为实时指令，并基于实时指令对列车进行仿真，有利于提高列车系统的安全可靠性。

为了更好的理解本申请的列车仿真测试机，下面以一具体应用场景例对非接触供电列车进行仿真测试过程中的列车仿真测试机进一步说明。本应用场景中，列车仿真测试机包含于非接触供电列车仿真测试系统中，如图3所示。

非接触供电列车仿真测试系统包括：上位机301、HiGale仿真平台302和列车仿真测试机303；上位机301通过以太网与HiGale仿真平台302连接，列车仿真测试机303与HiGale仿真平台302电气连接。

上位机301用于加载列车仿真模型和实时数据监控，其中，上述列车仿真模型基于HiGale仿真平台302的可视化仿真工具(例如simulink建模工具)，对待测试的非接触供电列车建模得到，上述实时数据为上述非接触供电列车在仿真测试过程中的全部实时数据。上位机301设置有控制指令输入接口，该控制指令输入接口用以输入控制指令，上述控制指令用于对上述非接触供电列车的控制。

HiGale仿真平台302包括：

HiGale仿真机3021，用于执行上述非接触供电列车的负载与线路模型、开关状态监控模型和温度与压力设置模型的仿真；

第一FPGA仿真机3022，用于执行上述非接触供电列车的弓网供电模型、高压器件模型和辅助系统与负载模型的仿真；

第二FPGA仿真机3023，用于执行上述非接触供电列车的牵引变压器模型、预充电模型、四象限整流器模型和中间直流环节模型的仿真；

第三FPGA仿真机3024，用于执行上述非接触供电列车的逆变器模型和电机模型的仿真；

其中，上述负载与线路模型、上述开关状态监控模型、上述温度与压力设置模型、上述弓网供电模型、上述高压器件模型、上述辅助系统与负载模型、上述牵引变压器模型、上述预充电模型、上述四象限整流器模型、上述中间直流环节模型、上述逆变器模型以及上述电机模型可基于Simulink建模工具建模得到。

HiGale仿真机、第一FPGA仿真机3022、第二FPGA仿真机3023与第三FPGA仿真机3024之间均通过数据接口连接。

利用上述非接触供电列车仿真测试系统进行仿真测试时，上位机301分别将上述负载与线路模型、上述开关状态监控模型和上述温度与压力设置模型加载至HiGale仿真机3021，上位机301分别将上述弓网供电模型、上述高压器件模型和上述辅助系统与负载模型加载至第一FPGA仿真机3022，上位机301分别将牵引变压器模型、上述预充电模型、上述四象限整流器模型和上述中间直流环节模型加载至第二FPGA仿真机3023，上位机301分别将上述逆变器模型和上述电机模型加载至第三FPGA仿真机3024，列车仿真测试机303基于接收源自上位机301的控制指令和待测试的主控算法，计算与上述控制指令相对应的PWM信号，并基于上述PWM信号触发HiGale仿真机、第一FPGA仿真机3022、第二FPGA仿真机3023和第三FPGA仿真机3024执行相应的仿真，获取关键指标参数，并基于获取的关键指标参数确定上述主控算法的合理性。

本申请还提供一种列车仿真测试机，如图4所示，上述列车仿真测试机还包括：存储器401、处理器402以及存储在上述存储器401中并可在上述处理器402上运行的计算机程序，其中：存储器401用于存储软件程序以及模块，处理器402通过运行存储在存储器401的软件程序以及模块，从而执行各种功能应用以及数据处理。具体地，处理器402通过运行存储在存储器401的上述计算机程序时实现以下步骤：

接收待测试列车的控制指令；

基于上述控制指令和待测试的主控算法，确定与上述控制指令相对应的控制信号；

触发列车仿真模型基于上述控制信号执行相应的仿真，以便基于上述仿真的结果确定上述主控算法的合理性，其中，上述列车仿真模型基于可视化仿真工具对上述待测试列车进行建模得到。

假设上述为第一种可能的实施方式，则在第一种可能的实施方式作为基础而提供的第二种可能的实施方式中，上述待测试列车的控制指令源自上位机，上述上位机提供上述待测试列车的控制指令输入接口；

上述接收待测试列车的控制指令具体为：

从上述上位机接收待测试列车的控制指令。

在上述第二种可能的实施方式作为基础而提供的第三种可能的实施方式中，上述列车仿真模型由上述上位机预先通过以太网加载于HiGale仿真平台中；

上述触发列车仿真模型基于上述控制信号执行相应的仿真包括：

触发上述HiGale仿真平台控制上述列车仿真模型基于上述控制信号执行相应的仿真。

在上述第三种可能的实现方式作为基础而提供的第四种可能的实施方式中，上述控制指令包括：电机驱动指令；

上述基于上述控制指令和待测试的主控算法，确定与上述控制指令相对应的控制信号包括：

基于上述电机驱动指令和待测试的主控算法，计算与上述电机驱动指令相对应的脉冲宽度调制信号；

上述触发列车仿真模型基于上述控制信号执行相应的仿真包括：

触发上述列车仿真模型基于上述脉冲宽度调制信号执行牵引电机的仿真动作。

在上述第四种可能的实现方式作为基础而提供的第五种可能的实施方式中，上述触发上述列车仿真模型基于上述脉冲宽度调制信号执行牵引电机的仿真动作，之后还包括：

获取执行上述牵引电机的仿真动作后得到的关键指标参数，其中，上述关键指标参数包括：仿真的列车速度和电机转速；

基于上述关键指标参数确定上述主控算法的合理性。

可选的，如图4所示，上述列车仿真测试机还可包括：一个或多个输入设备403(图4中仅示出一个)和一个或多个输出设备404(图4中仅示出一个)。存储器401、处理器402、输入设备403和输出设备404通过总线405连接。

应当理解，在本申请实施例中，所称处理器402可以是中央处理单元(CentralProcessing Unit，CPU)，该处理器还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(DigitalSignal Processor，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现成可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。

输入设备403可以包括上位机、键盘、触控板等，输出设备404可以包括显示器等。

存储器401可以包括只读存储器和随机存取存储器，并向处理器402提供指令和数据。存储器401的一部分或全部还可以包括非易失性随机存取存储器。

本申请实施例中，列车仿真测试机基于接收到的待测试列车的控制指令和待测试的主控算法，确定与控制指令相对应的控制信号，并触发列车仿真模型基于控制信号执行相应的仿真，以便基于仿真的结果确定主控算法的合理性。上述集成的模块/单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读存储介质中。基于这样的理解，本申请实现上述实施例方法中的全部或部分流程，也可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，上述计算机程序可存储于以计算机可读存储介质中，该计算机程序在被处理器执行时，可实现上述各个方法实施例的步骤。其中，上述计算机程序包括计算机程序代码，上述计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。上述计算机可读介质可以包括：能够携带上述计算机程序代码的任何实体或装置、记录介质、U盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、电载波信号、电信信号以及软件分发介质等。需要说明的是，上述计算机可读存储介质包含的内容可以根据司法管辖区内立法和专利实践的要求进行适当的增减。

在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述或记载的部分，可以参见其他实施例的相关描述。

以上所述实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解；其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不是相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种列车仿真方法，其特征在于，所述列车仿真方法包括：

接收待测试列车的控制指令；

基于所述控制指令和待测试的主控算法，确定与所述控制指令相对应的控制信号；

触发列车仿真模型基于所述控制信号执行相应的仿真，以便基于所述仿真的结果确定所述主控算法的合理性，其中，所述列车仿真模型基于可视化仿真工具对所述待测试列车进行建模得到。

2.根据权利要求1所述的列车仿真方法，其特征在于，所述待测试列车的控制指令源自上位机，所述上位机提供所述待测试列车的控制指令输入接口；

所述接收待测试列车的控制指令具体为：

从所述上位机接收待测试列车的控制指令。

3.根据权利要求2所述的列车仿真方法，其特征在于，所述列车仿真模型由所述上位机预先通过以太网加载于HiGale仿真平台中；

所述触发列车仿真模型基于所述控制信号执行相应的仿真包括：

触发所述HiGale仿真平台控制所述列车仿真模型基于所述控制信号执行相应的仿真。

4.根据权利要求1至3任一项所述的列车仿真方法，其特征在于，所述控制指令包括：电机驱动指令；

所述基于所述控制指令和待测试的主控算法，确定与所述控制指令相对应的控制信号包括：

基于所述电机驱动指令和待测试的主控算法，计算与所述电机驱动指令相对应的脉冲宽度调制信号；

所述触发列车仿真模型基于所述控制信号执行相应的仿真包括：

触发所述列车仿真模型基于所述脉冲宽度调制信号执行牵引电机的仿真动作。

5.根据权利要求4所述的列车仿真方法，其特征在于，所述触发所述列车仿真模型基于所述脉冲宽度调制信号执行牵引电机的仿真动作，之后还包括：

获取执行所述牵引电机的仿真动作后得到的关键指标参数，其中，所述关键指标参数包括：仿真的列车速度和电机转速；

基于所述关键指标参数确定所述主控算法的合理性。

6.一种列车仿真测试机，其特征在于，所述列车仿真测试机包括：

接收单元，用于接收待测试列车的控制指令；

确定单元，用于基于所述控制指令和待测试的主控算法，确定与所述控制指令相对应的控制信号；

触发单元，用于触发列车仿真模型基于所述控制信号执行相应的仿真，以便基于所述仿真的结果确定所述主控算法的合理性，其中，所述列车仿真模型基于可视化仿真工具对所述待测试列车进行建模得到。

7.根据权利要求6所述的列车仿真测试机，其特征在于，所述待测试列车的控制指令源自上位机，所述上位机提供所述待测试列车的控制指令输入接口；

所述接收单元具体用于：从所述上位机接收待测试列车的控制指令。

8.根据权利要求7所述的列车仿真测试机，其特征在于，所述列车仿真模型由所述上位机预先通过以太网加载于HiGale仿真平台中；

所述触发单元具体用于：触发所述HiGale仿真平台控制所述列车仿真模型基于所述控制信号执行相应的仿真。

9.一种列车仿真测试机，所述列车仿真测试机包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1至5中任一项所述方法的步骤。

10.一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至5中任一项所述方法的步骤。

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