CN113257073A - 列车模拟驾驶平稳性分析方法、系统、终端及介质 - Google Patents

Abstract

本发明公开了列车模拟驾驶平稳性分析方法、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：获取动感仿真模拟器运行过程中纵向动感控制的运动平台点头角度以及动感仿真模拟器响应纵向动感控制时的点头角速度；根据运动平台点头角度、点头角速度计算得到列车驾驶平稳性指标；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分析结果。本发明通过对动感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，可直观感受到对应稳定性下的司机室驾驶动感，同时为动感反馈控制提供数据支撑。

Description

列车模拟驾驶平稳性分析方法、系统、终端及介质

技术领域

本发明涉及轨道交通驾驶培训技术领域，更具体地说，它涉及列车模拟驾驶平稳性分析方法、系统、终端及介质。

背景技术

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。

目前，关于车辆行驶的平稳性分析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。而在列车司机培训体系中，动感仿真模拟器的优势在于能够通过控制运动平台，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。由于受动感仿真模拟器占用空间限制，动感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，现有的车辆行驶平稳性分析方法无法直接应用于动感仿真模拟器的驾驶平稳性分析。

因此，如何研究设计一种列车模拟驾驶平稳性分析方法、系统、终端及介质是我们目前急需解决的问题。

发明内容

为解决现有技术中的不足，本发明的目的是提供列车模拟驾驶平稳性分析方法、系统、终端及介质，在列车驾驶动感仿真模拟器环境下，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。

本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：

第一方面，提供了列车模拟驾驶平稳性分析方法，包括以下步骤：

获取动感仿真模拟器运行过程中纵向动感控制的运动平台点头角度以及动感仿真模拟器响应纵向动感控制时的点头角速度；

根据运动平台点头角度、点头角速度计算得到列车驾驶平稳性指标；

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分析结果。

进一步的，所述运动平台点头角度的获取过程具体为：

获取受训司机的列车驾驶控制信号；

根据列车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，当前运行状态信号包括列车运行线路信息、运行速度、列车运行加速度；

通过6自由度运动平台的控制单元对列车运行加速度进行转换计算后得到运动平台产生响应的实现纵向动感控制的运动平台点头角度。

进一步的，所述运动平台点头角度的计算公式具体为：

其中，

为运动平台点头角度；g为重力加速度；

为列车运行加速度。

进一步的，所述列车驾驶平稳性指标的计算过程具体为：

其中，

为列车驾驶平稳性指标；

为点头角速度。

进一步的，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。

进一步的，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；

根据纵向动感控制中模拟计算的当前运行状态信号以及动感仿真模拟器响应运动平台点头角度后的实际运行状态信号对比计算得到动感仿真模拟器的模拟性能系数；

将等级阈值变换序列中的等级阈值变换系数、标准等级值与模拟性能系数相乘后得到对应等级的平稳性等级阈值。

进一步的，所述模拟性能系数的计算过程具体为：

获取当前运行状态信号、实际运行状态信号中一一对应的子项信号以及各子项信号的当前运行值、实际运行值；

根据当前运行值、实际运行值做差计算得到各子项信号的响应准确率；

将各子项信号的权重系数与对应子项的响应准确率分别进行权重计算后求和得到模拟性能系数。

第二方面，提供了列车模拟驾驶平稳性分析系统，包括：

数据获取模块，用于获取动感仿真模拟器运行过程中纵向动感控制的运动平台点头角度以及动感仿真模拟器响应纵向动感控制时的点头角速度；

指标计算模块，用于根据运动平台点头角度、点头角速度计算得到列车驾驶平稳性指标；

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；

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分析结果。

第三方面，提供了一种终端，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，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模拟驾驶平稳性分析方法。

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模拟驾驶平稳性分析方法。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1、本发明通过对动感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，既可以让司机直接感觉到当前列车冲动等级、司机平稳驾驶等级下的司机室驾驶动感，又可以为模拟器驾驶动感反馈控制提供了数据支撑；

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力（或制动力）、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，如：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等，纵向加速度即为列车运行加速度，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。

附图说明

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：

图1是本发明实施例中的平稳性分析流程图；

图2是本发明实施例中运动平台点头角度的生成流程图；

图3是本发明实施例中的模拟实验结果图；

图4是本发明实施例中的系统架构图。

具体实施方式

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1-4和附图1-图4，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。

实施例1：列车模拟驾驶平稳性分析方法，如图1所示，包括以下步骤：

S1：获取动感仿真模拟器运行过程中纵向动感控制的运动平台点头角度以及动感仿真模拟器响应纵向动感控制时的点头角速度；

S2：根据运动平台点头角度、点头角速度计算得到列车驾驶平稳性指标；

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；

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分析结果。

在步骤S1中，如图2所示，运动平台点头角度的获取过程具体为：

S101：获取受训司机的列车驾驶控制信号；

S102：根据列车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；在本实施例中，列车牵引手柄为无级型手柄、制动手柄为有级型手柄；

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，当前运行状态信号包括列车运行线路信息、运行速度、列车运行加速度；

S104：通过6自由度运动平台的控制单元对列车运行加速度进行转换计算后得到运动平台产生响应的实现纵向动感控制的运动平台点头角度。

在步骤S104中，运动平台点头角度的计算公式具体为：

其中，

为运动平台点头角度；g为重力加速度；

为列车运行加速度。

在步骤S2中，列车驾驶平稳性指标的计算过程具体为：

其中，

为列车驾驶平稳性指标；

为点头角速度。

在步骤S3中，平稳性等级阈值的计算过程具体为：

S301：根据模拟驾驶列车类型匹配相应的等级阈值变换序列；

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。

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。

在列车实际运行过程中，加速度的变化率ax’(t)被选做评价列车运行的平稳性指标。在列车驾驶动感仿真模拟器的应用场景下，6自由度运动平台无法为培训司机提供列车行进方向（纵向）的持续加速度，需要通过洗入、洗出算法结合的方式为受训司机提供替代性列车纵向加速度的虚拟列车运动环境，在这样的应用场景下，可以通过分析运动平台的纵向动感求算模拟驾驶环境下列车平稳性指标，评价列车当前冲动等级、评价司机平稳驾驶水平。

因此，本发明设计了列车模拟驾驶平稳性分析方法，该方法主要通过模拟器的牵引计算、列车动力学模型保证模拟列车纵向动力学关系的准确性、模拟器驾驶动感的逼真度；通过实时分析6自由度运动平台的纵向动感，实时求解动感仿真模拟器应用场景下的列车驾驶平稳性指标，以分享列车冲动等级以及受训司机平稳驾驶水平。相比于现有技术，该方法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，为司机提供一个能够直观感受当前列车冲动等级与平稳驾驶等级的动感，进而提高司机室培训效果和质量。

实施例2：为了验证本发明所提出的列车模拟器驾驶平稳性分析方法，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。

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。

在本发明实施例中，为了便于用户更加直观的了解列车纵向冲动值对于列车平稳性的影响程度，将列车平稳驾驶等级分为10个等级，等级越高列车冲动越大、司机驾驶越不平稳。1至10级平稳性等级的阈值分别为：0.15、0.25、0.35、0.45、0.55、0.65、0.75、0.85、0.95、1.05。平稳等级或冲动等级可以采用数字表示、汉字表示等。在本实施例中，对于平稳等级或冲动等级的具体划分方式不做限定。

全功能列车驾驶仿真模拟器驾驶测试效果，如图3所示。其中，图3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、基于6自由度运动平台的列车模拟驾驶平稳性指标和列车平稳性等级；图3中b所示的列车运行速度记录了本次模驾过程中，列车运行速度信息。

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16次1级列车纵向冲动、2次2级列车纵向冲动。

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。

实施例3：列车模拟驾驶平稳性分析方法，实施例3与实施例1的不同之处在于平稳性等级阈值的具体计算过程不同。在本实施例中，平稳性等级阈值的计算过程具体为：

S303：根据模拟驾驶列车类型匹配相应的等级阈值变换序列；

S304：根据纵向动感控制中模拟计算的当前运行状态信号以及动感仿真模拟器响应运动平台点头角度后的实际运行状态信号对比计算得到动感仿真模拟器的模拟性能系数；

S305：将等级阈值变换序列中的等级阈值变换系数、标准等级值与模拟性能系数相乘后得到对应等级的平稳性等级阈值。

在步骤S304中，模拟性能系数的计算过程具体为：

S314：获取当前运行状态信号、实际运行状态信号中一一对应的子项信号以及各子项信号的当前运行值、实际运行值；

S324：根据当前运行值、实际运行值做差计算得到各子项信号的响应准确率；

S334：将各子项信号的权重系数与对应子项的响应准确率分别进行权重计算后求和得到模拟性能系数。

在本实施例中，模拟性能系数的计算公式如下：

其中，

表示模拟性能系数；

表示第n个子项信号的当前运行值；

表示第n个子项信号的实际运行值；

表示第n个子项信号的权重系数。

实施例4：列车模拟驾驶平稳性分析系统，如图4所示，包括数据获取模块、指标计算模块、阈值计算模块、分析模块。数据获取模块，用于获取动感仿真模拟器运行过程中纵向动感控制的运动平台点头角度以及动感仿真模拟器响应纵向动感控制时的点头角速度。指标计算模块，用于根据运动平台点头角度、点头角速度计算得到列车驾驶平稳性指标。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。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分析结果。

以上所述的具体实施方式，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，以上所述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。

Claims (10)

1.列车模拟驾驶平稳性分析方法，其特征是，包括以下步骤：

获取动感仿真模拟器运行过程中纵向动感控制的运动平台点头角度以及动感仿真模拟器响应纵向动感控制时的点头角速度；

根据运动平台点头角度、点头角速度计算得到列车驾驶平稳性指标；

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分析结果。

2.根据权利要求1所述的列车模拟驾驶平稳性分析方法，其特征是，所述运动平台点头角度的获取过程具体为：

获取受训司机的列车驾驶控制信号；

根据列车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，当前运行状态信号包括列车运行线路信息、运行速度、列车运行加速度；

通过6自由度运动平台的控制单元对列车运行加速度进行转换计算后得到运动平台产生响应的实现纵向动感控制的运动平台点头角度。

3.根据权利要求2所述的列车模拟驾驶平稳性分析方法，其特征是，所述运动平台点头角度的计算公式具体为：

其中，

为运动平台点头角度；g为重力加速度；

为列车运行加速度。

4.根据权利要求1-3任意一项所述的列车模拟驾驶平稳性分析方法，其特征是，所述列车驾驶平稳性指标的计算过程具体为：

其中，

为列车驾驶平稳性指标；

为点头角速度。

5.根据权利要求1-3任意一项所述的列车模拟驾驶平稳性分析方法，其特征是，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。

6.根据权利要求1-3任意一项所述的列车模拟驾驶平稳性分析方法，其特征是，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；

根据纵向动感控制中模拟计算的当前运行状态信号以及动感仿真模拟器响应运动平台点头角度后的实际运行状态信号对比计算得到动感仿真模拟器的模拟性能系数；

将等级阈值变换序列中的等级阈值变换系数、标准等级值与模拟性能系数相乘后得到对应等级的平稳性等级阈值。

7.根据权利要求6所述的列车模拟驾驶平稳性分析方法，其特征是，所述模拟性能系数的计算过程具体为：

获取当前运行状态信号、实际运行状态信号中一一对应的子项信号以及各子项信号的当前运行值、实际运行值；

根据当前运行值、实际运行值做差计算得到各子项信号的响应准确率；

将各子项信号的权重系数与对应子项的响应准确率分别进行权重计算后求和得到模拟性能系数。

8.列车模拟驾驶平稳性分析系统，其特征是，包括：

数据获取模块，用于获取动感仿真模拟器运行过程中纵向动感控制的运动平台点头角度以及动感仿真模拟器响应纵向动感控制时的点头角速度；

指标计算模块，用于根据运动平台点头角度、点头角速度计算得到列车驾驶平稳性指标；

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；

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分析结果。

9.一种终端，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1-7中任意一项所述的列车模拟驾驶平稳性分析方法。

10.一种计算机可读介质，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1-7中任意一项所述的列车模拟驾驶平稳性分析方法。

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