(19)中华 人民共和国 国家知识产权局 (12)发明 专利 (10)授权公告 号 (45)授权公告日 (21)申请 号 202111518946.3 (22)申请日 2021.12.14 (65)同一申请的已公布的文献号 申请公布号 CN 113919082 A (43)申请公布日 2022.01.11 (73)专利权人 成都运达科技股份有限公司 地址 611730 四川省成 都市高新区新达路 11号 (72)发明人 何宙　周晓莉　李春胜　章磊　 黄成周　徐建君　唐中军　 (74)专利代理 机构 成都欣圣知识产权代理有限 公司 512 92 代理人 李陈 (51)Int.Cl. G06F 30/15(2020.01)G06F 30/20(2020.01) G06F 119/14(2020.01) 审查员 张玮 (54)发明名称 一种列车纵向动力学建模方法及系统 (57)摘要 本发明为解决现有的列车驾驶仿真产品不 能准确模拟列车当前的运动响应， 同时缺乏运动 性能仿真的验证功能的问题， 提供一种 列车纵向 动力学建模 方法及系统， 属于列车驾驶仿真培训 技术领域。 本发明中通过构建列车基础信息模 型、 操作指令模型、 环境模型和特殊场景模型， 得 到第一动力学模 型或第二动力学模 型。 第一动力 学模型和第二动力学模型能够模拟不同列车车 型在任何操作工况、 运行环境等外界条件的综合 影响下的运动响应， 准确且通用。 同时， 第二动力 学模型引入了特殊场景， 可以复现模拟列车在非 正常行驶场景的运动响应。 通过对第一动力学模 型或第二动力学模型的计算结果 分析， 可以对运 动仿真性能进行验证， 有助于提升列车驾驶仿真 产品的品质。 权利要求书3页 说明书10页 附图2页 CN 113919082 B 2022.03.15 CN 113919082 B 1.一种列 车纵向动力学建模方法， 用于列 车驾驶仿真产品的运动分析， 其特征在于， 所 述方法包括以下步骤： 步骤S1， 确定待建模分析的模拟列车车型， 并基于指定的模拟列车车型构建列车基础 信息模型A， 建立列车基础信息的数据传输协议和数据调用接口； 步骤S2， 根据指定的模拟列车车型设计驾驶操纵台， 并基于驾驶操纵台构建操纵指令 模型C， 建立操纵指令的数据传输协议和数据调用接口； 步骤S3， 选取影响模拟列车车型的动力学性能的主要环境因素， 并基于主要环境因素 构建环境模型B， 建立主 要环境因素的数据传输协议和数据调用接口； 步骤S4， 若指定的模拟列车车型处于正常行驶场景中， 结合列车基础信息模型A、 操纵 指令模型C和环境模型B， 构建第一动力学模型T1； 所述第一动力学模型T1表示为： T1= f （g， A， B， C） = （t1， t2， t3，…， tI‑1， tI）‑1， 其中， g为模型的系数矩阵； tI代表第I个动力学性能信息； 动力学性能信息 至少包含牵引力、 制动力、 阻力、 加速度、 速度和位移； 步骤S5， 若指定的模拟列车车型处于非正常行驶场景中， 则构建特殊场景模型； 结合列 车基础信息模型A、 操纵指令模型C、 环境模型B和特殊场景模型， 构建第二动力学模型T2； 所 述第二动力学模型T2表示为： T2= f( μ， g， A， B， C)= （t1， t2， t3，…， tl‑1， tl）‑1， 其中， g为模型的系数矩阵； μ为特殊场景变量矩阵， 其根据特殊场景模型与列车基础信息模型A、 操纵指令模型C、 环境模型B之间的关系 判定得到； tI代表第I个动力学性能信息； 动力学性能信息 至少包含牵引力、 制动力、 阻力、 加速度、 速度和位移； 步骤S6， 应用第一动力学模型T1或者第二动力学模型T2对指定的模拟列车车型的运动 性能进行分析； 其中， 所述步骤S5中， 特殊场景模型与列车基础信息模型A、 操纵指令模型C、 环境模型B 之间的关系 判定时采用以下步骤： 步骤S501， 特殊场景介入， 判断特殊场景 是否关联影响列车基础信息模型A； 若特殊场景影响列车基础信息模型A， 则构造可以使列车基础信 息模型A变为特殊场景 的列车基础信息模型AT的系数矩阵μA， 并将系数矩阵μA用于构造第二动力学模型T2； 若特殊场景不影响列车基础信息模型A， 则进行 下一步； 步骤S502， 判断特殊场景 是否关联影响环境模型B； 若特殊场景影响环境模型， 则构造 可以使环境模型B变为特殊场景的环境模型BT的系数 矩阵μB， 并将系数矩阵μB用于构造第二动力学模型T2； 若特殊场景不影响环境模型B， 则进行 下一步； 步骤S503， 判断特殊场景 是否关联影响操纵指令模型C； 若特殊场景影响操纵指令模型C， 则构造可以使操 纵指令模型C变为特殊场景的操纵指 令模型CT的系数矩阵μC， 并将系数矩阵μC用于构造第二动力学模型T2； 若特殊场景不影响操纵指令模型C， 则进行 下一步；权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 113919082 B 2步骤S504， 若特殊场景对列车基础信息模型A、 操纵指令模型C和环境模型B均 不产生影 响， 则说明该特殊场景对动力学性能无影响， 构建单元矩阵， 并将单元矩阵用于构造第二动 力学模型T2。 2.根据权利要求1所述的一种列车纵向动力学建模方法， 其特征在于， 所述列 车基础信 息模型A表示为： A= （a1， a2， a3，···， an‑1， an）‑1， an=[an1 an2 an3 … anm‑1 anm]， 其中 ， an代表第n节车的列车基础信息； anm代表第n节车的第m个列车基础信息元 素； 列车基础信息包括动车编号、 拖车编号、 车重、 载重和车长 。 3.根据权利要求1所述的一种列车纵向动力学建模方法， 其特征在于， 所述操 纵指令模 型C表示为： C= （c1， c2， c3，···， cj‑1， cj）‑1， 其中， cj代表第j个操纵指令； 操纵指令 至少包含牵引工况、 牵引级位、 常用制动工况、 常用制动级位和紧急制动。 4.根据权利要求1所述的一种列车纵向动力学建模方法， 其特征在于， 所述环境模型B 表示为： B= （b1， b2， b3，…， bn‑1， bn）‑1， bn=[bn1 bn2 bn3 … bnm‑1 bnm]， 其中， bn代表第n节车的主 要环境因素； bnm代表第n节车第m个主 要环境因素 元素； 主要环境因素包括线路信息、 风速、 外界温度、 天气状况和轨面情况。 5.根据权利要求1所述的一种列车纵向动力学建模方法， 其特征在于， 所述步骤S6中， 应用第一动力学模型T1或者第二动力学模型T2对指定的模拟列车车型的运动性能进行分 析， 包括以下步骤： 步骤S61， 根据列车运行性能的主要关注点， 将第一动力学模型T1或第二动力学模型T2 的计算结果分为若干部分， 制定数据保存方式和 保存格式， 建立第一动力学模型T1或第二 动力学模型T2与驾驶仿真产品其 他模块间的数据传输协议和数据接口； 步骤S62， 根据开发人员调试、 验证需求， 依靠第一动力学模型T1或第二动力学模型T2的 实时计算结果， 制定数据访问形式和接口， 设计数据监视界面， 该界面应包含列车基础信 息、 主要环境因素、 操纵指令、 第一动力学模型T1或第二动力学模型T2的计算结果和结果分 析； 步骤S63， 根据列车运行性能需求， 输出第一动力学模型T1或第二动力学模型T2的结果 数据与关键性能理论数据的对比结果。 6.根据权利要求5所述的一种列车纵向动力学建模方法， 其特征在于， 所述步骤S63中， 根据列车运行性能需求， 输出第一动力学模型T1或第二动力学模型T2的结果数据与关键性 能理论数据的对比结果的具体包括以下步骤： 步骤S631， 结合动力学性能指标、 用户关注点和其他性能验证 需求， 定义数据分析的具 体对象；权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 113919082 B 3