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动车组体现了国家的综合国力、经济实力以及民众的生活水平。随着经济的迅速发展，
中国城市人口数量和规模迅速扩大，低中速原始传统的铁路系统已经远远不能满足人们
日常出行的需求。加上铁路网络的容量、能源、土地等自然资源的约束，快捷、节能和
高速、单位能耗低、安全性强的铁路交通系统的需求日益增加。
列车牵引计算[1]
是研究列车在外力作用下沿轨道运行及有关问题的实用学科。它的
基础是力学原理，加以大量的科学实践总结、分析列车沿轨道运行的各种外力作用。
本课题旨在研究和分析列车的牵引力、运动阻力、制动力以及总结三种运动状态下
列车在某坡段运行时的单位合力。利用自动计算软件以列车牵引计算原理为基础自动计
算列车的单位合力。借助计算机可视化编程软件绘制某一车型三种状态下的单位合力曲
线图，编写设计程序绘制列车运行时分图。通过利用自动计算软件可以简化人工计算的
繁琐性并且提高了计算的精确性，大大节约人力和缩短运算时间。利用 MATLAB 软件
自动绘制图像可以更好的研究列车运行编制和优化行车调度规章，对现代化铁路运输系
统起到了积极的作用，更好满足了现代铁路运输系统的运输量大，准确性高，速度快的
要求。
1.2 国内外研究现状和水平
1.2.1 国外研究情况
在国外，开始发展完善轨道交通系统较早，所以相对应的自动牵引计算系统的成果
也比较多。因为牵引计算理论[2]
可作为列车操纵模拟、列车运行仿真、列车自动停车、
列车自动驾驶的基础理论，所以在这些领域中，牵引计算理论都得到了发展。对于列车
牵引计算与操纵仿真领域，国外比较成熟的系统有北美的 TPC[3]
（Train Performance
Calculator）系统和 RAILSIM[3]
系统，欧洲的 TrainStar
[3]
系统，日本的 UTRAS[3]
系统等。
TPC[3]
系统是从研究新干线的交通控制系统出发，可进行列车牵引计算、列车模型对运
营的影响分析、延误恢复及分析和多车运行能力及效果评价等。RAILSIM[3]
系统是北美
铁路常用的一套铁路牵引计算与运行模拟软件，可以精确地模拟许多铁路系统中列车的
运行。Trainstar
[3]
系统是一个机车辅助系统，其目标是改善机车操纵，降低能耗，增加安
全性，并在当前运营条件下预测列车的引和制动。UTRAS[3]
系统从研究新干线的交通控
制系统出发，可进行列车牵引计算、列车模型对运营的影响分析、延误恢复及分析和多
列车运行能力及效果评价等。 1.2.2 国内研究情况
国内有关牵引计算的研究比国外的研究稍晚一些。但发展速度很快，从最初的人工
计算图解法，到现在的以多质点列车模型为基础的自动计算，一共经历了三个阶段：人
工计算和图解法、单质点列车模型的电算法[4]
、多质点列车模型的电算法[5]
。
(1)人工计算和图解法[3]
的特点是采用单质点的简化物理模型，而且必须假设有各种
换算的取值条件，该方法的问题在于无法对复杂的牵引和制动过程进行精确计算，而只
能按等效原则采用“假算”的方法，在不考虑列车纵向动力学，不求过程，只求结果。
(2)单质点的列车模型电算法[4]
的发展主要是由于在人工计算中，对制动距离要分段
计算，过程相当烦琐，期间要涉及许多计算公式的应用，于是就采用电算的方法，按计
算流程将相关的计算公式遍成电算程序，输入需要的计算条件并采用按时问或速度分段
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