高速列車制動系統仿真試驗平臺及試驗方法
2023-06-28 06:09:31 2
高速列車制動系統仿真試驗平臺及試驗方法
【專利摘要】本發明實施例提供的一種高速列車制動系統仿真平臺及試驗方法，高速列車制動系統仿真平臺包括虛擬部分和實物部分，虛擬部分包括：車輛多剛體仿真系統，基礎制動仿真系統、動力制動仿真系統、附加制動仿真系統和虛擬實境終端；實物部分包括：模擬司機室，制動控制裝置，空氣制動系統，輪軌粘著模擬系統，以及數據採集及轉換接口；所述虛擬部分和所述實物部分通過所述數據採集及轉換接口進行信息交互。本發明實施例提供的高速列車制動系統仿真平臺及試驗方法，通過高速列車制動控制裝置的硬體在環方式，真實的再現線路制動全過程，其中，可以通過仿真系統進行修改參數，或通過實物部分修改參數，提高實驗安全性，降低試驗成本。
【專利說明】高速列車制動系統仿真試驗平臺及試驗方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及仿真【技術領域】，更具體的說，涉及一種高速列車制動系統仿真平臺及試驗方法。
【背景技術】
[0002]制動系統作為高速列車(如高速動車組)的關鍵字系統，關乎乘客和鐵路系統的生命及財產安全。高速列車運行速度普遍在200km/h以上，國產「和諧號」 CRH380A高速動車組線路試驗最高運行時速甚至達到了 486.1公裡。運動物體具有的動能與其速度的平方成正比，速度的上升意味著列車制動所需要吸收的制動能量急劇增加，同時也意味著對於列車制動系統的實際線路試驗越來越危險。
[0003]另外，在實際的線路中進行試驗，要按試驗要求改變需要研究的制動試驗參數，如閘瓦摩擦係數、列車運行阻力、輪軌粘著力等，非常困難，需要耗費大量人力、物力。
【發明內容】
[0004]本發明的目的在於提供一種高速列車制動系統仿真平臺及試驗方法，以提高實驗安全性，降低試驗成本。
[0005]為實現上述目的，本發明實施例提供了如下技術方案:
[0006]一種高速列車制動系統仿真平臺，包括:實物部分和虛擬部分；其中，
[0007]實物部分包括:模擬司機室，與所述模擬司機室相連接的制動控制裝置，與所述制動控制裝置相連接的空氣制動系統，輪軌粘著模擬系統，以及分別與所述空氣制動系統和所述輪軌粘著模擬系統相連接的數據採集及轉換接口；
[0008]虛擬部分包括:車輛多剛體仿真系統，與所述車輛多剛體仿真系統相連接的基礎制動仿真系統、動力制動仿真系統、附加制動仿真系統和虛擬實境終端；其中，
[0009]所述車輛多剛體仿真系統用於仿真列車在制動過程中的運動和動力學狀態，至少包括:各種制動工況下的制動距離、制動減速度、列車縱向動力狀態、輪對轉速、輪軌關係；
[0010]所述基礎制動仿真系統用於對制動盤進行仿真，至少包括:制動盤的制動力的施加過程，以及制動盤的溫度、應力、應變，制動盤與閘瓦之間的摩擦係數；
[0011]所述動力制動仿真系統用於仿真動力制動過程,至少包括:動力制動系統制動過程中提供的制動力、防滑控制、列車運行阻力以及動力制動與其它制動方式的關係；
[0012]所述附加制動仿真系統用於仿真空氣動力制動或渦流制動的制動作用過程，以及空氣動力制動或渦流制動的制動效應；
[0013]所述虛擬實境終端用於顯示所述高速列車制動系統仿真平臺的運行過程及運行結果;
[0014]所述虛擬部分和所述實物部分通過所述數據採集及轉換接口進行信息交互。
[0015]上述高速列車制動系統仿真平臺，優選的，所述模擬司機室，所述制動控制裝置，所述空氣制動系統和所述輪軌粘著模擬系統採用1:1實物模擬。
[0016]上述高速列車制動系統仿真平臺，優選的，所述輪軌粘著模擬系統採用單車輪形式模擬。
[0017]上述高速列車制動系統仿真平臺，優選的，所述輪軌粘著模擬系統包括:
[0018]軌道輪及軌道輪驅動子系統，車輪及車輪驅動子系統，液壓加載子系統和環境模擬子系統。
[0019]上述高速列車制動系統仿真平臺，優選的，所述模擬司機室通過列車網絡和/或列車硬線與所述制動控制裝置相連接。
[0020]一種高速列車制動系統仿真試驗方法，應用於如上所述的高速列車制動系統仿真平臺，所述方法包括:
[0021]模擬司機室向制動控制裝置發送制動指令；
[0022]車輛多剛體仿真系統通過所述數據採集及轉換接口向所述制動控制裝置發送車輪轉速信息，所述車輪轉速信息包括:輪對轉速；
[0023]所述制動控制裝置依據所述制動指令以及所述車輪轉速信息進行分析計算，得到與所述制動指令和所述車輪轉速信息相對應的控制指令，依據所述控制指令對空氣制動系統進行控制；
[0024]實物部分輸出的各項參數信息通過所述數據採集及轉換接口輸出到虛擬部分的各仿真系統中；各仿真系統對實物系統產生的各項參數信息進行分析、計算、仿真，將結果反饋給實物部分的各組成部分；
[0025]所述虛擬實境終端顯示所述高速列車制動系統仿真平臺的運行過程及運行結果。
[0026]通過以上方案可知，本發明實施例提供的一種高速列車制動系統仿真平臺及試驗方法，高速列車制動系統仿真平臺包括虛擬部分和實物部分，虛擬部分包括:車輛多剛體仿真系統，與所述車輛多剛體仿真系統相連接的基礎制動仿真系統、動力制動仿真系統、附加制動仿真系統和虛擬實境終端；實物部分包括:模擬司機室，與所述模擬司機室相連接的制動控制裝置，與所述制動控制裝置相連接的空氣制動系統，輪軌粘著模擬系統，以及分別與所述控制制動系統和所述輪軌粘著模擬系統相連接的數據採集及轉換接口 ；所述虛擬部分和所述實物部分通過所述數據採集及轉換接口進行信息交互。本發明實施例提供的高速列車制動系統仿真平臺，通過高速列車制動控制裝置的硬體在環方式，真實的再現線路制動全過程，而不再需要將列車放置到實際線路中進行試驗，其中，閘瓦摩擦係數、列車運行阻力等試驗參數可以通過仿真系統進行修改，輪軌粘著力可以通過輪軌粘著系統進行修改，從而提高實驗安全性，降低試驗成本。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0027]為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的實施例，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據提供的附圖獲得其他的附圖。
[0028]圖1為本發明實施例提供的高速列車制動系統仿真平臺的一種結構示意圖；
[0029]圖2為本發明實施例提供的輪軌粘著模擬系統的一種結構示意圖。
【具體實施方式】
[0030]下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明保護的範圍。
[0031]請參閱圖1，圖1為本發明實施例提供的高速列車制動系統仿真平臺的一種結構示意圖，包括實物部分和虛擬部分；其中，
[0032]實物部分包括:模擬司機室11，與所述模擬司機室11相連接的制動控制裝置13，與所述制動控制裝置13相連接的空氣制動系統14，輪軌粘著模擬系統15，以及分別與所述空氣制動系統14和所述輪軌粘著模擬系統15相連接的數據採集及轉換接口 16 ；
[0033]其中，輪軌粘著模擬系統15用於模擬車輪與軌道之間在各種環境工況下的相對運動狀態，以便於計算出各種環境工況下的輪軌粘著係數。
[0034]虛擬部分可以通過仿真計算機進行仿真，虛擬部分具體可以包括:基礎制動仿真系統21，動力制動仿真系統22，附加制動仿真系統車23和輛多剛體仿真系統24，虛擬實境終端25 ;基礎制動仿真系統21，動力制動仿真系統22，附加制動仿真系統車23，虛擬實境終端25分別與所述車輛多剛體仿真系統24相連接；其中，
[0035]所述基礎制動仿真系統21用於對制動盤進行仿真，至少包括:制動盤的制動力的施加過程，以及制動盤的溫度、應力、應變，制動盤與閘瓦之間的摩擦係數；
[0036]所述動力制動仿真系統22用於仿真動力制動過程,至少包括:動力制動系統制動過程中提供的制動力、防滑控制、列車運行阻力以及動力制動與其它制動方式的關係；
[0037]所述附加制動仿真系統23用於仿真空氣動力制動或渦流制動的制動作用過程，以及空氣動力制動或渦流制動的制動效應；
[0038]所述車輛多剛體仿真系統24用於仿真列車在制動過程中的運動和動力學狀態，至少包括:各種制動工況下的制動距離、制動減速度、列車縱向動力狀態、輪對轉速、輪軌關係;
[0039]所述虛擬實境終端25用於顯示所述高速列車制動系統仿真平臺的運行過程及運行結果；
[0040]所述虛擬部分和所述實物部分通過所述數據採集及轉換接口 16進行信息交互。
[0041]本發明實施例提供的高速列車制動系統仿真平臺，通過高速列車制動控制裝置的硬體在環方式，可以真實的再現線路制動全過程，而不再需要將列車放置到實際線路中進行試驗，其中，閘瓦摩擦係數、列車運行阻力等試驗參數可以通過仿真系統進行修改，輪軌粘著力可以通過輪軌粘著系統進行修改，從而提高實驗安全性，降低試驗成本
[0042]可選的，為了提高仿真試驗的真實效果，本發明實施例中，模擬司機室11，制動控制裝置13，空氣制動系統14和所述輪軌粘著模擬系統15均採用1:1實物模擬。如空氣制動系統可以採用高速列車的實物樣機，這樣能夠再現高速列車制動系統的性能，便於分析和優化空氣制動系統，便於分析電控制動配合效果，還有利於未來啟動系統數字樣機的驗證。
[0043]可選的，輪軌粘著模擬系統15可以採用單車輪形式模擬。
[0044]可選的，輪軌粘著模擬系統15可以包括:
[0045]軌道輪151及軌道輪驅動子系統152、車輪153及車輪驅動子系統154，液壓加載子系統155和環境模擬子系統156。
[0046]其中，軌道輪151用於模擬軌道。
[0047]液壓加載子系統155用於為車輪153加壓，以模擬車輪153所承載的車廂的壓力。
[0048]環境模擬子系統156用於模擬環境信息，如溫度、雨、雪、風、沙等。
[0049]輪軌模擬系統將不同環境工況參數，以及不同環境工況下的軌道輪和車輪的速度傳遞給虛擬部分的各個仿真系統，由虛擬部分的各個仿真系統根據環境工況參數以及相應環境工況下的軌道輪和處理的速度計算出粘著係數反饋給輪軌粘著模擬系統。
[0050]上述實施例中，可選的，模擬司機室11與制動控制裝置13之間可以通過列車網絡和/或列車硬線12相連接，以便進行信息交換。
[0051]本發明實施例中，模擬司機室11與制動控制裝置13之間可以只通過列車網絡進行通信，也可以只通過列車硬線進行通信，或者可以通過列車網絡和列車硬線相結合的方式進行通信。
[0052]需要說明的是，實物部分的各個組成部分均預留了與其他組成部分之間的通信結構，因此，實物部分的各個組成部分之間也可以通過列車網絡和/或列車硬線12實現信息交互，只是圖1中未示出其連接關係，例如，如模擬司機室11和數據採集與轉換接口 16之間可以通過列車網絡和/或列車硬線12進行信息交互，輪軌粘著模擬系統15與制動控制裝置13之間也可以通過列車網絡和/或列車硬線12進行信息交互。
[0053]本發明實施例提供的高速列車制動系統仿真平臺可以適用於多節車廂編組的車輛，如16輛編組車輛、8輛編組車輛等。當為η (η為大於I的正整數)輛編組車輛時，可以由η套本發明實施例提供的高速列車制動系統仿真平臺組合成一個η輛編組車輛的全部制動系統，當然，這η套高速列車制動系統仿真平臺中，只有司機控制室所對應的車廂的制動系統仿真平臺的實物部分具有模擬司機室，其它車廂則沒有模擬司機室。
[0054]基於如上所述的高速列車制動系統仿真平臺，本申請還提供一種高速列車制動系統仿真試驗方法，可以包括:
[0055]步驟S31:模擬司機室向制動控制裝置發送制動指令；
[0056]所述制動指令包括但不限於以下幾種:常用制動指令或快速制動指令或緊急制動指令；
[0057]試驗員對模擬司機室進行操作，以使模擬司機室向制動控制裝置發送制動指令。
[0058]步驟S32:車輛多剛體仿真系統通過所述數據採集及轉換接口向所述制動控制裝置發送車輛速度信息；
[0059]車輛速度信息由車輛多剛體仿真系統根據所仿真的信息(包括:各種制動工況下的制動距離、制動減速度、列車縱向動力狀態、輪對轉速、輪軌關係等)計算得到。
[0060]步驟S33:所述制動控制裝置依據所述制動指令、預先獲取的粘著係數以及所述車輛速度信息進行分析計算，得到與所述制動指令和所述車輪轉速信息相對應的控制指令，依據所述控制指令對空氣制動系統進行控制；
[0061]步驟S34:實物部分輸出的各項參數信息通過所述數據採集及轉換接口輸出到虛擬部分的各仿真系統中；各仿真系統和車輛多剛體仿真系統對實物系統產生的各項參數信息進行分析、計算、仿真，將結果反饋給實物部分的各組成部分，即模擬司機室，制動控制裝置，空氣制動系統，輪軌粘著模擬系統；
[0062]實物部分輸出的各項參數可以包括:模擬司機室發送的制動指令；制動控制裝置發送的電制動力請求，以及制動控制裝置根據虛擬部分針對所述電制動力請求發送的反饋信息進一步計算得到的數據；空氣制動系統發送的各空簧壓力、總風壓力以及各制動缸壓力等。
[0063]步驟S35:所述虛擬實境終端顯示所述高速列車制動系統仿真平臺的運行過程及運行結果。
[0064]虛擬實境終端一方面實現對仿真過程的實物形式進行再現，採用虛擬實境和模擬駕駛的手段，對制動過程的場景變化(如雨、雪、風、沙、溫度等天氣情況的變化)進行模擬；採用圖像實時傳輸技術，監測制動系統仿真過程各運動變化部件的監測，如空氣制動系統的圖像監測、輪軌粘著模擬系統的圖像監測等；另一方面實現對制動系統仿真過程的相關技術參數進行同步顯示等，如制動過程制動缸壓力變化曲線對比等。本領域普通技術人員可以意識到，結合本文中所公開的實施例描述的各示例的單元及算法步驟，能夠以電子硬體、或者計算機軟體和電子硬體的結合來實現。這些功能究竟以硬體還是軟體方式來執行，取決於技術方案的特定應用和設計約束條件。專業技術人員可以對每個特定的應用來使用不同方法來實現所描述的功能，但是這種實現不應認為超出本發明的範圍。
[0065]在本申請所提供的幾個實施例中，應該理解到，所揭露的系統和方法，可以通過其它的方式實現。例如，以上所描述的系統實施例僅僅是示意性的，例如，所述裝置的劃分，僅僅為一種邏輯功能劃分，實際實現時可以有另外的劃分方式，例如多個裝置或組件可以結合或者可以集成到另一個裝置，或一些特徵可以忽略，或不執行。另一點，所顯示或討論的相互之間的耦合或直接耦合或通信連接可以是通過一些接口，裝置的間接耦合或通信連接，可以是電性，機械或其它的形式。
[0066]另外，在本發明各個實施例中的各控制裝置可以集成在一個處理單元中，也可以是各個單元單獨物理存在，也可以兩個或兩個以上單元集成在一個單元中。
[0067]對所公開的實施例的上述說明，使本領域專業技術人員能夠實現或使用本發明。對這些實施例的多種修改對本領域的專業技術人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本發明的精神或範圍的情況下，在其它實施例中實現。因此，本發明將不會被限制於本文所示的這些實施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點相一致的最寬的範圍。
【權利要求】
1.一種高速列車制動系統仿真平臺，其特徵在於，包括:實物部分和虛擬部分；其中， 實物部分包括:模擬司機室，與所述模擬司機室相連接的制動控制裝置，與所述制動控制裝置相連接的空氣制動系統，輪軌粘著模擬系統，以及分別與所述空氣制動系統和所述輪軌粘著模擬系統相連接的數據採集及轉換接口； 虛擬部分包括:車輛多剛體仿真系統，與所述車輛多剛體仿真系統相連接的基礎制動仿真系統、動力制動仿真系統、附加制動仿真系統和虛擬實境終端；其中， 所述車輛多剛體仿真系統用於仿真列車在制動過程中的運動和動力學狀態，至少包括:各種制動工況下的制動距離、制動減速度、列車縱向動力狀態、輪對轉速、輪軌關係；所述基礎制動仿真系統用於對制動盤進行仿真，至少包括:制動盤的制動力的施加過程，以及制動盤的溫度、應力、應變，制動盤與閘瓦之間的摩擦係數； 所述動力制動仿真系統用於仿真動力制動過程，至少包括:動力制動系統制動過程中提供的制動力、防滑控制、列車運行阻力以及動力制動與其它制動方式的關係； 所述附加制動仿真系統用於仿真空氣動力制動或渦流制動的制動作用過程，以及空氣動力制動或渦流制動的制動效應； 所述虛擬實境終端用於顯示所述高速列車制動系統仿真平臺的運行過程及運行結果; 所述虛擬部分和所述實物部分通過所述數據採集及轉換接口進行信息交互。
2.根據權利要求1所述的高速列車制動系統仿真平臺，其特徵在於，所述模擬司機室，所述制動控制裝置，所述空氣制動系統和所述輪軌粘著模擬系統採用1:1實物模擬。
3.根據權利要求1所述的高速列車制動系統仿真平臺，其特徵在於，所述輪軌粘著模擬系統採用單車輪形式模擬。
4.根據權利要求3所述的高速列車制動系統仿真平臺，其特徵在於，所述輪軌粘著模擬系統包括: 軌道輪及軌道輪驅動子系統，車輪及車輪驅動子系統，液壓加載子系統和環境模擬子系統。
5.根據權利要求1所述的高速列車制動系統仿真平臺，其特徵在於，所述模擬司機室通過列車網絡和/或列車硬線與所述制動控制裝置相連接。
6.一種高速列車制動系統仿真試驗方法，其特徵在於，應用於如權利要求1所述的高速列車制動系統仿真平臺，所述方法包括: 模擬司機室向制動控制裝置發送制動指令； 車輛多剛體仿真系統通過所述數據採集及轉換接口向所述制動控制裝置發送車輛速度?目息; 所述制動控制裝置依據所述制動指令、預先獲取的粘著係數以及所述車輛速度信息進行分析計算，得到與所述制動指令和所述車輪轉速信息相對應的控制指令，依據所述控制指令對空氣制動系統進行控制； 實物部分輸出的各項參數信息通過所述數據採集及轉換接口輸出到虛擬部分的各仿真系統中；各仿真系統對實物系統產生的各項參數信息進行分析、計算、仿真，將結果反饋給實物部分的各組成部分； 所述虛擬實境終端顯示所述高速列車制動系統仿真平臺的運行過程及運行結果。
【文檔編號】G01M17/08GK104374586SQ201410687699
【公開日】2015年2月25日 申請日期:2014年11月25日 優先權日:2014年11月25日
【發明者】周俊超, 韓龍, 崔洪舉, 曹建剛, 趙志林 申請人:南車青島四方機車車輛股份有限公司