[發明專利]軌道交通車輛動力學實時模型的搭建方法

有效

• 申請號: 201310099840.3
• 申請日: 2013-03-26
• 公開（公告）號: CN103150450B
• 公開（公告）日: 2017-02-08
• 發明（設計）人: 唐超勇;康康;黃千
• 申請（專利權）人: 北京經緯恒潤科技有限公司
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司11227
• 代理人: 王寶筠

技術領域

本發明涉及動力學實時模型的搭建技術領域，更具體地說，涉及一種軌道交通車輛動力學實時模型的搭建方法。

背景技術

軌道交通車輛的動力學模型包括:輪軌動力學模型和整車動力學模型兩部分，其中，輪軌動力學模型主要描述車輪與軌道在部分工況下的接觸受力運動關系，整車動力學模型主要描述輪軌上部的轉向架系統以及車身部分的動力學特性。

目前，軌道交通車輛動力學模型開發是采用數學方法建立軌道交通車輛系統動力學方程，并結合動力學方程特點建立模型求解器對動力學方程進行求解，得到軌道交通車輛系統各部件上的運動狀態（節點受力，節點加速度，節點速度以及部件位移）的一系列活動。目前常見的軌道交通車輛動力學模型搭建通常有兩種方法：

第一種是采用多剛體動力學模型建模方法建立軌道車輛多體動力學模型，模型建立過程中需要大量建立代數微分方程和常微分方程，并需要編寫特定的求解器來進行求解，通常我們采用市面上比較成熟的商業軟件VI-Rail和Simpack建立車輛多體動力學模型并調用該類軟件已經建立好的求解器進行求解。通常這些商業工具的專業多體動力學方程求解器求解穩定，計算結果準確。

第二種是基于軌道交通輪軌動力學接觸力計算常用的卡爾卡理論以及軌道交通車輛轉向架動力學方程，在通用的數學模型建模環境MATLAB/Simulink軟件中搭建軌道車輛制動控制器測試輪軌模型以及整車動力學模型。模型搭建方法主要是根據軌道車輛各部件力學拓撲結構關系，以及卡爾卡理論為基礎，從底層到頂層、從軌道、輪軌、轉向架到車身逐步搭建的方法建立模型，并調用MATLAB/Simulink軟件中自帶的通用微分方程求解器對其進行求解。這種方法不需要借助專業仿真分析工具，模型建立靈活度比較大，求解速度比較快。

但是，上述的第一種方法，由于采用專業建模和求解工具展開工作，所以模型建立靈活度差；雖然專業工具建模求解精度高，但是求解速度慢，沒法滿足硬件在環控實時仿真的要求，沒法實現定步長仿真，且求解收斂時間不確定。上述的第二種方法，由于建模采用由部件到系統逐步建模的方法，因此當模型規模比較大時建模困難，且雖然模型計算速度能夠比較快，但計算結果的準確性不夠。

綜上所述，采用現有的兩種方法建立軌道交通實時模型開展軌道交通行業相關控制器的開發和硬件在環測試都具有非常大的局限性，一種是不能滿足實時性要求，一種是準確度不夠高，建模復雜，工程技術人員難以掌握，因此，嚴重制約了軌道交通行業控制器開發過程中硬件在環測試工作的開展。

發明內容

有鑒于此，本發明提供一種軌道交通車輛動力學實時模型的搭建方法，能夠使得搭建的模型同時滿足仿真精度和模型仿真實時性的要求。

為解決上述技術問題，本發明采用的技術方案為：一種軌道交通車輛動力學實時模型的搭建方法，包括：

利用VI-Rail搭建整車動力學模型和輪軌模型；

利用VI-Rail對所述動力學模型和軌道模型進行離散的動力學分析；

對動力學分析結果中的參數進行識別和提取；

根據所述參數生成參數特性插值表；

利用所述參數特性插值表在MATLAB或Simulink中搭建實時的輪軌模型以及整車動力學模型。

優選地，所述利用VI-Rail搭建整車動力學模型和輪軌模型具體為：

對輪軌接觸部分和需要采用復雜代數微分方程的部分，利用VI-Rail搭建整車動力學模型和輪軌模型。

優選地，所述動力學分析為：離散工況動力學仿真。

優選地，所述對動力學分析結果中的參數進行識別和提取具體為：

對離散工況動力學結果中的關鍵特征參數進行識別和提取。

優選地，所述關鍵特征參數為：蠕滑力和蠕滑率數據。

優選地，所述根據所述參數生成參數特性插值表具體為：

對所述蠕滑力和蠕滑率數據進行處理后，生成蠕滑力或蠕滑率隨時間以及制動力矩或牽引力矩的數據表；

對所述數據表進行插值計算后生成不同時刻、不同制動力矩或牽引力矩作用下輪軌之間的蠕滑力的插值表。