[發(fā)明專利]一種虛擬軌道列車縱-橫向耦合動(dòng)力學(xué)模型的建模方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201910546987.X
• 申請(qǐng)日: 2019-06-24
• 公開（公告）號(hào): CN110309483B
• 公開（公告）日: 2023-07-21
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 胡云卿;王金湘;嚴(yán)永俊;吳夢(mèng)陽(yáng);張寧;莊偉超;黎向宇;王斌
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中車株洲電力機(jī)車研究所有限公司;東南大學(xué)
• 主分類號(hào): G06F17/11
• 分類號(hào): G06F17/11
• 代理公司: 南京眾聯(lián)專利代理有限公司 32206
• 代理人: 周蔚然

本發(fā)明公開了一種虛擬軌道列車縱?橫向耦合動(dòng)力學(xué)模型的建模方法，首先分析列車的橫向運(yùn)動(dòng)，將每節(jié)列車的橫擺角速度、橫向加速度以及受力聯(lián)系起來(lái)，建立三節(jié)列車之間的運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)關(guān)系；其次，分析列車的縱向運(yùn)動(dòng)，著重研究三節(jié)列車之間的作用力以及每節(jié)列車的縱向加速度；最后，將列車的縱、橫向運(yùn)動(dòng)結(jié)合起來(lái)，得到狀態(tài)空間方程形式的線性系統(tǒng)。通過(guò)建立虛擬軌道列車縱?橫向耦合動(dòng)力學(xué)模型，為智軌列車實(shí)現(xiàn)智能駕駛打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于屬于智能交通技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種虛擬軌道列車縱-橫向耦合動(dòng)力學(xué)模型的建模方法，用于代替實(shí)車進(jìn)行仿真分析，研究在城市工況下智軌列車的運(yùn)動(dòng)控制。

背景技術(shù)

隨著城鎮(zhèn)化進(jìn)程的發(fā)展，到2020年，全國(guó)將新增約80個(gè)百萬(wàn)人口以上的地級(jí)市，但在整體城鎮(zhèn)化進(jìn)程中，80％的中小城市因無(wú)法承受現(xiàn)有軌道交通裝備高昂的建設(shè)成本和漫長(zhǎng)的建設(shè)周期而使用傳統(tǒng)的公共交通，導(dǎo)致城市擁堵的“城市病”。為推動(dòng)中運(yùn)量交通發(fā)展，需規(guī)劃建設(shè)總里程近8000公里的運(yùn)量交通線路，總投資逾萬(wàn)億元，市場(chǎng)潛力巨大。智軌列車的研究將獲得具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的新技術(shù)和新產(chǎn)品，促進(jìn)科研成果的轉(zhuǎn)化和產(chǎn)業(yè)化，帶動(dòng)相關(guān)高科技裝備產(chǎn)業(yè)鏈的發(fā)展，有效緩解城市中運(yùn)量軌道交通基建投入大、周期長(zhǎng)的建設(shè)壓力，從而為我國(guó)城市公共交通提供一種快速、靈活的全新軌道制式，解決我國(guó)日益突顯的城市“出行難”問(wèn)題，成為國(guó)家“走出去”的又一關(guān)鍵裝備。鑒于此，急需研發(fā)一種虛擬軌道列車縱-橫向耦合動(dòng)力學(xué)建模方法，為研究虛擬軌道列車運(yùn)動(dòng)控制打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，具有良好的推廣應(yīng)用前景。

發(fā)明內(nèi)容

為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明公開了一種虛擬軌道列車縱-橫向耦合動(dòng)力學(xué)模型的建模方法，建立了虛擬軌道列車縱-橫向耦合的動(dòng)力學(xué)模型，為虛擬軌道列車縱-橫向運(yùn)動(dòng)控制提供模型支撐，為研究虛擬軌道列車運(yùn)動(dòng)規(guī)劃提供理論基礎(chǔ)，從而實(shí)現(xiàn)虛擬軌道列車的智能化駕駛。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

一種虛擬軌道列車縱-橫向耦合動(dòng)力學(xué)模型的建模方法，一種虛擬軌道列車縱-橫向耦合動(dòng)力學(xué)模型的建模方法，包括以下步驟：

(a)建立橫向的列車動(dòng)力學(xué)模型(以第一節(jié)列車為例)

m₁a_y，1＝F_yf，1+F_yr，1-F_yh，1

第一節(jié)列車前后車軸的側(cè)向力可以表示為：

式中，m₁為第一節(jié)列車的質(zhì)量；I_z，1為轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；δ_w為每個(gè)車輪的轉(zhuǎn)向角；α_f，α_r分別為列車前后輪的側(cè)偏角；f代表前，r代表后，分別為列車的前后輪側(cè)偏剛度；F_yf，F(xiàn)_yr分別為每節(jié)列車前后輪受到的側(cè)向力；ψ₁為第一節(jié)列車的橫擺角；ψ₁為第一節(jié)列車的橫擺角速度；V_x為列車的縱向速度；a_y為列車的橫向加速度；l_f，l_r，l_h分別為每節(jié)列車前軸到質(zhì)心的距離、后軸到質(zhì)心的距離以及鉸接點(diǎn)到車軸的距離；其中1、2、3分別代表三節(jié)列車。

(b)建立虛擬軌道列車縱向動(dòng)力學(xué)模型

其中：F_roll＝mgfcosθ(x)，F(xiàn)_drg＝mgsin(x)。