[發(fā)明專利]一種估計(jì)列車運(yùn)行過程中驅(qū)動能耗的仿真方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010962238.8
• 申請日: 2020-09-14
• 公開（公告）號: CN112182745B
• 公開（公告）日: 2021-10-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張輝;鄧景懷;陶斯友
• 申請（專利權(quán)）人: 北京航空航天大學(xué)
• 主分類號: G06F30/15
• 分類號: G06F30/15;G06F17/11;G06F119/06
• 代理公司: 北京永創(chuàng)新實(shí)專利事務(wù)所 11121
• 代理人: 周長琪

1.一種估計(jì)列車運(yùn)行過程中驅(qū)動能耗的仿真方法，其特征在于：建立整車動力學(xué)模型與能量消耗仿真模型，完成仿真平臺的搭建；通過仿真平臺進(jìn)行仿真計(jì)算，輸入列車數(shù)據(jù)、線路數(shù)據(jù)與運(yùn)行數(shù)據(jù)，修改、更新原有數(shù)據(jù)并保存為列車數(shù)據(jù)文件、線路數(shù)據(jù)文件與運(yùn)行數(shù)據(jù)文件；設(shè)置列車數(shù)據(jù)文件、線路數(shù)據(jù)文件、運(yùn)行數(shù)據(jù)文件以及讀取路徑后，使用運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行仿真計(jì)算，輸出電機(jī)特性輸出、功率仿真、牽引系統(tǒng)能流圖、各方面能耗仿真、列車總能耗參數(shù)信息，可即時(shí)查看，輸出相應(yīng)圖表，用于分析；

上述整車動力學(xué)模型建立方式為：

列車仿真運(yùn)行過程中將會受到的基本阻力為：

其中，w為列車運(yùn)行單位基本阻力；r為軸頸半徑；φ為軸承摩擦系數(shù)；σ為滾動摩阻系數(shù)；R_L為車輪半徑；b為滑動摩擦阻力系數(shù)；v為當(dāng)前模擬車速；ρ為空氣流體密度；S為列車迎風(fēng)面積；n為列車總節(jié)數(shù)；C₁為列車頭車空氣阻力系數(shù)；L為列車總長度；d為列車動力直徑；F_B為列車對鋼軌的總壓力；

利用所輸入的軌道信息計(jì)算目標(biāo)車速，確定當(dāng)前列車所需要的加速度或減速度：

同時(shí)根據(jù)列車仿真運(yùn)行過程中將會受到的基本阻力、列車模擬運(yùn)行中將會受到的附加阻力結(jié)合仿真車型的各類慣性力和傳動效率數(shù)據(jù)計(jì)算列車所需要的驅(qū)動力或制動力，得到

F_{驅(qū)/制動力}-F_阻力＝Ma (9)

其中，F(xiàn)_{驅(qū)/制動力}為列車車輪與軌道摩擦產(chǎn)生的驅(qū)/制動力；F_阻力為步驟一中計(jì)算的各類阻力的合力；M為列車總質(zhì)量；a為列車當(dāng)前加速度；T_損失為因各類慣性力導(dǎo)致的力矩?fù)p失；J為列車上各類轉(zhuǎn)動零件的轉(zhuǎn)動慣量換算至車輪處的總轉(zhuǎn)動慣量；R_L為車輪半徑；i_減速比為列車傳動系統(tǒng)從電機(jī)到車輪的總減速比；η_傳動效率為機(jī)械傳動部件的總傳動效率；T_{驅(qū)/制動}為列車輪上驅(qū)動、制動轉(zhuǎn)矩；

上述列車模擬運(yùn)行中將會受到的附加阻力包括隧道空氣附加阻力、坡度附加阻力、曲線附加阻力；

A、隧道空氣附加阻力為：

F_s＝1.16Lv²R²-0.74Lv²R+3.54LvR²-2.68LvR+0.13Lv²+39.79LR²+4.86v²R²-2.88v²R+13.42vR²+0.47Lv-26.4LR+5.99vR+0.3v²+15.62R²+4.64L-0.77R-0.92v-31.14

其中，L為列車總長度；v為當(dāng)前模擬車速；R為隧道阻塞比；

B、坡度附加阻力為復(fù)雜情況下的單位坡度附加阻力：

其中，w_ifz為復(fù)雜情況下的單位坡度附加阻力；i_fz為替代坡度；i₁為變坡點(diǎn)前的坡度；i₂為變坡點(diǎn)后的坡度；L為列車總長度；l為通過變坡點(diǎn)的列車長度；式(5)計(jì)算的是列車瞬時(shí)坡度損失，列車通過一段變坡點(diǎn)時(shí)的總坡度損失可以用積分來計(jì)算；

C、曲線附加阻力為曲線單位附加阻力：

其中，w_rfz為復(fù)雜情況下的曲線單位附加阻力；A為單位曲線附加阻力的經(jīng)驗(yàn)常數(shù)；L為列車總長度；R_fz為替代曲線半徑；R₂為變徑點(diǎn)后的曲線半徑；R₁為變徑點(diǎn)前的曲線半徑；L為列車總長度；

所述能量消耗仿真模型加入電機(jī)、高壓電子控制器部分的能量轉(zhuǎn)換效率影響因素，計(jì)算得到列車模擬運(yùn)行的實(shí)時(shí)消耗或發(fā)電功率：

其中，P_耗電為列車從軌道電網(wǎng)獲得能量的功率，P_發(fā)電為列車向軌道電網(wǎng)輸送能量的功率；η_放電效率為從電網(wǎng)到電機(jī)的能量傳遞總效率；η_{發(fā)電效率}為從電機(jī)到電網(wǎng)的能量傳遞總效率；T_驅(qū)動為式(11)的T_{驅(qū)/制動}的正值部分；T_制動為式(11)的T_{驅(qū)/制動}的負(fù)值部分；n_{轉(zhuǎn)速}為當(dāng)前電機(jī)轉(zhuǎn)速；

將消耗及發(fā)電功率對時(shí)間進(jìn)行積分即可得到列車總能耗信息：

其中，T為對完整的軌道進(jìn)行仿真所需的時(shí)間。