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专利号: 2022109417768
申请人: 西南交通大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 计算;推算;计数
更新日期:2024-01-05
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于云计算的列车轨道模型的实时仿真方法,其特征在于,其步骤包括:获取基础数据:根据需要分析的数据,分析建立模块连接关系方便仿真计算,初步分析所需数据并获取原始数据;

设置各模块参数:车辆参数,对车辆系统参数子模块设置车辆参数,根据车辆参数设置构建生成车辆动力学模型;轨道参数,对轨道结构参数子模块分别进行轨道平纵断面参数设置及轨道形式设置;运行参数,对运行参数子模块设置动力学计算的基本参数,包括仿真积分步长、初始运行速度、预平衡轨道长度、仿真计算时间和距离;根据车辆参数、轨道参数、运行参数得知轮轨接触模块对应的轮轨接触参数、轨道不平顺设置模块的不平顺参数、轨道曲线设置模块的轨道曲线参数、牵引制动信号模块的牵引制动参数;

仿真计算:设置各模块参数的步骤在操作端完成,操作端将输入的各模块参数传输到云端,利用云端算力进行计算;

结束仿真,操作端接收云端的结果并输出。

2.根据权利要求1所述的一种基于云计算的列车轨道模型的实时仿真方法,其特征在于,设置车辆参数步骤中,车辆参数包括列车的编组参数、车体参数、轮对参数、构架参数、电机参数、结构参数、悬挂参数及减振器参数,编组参数包括列车编组数量和动车、拖车分布情况;车体参数、构架参数、轮对参数和电机参数设置需要输入各个部件的数量、质量和转动惯量;结构参数包含一系悬挂和二系悬挂的横向跨距、悬挂点距离构架质心和车体质心的高度以及轴箱拉杆和二系横向止挡的高度;悬挂参数包括一系悬挂和二系悬挂在纵向、横向、垂向的刚度和阻尼大小;减振器参数包括一系垂向减振器和二系垂向、横向减振器特性参数。

3.根据权利要求1所述的一种基于云计算的列车轨道模型的实时仿真方法,其特征在于,设置轨道参数步骤中,平断面参数包括不同的曲线半径、曲线长度、缓和曲线长度和曲线超高;轨道形式是根据仿真需求选择整体道床轨道、弹性支撑块式轨道、钢弹簧浮置板轨道或梯形轨枕轨道;纵断面是指坡道运行工况,输入的参数包括坡度和坡道长度。

4.根据权利要求1所述的一种基于云计算的列车轨道模型的实时仿真方法,其特征在于,设置各模块参数步骤中,对轮轨接触模块进行黏着条件设置和黏着区段设置,黏着条件设置通过定义摩擦系数、接触斑内黏着区缩减系数、接触斑内滑动区缩减系数和函数型摩擦特性中的系数AP、BP以实现对干燥、潮湿、油污、落叶和冰雪几种不同黏着状态的模拟,黏着区段设置用于设置不同黏着条件的起点里程和终点里程;对轨道不平顺设置模块输入不平顺激励,设置不平顺文件名和保存路径,并选择要保存的文件格式类型,仿真计算项目会在指定路径下生成不平顺文件方便后续调用;对轨道曲线设置模块的竖曲线子模块输入坡度和坡道长度生成线路纵断面线型,对平面曲线子模块输入曲线半径、曲线长度、缓和曲线长度和曲线超高生成线路平断面线型;对牵引制动信号模块输入牵引制动参数。

5.根据权利要求1所述的一种基于云计算的列车轨道模型的实时仿真方法,其特征在于,仿真计算步骤包括:1)轮轨接触模块将计算得到的轮轨接触点和轮轨接触参数输入至法向力求解模块和切向力求解模块;2)法向力求解模块计算得到轮轨法向力后输出至切向力求解模块;3)切向力求解模块根据轮轨接触点、轮轨接触参数和轮轨法向力计算轮轨切向力,将轮轨法向力和切向力均输出至加速度计算模块;4)除轮轨法向力和切向力外,加速度计算模块的输入量还包括轨道曲线设置模块输出的当前时刻下车体、构架和轮对位置处的曲线参数,轨道不平顺设置模块输出的不同车轮位置处的轨道不平顺激励和牵引制动信号模块输出的列车牵引制动力的大小;5)加速度计算模块根据4)中输入的参数以及积分迭代模块输出的车辆或轨道结构的位移和速度,求解车辆或轨道结构的加速度,其中初始时刻车辆或轨道结构的位移和速度假设为0;6)积分迭代模块利用当前时刻和前一时刻下车辆或轨道结构的位移、速度和加速度计算模块输出的加速度求解下一时刻各部件的位移和速度;7)通过积分迭代模块与加速度计算模块之间的循环实现计算车辆、轨道、轮轨相互作用力的输出数据。

6.根据权利要求1所述的一种基于云计算的列车轨道模型的实时仿真方法,其特征在于,结束仿真步骤中,云端计算结果以数据形式和由云端进行渲染的图形、视频形式输送到操作端,操作端同步显示车辆运行在轨道上的线路图,仿真所用的列车三维模型,实时显示车辆运行时间、里程以及速度;选择性显示实时脱轨系数、轮重减载率和磨耗指数;实时显示当前各个轮对脱轨系数、轮重减载率和磨耗系数的变化图。

7.一种基于云计算的列车轨道模型的实时仿真系统,其特征在于,其包括:原始数据输入模块:用于直接向车辆系统参数子模块、轨道结构参数子模块、运行参数子模块分别输入车辆参数、轨道参数和运行参数,并将数据输送到云端; 仿真系统:利用云端的算力,通过轨道曲线设置模块、轨道不平顺设置模块、牵引制动信号模块、积分迭代模块、轮轨接触模块、法向力求解模块、切向力求解模块向加速度计算模块提供数据,并通过积分迭代模块与加速度计算模块之间的循环实现计算车辆、轨道、轮轨相互作用力的输出数据,并将得到的输出数据传输到操作端; 结果输出模块:接受云端的数据,输出车辆部件、轨道部件和轮轨相互作用力的对应数据。

8.根据权利要求7所述的基于云计算的列车轨道模型的实时仿真系统,其特征在于,轨道曲线设置模块包括竖曲线子模块和平面曲线子模块,竖曲线子模块根据输入的坡度和坡道长度生成线路纵断面线型;平面曲线子模块根据输入的曲线半径、曲线长度、缓和曲线长度和曲线超高生成线路平断面线型,在动力学计算时,轨道曲线设置子模块用于向加速度计算模块提供当前时刻下车体、构架和轮对位置处的曲线参数。

9.根据权利要求7所述的基于云计算的列车轨道模型的实时仿真系统,其特征在于,轨道不平顺设置模块用于生成轨道不平顺激励,其用于读取输入的轨道不平顺数据并实时计算不同车轮位置处的轨道不平顺激励,最后将当前时刻下的不平顺激励输出至加速度计算模块。

10.根据权利要求7所述的基于云计算的列车轨道模型的实时仿真系统,其特征在于,牵引制动信号模块用于设置列车的操纵状态和操纵时长,列车操纵状态包括牵引、惰行和制动三种,通过输入操纵开始时间和结束时间设置列车操纵时长;动力学计算过程中,牵引制动信号模块用于向加速度计算模块实时输出牵引制动力的大小。

11.根据权利要求7所述的基于云计算的列车轨道模型的实时仿真系统,其特征在于,轮轨接触模块由轮轨型面读取、轮轨接触点计算和轮轨接触参数计算三个子模块组成,轮轨型面读取子模块用于读取车轮和钢轨的型面数据并构建车轮廓形和钢轨廓形;轮轨接触点计算子模块用于计算车辆运行时车轮和钢轨的接触点位置;轮轨接触参数计算子模块用于计算轮轨接触计算得到的接触点处的轮轨接触参数,包括接触点车轮滚动圆半径、钢轨曲率和接触角,并将轮轨接触参数分别输出至法向力求解模块和切向力求解模块。

12.根据权利要求7所述的基于云计算的列车轨道模型的实时仿真系统,其特征在于,法向力求解模块用于计算轮轨法向力,并输出轮轨法向力在绝对坐标系下在纵向、横向、垂向三个方向的分力至加速度计算模块和切向力求解模块。

13.根据权利要求12所述的基于云计算的列车轨道模型的实时仿真系统,其特征在于,切向力求解模块用于计算轮轨接触切向力大小,切向力求解子模块会将轮轨蠕滑力计算结果实时输出到加速度计算模块,切向力求解模块包括: 蠕滑率计算子模块:用于计算轮轨纵向、横向、自旋蠕滑率; 轨面状态参数读取子模块:用于确定当前轮轨接触的轨面状态及黏着参数; 轮轨蠕滑力计算子模块:根据蠕滑率计算结果和黏着参数计算得到轮轨蠕滑力。

14.根据权利要求7所述的基于云计算的列车轨道模型的实时仿真系统,其特征在于,加速度计算模块由车辆加速度计算子模块和轨道加速度计算子模块组成,车辆加速度计算子模块用于计算车辆各部件,包括车体、构架、轮对及电机加速度数据;轨道加速度计算子模块用于输出钢轨、轨道板轨道结构的加速度数据;计算得到的振动加速度输出至积分迭代子模块,用于求解下一时刻各部件的位移和速度,如此循环递推;积分迭代模块通过数值积分预测系统内各个部件的下一时刻的位移和速度,积分迭代模块利用当前时刻和前一时刻下车辆或轨道结构的位移、速度、加速度求解下一时刻各部件的位移和速度。

15.根据权利要求7所述的基于云计算的列车轨道模型的实时仿真系统,其特征在于,计算结果输出子模块由车辆输出、轨道输出和轮轨相互作用力输出三个子模块组成,其中车辆输出子模块用于输出车辆部件,即车体、构架、轮对及电机的位移、速度及加速度数据;

轨道输出子模块用于输出轨道各部件,即钢轨和轨道板位移、速度及加速度数据;轮轨相互作用力输出子模块用于输出轮轨力、蠕滑率、黏着系数、脱轨系数、轮重减载率和磨耗指数。