[发明专利]一种面向组件的高速列车系统动力学计算机建模方法

说明书

技术领域

本发明涉及仿真控制技术领域。

背景技术

为解决高速列车与周边运行环境之间所形成的复杂动力学问题，必须采用高速列车耦合系统动力学进行分析，而目前没有成熟的高速列车耦合系统动力学商业软件。在当前的高速列车耦合系统动力学仿真研究中，尚缺乏合适的计算机仿真模型。

发明内容

鉴于现有技术的不足，本发明的目的是研究提供一种面向组件的高速列车系统动力学计算机建模方法，使之克服现有技术的以上缺点。

本发明的目的是通过如下的手段实现的。

一种面向组件的高速列车系统动力学计算机建模方法，面向组件的高速列车系统动力学计算机建模，以适应高速列车耦合系统动力学的各种计算工况需求，其主要流程如下：

(1)获取高速列车的几何外形、尺寸、质量、惯量、悬挂部件性能参数、受电弓结构参数及其工作部件的性能参数；获取高速列车运行条件、气象条件；获取高速铁路线路横纵断面结构形状及尺寸、桥隧参数；获取高速铁路供电系统布置、供电设备及其参数；

(2)根据(1)所得数据，先分别进行高速列车动力学建模、高速铁路线路动力学建模、高速列车弓网动力学建模、高速铁路牵引供电系统建模、高速列车空气动力学建模，再采用组件技术，对各子系统模型进行封装，分别形成高速列车动力学模型组件、高速铁路线路动力学模型组件、高速列车弓网动力学模型组件、高速铁路牵引供电系统模型组件、高速列车空气动力学模型组件；

(3)根据高速列车与周边运行环境之间的轮轨耦合机理、弓网耦合机理、流固耦合机理和机电耦合机理，建立高速列车与周边运行环境之间的耦合关系模型；

(4)结合高速列车系统动力学耦合研究应用需求，利用基于组件的自适应耦合计算模型组织方法，获得满足各种应用层次需求高速列车系统动力学计算模型；

(5)模型输出及应用，将上述高速列车系统动力学耦合仿真模型输出到高速列车系统动力学专用仿真设备上。根据研究的目标需求，可分别进行高速列车系统动力学全耦合仿真研究和部分耦合仿真研究，最终为高速列车的运行性能评估、优化设计、与线路系统的匹配设计及优化、与供电系统的匹配设计及优化等提供支撑。

本发明与现有技术相比具有以下优点和效果：

(1)本发明可以创建高速列车耦合系统动力学计算模型，现有技术尚未发现实现方法

现有研究主要针对单领域的研究或局部的耦合研究，如列车动力学、弓网动力学、空气动力学、车-线耦合动力学，车辆-空气耦合动力学等，弱化甚至忽略了部分相关领域的影响，或是单向考虑了其他领域对研究对象的影响，这是对研究对象和仿真界限的人为割断，其只能进行高速列车系统部分特性的针对性研究，不能充分反映出研究对象的本质特性。利用本发明所创建的高速列车系统动力学计算模型涵盖了高速列车与轨道线路、接触网、气流等周边环境的相互影响，可以更真实、全面地反映出高速列车在复杂周边环境耦合作用下的运行品质。

(2)本发明可以灵活地自适应组织部分耦合模型，利用统一模型即可满足高速列车耦合系统动力学的各种典型应用工况需求

现有技术只考虑两个子系统间的耦合作用，其研究对象及研究需求是特定的，因此模型也是明确的。而高速列车耦合系统动力学研究对象包括了5个对象，根据研究目标的不同，需要进行全耦合和部分耦合研究，研究需求具有多样性的特征。本发明的模型具有良好的适应性，可以有效地满足高速列车耦合系统动力学的各种应用层面的典型工况建模需求。

采用本发明方法，实现了一种面向组件的高速列车耦合系统动力学计算机建模，为实现高速列车-线路-弓网-气动-牵引供电等领域间的耦合计算提供模型基础。同时，由于该耦合系统模型是面向组件技术创建的，可以自动生成不同子系统间各种组合的耦合计算模型，因此本发明可以适应高速列车耦合系统动力学的各种计算工况的需求。

附图说明

图1高速列车系统动力学各子系统组件模型描述图

图2高速列车系统动力学各子系统耦合关系模型描述图

图3面向组件的高速列车耦合系统动力学计算机模型图

图4面向组件的高速列车部分子系统耦合计算机模型图，图4(a)为列车-气动力耦合模型，图4(b)为列车-线路耦合模型。

具体实施方式

下面，结合附图，对本发明的内容作进一步的详述。