一种基于ADVISOR的水平运输机车仿真建模方法技术

一种基于ADVISOR的水平运输机车仿真建模方法，包括以下步骤：搭建整体仿真模型的结构：确定上述各仿真模型的子系统；根据水平运输机车的特性，设定机车运行的性能指标参数；对机车中的子系统进行选型；对各子系统进行性能模型构建；整合构建出的各子系统的性能模型，并将各子系统的模块之间的数据进行对接；通过与ADVISOR软件相结合，编写各子系统的性能模型相应的.M文件，对相关的子系统的性能模型进行调用，由此获得不同工作状态下的工况和动力源的输出数据；将上述输出数据与机车性能目标数据进行比较。本发明专利技术对现有水平运输机车各性能进行评估及建模，减少了设备中过多的冗余，降低了生产成本。

【技术实现步骤摘要】
一种基于ADVISOR的水平运输机车仿真建模方法
本专利技术涉及建模仿真
，尤其涉及一种基于ADVISOR的水平运输机车仿真建模方法。
技术介绍
在地铁施工过程中，水平运输机车担负着运输管片、渣土、砂浆等重要工作，其性能直接影响着施工的效率、稳定性及安全性。现存的水平运输机车的动力源主要为内燃机、电池、超级电容等。而判断水平运输机车性能的指标主要包括：加减速、爬坡能力、承载能力、最高行驶速度、循环次数及充放电状态等。随着汽车技术的发展，尤其是纯电动汽车的研发，目前主要的基于计算机虚拟仿真技术都只针对传统汽车、电动汽车以及混合联动汽车进行研究，但对于隧道施工中的专用机械设备，并没有深入的研究。ADVISOR是MATLAB和SIMULINK软件环境下的一系列模型、数据和脚本文件，它在给定的道路循环条件下利用车辆各部分参数，能快速地分析传统汽车、纯电动汽车和混合动力汽车的燃油经济性、动力性以及排放性等各种性能。此外，该软件的开放性也允许对用户自定义的汽车模型和仿真策略做仿真分析。它主要有以下特点：仿真模型采用模块化的思想设计，仿真模型和源代码全部开放，采用了独特的混合仿真方法，能与其他多种软件进行联合仿真；该软件对各种车辆的性能评估及建模上适用性更强。由于水平运输机车运行工况及其自身设计的特殊性，其与普通汽车存在着巨大的差别，传统的整车性能评估及建模方法无法对机车的运行工况、变频器驱动下的电机、车轮与轨道等要素进行合理建模，基于此原因，为解决以上问题，本专利技术提供了一种基于ADVISOR的水平运输机车仿真建模方法，结合ADVISOR软件，对现有机车各性能进行评估及建模，减少设备中过多的冗余，降低生产成本，增加产品推广度。
技术实现思路
针对现有技术中存在的不足，本专利技术的目的在于提供一种基于ADVISOR的水平运输机车仿真建模方法，对现有水平运输机车各性能进行评估及建模，减少了设备中过多的冗余，降低了生产成本。一种基于ADVISOR的水平运输机车仿真建模方法，包括以下步骤：步骤1：搭建整体仿真模型的结构：该仿真模型的结构包括：工况模型、整车模型、车轮与轴的轨道模型、驱动电机模型和电池模型及控制策略；步骤2：确定上述各仿真模型的子系统；步骤3：根据水平运输机车的特性，设定机车运行的性能指标参数；步骤4：根据以上设定的性能指标参数，对机车中的子系统进行选型；步骤5：对各子系统进行性能模型构建，并将其生成mdl模型文件；步骤6：整合构建出的各子系统的性能模型，为各性能模型建立输入输出数据流，并将各子系统的模块之间的数据进行对接；步骤7：通过与ADVISOR软件相结合，编写各子系统的性能模型相应的.M文件，对相关的子系统的性能模型进行调用，由此获得不同工作状态下的工况和动力源的输出数据；步骤8：将上述输出数据与机车性能指标进行比较，并判断是否符合机车性能指标，若符合则结束；否则，调整优化一个或多个子系统的参数，按照上述步骤重新进行分析处理。优选地，所述各仿真模型的子系统包括：工况子系统、整车质量及阻力子系统、车轮与轴子系统、驱动电机子系统、电池子系统和电力附件子系统；优选地，所述步骤4中，对所述整车质量及阻力子系统进行选型所用的性能指标参数包括机车的驱动力、加速度和速度；对所述车轮与轴子系统进行选型所用的性能指标参数包括车轮的转矩、转动角速度和牵引力；对所述驱动电机子系统进行选型所用的性能指标参数包括电机功率、输出转矩和转速；对所述电池子系统进行选型所用的性能指标参数包括电池的开路电压、内阻、充放电状态和循环次数；优选地，所述步骤5中，对各子系统进行性能模型构建包括：步骤5.1：通过现场采集实际工况数据获取建模数据，以构建工况子系统的性能模型；步骤5.2：通过系统质量预估、空气动力学仿真分析或滑行试验获取建模数据，以完成在单质点和多质点两种分析方法下的机车的整车质量及阻力子系统的性能模型构建；步骤5.3：根据系统工程建立其耦合系统，以完成符合实际的车轮与轴子系统的性能模型构建；步骤5.4：根据对通用变频器性能以及三相异步电动机的分析，从而构建变频器驱动下的驱动电机子系统的性能模型；步骤5.5：通过进行电池多工况下的性能试验来获取建模数据，从而构建电池子系统的性能模型；步骤5.6：通过对机车相应电气附件进行数据采集，构建电力附件子系统的性能模型。优选地，所述步骤5.1具体包括：通过现场采集实际工况数据获取建模数据，采用测试、统计或计算机数字仿真的方法构建工况子系统的性能模型；所述实际工况数据包括：温度、湿度和坡度变化曲线；优选地，所述步骤5.2具体包括：所述单质点分析方法下的机车是指单独的牵引机车；在对单质点分析方法下的机车的整车质量及阻力子系统的性能模型构建之前还包括：a).将机车设置成四轮驱动或前轮驱动的动力学模式，假定沿X轴车轮不脱离轨道，机车在垂直方向和水平方向的振动均不考虑，通过差动方程组，建立基于四轮驱动或前轮驱动的机车模型；b).对单质点分析方法下的机车进行受力分析，得到机车的行驶方程；机车的驱动力Ft为：Ft＝∑F＝Ff+FW+Fi+Fj(1)其中，Ff表示滚动阻力，FW表示空气阻力，Fi表示爬坡阻力，Fj表示加速阻力；c).根据机车行驶动力学方程，结合ADVISOR软件中的后向计算路径，利用迭代方法计算整车的加速度a和速度V；a＝(vt-v0)/2(2)V＝(v0+vt)/2(3)其中，vt为机车的终速度，v0为机车的初速度；所述多质点分析方法下的机车是指整列编组的机车；整列编组的机车包括一辆机车本体、多个管片车辆和多个砂浆车辆；d).计算整列编组的机车的运行加速度a为：其中，n为整列编组的机车中机车本体和各车辆的总数；mAi为第i辆机车本体或车辆的自重；mBi为第i辆机车本体或车辆的载重；Ci是指第i个车辆所受的合力；a1、a2、…an分别为第1、2、…n辆机车本体或车辆的运行加速度；e).以机车本体或车辆的中心位置作为整列编组的机车位移计算的参照点，得出整列编组的机车运行方程如下：其中，vt为机车编组t时刻的速度；v1t、v2t...vnt分别为第1、2…n辆机车本体或车辆在t时刻的速度；S1t、S2t...Snt分别为第1、2…n辆机车本体或车辆在t时刻的位移；l1、l2...ln分别为第1、2…n辆机车本体或车辆的长度，整列编组的机车的机车本体和各车辆长度之和为l，即l＝l1+l2+...+ln；Δt为计算补偿；根据上述整列编组的机车运行加速度a和运行方程，从而建立多质点机车模型。优选地，所述步骤5.3具体包括：根据系统工程建立其耦合系统，结合ADVISOR后向计算路径，根据整车动力学模块传递的信号，计算车轮的需求转矩Wn和与转动角速度ω；ω＝(1+sr)*vrl/rw(6)其中，sr为车轮需求滑移率，vrl为前轮需求限制车速；Wn＝(Fql-Fqbr)*rw+Tl+Ti(7)其中，Fql为前轮需求限制牵引力，Fqbr为前轮需求制动力，Tl为拖曳转矩损失，rw为车轮半径，Ti为车轮和半轴的加速惯性；结合ADVISOR前向计算路径中，根据主减速器传递的车轮实际转矩与转速，考虑制动影响，计算车轮实际牵引力Fw1和实际参考车速Vw1；Fw1＝(wl-Tl-Ti)/rw+Fqb+Frb(8)本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于ADVISOR的水平运输机车仿真建模方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：搭建整体仿真模型的结构：该仿真模型的结构包括：工况模型、整车模型、车轮与轴的轨道模型、驱动电机模型和电池模型及控制策略；步骤2：确定上述各仿真模型的子系统；步骤3：根据水平运输机车的特性，设定机车运行的性能指标参数；步骤4：根据以上设定的性能指标参数，对机车中的子系统进行选型；步骤5：对各子系统进行性能模型构建，并将其生成mdl模型文件；步骤6：整合构建出的各子系统的性能模型，为各性能模型建立输入输出数据流，并将各子系统的模块之间的数据进行对接；步骤7：通过与ADVISOR软件相结合，编写各子系统的性能模型相应的.M文件，对相关的子系统的性能模型进行调用，由此获得不同工作状态下的工况和动力源的输出数据；步骤8：将上述输出数据与机车性能指标进行比较，并判断是否符合机车性能指标，若符合则结束；否则，调整优化一个或多个子系统的参数，按照上述步骤重新进行分析处理。

【技术特征摘要】
1.一种基于ADVISOR的水平运输机车仿真建模方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：搭建整体仿真模型的结构：该仿真模型的结构包括：工况模型、整车模型、车轮与轴的轨道模型、驱动电机模型和电池模型及控制策略；步骤2：确定上述各仿真模型的子系统；步骤3：根据水平运输机车的特性，设定机车运行的性能指标参数；步骤4：根据以上设定的性能指标参数，对机车中的子系统进行选型；步骤5：对各子系统进行性能模型构建，并将其生成mdl模型文件；步骤6：整合构建出的各子系统的性能模型，为各性能模型建立输入输出数据流，并将各子系统的模块之间的数据进行对接；步骤7：通过与ADVISOR软件相结合，编写各子系统的性能模型相应的.M文件，对相关的子系统的性能模型进行调用，由此获得不同工作状态下的工况和动力源的输出数据；步骤8：将上述输出数据与机车性能指标进行比较，并判断是否符合机车性能指标，若符合则结束；否则，调整优化一个或多个子系统的参数，按照上述步骤重新进行分析处理。2.根据权利要求1所述的一种基于ADVISOR的水平运输机车仿真建模方法，其特征在于，所述各仿真模型的子系统包括：工况子系统、整车质量及阻力子系统、车轮与轴子系统、驱动电机子系统、电池子系统和电力附件子系统。3.根据权利要求2所述的一种基于ADVISOR的水平运输机车仿真建模方法，其特征在于，所述步骤4中，对所述整车质量及阻力子系统进行选型所用的性能指标参数包括机车的驱动力、加速度和速度；对所述车轮与轴子系统进行选型所用的性能指标参数包括车轮的转矩、转动角速度和牵引力；对所述驱动电机子系统进行选型所用的性能指标参数包括电机功率、输出转矩和转速；对所述电池子系统进行选型所用的性能指标参数包括电池的开路电压、内阻、充放电状态和循环次数。4.根据权利要求2所述的一种基于ADVISOR的水平运输机车仿真建模方法，其特征在于，所述步骤5中，对各子系统进行性能模型构建包括：步骤5.1：通过现场采集实际工况数据获取建模数据，以构建工况子系统的性能模型；步骤5.2：通过系统质量预估、空气动力学仿真分析或滑行试验获取建模数据，以完成在单质点和多质点两种分析方法下的机车的整车质量及阻力子系统的性能模型构建；步骤5.3：根据系统工程建立其耦合系统，以完成符合实际的车轮与轴子系统的性能模型构建；步骤5.4：根据对通用变频器性能以及三相异步电动机的分析，从而构建变频器驱动下的驱动电机子系统的性能模型；步骤5.5：通过进行电池多工况下的性能试验来获取建模数据，从而构建电池子系统的性能模型；步骤5.6：通过对机车相应电气附件进行数据采集，构建电力附件子系统的性能模型。5.根据权利要求4所述的一种基于ADVISOR的水平运输机车仿真建模方法，其特征在于，所述步骤5.1具体包括：通过现场采集实际工况数据获取建模数据，采用测试、统计或计算机数字仿真的方法构建工况子系统的性能模型；所述实际工况数据包括：温度、湿度和坡度变化曲线。6.根据权利要求4所述的一种基于ADVISOR的水平运输机车仿真建模方法，其特征在于，所述步骤5.2具体包括：所述单质点分析方法下的机车是指单独的牵引机车；在对单质点分析方法下的机车的整车质量及阻力子系统的性能模型构建之前还包括：a).将机车设置成四轮驱动或前轮驱动的动力学模式，假定沿X轴车轮不脱离轨道，机车在垂直方向和水平方向的振动均不考虑，通过差动方程组，建立基于四轮驱动或前轮驱动的机车模型；b).对单质点分析方法下的机车进行受力分析，得到机车的行驶方程；机车的驱动力Ft为：Ft＝∑F＝Ff+FW+Fi+Fj(1)其中，Ff表示滚动阻力，FW表示空气阻力，Fi表示爬坡阻力，Fj表示加速阻力；c).根据机车行驶动力学方程，结合ADVISOR软件中的后向计算路径，利用迭代方法计算整车的加速度a和速度V；a＝(vt-v0)/2(2)V＝(v0+vt)/2(3)其中，vt为机车的终速度，v0为机车的初速度；所述多质点分析方法下的机车是指整列编组的机车；整列编组的机车包括一辆机车本体、...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩朋，王骞，魏金，巨学飞，王志恒，张磊，杨迪，杨克华，
申请(专利权)人：中铁工程装备集团隧道设备制造有限公司，
类型：发明
国别省市：河南,41