一种车辆制动能力仿真计算方法及系统技术方案

本发明专利技术提供了一种车辆制动能力仿真计算方法及系统，包括：基于坡道力、车辆运行阻力及对车辆施加的制动力建立车辆运动方程，对车辆受力进行分析，经数值运算后获取车辆减速度；对减速度进行积分运算，获取车辆运行位移；设置相关仿真参数和求解器类型后进行仿真，获取各参数的数值和变化规律图表。降低了简化程度，获取的相关参数数值和图表更精确。获取的相关参数数值和图表更精确。获取的相关参数数值和图表更精确。

【技术实现步骤摘要】
一种车辆制动能力仿真计算方法及系统


[0001]本专利技术属于车辆制动能力计算
，具体涉及一种车辆制动能力计算方法。

技术介绍

[0002]本部分的陈述仅仅是提供了与本专利技术相关的
技术介绍
信息，不必然构成在先技术。
[0003]制动能力计算主要包括求解车辆制动距离、制动时间、在坡道上运行时的限制速度以及黏着校核等，在车辆制动系统设计、行车事故分析、铁路信号的配置以及列车操纵自动化等方面都有重要意义。制动计算过程需要考虑车辆载荷、制动方式、轮轨黏着特性、制动力时间速度特性和坡道大小等因素，所用计算参数数量较多，并且车辆减速度、闸片或闸瓦摩擦系数、运行阻力等与车辆速度等有关，是一个非线性复杂问题。
[0004]采用传统的手工计算或者利用Excel软件将速度进行小节距分段计算位移再求和计算制动距离，计算时间长、精度较低、绘图效果差。

技术实现思路

[0005]本专利技术为了解决上述问题，提出了一种车辆制动能力计算方法，通过对对车辆制动过程进行数学建模的方式获得所需制动能力相关参数和图表，使得制动能力计算这一非线性系统问题变得简单、精确。
[0006]根据一些实施例，本专利技术采用如下技术方案：
[0007]第一方面，公开了一种车辆制动能力仿真计算方法，包括：
[0008]基于坡道力、车辆运行阻力及对车辆施加的制动力建立车辆运动方程，对车辆受力进行分析，经数值运算后获取车辆减速度；
[0009]对减速度进行积分运算，获取车辆运行位移；
[0010]设置相关仿真参数和求解器类型后进行仿真，获取各参数的数值和变化规律图表。
[0011]作为进一步的技术方案，所述车辆运动方程为：
[0012][0013]式中：m为车辆重量；x为车辆位移；为车辆瞬时减速度；f为车辆运行阻力；F为车辆施加的制动力；S为坡道力。
[0014]作为进一步的技术方案，所述车辆运行阻力在计算时考虑单位运行基本阻力及车辆重量；
[0015]所述单位运行基本阻力与车辆运行速度相关，其中，在计算单位运行基本阻力时所涉及的常数，通过标准对不同车型的取值进行查询，或根据车辆运行阻力试验结果进行取值。
[0016]作为进一步的技术方案，车辆制动施加时，制动力逐渐上升至最大值；
[0017]车辆制动力计算采用两种方法：针对机车和客车，根据理论制动力计算；针对高速
动车组，根据速度黏着控制方法利用目标减速度—速度变化曲线计算。
[0018]作为进一步的技术方案，坡道力在计算时，基于车辆重量及坡道相对水平面的倾斜角度进行计算。
[0019]作为进一步的技术方案，还包括黏着校核计算，分别包括在坡道上时，车辆实际利用黏着系数的计算，对于速度不高于第一设定阈值的客车的最大黏着系数的计算，对于设定时速的动车组，按照TSI湿轨进行的校核。
[0020]作为进一步的技术方案，设置相关仿真参数和求解器类型后进行仿真，具体包括：
[0021]对车辆初速度和末速度、空走时间、坡道大小进行赋值后进行仿真计算，可以获得任意参数之间的关系图和数值。
[0022]第二方面，公开了一种车辆制动能力仿真计算系统，包括：
[0023]车辆减速度计算模块，被配置为：基于坡道力、车辆运行阻力及对车辆施加的制动力建立车辆运动方程，对车辆受力进行分析，经数值运算后获取车辆减速度；
[0024]车辆运行位移计算模块，被配置为：对减速度进行积分运算，获取车辆运行位移；
[0025]仿真模块，被配置为：设置相关仿真参数和求解器类型后进行仿真，获取各参数的数值和变化规律图表。
[0026]与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：
[0027]相比于利用Excel将速度进行小节距分段后利用经验公式和简化算法计算位移再求和，本专利技术的方法对车辆制动过程进行数学建模，并利用Simulink的连续积分模块(integrator)对减速度进行2次积分运算，且与速度相关的参数可以随速度变化实时进行运算，与速度相关的参数包括运行阻力、黏着系数、闸片摩擦系数、减速度等，降低了简化程度，获取的相关参数数值和图表更精确。
[0028]对于复杂的非线性问题，本专利技术方法只需对模块中的初始数据进行设置，所有计算均由软件内部自动进行，减少了人工干预，降低了出错概率。
[0029]本专利技术可以通过一次性搭建仿真图获取模型中需要的参数之间的相互关系，并通过图表直观的展示，无需为获取不同的参数多次处理数据。以如图3为例，通过搭建scope模块将多个参数汇总，并在scope中绘制参数之间的变化规律曲线，例如图3中的位移随速度的变化曲线。在仿真图中修改相关数据时只需点击“运行”选项，即可获取新的结果，提高了计算效率。
[0030]本专利技术将需要的参数导入“workspace”模块，具体见图2，作用是将simulink中的计算参数导入到matlab中进行进一步的数据处理或绘图，可以在Matlab中进行编程进行更多的数值计算和相关研究，拓宽了制动能力计算结果的应用范围，为制动系统设计优化提供了重要参考。
[0031]本专利技术若需增加相关影响因素(如其他形式的制动力)或增加其他参数计算结果输出显示，只需增加相应模块和连接线即可。
[0032]本专利技术可以利用仿真图对动车组切除部分车辆制动力后的限速值进行反推，保证动车组在切除部分车辆制动力后的紧急制动距离与动车组全部制动力正常时相同，反推车辆的限速值。
[0033]当切除部分车辆制动力时，为保证紧急制动距离与切除前相同，需要车辆进行限速，利用该模型可以在切除制动力后保证紧急制动距离不变的前提下，反推限速值。
[0034]本专利技术附加方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本专利技术的实践了解到。
[0035]为使本专利技术的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
[0036]构成本专利技术的一部分的说明书附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。
[0037]图1为本实施例子搭建制动能力计算模型的流程简图；
[0038]图2为本实施例子车辆受力状态示意图；
[0039]图3为本实施例子根据理论制动力计算空气制动力的仿真图；
[0040]图4为本实施例子根据减速度—速度变化曲线计算制动力仿真图；
[0041]图5为制动距离随速度的变化曲线图；
[0042]图6为黏着系数随运行时间的变化曲线图；
[0043]图7为运行阻力在总制动力随速度变化曲线图。
具体实施方式：
[0044]下面结合附图与实施例对本专利技术作进一步说明。
[0045]应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本专利技术提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本专利技术所属
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种车辆制动能力仿真计算方法，其特征是，包括：基于坡道力、车辆运行阻力及对车辆施加的制动力建立车辆运动方程，对车辆受力进行分析，经数值运算后获取车辆减速度；对减速度进行积分运算，获取车辆运行位移；设置相关仿真参数和求解器类型后进行仿真，获取各参数的数值和变化规律图表。2.如权利要求1所述的一种车辆制动能力仿真计算方法，其特征是，所述车辆运动方程为：式中：m为车辆重量；x为车辆位移；为车辆瞬时减速度；
f
为车辆运行阻力；F为车辆施加的制动力；S为坡道力。3.如权利要求2所述的一种车辆制动能力仿真计算方法，其特征是，所述车辆运行阻力在计算时考虑单位运行基本阻力及车辆重量；所述单位运行基本阻力与车辆运行速度相关，其中，在计算单位运行基本阻力时所涉及的常数，通过标准对不同车型的取值进行查询，或根据车辆运行阻力试验结果进行取值。4.如权利要求2所述的一种车辆制动能力仿真计算方法，其特征是，车辆制动施加时，制动力逐渐上升至最大值；车辆制动力计算采用两种方法：针对机车和客车，根据理论制动力计算；针对高速动车组，根据速度黏着控制方法利用目标减速度—速度变化曲线计算。5.如权利要求2所述的一种车辆制动能力仿真计算方法，其特征是，坡道力在计算时，基于车辆重量及坡道相对水平面的倾斜角度进行计算。6.如权利要求1
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5任一所...

【专利技术属性】
技术研发人员：张国庆，肖孝军，李明星，郝汝飞，张立国，
申请(专利权)人：中车青岛四方机车车辆股份有限公司，
类型：发明
国别省市：