一种列车运动仿真系统技术方案

本发明专利技术提供了一种列车运动仿真系统，该系统所使用的模型包括牵引系统模型、制动系统模型、基本阻力系统模型、线路系统模型和运动学物理模型，由于这些模型对影响列车运动状态的内部和外部因素进行了透彻分析，因此使得牵引系统仿真模块、制动系统仿真模块、运动物理学仿真模块、基本阻力系统仿真模块、线路系统仿真模块以及运动学物理仿真模块根据相应的仿真模型仿真出的结果更加接近真实的列车状态，更加接近工程化应用的要求。此外，该系统中还增加了列车控制器模型并增加了相应的列车控制器仿真模块，实现对控制器控制列车的仿真模拟，这使得该系统对列车运行的仿真模拟更加的接近真实列车状态，更加智能，更加接近工程化应用的要求。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及城轨列车
，尤其涉及一种列车运动仿真系统。
技术介绍
近年来，随着无线通信技术和安全计算机技术发展的支撑，城轨信号系统朝着更加综合化、更加高效和更自动化的方向发展。为保障城轨信号系统的研发和改进，一个能运行在通用计算机上的纯软件、精确程度和性能能够接近实用水平的列车运行及控制模型不仅是基础同时也是推动力，它使得ATS、ATO、ATP等子系统的功能开发更加快捷和方便。城轨列车的运行环境相当复杂，列车在运行过程中的受力情况如图1所示，除了受到电机的牵引力和制动力外，还受到其他因素的影响，如列车运动过程中迎面的空气阻力，列车车轨与轨道之间的摩擦力，轮轴之间的滑动摩擦阻力，线路坡度导致的列车自身重力以及列车牵引系统、制动系统对控制命令的响应延迟等。目前，列车运动仿真系统中所使用的列车运动模型都较为简单，仅仅从电机的牵引力和滑橇的摩擦制动力的角度考虑了列车的运动特性，而没有从列车内部因素本身出发寻找影响列车运动特性的原因，因此无法满足工程化应用的要求。此外，目前列车运动仿真系统所使用的列车运动模型多为单一的物理运动模型，因此，系统仅仅是模拟仿真出列车的运动状态和轨迹，不涉及列车控制策略和控制目标要求。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提供了一种列车运动仿真系统，用以解决现有的仿真系统所使用的模型简单，仅从列车电机的牵引力和滑橇的摩擦制动力，而没从列车内部因素的角度考虑列车运动特性，从而无法满足工程化应用要求的问题。技术方案如下:一种列车运动仿真系统，包括:数据库模块、配置界面模块和仿真模块；所述数据库模块包括:模型库和参数库；所述模型库包括:制动系统模型、牵引系统模型、基本阻力系统模型、线路系统模型和运动学物理模型；所述参数库包括:制动系统模型、牵引系统模型、基本阻力系统模型、线路系统模型和运动学物理模型所需要的输入参数；所述配置界面模块，用于通过界面接受用户从所述模型库中选择模型；还用于通过界面接受用户从所述参数库中选择模型所需要的输入参数；所述仿真模块包括:制动系统仿真模快、牵引系统仿真模块、基本阻力系统仿真模块、线路系统仿真模块和运动学物理仿真模块；所述制动系统仿真模块，用于根据所述制动系统模型、所述制动系统模型的输入参数和制动系统的特性曲线对列车制动系统的制动力输出特性进行仿真模拟；所述牵引系统仿真模块，用于根据所述牵引系统模型、所述牵引系统模型的输入参数和牵引电机的特性曲线对列车牵引系统的牵引力输出特性进行仿真模拟；所述基本阻力系统仿真模块，用于根据所述基本阻力系统模型、所述基本阻力系统模型的输入参数仿真模拟出列车在运动过程的基本阻力，并输出基本阻力的大小信息；所述线路系统仿真模块，用于根据所述线路系统模型、所述线路系统模型的输入参数和线路的基本信息仿真模拟列车运行过程中的线路状况信息，并计算出当前位置坡道加算千分数；所述运动学物理仿真模块，用于综合制动系统仿真模块输出的制动力、牵引系统仿真模块输出的牵引力、基本阻力系统仿真模块输出的基本阻力以及线路系统仿真模块输出的线路状况信息，根据运动物理学模型仿真模拟出列车的加速度输出特性，并根据加速度获取列车的速度和位置信息；所述基本阻力系统模型的输入参数还包括所述运动学物理仿真模块反馈的列车速度；所述线路系统模型的输入参数还包括所述运动学物理仿真模块反馈的列车位置。所述制动系统仿真模块包括电制动系统仿真模块和/或机械制动系统仿真模块，所述制动系统仿真模型包括电制动系统模型和/或机械制动系统模型，所述制动系统仿真模块输出的制动力包括电制动力和/或机械制动力；所述电制动系统模型的输入参数为列车速度、励磁电流、黏着系数、制动电流、制动电阻和电机个数，所述制动系统的特性曲线为电制动特性曲线，所述电电制动系统仿真模块输出电制动力；所述机械制动系统模型的输入参数为黏着系数、闸瓦压力和摩擦系数，所述制动系统的特性曲线为空气制动特性曲线，所述机械制动系统仿真模块输出机械制动力。所述牵引系统模型的输入参数为黏着系数、牵引电流、电机转矩常数、动轮直径、电机个数、磁通量、牵引电机效率和齿轮传动效率。所述线路系统仿真模块包括:坡度阻力仿真模块、曲线阻力仿真模块和/或隧道阻力仿真模块；所述线路系统模型包括:坡度阻力模型、曲线阻力模型和/或隧道阻力模型；所述坡度阻力仿真模块根据坡度阻力模型输出单位坡道阻力，所述曲线阻力仿真模块根据曲线阻力模型输出单位曲线阻力，所述隧道阻力仿真模块根据隧道阻力模型输出单位隧道阻力；所述线路系统仿真模块根据坡度阻力模型、曲线阻力模型和/或隧道阻力模型输出单位加算坡道阻力，所述单位加算坡道阻力为单位坡道阻力、单位曲线阻力、单位隧道阻力中的任意一个或任意组合的和。所述基本阻力系统仿真模块的输入参数为列车的速度和列车换算质量，所述基本阻力仿真模块根据所述列车的速度、列车换算质量和基本阻力系统模型输出基本阻力。所述数据库的模型库中还包括运行控制器模型，所述数据库的参数库中还包括所述运行控制器模型的输入参数；所述仿真模块还包括运行控制器仿真模块、逻辑处理模块；所述运行控制器仿真模块的输出信息经过逻辑处理模块处理后送入制动系统仿真模块和牵引系统仿真模块，控制制动力和牵引力的大小；所述运行控制器仿真模块，用于根据所述运行控制器模型、所述运行控制器模型的输入参数、列车控制要求和所述运动学物理仿真模块反馈的列车的速度和位置信息仿真模拟出控制器控制列车运行的控制信号输出，控制列车的运行状态和运行轨迹。所述列车的控制要求包括:安全性要求、舒适度要求、准时性要求和停车准确性要求。本专利技术提供的列车运动仿真系统中所使用的模型包括了牵引系统模型、制动系统模型、基本阻力系统模型、线路系统模型、运动学物理模型，由于这些模型对影响列车运动状态的内部和外部因素进行了透彻分析，因此使得牵引系统仿真模块、制动系统仿真模块、运动物理学仿真模块、基本阻力系统仿真模块、线路系统仿真模块以及运动学物理仿真模块根据相应模型仿真出的结果更加接近真实的列车状态，更加接近工程化应用的要求。此夕卜，该系统中还增加了列车控制器模型并增加了相应的列车控制器仿真模块，实现对控制器控制列车的仿真模拟，这使得该系统对列车运行的仿真模拟更加的接近真实列车状态，更加智能，更加接近工程化应用的要求。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术实施例一提供的列车在运行过程中的受力情况示意图；图2为本专利技术实施例一提供的列车运动仿真系统的仿真模块示意图；图3为本专利技术实施例一提供的列车运动仿真系统的电制动系统模型示意图；图4为本专利技术实施例一提供的列车运动仿真系统的机械制动系统模型示意图；图5为本专利技术实施例一提供的列车运动仿真系统的牵引系统模型示意图；图6为本专利技术实施例一提供的列车运动仿真系统的基本阻力系统模型示意图；图7为本专利技术实施例一提供的列车运动仿真系统的运动学物理模型示意图；图8为本专利技术实施例二提供的列车运动仿真系统的仿真模块示意图；图9为本专利技术实施例二提供的列车运行控制模式示意本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种列车运动仿真系统，其特征在于，包括：数据库模块、配置界面模块和仿真模块；所述数据库模块包括：模型库和参数库；所述模型库包括：制动系统模型、牵引系统模型、基本阻力系统模型、线路系统模型和运动学物理模型；所述参数库包括：制动系统模型、牵引系统模型、基本阻力系统模型、线路系统模型和运动学物理模型所需要的输入参数；所述配置界面模块，用于通过界面接受用户从所述模型库中选择模型；还用于通过界面接受用户从所述参数库中选择模型所需要的输入参数；所述仿真模块包括：制动系统仿真模块、牵引系统仿真模块、基本阻力系统仿真模块、线路系统仿真模块和运动学物理仿真模块；所述制动系统仿真模块，用于根据所述制动系统模型、所述制动系统模型的输入参数和制动系统的特性曲线对列车制动系统的制动力输出特性进行仿真模拟；所述牵引系统仿真模块，用于根据所述牵引系统模型、所述牵引系统模型的输入参数和牵引电机的特性曲线对列车牵引系统的牵引力输出特性进行仿真模拟；所述基本阻力系统仿真模块，用于根据所述基本阻力系统模型、所述基本阻力系统模型的输入参数仿真模拟出列车在运动过程的基本阻力，并输出基本阻力的大小信息；所述线路系统仿真模块，用于根据所述线路系统模型、所述线路系统模型的输入参数和线路的基本信息仿真模拟列车运行过程中的线路状况信息，并计算出当前位置坡道加算千分数；所述运动学物理仿真模块，用于综合制动系统仿真模块输出的制动力、牵引系统仿真模块输出的牵引力、基本阻力系统仿真模块输出的基本阻力以 及线路系统仿真模块输出的线路状况信息，根据运动物理学模型仿真模拟出列车的加速度输出特性，并根据加速度获取列车的速度和位置；所述基本阻力系统模型的输入参数还包括所述运动学物理仿真模块反馈的列车速度；所述线路系统模型的输入参数还包括所述运动学物理仿真模块反馈的列车位置。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：刘亮，黎邓根，
申请(专利权)人：北京南车时代信息技术有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11