[发明专利]一种列车运动仿真系统

说明书

技术领域

本发明涉及城轨列车技术领域，尤其涉及一种列车运动仿真系统。

背景技术

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。

发明内容

有鉴于此，本发明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；