專利名稱：貨物列車組合動力學仿真裝置及其模擬方法
技術領域：
本發(fā)明涉及模擬/仿真技術，具體是指一種貨物列車組合動力學仿真裝置及其模 擬方法。
背景技術：
發(fā)展重載運輸，大幅度地提高列車質(zhì)量和長度是鐵路擴能提效的一種有效途徑， 是我國鐵路貨運的發(fā)展方向，也是我國國情路況的必然產(chǎn)物。但是，由于列車質(zhì)量增大和長度增加后，整個列車有可能經(jīng)常處于不同的線路縱 斷面及橫斷面下，位于列車不同部位的車輛受到不同力的作用，且由于車鉤間存在間隙，常 會導致車輛的劇烈沖動及相互碰撞而發(fā)生嚴重事故。并且，列車長度增加后，可能需要采用雙機或多機牽引，對司機操縱、機車在列車 中的配置及車鉤緩沖器的強度提出了較高的要求，由于受到制動波速的限制，前后車輛制 動力的作用時間及制動力數(shù)值相差很大，特別在緊急制動的情況下，極易發(fā)生事故；且由于 列車由不同型式的車輛混編、空重車混編，尤其是由裝用不同型式制動裝置的車輛混編時， 問題將更為復雜、更為嚴重。為了避免列車質(zhì)量增大和長度增加后而出現(xiàn)安全事故，必須加強對不同車輛配 置、不同編組、運行工況和線路條件下的貨物列車的組合動力學(模擬計算列車中有多機車 存在時的縱向、垂向和橫向力學)的分析研究。列車組合動力學的研究和一般的牽引計算不 同，需分別考慮列車中各節(jié)車輛上的作用力及其運動規(guī)律；研究中應計入車鉤的間隙、緩沖 器的非線性特性及內(nèi)阻尼，有時還需要考慮所裝貨物與車體間的相互作用，車體與轉向架 間的相互作用?，F(xiàn)有的貨物列車組合動力學仿真裝置及其模擬方法根本無法同時兼顧上述 因素來完成貨物列車組合動力學的分析研究。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術的缺點和不足，提供一種貨物列車組合動力 學仿真裝置，該仿真裝置側重于研究車輛間的相互作用，并以單個機車車輛動力學作為基 礎，通過仿真模擬的方式提供組合動力學仿真計算的環(huán)境，從而實現(xiàn)貨物列車組合動力學 的分析研究。本發(fā)明的另一目的是提供一種基于上述貨物列車組合動力學仿真裝置的模擬方 法。本發(fā)明的目的通過下述技術方案實現(xiàn)貨物列車組合動力學仿真裝置，主要由用 于存儲貨物列車組合動力學仿真程序的存儲器、用于顯示仿真結果并分析組合動力的顯示 裝置、用于輸入外部操作命令的輸入裝置、以及用于貨物列車組合動力學仿真程序計算和 輸出的處理器構成，所述存儲器、顯示裝置、輸入裝置分別與處理器相連。上述處理器優(yōu)先采用雙核CPU，但不局限于雙核CPU，也可根據(jù)實際情況另行選 擇。
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上述存儲器優(yōu)先采用高速硬盤，但不局限于高速硬盤，也可根據(jù)實際情況另行選 擇。上述顯示裝置優(yōu)先采用液晶顯示器，但不局限于液晶顯示器，也可根據(jù)實際情況 另行選擇。上述輸入裝置優(yōu)先采用鼠標，但不局限于鼠標，也可根據(jù)實際情況另行選擇。進一步的，還包括至少一個與處理器相連的網(wǎng)絡通訊模塊，例如最常用的計算機 網(wǎng)卡，通過網(wǎng)絡通訊模塊與外部設備連接，提供操作環(huán)境并向外輸出計算數(shù)據(jù)。再進一步的，還包括與網(wǎng)絡通訊模塊相連的遠程數(shù)據(jù)交換設備，該遠程數(shù)據(jù)交換 設備優(yōu)先采用以太網(wǎng)交換機，但不局限于以太網(wǎng)交換機，也可根據(jù)實際情況另行選擇；所述 遠程數(shù)據(jù)交換設備通過計算機網(wǎng)絡及相關的通訊協(xié)議(如UDP協(xié)議)與網(wǎng)絡通訊模塊連接， 從而實現(xiàn)與處理器進行數(shù)據(jù)傳輸，用于與多個處理器協(xié)作數(shù)據(jù)處理，以提高工作效率、便于 數(shù)據(jù)管理，同時保證了運行的穩(wěn)定性和可靠性。更進一步的，還包括與遠程數(shù)據(jù)交換設備相連的遠程顯示裝置，該遠程顯示裝置 包括投影儀和數(shù)字液晶電視等，且能實現(xiàn)與遠程數(shù)據(jù)交換設備進行數(shù)據(jù)傳輸，從而實現(xiàn)與 處理器之間進行數(shù)據(jù)傳輸，最終可對列車司機的操作狀態(tài)進行實時顯示，從而起到觀摩的 作用，為不同的觀摩者、教員和學員等提供分布式顯示。本發(fā)明涉及的仿真裝置還包括至少一個與處理器相連的供電模塊，供電模塊用于 向整個仿真裝置供電。基于上述貨物列車組合動力學仿真裝置的模擬方法，包括以下步驟
(a)存儲器內(nèi)存儲的貨物列車組合動力學仿真程序通過處理器進行處理后，在顯示裝 置上顯示不同的列車工況；
(b)列車司機根據(jù)顯示裝置上顯示的不同列車工況，通過輸入裝置輸入外部操作命令 至處理器；
(c)處理器根據(jù)列車工況和外部操作命令的變化，分別計算分析出列車的合力、車鉤 力、速度和加速度；
(d)計算分析出的合力、車鉤力、速度和加速度通過顯示裝置進行實時顯示，通過顯示 結果為培訓和考核列車司機提供依據(jù)，也為貨物列車組合動力學的科學分析提供依據(jù)。進一步的，所述列車工況包括對列車進行不同編組的情況、以及采用不同車鉤緩 沖器的情況；處理器根據(jù)該列車工況和外部操作命令的不同，分別計算分析出緩沖器特性， 并通過顯示裝置進行實時顯示。更進一步的，所述列車工況包括對列車進行不同編組的情況、以及采用不同列車 型號的情況；處理器根據(jù)該列車工況和外部操作命令的不同，分別計算分析出列車牽引質(zhì) 量、列車空氣管路特性、列車制動時間和緩沖時間，并通過顯示裝置進行實時顯示。上述處理器計算分析出的結果均以圖形方式或數(shù)值方式通過顯示裝置進行實時顯不。上述列車司機通過輸入裝置輸入的外部操作命令包括根據(jù)顯示裝置上顯示的不 同列車工況，采取的不同牽引電制級位的操作指令。綜上所述，本發(fā)明具有以下優(yōu)點
(1)本發(fā)明通過模擬仿真的方式為貨物列車組合動力學仿真提供支持，無需在實際的線路上冒很大的風險，并花費巨額費用對空氣制動系統(tǒng)進行測試和驗證，大大降低了組合 動力學測試和驗證的成本，并提高了工作效率，減少了該項工作的難度系數(shù)；
(2)本發(fā)明還能通過顯示裝置將列車司機的操作狀態(tài)進行實時顯示，為培訓和考核列 車司機提供了依據(jù)，也為貨物列車空氣制動系統(tǒng)的科學分析提供了依據(jù)；
(3)本發(fā)明在實際的列車模擬駕駛仿真技術中得到了很好的應用。由于其對現(xiàn)實中列 車空氣制動系統(tǒng)的準確仿真，同時也由于貨物列車空氣制動系統(tǒng)通過了真實列車上司機操 縱數(shù)據(jù)的驗證，獲得了實際使用者的廣泛好評。
圖1為本發(fā)明實施例1的結構示意圖； 圖2為本發(fā)明實施例2的結構示意圖3為實施例2中多個貨物列車組合動力學仿真裝置之間進行協(xié)作數(shù)據(jù)處理的示意
圖4為本發(fā)明實施例3的結構示意圖。
具體實施例方式下面結合實施例及附圖，對本發(fā)明作進一步的詳細說明，但本發(fā)明的實施方式不 僅限于此。實施例1
如圖1所示，本發(fā)明涉及的貨物列車組合動力學仿真裝置主要由處理器、以及分別與 處理器相連的存儲器、顯示裝置和輸入裝置構成。處理器采用雙核CPU，其用于計算存儲器內(nèi)存儲的貨物列車空氣制動系統(tǒng)仿真程 序，并向顯示裝置輸出繪制的界面和圖像等。存儲器采用高速硬盤，其用于存儲貨物列車空氣制動系統(tǒng)仿真程序。顯示裝置采用液晶顯示器，其用于顯示仿真結果并分析空氣制動力。輸入裝置采用鼠標，其用于列車司機輸入外部操作命令至處理器。本發(fā)明還涉及一種基于上述貨物列車組合動力學仿真裝置的模擬方法，包括以下 步驟
(a)存儲器內(nèi)存儲的貨物列車組合動力學仿真程序通過處理器進行處理后，在顯示裝 置上顯示不同的列車工況；
(b)列車司機根據(jù)顯示裝置上顯示的不同列車工況，通過輸入裝置輸入外部操作命令 至處理器；
(c)處理器根據(jù)列車工況和外部操作命令的變化，分別計算分析出列車的合力、車鉤 力、速度和加速度；
(d)計算分析出的列車合力、車鉤力、速度和加速度以圖形方式或數(shù)值方式通過顯示裝 置進行實時顯示，通過顯示結果為培訓和考核列車司機提供依據(jù)，也為貨物列車組合動力 學的科學分析提供依據(jù)。由于貨物列車組合動力不僅與輪軌相互作用、系統(tǒng)的彈性特性等因素有關，其還 與線路縱橫斷面、列車編組及機車配置、牽引、制動、列車操縱等有十分緊密的關系。為了進一步研究貨物列車組合動力，本發(fā)明涉及的模擬方法還針對列車的不同編組數(shù)量、以及采 用不同車鉤緩沖器的情況進行了模擬；處理器根據(jù)該列車工況和外部操作命令的不同，分 別計算分析出緩沖器特性，并以圖形方式或數(shù)字方式通過顯示裝置進行實時顯示；不僅如 此，本發(fā)明還針對列車的不同編組數(shù)量、以及采用不同列車型號的情況也進行了模擬；處理 器根據(jù)該列車工況和外部操作命令的不同，分別計算分析出列車牽引質(zhì)量、列車空氣管路 特性、列車制動時間和緩沖時間，并以圖形方式或數(shù)字方式通過顯示裝置進行實時顯示。實施例2
本實施例與實施例1不同之處在于，如圖2所示，本實施例還包括一個與處理器相連的 網(wǎng)絡通訊模塊和供電模塊；供電模塊用于向整個仿真裝置供電；網(wǎng)絡通訊模塊用于與外部 設備連接，提供操作環(huán)境并向外輸出計算數(shù)據(jù)，本實施例還設置有與網(wǎng)絡通訊模塊相連的 遠程數(shù)據(jù)交換設備，遠程數(shù)據(jù)交換設備采用以太網(wǎng)交換機；該遠程數(shù)據(jù)交換設備通過計算 機網(wǎng)絡及相關的通訊協(xié)議(如UDP協(xié)議)與網(wǎng)絡通訊模塊連接，從而實現(xiàn)與處理器進行數(shù)據(jù) 傳輸，進而實現(xiàn)了多個貨物列車組合動力學仿真裝置之間的協(xié)作數(shù)據(jù)處理；例如圖3所示， 可實現(xiàn)若干個學員使用的貨物列車組合動力學仿真裝置與同一個教員使用的貨物列車組 合動力學仿真裝置之間的數(shù)據(jù)交換。因此提高了培訓效率，便于數(shù)據(jù)管理，同時保證了運行 的穩(wěn)定性和可靠性。本實施例的其他部分與實施例1相同，在此不再贅述。實施例3
本實施例與實施例2不同之處在于，如圖4所示，本實施例還包括一個與遠程數(shù)據(jù)交換 設備相連的遠程顯示裝置，該遠程顯示裝置包括投影儀和數(shù)字液晶電視等，且能實現(xiàn)與遠 程數(shù)據(jù)交換設備進行數(shù)據(jù)傳輸，從而實現(xiàn)與處理器之間進行數(shù)據(jù)傳輸，最終可對列車司機 的操作狀態(tài)進行實時顯示，從而起到觀摩的作用，為不同的觀摩者、教員和學員等提供分布
式顯不。本實施例的其他部分與實施例2相同，在此不再贅述。如上所述，便可較好的實現(xiàn)本發(fā)明。
權利要求
1.貨物列車組合動力學仿真裝置，其特征在于，主要由用于存儲貨物列車組合動力學 仿真程序的存儲器、用于顯示仿真結果并分析組合動力的顯示裝置、用于輸入外部操作命 令的輸入裝置、以及用于貨物列車組合動力學仿真程序計算和輸出的處理器構成，所述存 儲器、顯示裝置、輸入裝置分別與處理器相連。
2.根據(jù)權利要求1所述的貨物列車組合動力學仿真裝置，其特征在于，還包括至少一 個與處理器相連的網(wǎng)絡通訊模塊。
3.根據(jù)權利要求2所述的貨物列車組合動力學仿真裝置，其特征在于，還包括與網(wǎng)絡 通訊模塊相連的遠程數(shù)據(jù)交換設備。
4.根據(jù)權利要求3所述的貨物列車組合動力學仿真裝置，其特征在于，所述遠程數(shù)據(jù) 交換設備為以太網(wǎng)交換機。
5.根據(jù)權利要求3或4所述的貨物列車組合動力學仿真裝置，其特征在于，還包括與遠 程數(shù)據(jù)交換設備相連的遠程顯示裝置。
6.根據(jù)權利要求1所述的貨物列車組合動力學仿真裝置，其特征在于，還包括至少一 個與處理器相連的供電模塊。
7.貨物列車組合動力學仿真裝置的模擬方法，其特征在于，包括以下步驟(a)存儲器內(nèi)存儲的貨物列車組合動力學仿真程序通過處理器進行處理后，在顯示裝 置上顯示不同的列車工況；(b)列車司機根據(jù)顯示裝置上顯示的不同列車工況，通過輸入裝置輸入外部操作命令 至處理器；(c)處理器根據(jù)列車工況和外部操作命令的變化，分別計算分析出列車的合力、車鉤 力、速度和加速度；(d)計算分析出的合力、車鉤力、速度和加速度通過顯示裝置進行實時顯示，通過顯示 結果為培訓和考核列車司機提供依據(jù)，也為貨物列車組合動力學的科學分析提供依據(jù)。
8.根據(jù)權利要求7所述的貨物列車組合動力學仿真裝置的模擬方法，其特征在于，所 述列車工況包括對列車進行不同編組的情況、以及采用不同車鉤緩沖器的情況；處理器根 據(jù)該列車工況和外部操作命令的不同，分別計算分析出緩沖器特性，并通過顯示裝置進行 實時顯示。
9.根據(jù)權利要求7所述的貨物列車組合動力學仿真裝置的模擬方法，其特征在于，所 述列車工況包括對列車進行不同編組的情況、以及采用不同列車型號的情況；處理器根據(jù) 該列車工況和外部操作命令的不同，分別計算分析出列車牽引質(zhì)量、列車空氣管路特性、列 車制動時間和緩沖時間，并通過顯示裝置進行實時顯示。
10.根據(jù)權利要求7、8或9所述的貨物列車組合動力學仿真裝置的模擬方法，其特征在 于，處理器計算分析出的結果均以圖形方式或數(shù)值方式通過顯示裝置進行實時顯示。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種貨物列車組合動力學仿真裝置。該貨物列車組合動力學仿真裝置主要由用于存儲貨物列車組合動力學仿真程序的存儲器、用于顯示仿真結果并分析組合動力的顯示裝置、用于輸入外部操作命令的輸入裝置、以及用于貨物列車組合動力學仿真程序計算和輸出的處理器構成，所述存儲器、顯示裝置、輸入裝置分別與處理器相連。本發(fā)明還公開了一種基于上述貨物列車組合動力學仿真裝置的模擬方法。本發(fā)明公開的貨物列車組合動力學仿真裝置及其模擬方法能通過模擬方式提供貨物列車組合動力學仿真計算的環(huán)境，從而計算和分析貨物列車的組合動力學。
文檔編號G05B17/02GK102109824SQ20111000110
公開日2011年6月29日 申請日期2011年1月5日 優(yōu)先權日2011年1月5日
發(fā)明者何鴻云, 朱金陵, 陳懇 申請人:成都運達軌道交通設備有限公司