本發(fā)明涉及碰撞測(cè)量，尤其涉及一種軌道車輛車鉤碰撞載荷測(cè)量方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、列車碰撞時(shí)易發(fā)生脫軌、爬車等各種失穩(wěn)形態(tài)。車鉤作為連接車體的核心傳力部件，其碰撞時(shí)的載荷傳遞特性對(duì)于鄰接車體的碰撞位姿保持具有重要作用。開展車鉤碰撞試驗(yàn)研究時(shí)，剛性墻碰撞場(chǎng)景中，通過測(cè)力傳感器只能夠測(cè)量縱向碰撞載荷，而橫向、垂向載荷無法直接獲得；對(duì)于線路碰撞場(chǎng)景，車鉤縱向碰撞載荷也無法直接測(cè)量。

2、車鉤碰撞屬于典型的時(shí)序載荷作用過程，作用時(shí)間短（通常≤1s），已有的車鉤載荷反求測(cè)量技術(shù)難以直接適用。例如《組合電橋式的車鉤多元多向載荷測(cè)量系統(tǒng)及解耦方法》（cn201911053546.2）和《考慮縱向加載附加彎矩的車鉤力測(cè)量方法及系統(tǒng)》（cn202111671409.2），通過采集車鉤受力時(shí)的應(yīng)變分布及變化規(guī)律，解算反求車鉤載荷。然而對(duì)于車鉤碰撞場(chǎng)景，對(duì)應(yīng)變數(shù)據(jù)的短時(shí)高精度測(cè)量要求很苛刻，同時(shí)車鉤發(fā)生結(jié)構(gòu)破壞會(huì)對(duì)應(yīng)變測(cè)點(diǎn)、線路造成一定程度的損壞，進(jìn)而影響應(yīng)變數(shù)據(jù)及反求載荷的準(zhǔn)確性。

3、與應(yīng)變測(cè)試?yán)щy較大難以實(shí)現(xiàn)不同，碰撞試驗(yàn)時(shí)通過高速攝影儀拍攝車鉤動(dòng)作視頻、記錄并測(cè)量車鉤的姿態(tài)變化和關(guān)鍵特征點(diǎn)的位移曲線更為可靠且精度更高。因此通過位移響應(yīng)來反求載荷是一種可行的解決思路。車鉤載荷和特征點(diǎn)位移的映射關(guān)系可通過建立對(duì)應(yīng)的有限元仿真模型并解算獲得，即通過調(diào)整車鉤碰撞仿真模型中的載荷輸入，使計(jì)算求得的特征點(diǎn)位移逐漸逼近測(cè)量響應(yīng)。當(dāng)逼近誤差滿足預(yù)設(shè)精度要求時(shí)，即可認(rèn)為此時(shí)的模型載荷輸入為車鉤真實(shí)載荷的近似逼近。

4、另一方面，對(duì)于車鉤碰撞載荷曲線的反求，通常會(huì)造成誤差累計(jì)效應(yīng)，即反求曲線隨時(shí)間逐漸偏離目標(biāo)曲線。鑒于此，本發(fā)明提出一種基于“分段漸進(jìn)，回溯糾錯(cuò)”的車鉤碰撞載荷反求方法，通過將完整的車鉤碰撞過程分段，逐段進(jìn)行載荷反求，并在此過程中根據(jù)預(yù)設(shè)的偏離誤差容限進(jìn)行判別，如誤差過大則回溯至最大偏離時(shí)刻進(jìn)行下一輪反求。通過多次迭代，從而更好的提高車鉤碰撞載荷的識(shí)別精度。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明提供了一種軌道車輛車鉤碰撞載荷測(cè)量方法及系統(tǒng)，以解決現(xiàn)有的鉤碰撞載荷測(cè)量方法存在精度較低的問題。

2、為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明通過如下的技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)：

3、第一方面，本發(fā)明提供一種軌道車輛車鉤碰撞載荷測(cè)量方法，包括：

4、根據(jù)車鉤碰撞試驗(yàn)構(gòu)建車鉤碰撞有限元仿真模型，并確定分段步長(zhǎng)和糾錯(cuò)誤差容限；

5、基于理論經(jīng)驗(yàn)和既往試驗(yàn)獲取車鉤碰撞系統(tǒng)的車鉤載荷特性曲線，并基于所述車鉤載荷特性曲線和所述有限元仿真模型計(jì)算車鉤碰撞系統(tǒng)每個(gè)分段步長(zhǎng)對(duì)應(yīng)的位移響應(yīng)；

6、通過所述位移響應(yīng)確定每個(gè)分段步長(zhǎng)中特征點(diǎn)的計(jì)算位移，基于車鉤碰撞系統(tǒng)的碰撞試驗(yàn)確定每個(gè)分段步長(zhǎng)中特征點(diǎn)的觀測(cè)位移，并基于每個(gè)分段步長(zhǎng)中的計(jì)算位移和觀測(cè)位移計(jì)算每個(gè)分段步長(zhǎng)中的誤差值；

7、將每個(gè)分段步長(zhǎng)中的誤差值與所述糾錯(cuò)誤差容限進(jìn)行對(duì)比，當(dāng)誤差值大于所述糾錯(cuò)誤差容限時(shí)對(duì)該分段步長(zhǎng)中的誤差值進(jìn)行迭代計(jì)算，并基于迭代結(jié)果校正有限元仿真模型；

8、在全部分段步長(zhǎng)中的誤差值均小于等于所述糾錯(cuò)誤差容限時(shí)得到最終校正后的有限元仿真模型，利用最終校正后的有限元仿真模型計(jì)算車鉤碰撞過程中的碰撞載荷。

9、可選的，所述分段步長(zhǎng)為車鉤碰撞試驗(yàn)過程中總時(shí)長(zhǎng)的其中一段，其劃分需求為：

10、依據(jù)車鉤碰撞試驗(yàn)的總時(shí)長(zhǎng)對(duì)其進(jìn)行n等分，其中，n為大于2的正整數(shù)，n等分后的每一段為一個(gè)分段步長(zhǎng)，n個(gè)分段步長(zhǎng)相加為車鉤碰撞試驗(yàn)的總時(shí)長(zhǎng)。

11、可選的，所述基于所述車鉤載荷特性曲線和所述有限元仿真模型計(jì)算車鉤碰撞系統(tǒng)每個(gè)分段步長(zhǎng)對(duì)應(yīng)的位移響應(yīng)，包括：

12、以所述車鉤載荷特性曲線作為初始輸入，計(jì)算車鉤碰撞系統(tǒng)的位移響應(yīng)，其計(jì)算滿足如下關(guān)系式：

13、；

14、式中，m表示車鉤碰撞系統(tǒng)的質(zhì)量特性、c、k分別表示阻尼和剛度特性，f表示外部載荷特性。、以及分別表示車鉤碰撞系統(tǒng)的加速度、速度、位移響應(yīng)。

15、可選的，所述基于每個(gè)分段步長(zhǎng)中的計(jì)算位移和觀測(cè)位移計(jì)算每個(gè)分段步長(zhǎng)中的誤差值，包括：

16、；

17、式中，表示誤差值，為各特征點(diǎn)位移誤差的和，、分別為第 i個(gè)特征點(diǎn)的計(jì)算位移以及觀測(cè)位移。

18、可選的，所述當(dāng)誤差值大于所述糾錯(cuò)誤差容限時(shí)對(duì)該分段步長(zhǎng)中的誤差值進(jìn)行迭代計(jì)算，包括：

19、當(dāng)前分段步長(zhǎng)中的誤差值大于糾錯(cuò)誤差容限時(shí)，對(duì)有限元仿真模型中的阻尼特性和剛度特性進(jìn)行更新，并利用更新后的有限元仿真模型重新計(jì)算該分段步長(zhǎng)對(duì)應(yīng)的位移響應(yīng)，再利用新的位移響應(yīng)計(jì)算新的誤差值，直到該分段步長(zhǎng)中的誤差值小于或等于糾錯(cuò)誤差容限。

20、可選的，所述迭代計(jì)算還包括：

21、當(dāng)某一分段步長(zhǎng)進(jìn)行迭代計(jì)算時(shí)有限元仿真模型中的阻尼特性和剛度特性無法再更新，則判斷當(dāng)前迭代已達(dá)最大迭代次數(shù)；

22、在迭代計(jì)算達(dá)到最大迭代次數(shù)時(shí)，獲取迭代計(jì)算中的所有誤差值進(jìn)行對(duì)比得到最大誤差值，并將最大誤差值出現(xiàn)的時(shí)刻作為起點(diǎn)進(jìn)行下一輪迭代計(jì)算。

23、可選的，所述基于迭代結(jié)果校正有限元仿真模型，包括：

24、按照時(shí)間順序?qū)θ糠侄尾介L(zhǎng)進(jìn)行排序，并依照排序順序依次通過迭代計(jì)算對(duì)有限元仿真模型中的阻尼特性和剛度特性進(jìn)行更新，更新后的有限元仿真模型則為經(jīng)過校正的有限元仿真模型；

25、當(dāng)前一刻的分段步長(zhǎng)在迭代計(jì)算中對(duì)有限元仿真模型進(jìn)行過校正后，相鄰的后一刻分段步長(zhǎng)在進(jìn)行計(jì)算時(shí)采用經(jīng)過前一刻迭代計(jì)算校正后的有限元仿真模型。

26、可選的，所述在全部分段步長(zhǎng)中的誤差值均小于等于所述糾錯(cuò)誤差容限時(shí)得到最終校正后的有限元仿真模型，包括：

27、當(dāng)全部分段步長(zhǎng)中的誤差值經(jīng)過迭代計(jì)算后均小于或等于糾錯(cuò)誤差容許時(shí)，經(jīng)過最后一個(gè)分段步長(zhǎng)迭代計(jì)算校正后的有限元仿真模型為最終校正后的有限元仿真模型。

28、可選的，所述利用最終校正后的有限元仿真模型計(jì)算車鉤碰撞過程中的碰撞載荷，包括：

29、通過最終校正后的有限元仿真模型對(duì)車鉤碰撞過程中的碰撞載荷進(jìn)行計(jì)算，得到最終的碰撞載荷，其計(jì)算式滿足如下關(guān)系式：

30、；

31、式中，m表示車鉤碰撞系統(tǒng)的質(zhì)量特性、cd、kt分別表示經(jīng)過校正更新后的阻尼和剛度特性，f表示外部載荷特性。、以及分別表示車鉤碰撞系統(tǒng)的加速度、速度、位移響應(yīng)。

32、第二方面，本技術(shù)實(shí)施例提供一種軌道車輛車鉤碰撞載荷測(cè)量系統(tǒng)，包括處理器、存儲(chǔ)器；

33、存儲(chǔ)器，用于存放計(jì)算機(jī)程序；

34、處理器，用于執(zhí)行存儲(chǔ)器上所存放的程序時(shí)，實(shí)現(xiàn)第一方面中任一所述的方法步驟。

35、有益效果：

36、本發(fā)明提供的軌道車輛車鉤碰撞載荷測(cè)量方法，根據(jù)車鉤碰撞試驗(yàn)構(gòu)建車鉤碰撞有限元仿真模型，并確定分段步長(zhǎng)和糾錯(cuò)誤差容限；基于理論經(jīng)驗(yàn)和既往試驗(yàn)獲取車鉤碰撞系統(tǒng)的車鉤載荷特性曲線，并基于車鉤載荷特性曲線和有限元仿真模型計(jì)算車鉤碰撞系統(tǒng)的位移響應(yīng)；通過位移響應(yīng)確定車鉤碰撞系統(tǒng)中特征點(diǎn)的計(jì)算位移，基于車鉤碰撞系統(tǒng)的碰撞試驗(yàn)確定特征點(diǎn)的觀測(cè)位移，并基于計(jì)算位移和觀測(cè)位移計(jì)算誤差值；將誤差值與糾錯(cuò)誤差容限進(jìn)行對(duì)比，并基于對(duì)比結(jié)果對(duì)有限元仿真模型進(jìn)行校正，得到校正后的有限元仿真模型；并利用校正后的有限元仿真模型計(jì)算車鉤碰撞過程中的載荷特性曲線，本發(fā)明通過采用基于位移響應(yīng)逼近進(jìn)行載荷反求，相較于應(yīng)變測(cè)量更容易獲得，且可靠性更高，尤其適用于車鉤碰撞場(chǎng)景。

37、進(jìn)一步值得說明的是，本方法采用分段漸進(jìn)反求識(shí)別框架，將整個(gè)碰撞過程離散為多個(gè)階段，每階段反求只針對(duì)其中一段，從而逐步更新模型載荷輸入曲線，提高識(shí)別載荷的精度，并引入回溯糾錯(cuò)機(jī)制，可以有效控制漸進(jìn)迭代過程中的誤差累計(jì)，確保整個(gè)載荷識(shí)別過程的誤差均在容限之內(nèi)。