专利名称：货物列车组合动力学仿真装置及其模拟方法
技术领域：
本发明涉及模拟/仿真技术，具体是指一种货物列车组合动力学仿真装置及其模 拟方法。
背景技术：
发展重载运输，大幅度地提高列车质量和长度是铁路扩能提效的一种有效途径， 是我国铁路货运的发展方向，也是我国国情路况的必然产物。但是，由于列车质量增大和长度增加后，整个列车有可能经常处于不同的线路纵 断面及横断面下，位于列车不同部位的车辆受到不同力的作用，且由于车钩间存在间隙，常 会导致车辆的剧烈冲动及相互碰撞而发生严重事故。并且，列车长度增加后，可能需要采用双机或多机牵引，对司机操纵、机车在列车 中的配置及车钩缓冲器的强度提出了较高的要求，由于受到制动波速的限制，前后车辆制 动力的作用时间及制动力数值相差很大，特别在紧急制动的情况下，极易发生事故；且由于 列车由不同型式的车辆混编、空重车混编，尤其是由装用不同型式制动装置的车辆混编时， 问题将更为复杂、更为严重。为了避免列车质量增大和长度增加后而出现安全事故，必须加强对不同车辆配 置、不同编组、运行工况和线路条件下的货物列车的组合动力学(模拟计算列车中有多机车 存在时的纵向、垂向和横向力学)的分析研究。列车组合动力学的研究和一般的牵引计算不 同，需分别考虑列车中各节车辆上的作用力及其运动规律；研究中应计入车钩的间隙、缓冲 器的非线性特性及内阻尼，有时还需要考虑所装货物与车体间的相互作用，车体与转向架 间的相互作用。现有的货物列车组合动力学仿真装置及其模拟方法根本无法同时兼顾上述 因素来完成货物列车组合动力学的分析研究。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点和不足，提供一种货物列车组合动力 学仿真装置，该仿真装置侧重于研究车辆间的相互作用，并以单个机车车辆动力学作为基 础，通过仿真模拟的方式提供组合动力学仿真计算的环境，从而实现货物列车组合动力学 的分析研究。本发明的另一目的是提供一种基于上述货物列车组合动力学仿真装置的模拟方 法。本发明的目的通过下述技术方案实现货物列车组合动力学仿真装置，主要由用 于存储货物列车组合动力学仿真程序的存储器、用于显示仿真结果并分析组合动力的显示 装置、用于输入外部操作命令的输入装置、以及用于货物列车组合动力学仿真程序计算和 输出的处理器构成，所述存储器、显示装置、输入装置分别与处理器相连。上述处理器优先采用双核CPU，但不局限于双核CPU，也可根据实际情况另行选 择。
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上述存储器优先采用高速硬盘，但不局限于高速硬盘，也可根据实际情况另行选 择。上述显示装置优先采用液晶显示器，但不局限于液晶显示器，也可根据实际情况 另行选择。上述输入装置优先采用鼠标，但不局限于鼠标，也可根据实际情况另行选择。进一步的，还包括至少一个与处理器相连的网络通讯模块，例如最常用的计算机 网卡，通过网络通讯模块与外部设备连接，提供操作环境并向外输出计算数据。再进一步的，还包括与网络通讯模块相连的远程数据交换设备，该远程数据交换 设备优先采用以太网交换机，但不局限于以太网交换机，也可根据实际情况另行选择；所述 远程数据交换设备通过计算机网络及相关的通讯协议(如UDP协议)与网络通讯模块连接， 从而实现与处理器进行数据传输，用于与多个处理器协作数据处理，以提高工作效率、便于 数据管理，同时保证了运行的稳定性和可靠性。更进一步的，还包括与远程数据交换设备相连的远程显示装置，该远程显示装置 包括投影仪和数字液晶电视等，且能实现与远程数据交换设备进行数据传输，从而实现与 处理器之间进行数据传输，最终可对列车司机的操作状态进行实时显示，从而起到观摩的 作用，为不同的观摩者、教员和学员等提供分布式显示。本发明涉及的仿真装置还包括至少一个与处理器相连的供电模块，供电模块用于 向整个仿真装置供电。基于上述货物列车组合动力学仿真装置的模拟方法，包括以下步骤
(a)存储器内存储的货物列车组合动力学仿真程序通过处理器进行处理后，在显示装 置上显示不同的列车工况；
(b)列车司机根据显示装置上显示的不同列车工况，通过输入装置输入外部操作命令 至处理器；
(c)处理器根据列车工况和外部操作命令的变化，分别计算分析出列车的合力、车钩 力、速度和加速度；
(d)计算分析出的合力、车钩力、速度和加速度通过显示装置进行实时显示，通过显示 结果为培训和考核列车司机提供依据，也为货物列车组合动力学的科学分析提供依据。进一步的，所述列车工况包括对列车进行不同编组的情况、以及采用不同车钩缓 冲器的情况；处理器根据该列车工况和外部操作命令的不同，分别计算分析出缓冲器特性， 并通过显示装置进行实时显示。更进一步的，所述列车工况包括对列车进行不同编组的情况、以及采用不同列车 型号的情况；处理器根据该列车工况和外部操作命令的不同，分别计算分析出列车牵引质 量、列车空气管路特性、列车制动时间和缓冲时间，并通过显示装置进行实时显示。上述处理器计算分析出的结果均以图形方式或数值方式通过显示装置进行实时显不。上述列车司机通过输入装置输入的外部操作命令包括根据显示装置上显示的不 同列车工况，采取的不同牵引电制级位的操作指令。综上所述，本发明具有以下优点
(1)本发明通过模拟仿真的方式为货物列车组合动力学仿真提供支持，无需在实际的线路上冒很大的风险，并花费巨额费用对空气制动系统进行测试和验证，大大降低了组合 动力学测试和验证的成本，并提高了工作效率，减少了该项工作的难度系数；
(2)本发明还能通过显示装置将列车司机的操作状态进行实时显示，为培训和考核列 车司机提供了依据，也为货物列车空气制动系统的科学分析提供了依据；
(3)本发明在实际的列车模拟驾驶仿真技术中得到了很好的应用。由于其对现实中列 车空气制动系统的准确仿真，同时也由于货物列车空气制动系统通过了真实列车上司机操 纵数据的验证，获得了实际使用者的广泛好评。
图1为本发明实施例1的结构示意图； 图2为本发明实施例2的结构示意图3为实施例2中多个货物列车组合动力学仿真装置之间进行协作数据处理的示意
图4为本发明实施例3的结构示意图。
具体实施例方式下面结合实施例及附图，对本发明作进一步的详细说明，但本发明的实施方式不 仅限于此。实施例1
如图1所示，本发明涉及的货物列车组合动力学仿真装置主要由处理器、以及分别与 处理器相连的存储器、显示装置和输入装置构成。处理器采用双核CPU，其用于计算存储器内存储的货物列车空气制动系统仿真程 序，并向显示装置输出绘制的界面和图像等。存储器采用高速硬盘，其用于存储货物列车空气制动系统仿真程序。显示装置采用液晶显示器，其用于显示仿真结果并分析空气制动力。输入装置采用鼠标，其用于列车司机输入外部操作命令至处理器。本发明还涉及一种基于上述货物列车组合动力学仿真装置的模拟方法，包括以下 步骤
(a)存储器内存储的货物列车组合动力学仿真程序通过处理器进行处理后，在显示装 置上显示不同的列车工况；
(b)列车司机根据显示装置上显示的不同列车工况，通过输入装置输入外部操作命令 至处理器；
(c)处理器根据列车工况和外部操作命令的变化，分别计算分析出列车的合力、车钩 力、速度和加速度；
(d)计算分析出的列车合力、车钩力、速度和加速度以图形方式或数值方式通过显示装 置进行实时显示，通过显示结果为培训和考核列车司机提供依据，也为货物列车组合动力 学的科学分析提供依据。由于货物列车组合动力不仅与轮轨相互作用、系统的弹性特性等因素有关，其还 与线路纵横断面、列车编组及机车配置、牵引、制动、列车操纵等有十分紧密的关系。为了进一步研究货物列车组合动力，本发明涉及的模拟方法还针对列车的不同编组数量、以及采 用不同车钩缓冲器的情况进行了模拟；处理器根据该列车工况和外部操作命令的不同，分 别计算分析出缓冲器特性，并以图形方式或数字方式通过显示装置进行实时显示；不仅如 此，本发明还针对列车的不同编组数量、以及采用不同列车型号的情况也进行了模拟；处理 器根据该列车工况和外部操作命令的不同，分别计算分析出列车牵引质量、列车空气管路 特性、列车制动时间和缓冲时间，并以图形方式或数字方式通过显示装置进行实时显示。实施例2
本实施例与实施例1不同之处在于，如图2所示，本实施例还包括一个与处理器相连的 网络通讯模块和供电模块；供电模块用于向整个仿真装置供电；网络通讯模块用于与外部 设备连接，提供操作环境并向外输出计算数据，本实施例还设置有与网络通讯模块相连的 远程数据交换设备，远程数据交换设备采用以太网交换机；该远程数据交换设备通过计算 机网络及相关的通讯协议(如UDP协议)与网络通讯模块连接，从而实现与处理器进行数据 传输，进而实现了多个货物列车组合动力学仿真装置之间的协作数据处理；例如图3所示， 可实现若干个学员使用的货物列车组合动力学仿真装置与同一个教员使用的货物列车组 合动力学仿真装置之间的数据交换。因此提高了培训效率，便于数据管理，同时保证了运行 的稳定性和可靠性。本实施例的其他部分与实施例1相同，在此不再赘述。实施例3
本实施例与实施例2不同之处在于，如图4所示，本实施例还包括一个与远程数据交换 设备相连的远程显示装置，该远程显示装置包括投影仪和数字液晶电视等，且能实现与远 程数据交换设备进行数据传输，从而实现与处理器之间进行数据传输，最终可对列车司机 的操作状态进行实时显示，从而起到观摩的作用，为不同的观摩者、教员和学员等提供分布
式显不。本实施例的其他部分与实施例2相同，在此不再赘述。如上所述，便可较好的实现本发明。
权利要求
1.货物列车组合动力学仿真装置，其特征在于，主要由用于存储货物列车组合动力学 仿真程序的存储器、用于显示仿真结果并分析组合动力的显示装置、用于输入外部操作命 令的输入装置、以及用于货物列车组合动力学仿真程序计算和输出的处理器构成，所述存 储器、显示装置、输入装置分别与处理器相连。
2.根据权利要求1所述的货物列车组合动力学仿真装置，其特征在于，还包括至少一 个与处理器相连的网络通讯模块。
3.根据权利要求2所述的货物列车组合动力学仿真装置，其特征在于，还包括与网络 通讯模块相连的远程数据交换设备。
4.根据权利要求3所述的货物列车组合动力学仿真装置，其特征在于，所述远程数据 交换设备为以太网交换机。
5.根据权利要求3或4所述的货物列车组合动力学仿真装置，其特征在于，还包括与远 程数据交换设备相连的远程显示装置。
6.根据权利要求1所述的货物列车组合动力学仿真装置，其特征在于，还包括至少一 个与处理器相连的供电模块。
7.货物列车组合动力学仿真装置的模拟方法，其特征在于，包括以下步骤(a)存储器内存储的货物列车组合动力学仿真程序通过处理器进行处理后，在显示装 置上显示不同的列车工况；(b)列车司机根据显示装置上显示的不同列车工况，通过输入装置输入外部操作命令 至处理器；(c)处理器根据列车工况和外部操作命令的变化，分别计算分析出列车的合力、车钩 力、速度和加速度；(d)计算分析出的合力、车钩力、速度和加速度通过显示装置进行实时显示，通过显示 结果为培训和考核列车司机提供依据，也为货物列车组合动力学的科学分析提供依据。
8.根据权利要求7所述的货物列车组合动力学仿真装置的模拟方法，其特征在于，所 述列车工况包括对列车进行不同编组的情况、以及采用不同车钩缓冲器的情况；处理器根 据该列车工况和外部操作命令的不同，分别计算分析出缓冲器特性，并通过显示装置进行 实时显示。
9.根据权利要求7所述的货物列车组合动力学仿真装置的模拟方法，其特征在于，所 述列车工况包括对列车进行不同编组的情况、以及采用不同列车型号的情况；处理器根据 该列车工况和外部操作命令的不同，分别计算分析出列车牵引质量、列车空气管路特性、列 车制动时间和缓冲时间，并通过显示装置进行实时显示。
10.根据权利要求7、8或9所述的货物列车组合动力学仿真装置的模拟方法，其特征在 于，处理器计算分析出的结果均以图形方式或数值方式通过显示装置进行实时显示。
全文摘要
本发明公开了一种货物列车组合动力学仿真装置。该货物列车组合动力学仿真装置主要由用于存储货物列车组合动力学仿真程序的存储器、用于显示仿真结果并分析组合动力的显示装置、用于输入外部操作命令的输入装置、以及用于货物列车组合动力学仿真程序计算和输出的处理器构成，所述存储器、显示装置、输入装置分别与处理器相连。本发明还公开了一种基于上述货物列车组合动力学仿真装置的模拟方法。本发明公开的货物列车组合动力学仿真装置及其模拟方法能通过模拟方式提供货物列车组合动力学仿真计算的环境，从而计算和分析货物列车的组合动力学。
文档编号G05B17/02GK102109824SQ20111000110
公开日2011年6月29日 申请日期2011年1月5日 优先权日2011年1月5日
发明者何鸿云, 朱金陵, 陈恳 申请人:成都运达轨道交通设备有限公司