移动式数控模型车的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及高速车辆模拟系统技术领域，具体涉及一种移动式数控模型车。
【背景技术】
[0002]当车辆高速运行时，由于轨道不平顺或者道路不平顺等原因致使车辆产生竖向及水平振动，这种振动对行车安全、旅客舒适性，建筑结构安全以及周围环境将产生严重影响，诸如加剧车辆振动，可能引起车辆脱轨、倾覆、降低旅客舒适性、对周边建筑物产生影响等。因此，对交通振动的分析研宄势在必行。但由于很多情况下，现场试验条件复杂，试验费用很大，因此需要一种能够很好地模拟实际运行车辆对下部结构动力激励作用的模型车来进行室内模型试验研宄，从而替代现场试验。而现有的模型车或是本身不具有动力牵引系统和控制系统，试验时需要靠其他牵引设备辅助进行运行；或是需要采用发电机发电，产生交流电进行供电，再进行变频控制，这样使模型车控制非常繁琐；同时由于车辆没有设置激振器，只是单纯的车体，无法有效地模拟车辆激励荷载。
[0003]因此研宄一种功能更为完善，系统稳定性、可靠性更高，更符合真实情况的模型车已成为亟待解决的问题。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种具有自行行走、速度可预设、可变速、自动制动功能，并能很好模拟车辆激励荷载的模型车。本发明能够更好地为公路及铁路路基、桥梁等相关结构的室内模型实验提供便利，为深入研宄车辆引起的工程结构振动问题研宄提供更有效手段。
[0005]本发明专利的技术方案是:一种移动式数控模型车，包括车身平台，车身平台上固接有至少一台用于对模型车施加指定激振荷载的电磁式激振器，电磁式激振器的输入端连有用于对电磁式激振器进行振动控制的MIMO闭环控制设备，电磁式激振器的输出端连有用于将感应到的激振力信号和加速度信号反馈给MMO闭环控制设备的力传感器和/或加速度传感器，MIMO闭环控制设备根据对比反馈的激振信号和预期信号的差别，然后纠正MIMO闭环控制设备向激振器输出的振动控制信号。
[0006]可选地，MIMO闭环控制设备包括用于发出波形信号的波形发生器、用于接收波形信号并将波形信号转换成力控制信号和/或加速控制信号的控制仪以及用于将控制仪输出的数字信号进行处理和放大的减法器和放大器。
[0007]可选地，力传感器和/或加速度传感器将感应到的激振信号通过反馈设备反馈给MIMO闭环控制设备。
[0008]可选地，车身平台底部装有相互平行布置的两组轮轴，轮轴通过轴承固接在车身平台上，轮轴两端分别装有车轮，轮轴的中部装有用于判断模型车运行距离的编码器以及用于改变轮轴转动方向的转向器，转向器通过联轴器连接驱动轴，直流无刷电机通过减速器连接并驱动驱动轴运转，驱动轴上还装有刹车装置。
[0009]可选地，加速度传感器安装在车身平台的底部；力传感器安装在轮轴上。
[0010]可选地，控制箱内设有用于调节直流无刷电机以适应各种电流和扭矩输出的电机调速控制器、用于控制刹车装置迫使模型车在指定位置自动减速的定位触发开关、用于控制刹车装置对行驶中的模型车进行紧急制动的急停开关以及用于控制模型车行驶状态的PLC控件。
[0011]可选地，车身平台上装有蓄电池，通过蓄电池对直流无刷电机进行供电。
[0012]可选地，车身平台的至少一端上装有用于减缓冲撞力的缓冲装置，缓冲装置包括撞击挡板，撞击挡板通过缓冲弹簧、钢柱以及孔环固接在车身平台上。
[0013]可选地，车身平台上还设有用于调节模型车轴重的配重质量块以及用于模型车结构拼装和调节模型车车身长度的螺栓孔、螺栓以及螺母。
[0014]可选地，车轮为可拆卸部件；车轮为模拟火车轮对的钢制车轮或者模拟汽车轮对的充气橡胶轮胎。
[0015]可移动式数控模型车包括车辆运行控制装置、车身平台、蓄电池、直流无刷电机、电机驱动装置、变速装置、刹车装置、转向机、速度传感器、力传感器、电磁式激振器及激振器闭环控制装置。在模型车车身平台上安装电磁式激振器，电磁式激振器通过可靠连接装置安装在车身平台上；电磁式激振器采用MIMO闭环控制系统进行振动控制，MIMO闭环控制系统可以采用力控制或者加速度控制方式，通过以上控制方式，使电磁式激振器可以对模型车车体施加指定的激励荷载。模型车可以根据需要安装一台或者一台以上的电磁式激振器，电磁式激振器可以根据实验需要水平放置或者竖向放置，或者其他任意角度放置。通过MMO闭环控制系统可以使电磁式激振器对模型车车体施加正弦激励荷载、脉冲激励荷载、方波激励荷载、冲击激励荷载以及任意随机激励荷载等。模型车的动力驱动装置为直流无刷电机，采用蓄电池对直流无刷电机进行供电，同时，模型车设置了电机调速控制器，能适应电机大电流、大扭矩输出的需要。模型车设置了整车速度控制装置，在驱动轴上安装旋转编码器，反馈车辆的实时速度和运行距离。模型车控制装置采用PLC为主控元件，采用触摸屏为人机交互设备，触摸屏控制面板上可以设定车速、显示车辆运行距离，设定车辆启动时间、运行距离、运行方向，设定刹车位置。模型车的控制装置具有急停开关和定位触发开关控制刹车装置。急停开关可以实现模型车在紧急状态时，人工下达紧急刹车指令。定位触发开关控制刹车装置通过驱动轴上安装的旋转编码器判断模型车运行距离，控制模型车在指定位置时马上自动减速。模型车的顶端设置有缓冲装置，当模型车无法通过自身刹车装置停止时，缓冲装置可以使模型车在撞到障碍物时平稳地停下。模型车车轴上安装力传感器和加速度传感器，其中力传感器可测试模型车运行过程中车轴处的的压力的变化值，加速度传感器可以测试模型车车体在运行过程中的振动加速度。模型车车身平台上设置的有螺栓孔，用来固定需要固定在车身平台上的设备和配种质量块，通过在模型车车身平台上安装配重质量块，可以调整模型车的轴重。模型车车身长度可以调节，通过调节车身长度可以增加或者缩短模型车前后轴轴距。模型车的车轮可以进行拆卸更换，可以是模拟火车轮对的钢制车轮，也可以是模拟汽车轮对的充气橡胶轮胎。模型车可在公路或者铁路的桥梁、隧道、路基以及轨道结构模型上运行，模拟实际车辆运行对桥梁、隧道、路基以及轨道结构的冲击作用。
[0016]本发明的有益效果在于:
[0017]1、本发明模型车能模拟不同车辆及车辆动力激励荷载
[0018]模型车设置了采用闭环控制的电磁式激振器，能根据用户需要对激振器进行设置，模拟车辆在实际运行中所产生的动力荷载，使试验模拟更加接近真实情况。模型车车身平台具有调控功能。
[0019]2、本发明模型车功能完善，
[0020]模型车的车轮可以拆卸，可换成模拟汽车用的充气轮胎，也可以换成模拟轨道交通列车的钢制车轮；同时通过调整配重质量块，可以改变模型车轴重，可以实现模拟不同自重的车辆。可以通过拉长或者缩短车身平台长度调整模型车前后轴轴距，模拟不同轴距的车辆。
[0021]3、本发明模型车使用方便，无需外界拖引
[0022]模型车自身安装动力装置，动力装置由蓄电池进行供电，试验时无需外界拖引，并且运动方式可通过控制系统预先进行设置，无刷直流电机能实现车辆恒速行驶，这样试验就会更加便利。
[0023]4、本发明模型车系统稳定性、安全性高
[0024]模型车行驶过程中运行平稳，并且控制系统具有急停开关和定位触发开关，通过刹车系统，能在模型车到达指定位置时马上自动减速停车，且能够在紧急情况下采用人工紧急按钮快速制动。模型车安装了缓冲装置，当模型车无法通过自身刹车系统停止时，缓冲装置可以使模型车在撞到障碍物时平稳地停下。
[0025]下面结合附图对本发明专利作进一步说明。
【附图说明】
[0026]图1是本发明实施例的模型车整体结构示意图；
[0027]图2是本发明实施例的模型车调节车身长度后的整体结构示意图；
[0028]图3是本发明实施例的模型车在路基上行驶示意图；
[0029]图4是本发明实施例的模型车在桥梁上行驶示意图；
[0030]图5是本发明实施例的模型车