一种长大列车动力学仿真优化方法及装置的制造方法
【专利摘要】本发明提供了一种长大列车动力学仿真优化方法及装置，应用于长大列车动力学仿真系统，该方法包括：获取仿真中在仿真步长的时间内所需的计算次数；判断所述在仿真步长的时间内所需的计算次数是否大于预定的运行所述仿真系统的计算机的运行次数上限；若是，则优化空气制动力的计算次数，使得优化结果满足在仿真步长的时间内所需的计算次数小于所述计算机的运行次数上限。基于上述方法通过优化空气制动力计算次数，降低了数据处理难度，实现长大列车动力学仿真计算的实时性和数据同步性。
【专利说明】
一种长大列车动力学仿真优化方法及装置
技术领域
[0001] 本发明涉及轨道车辆动力学仿真领域，特别是涉及一种长大列车动力学仿真优化 方法及装置。
【背景技术】
[0002] 随着地铁、轻轨、有轨电车和磁悬浮长大列车等轨道车辆普及，轨道车辆的安全性 越来越受到人们的重视。对长大列车动力学实时性仿真是对轨道车辆安全监控最有效的方 法。
[0003] 长大列车动力学问题是一个较为复杂的系统动力学问题，国内现有的车辆动力学 仿真系统，如SMPACK等仿真系统都能建立准确的车辆动力学模型，但是建模过程复杂，数 据处理难度大，对运行仿真系统的计算机的性能要求非常高，造成现有技术难以实现仿真 计算的实时性和数据同步性的问题。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的在于克服现有技术的不足，提出一种长大列车动力学仿真优化方 法。本发明通过优化空气制动力计算次数，降低了数据处理难度，实现长大列车动力学仿真 计算的实时性和数据同步性。
[0005] 为实现上述目的，本申请提供了如下方案：
[0006] 一种长大列车动力学仿真优化方法，应用于长大列车动力学仿真系统，包括：
[0007] 获取仿真中在仿真步长的时间内所需的计算次数;所述在仿真步长的时间内所需 的计算次数为每执行一次仿真所用牵引计算次数、每执行一次仿真所用电制动计算次数、 每执行一次仿真所用运行阻力计算次数、每执行一次仿真所用空气制动力计算次数、每执 行一次仿真所用车钩力计算次数和每执行一次仿真所用附加阻力计算次数的乘积；
[0008] 判断所述在仿真步长的时间内所需的计算次数是否大于预定的运行所述仿真系 统的计算机的运行次数上限;若是，则优化空气制动力的计算次数，
[0009] 使得优化结果满足在仿真步长的时间内所需的计算次数小于所述计算机的运行 次数上限。
[0010]优选的，优化空气制动力的计算次数包括：
[0011] 增大仿真步长的值，以减少每执行一次仿真所用空气制动力的计算次数；
[0012] 在同等仿真步长的基础上获取当前长大列车速度，根据长大列车速度和闸瓦摩擦 系数的计算关系获取闸瓦摩擦系数;所述长大列车速度和所述闸瓦摩擦系数为计算空气制 动力的参数；
[0013] 建立长大列车速度与闸瓦摩擦系数对应关系表;根据所述对应关系表获取当前长 大列车速度对应的闸瓦摩擦系数计算空气制动力，获取每执行一次仿真所用空气制动力的 优化计算次数。
[0014] 优选的，优化空气制动力计算次数还包括：
[0015] 将所有用于计算空气制动力的常数参数固化为一个常数。
[0016] 优选的，在优化空气制动力计算次数之前还包括：
[0017] 优化运行阻力计算次数，获取每执行一次仿真所用运行阻力的优化计算次数；
[0018] 判断优化运行阻力计算次数后的在仿真步长的时间内所需的计算次数是否大于 所述计算机的运行次数上限，若是，则优化空气制动力的计算次数。
[0019] 优选的，优化运行阻力计算次数包括：
[0020] 获取仿真中的长大列车速度；
[0021] 根据长大列车速度和运行阻力的计算关系获取每个长大列车速度对应的运行阻 力；
[0022] 建立长大列车速度与运行阻力对应关系表;根据所述对应关系表获取当前长大列 车速度对应的运行阻力，获取每执行一次仿真所用运行阻力的优化计算次数。
[0023] 优选的，若在仿真步长的时间内所需的计算次数小于所述计算机的运行次数上限 则不执行优化。
[0024] 一种长大列车动力学仿真优化装置，应用于长大列车动力学仿真系统，所述装置 包括:获取模块、第一分析模块、空气制动力优化模块；
[0025]所述获取模块用于获取仿真计算中在仿真步长的时间内所需的计算次数;所述在 仿真步长的时间内所需的计算次数为每执行一次仿真所用牵引计算次数、每执行一次仿真 所用电制动计算次数、每执行一次仿真所用运行阻力计算次数、每执行一次仿真所用空气 制动力计算次数、每执行一次仿真所用车钩力计算次数和每执行一次仿真所用附加阻力计 算次数的乘积；
[0026]所述第一分析模块用于判断所述在仿真步长的时间内所需的计算次数是否大于 预定的运行所述仿真系统的计算机的运行次数上限;若是，则优化空气制动力的计算次数； [0027]所述空气制动力优化模块用于优化空气制动力的计算次数，使得优化结果满足在 仿真步长的时间内所需的计算次数小于所述计算机的运行次数上限。
[0028]优选的，所述空气制动力优化模块包括空气制动力优化第一子模块、空气制动力 优化第二子模块和空气制动力优化第三子模块；
[0029] 所述空气制动力优化第一子模块用于增大仿真步长的值，以减少每执行一次仿真 所用空气制动力的计算次数；
[0030] 所述空气制动力优化第二子模块用于在同等仿真步长的基础上获取当前长大列 车速度，根据长大列车速度和闸瓦摩擦系数的计算关系获取闸瓦摩擦系数;所述长大列车 速度和所述闸瓦摩擦系数为计算空气制动力的参数；
[0031] 所述空气制动力优化第三子模块用于建立长大列车速度与闸瓦摩擦系数对应关 系表;根据所述对应关系表获取当前长大列车速度对应的闸瓦摩擦系数计算空气制动力， 获取每执行一次仿真所用空气制动力的优化计算次数。
[0032]优选的，所述装置还包括运行阻力优化模块和第二分析模块；
[0033]所述运行阻力优化模块用于在优化空气制动力计算次数之前优化运行阻力计算 次数，获取每执行一次仿真所用运行阻力的优化计算次数；
[0034]所述第二分析模块用于判断优化运行阻力计算次数后的所述在仿真步长的时间 内所需的计算次数是否大于所述计算机的运行次数上限，若是，则优化空气制动力的计算 次数。
[0035] 优选的，所述运行阻力优化模块包括运行阻力优化第一子模块、运行阻力优化第 二子模块和运行阻力优化第三子模块；
[0036] 所述运行阻力优化第一子模块用于获取仿真中的长大列车速度；
[0037]所述运行阻力优化第二子模块用于根据长大列车速度和运行阻力的计算关系获 取每个长大列车速度对应的运行阻力；
[0038]所述运行阻力优化第三子模块用于建立长大列车速度与运行阻力对应关系表;根 据所述对应关系表获取当前长大列车速度对应的运行阻力，获取每执行一次仿真所用运行 阻力的优化计算次数。
[0039] 从上述技术方案可以看出，本申请所提供的长大列车动力学仿真优化方法，在进 行仿真计算之前会判断计算在仿真步长的时间内所需的计算次数是否大于预定的运行所 述系统的计算机的计算次数上限，若大于则优化空气制动力计算次数，以减少计算仿真步 长所需的计算次数，从而降低了仿真计算的数据处理难度，使运行仿真系统的计算机的性 能能够满足仿真计算的计算需求，实现长大列车动力学仿真计算的实时性和数据同步性。
【附图说明】
[0040] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现 有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本 发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据 提供的附图获得其他的附图。
[0041] 图1为本发明实施例一公开的一种长大列车动力学仿真优化方法流程图；
[0042] 图2为本发明实施例二公开的优化空气制动力计算次数方法流程图；
[0043]图3为本发明实施例三公开的一种长大列车动力学仿真优化方法流程图；
[0044] 图4为本发明实施例三公开的优化运行阻力计算次数方法流程图；
[0045] 图5为本发明实施例四公开的一种长大列车动力学仿真优化装置结构示意图；
[0046] 图6为本发明实施例五公开的空气制动力优化模块结构示意图；
[0047] 图7为本发明实施例六公开的一种长大列车动力学仿真优化装置结构示意图；
[0048] 图8为本发明实施例六公开的运行阻力优化模块结构示意图。
【具体实施方式】
[0049]下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完 整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于 本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他 实施例，都属于本发明保护的范围。
[0050] 实施例一
[0051]请参阅图1，图1为本发明实施例一公开的一种长大列车动力学仿真优化方法流程 图，所述方法应用于长大列车动力学仿真系统，该方法包括以下步骤：
[0052]步骤SI 1:获取仿真中在仿真步长的时间内所需的计算次数;所述在仿真步长的时 间内所需的计算次数为每执行一次仿真所用牵引计算次数、每执行一次仿真所用电制动计 算次数、每执行一次仿真所用运行阻力计算次数、每执行一次仿真所用空气制动力计算次 数、每执行一次仿真所用车钩力计算次数和每执行一次仿真所用附加阻力计算次数的乘 积；
[0053]具体的，长大列车动力学仿真系统输入长大列车运行阻力参数，长大列车牵引-制 动曲线参数，长大列车车钩钩缓模型参数，线路数据等模拟长大列车的运行状态，在仿真过 程中需要计算牵引力、电制动、运行阻力、空气制动力、车钩力和附加阻力，在仿真步长的时 间内所需的计算次数表征着仿真系统的最高数据处理量，具体的，所述在仿真步长的时间 内所需的计算次数为每执行一次仿真所用牵引计算次数、每执行一次仿真所用电制动计算 次数、每执行一次仿真所用运行阻力计算次数、每执行一次仿真所用空气制动力计算次数、 每执行一次仿真所用车钩力计算次数和每执行一次仿真所用附加阻力计算次数的乘积。 [0054]空气制动力决定了列车的制动性能和运行平稳性，在长大列车动力学仿真过程 中，空气制动力是一个很重要的参数指标。
[0055] 步骤S12:判断所述在仿真步长的时间内所需的计算次数是否大于预定的运行所 述仿真系统的计算机的运行次数上限;若是则执行S13;
[0056] 具体的，预定的运行所述仿真系统的计算机的运行次数上限为运行仿真系统的计 算机的每秒的运算次数乘以加权值。
[0057]优选的，所述加权值为0.8。
[0058]基于上述实施方式，优选的，当在仿真步长的时间内所需的计算次数小于所述计 算机的运行次数上限时不执行优化。
[0059]步骤S13:优化空气制动力的计算次数，使得优化结果满足在仿真步长的时间内所 需的计算次数小于所述计算机的运行次数上限。
[0060] 具体的，空气制动力的计算次数是计算在仿真步长的时间内所需的计算次数中的 一个重要参数，优化空气制动力的计算次数可以有效降低在仿真步长的时间内所需的计算 次数，以使运行仿真系统的计算机的性能满足所述仿真系统的计算要求。
[0061] 实验结果表明，在对空气制动力计算次数进行优化后运行所述仿真系统的计算机 的运行次数上限能够满足所述仿真系统的计算要求，且计算数据的精度误差率小于2%，能 够实现长大列车动力学仿真计算的实时性和数据同步性。
[0062] 以上为本发明实施例一提供的一种长大列车动力学仿真优化方法，应用于长大列 车动力学仿真系统，获取仿真中在仿真步长的时间内所需的计算次数;所述在仿真步长的 时间内所需的计算次数为每执行一次仿真所用牵引计算次数、每执行一次仿真所用电制动 计算次数、每执行一次仿真所用运行阻力计算次数、每执行一次仿真所用空气制动力计算 次数、每执行一次仿真所用车钩力计算次数和每执行一次仿真所用附加阻力计算次数的乘 积;判断所述在仿真步长的时间内所需的计算次数是否大于预定的运行所述仿真系统的计 算机的运行次数上限;若是，则优化空气制动力的计算次数，使得优化结果满足在仿真步长 的时间内所需的计算次数小于所述计算机的运行次数上限。本实施例的公开的方法减少了 每一次执行仿真所用空气制动力的计算次数，从而减少了计算仿真步长的时间内所需的计 算次数，降低了仿真计算的数据处理难度。
[0063] 实施例二
[0064]基于上述本发明实施例一公开的一种长大列车动力学仿真优化方法，如图1示出 的优化空气制动力计算次数S13中的优化空气制动力的计算次数，其具体执行过程如图2， 主要包括以下步骤：
[0065]步骤S21:增大仿真步长的值，以减少每执行一次仿真所用空气制动力的计算次 数；
[0066] 具体的，仿真步长的初始值可以定为0.002秒一次，Is = 1000ms，也就是说每隔5ms 进行一次计算，增大仿真步长的值，也就是说在Is时间内增大执行一次计算的时间，可以降 低计算机运行仿真系统时数据处理的难度。
[0067]步骤S22:在同等仿真步长的基础上获取当前长大列车速度，根据长大列车速度和 闸瓦摩擦系数的计算关系获取闸瓦摩擦系数;所述长大列车速度和所述闸瓦摩擦系数为计 算空气制动力的参数；
[0068]具体的，空气制动力的计算公式如下：
[0069] Fb=K*P,
[0070] 其中，Fb表示空气制动力，K表示实算闸瓦压力，P表示闸瓦摩擦系数。
[0071 ]计算闸瓦摩擦系数的计算公式如下：
[0072]
[0073] 共屮，.ψ?ι.衣不|刊莩像龙双，v衣不长大列车速度。
[0074] 步骤S23:建立长大列车速度与闸瓦摩擦系数对应关系表;根据所述对应关系表获 取当前长大列车速度对应的闸瓦摩擦系数计算空气制动力，获取每执行一次仿真所用空气 制动力的优化计算次数。
[0075] 具体的，建立长大列车速度ν与闸瓦摩擦系数φ?ι对应关系表包括:根据长大列车速 度ν和闸瓦摩擦系数少沾勺计算关系获取闸瓦摩擦系数建立长大列车速度ν与闸瓦摩擦系 数φ?对应关系表。
[0076] 具体的，从0开始，长大列车速度每增加5km/h记录一次闸瓦摩擦系数，也就是说在 长大列车速度与闸瓦摩擦系数对应关系表中的长大列车的速度值都是5的倍数，在实际的 仿真过程中，如果当前长大列车的速度值不在所述对应关系表中，则将当前长大列车的速 度值修正为在所述对应关系表中大于该速度值且与该速度值最接近的速度值。例如：如果 当前长大列车的速度值为4km/h则将该速度值修正为5km/h，计算其对应的闸瓦摩擦系数只 需从长大列车速度与闸瓦摩擦系数对应关系表中查找长大列车速度为5km/h对应的闸瓦摩 擦系数;如果当前长大列车的速度值为6km/h则将该速度值修正为10km/h，计算其对应的闸 瓦摩擦系数只需从长大列车速度与闸瓦摩擦系数对应关系表中查找长大列车速度为l〇km/ h对应的闸瓦摩擦系数。
[0077] 在计算空气制动力的时候就可以不用在长大列车速度v发生变化的时候每次都计 算闸瓦摩擦系数Φ?α，只需在获取当前长大列车速度v后从所述长大列车速度与闸瓦摩擦系 数对应关系表里查找对应的闸瓦摩擦系数<Ph，减少了每一次执行仿真所用空气制动力的计 算次数。
[0078]优选的，在优化空气制动力计算次数时还可以将所有用于计算空气制动力的常数 参数固化为一个常数；
[0079]当闸瓦摩擦系数P可根据长大列车速度与闸瓦摩擦系数对应关系表获取后，还可 以对实算闸瓦压力K的计算次数进行优化。
[0080] 实算闸瓦压力Κ的计算公式如下：
[0081]
[0082] 其中，π为圆周率，取3.1416;
[0083] dz为制动缸直径；
[0084] pz为制动缸空气压力；
[0085] %为基础制动装置计算传动效率；
[0086] γζ为制动倍率；
[0087] ηζ为制动缸数；
[0088] nk为闸瓦数；
[0089] 这些参数中除了以制动缸空气压力为在仿真过程中实时返回的值，其他参数都是 常数，将这些参数固化为一个常数，在仿真计算过程中不用每次都将这些参数带入公式计 算闸瓦压力K，公式中只有p z制动缸空气压力和固化的常数，使计算空气制动力时更为简 单，减少了每执行一次仿真所用空气制动力的计算次数。
[0090] 实施例三
[0091] 请参阅图3,图3为本发明实施例三公开的一种长大列车动力学仿真优化方法流程 图，该方法包括：
[0092]步骤S31:获取仿真中在仿真步长的时间内所需的计算次数;所述在仿真步长的时 间内所需的计算次数为每执行一次仿真所用牵引计算次数、每执行一次仿真所用电制动计 算次数、每执行一次仿真所用运行阻力计算次数、每执行一次仿真所用空气制动力计算次 数、每执行一次仿真所用车钩力计算次数和每执行一次仿真所用附加阻力计算次数的乘 积；
[0093]具体的，长大列车动力学仿真系统输入长大列车运行阻力参数，长大列车牵引-制 动曲线参数，长大列车车钩钩缓模型参数，线路数据等模拟长大列车的运行状态，在仿真过 程中需要计算牵引力、电制动、运行阻力、空气制动力、车钩力和附加阻力，在仿真步长的时 间内所需的计算次数表征着仿真系统的最高数据处理量，具体的，所述在仿真步长的时间 内所需的计算次数为每执行一次仿真所用牵引计算次数、每执行一次仿真所用电制动计算 次数、每执行一次仿真所用运行阻力计算次数、每执行一次仿真所用空气制动力计算次数、 每执行一次仿真所用车钩力计算次数和每执行一次仿真所用附加阻力计算次数的乘积。
[0094] 步骤S32:判断所述在仿真步长的时间内所需的计算次数是否大于预定的运行所 述仿真系统的计算机的运行次数上限，若是则执行S33;
[0095] 具体的，预定的运行所述仿真系统的计算机的运行次数上限为运行仿真系统的计 算机的每秒的运算次数乘以加权值。
[0096]优选的，所述加权值为0.8。
[0097]步骤S33:优化运行阻力计算次数，获取每执行一次仿真所用运行阻力的优化计算 次数；
[0098]步骤S34:判断优化运行阻力计算次数后的在仿真步长的时间内所需的计算次数 是否大于所述计算机的运行次数上限;若是则执行S35;
[0099] 步骤S35:优化空气制动力的计算次数，使得优化结果满足在仿真步长的时间内所 需的计算次数小于所述计算机的运行次数上限。
[0100] 基于上述实施方式，优选的，当在仿真步长的时间内所需的计算次数小于所述计 算机的运行次数上限时不执行优化。
[0101] 如图3所示的方法，在优化空气制动力计算次数之前对运行阻力进行优化，虽然优 化运行阻力的计算次数的效果不如优化空气制动力的计算次数，但是优化运行阻力计算次 数的方法要比优化空气制动力计算次数简单，在只需优化运行阻力的计算次数之后就能使 运行仿真系统的计算机满足运行仿真系统的计算需求时，不需要对空气制动力的计算次数 进行优化就可以执行所述系统仿真计算，这种实施方式提高了优化计算在仿真步长的时间 内所需计算次数的效率。
[0102] 如图3示出的优化运行阻力计算次数S33中的优化运行阻力的计算次数，其具体执 行过程如图4，主要包括以下步骤：
[0103] 步骤S41:获取仿真中的长大列车速度；
[0104] 步骤S42:根据长大列车速度和运行阻力的计算关系获取每个长大列车速度对应 的运行阻力；
[0105] 步骤S43:建立长大列车速度与运行阻力对应关系表;根据所述对应关系表获取当 前长大列车速度对应的运行阻力，获取每执行一次仿真所用运行阻力的优化计算次数。
[0106] 其中，运行阻力的计算公式如下：
[0107] z=w氺 T，
[0108] 其中Z为运行阻力，w为长大列车单位基本阻力，T为长大列车重量。
[0109] 而w长大列车单位基本阻力的计算公式如下：
[0110] w = a+b*v+c*v,
[0111] 其中a、b、c可以转化为常数，所以在获得长大列车速度v后就可以计算出运行阻力 Z〇
[0112] 具体的，从0开始，长大列车速度每增加5km/h记录一次运行阻力，也就是说在长大 列车速度与运行阻力对应关系表中的长大列车的速度值都是5的倍数，在实际的仿真过程 中，如果当前长大列车的速度值不在所述对应关系表中，则将当前长大列车的速度值修正 为在所述对应关系表中大于该速度值且与该速度值最接近的速度值。例如：如果当前长大 列车的速度值为4km/h则将该速度值修正为5km/h，计算其对应的运行阻力只需从长大列车 速度与运行阻力对应关系表中查找长大列车速度为5km/h对应的运行阻力；如果当前长大 列车的速度值为6km/h则将该速度值修正为10km/h，计算其对应的运行阻力只需从长大列 车速度与运行阻力对应关系表中查找长大列车速度为l〇km/h对应的运行阻力。
[0113] 建立长大列车速度与运行阻力对应关系表，在仿真计算过程中不用每次在长大列 车速度v发生变化的时候每次都计算运行阻力Z，只需在获取当前长大列车速度v后从所述 长大列车速度与运行阻力对应关系表中查找对应的运行阻力Z，减少了每执行一次仿真所 用运行阻力的计算次数。
[0114] 实施例四
[0115] 基于上述本发明实施例一公开的一种长大列车动力学仿真优化方法，本发明实施 例四则对应公开了执行上述方法的装置。如图5所示，所述装置包括:获取模块11、第一分析 模块12和空气制动力优化模块13;
[0116]所述获取模块11用于获取仿真计算中在仿真步长的时间内所需的计算次数;所述 在仿真步长的时间内所需的计算次数为每执行一次仿真所用牵引计算次数、每执行一次仿 真所用电制动计算次数、每执行一次仿真所用运行阻力计算次数、每执行一次仿真所用空 气制动力计算次数、每执行一次仿真所用车钩力计算次数和每执行一次仿真所用附加阻力 计算次数的乘积；
[0117]具体的，长大列车动力学仿真系统
[0118]输入长大列车运行阻力参数，长大列车牵引-制动曲线参数，长大列车车钩钩缓模 型参数，线路数据等模拟长大列车的运行状态，在仿真过程中需要计算牵引力、电制动、运 行阻力、空气制动力、车钩力和附加阻力，在仿真步长的时间内所需的计算次数表征着仿真 系统的最高数据处理量，具体的，所述在仿真步长的时间内所需的计算次数为每执行一次 仿真所用牵引计算次数、每执行一次仿真所用电制动计算次数、每执行一次仿真所用运行 阻力计算次数、每执行一次仿真所用空气制动力计算次数、每执行一次仿真所用车钩力计 算次数和每执行一次仿真所用附加阻力计算次数的乘积。
[0119]空气制动力决定了列车的制动性能和运行平稳性，在长大列车动力学仿真过程 中，空气制动力是一个很重要的参数指标。
[0120] 所述第一分析模12用于判断所述计算次数是否大于所述计算机的性能，若是，则 通过空气制动力优化模块13优化空气制动力的计算次数；
[0121] 具体的，预定的运行所述仿真系统的计算机的运行次数上限为运行仿真系统的计 算机的每秒的运算次数乘以加权值。
[0122] 优选的，所述加权值为0.8。
[0123] 基于上述实施方式，优选的，当在仿真步长的时间内所需的计算次数小于所述计 算机的运行次数上限时不执行优化。
[0124] 所述空气制动力优化模块13用于优化空气制动力的计算次数，使得优化结果满足 在仿真步长的时间内所需的计算次数小于所述计算机的运行次数上限。
[0125] 具体的，空气制动力的计算次数是计算在仿真步长的时间内所需的计算次数中的 一个重要参数，优化空气制动力的计算次数可以有效降低在仿真步长的时间内所需的计算 次数，以使运行仿真系统的计算机的性能满足所述仿真系统的计算要求。
[0126] 以上为本发明实施例四提供的一种长大列车动力学仿真优化装置，所述获取模块 11用于获取仿真计算中在仿真步长的时间内所需的计算次数;所述第一分析模块12用于判 断在仿真步长的时间内所需的计算次数是否大于运行所述仿真系统的计算机的运行次数 上限，若是，则通过空气制动力优化模块13优化空气制动力的计算次数;所述空气制动力优 化模块13用于优化空气制动力的计算次数，使得优化结果满足在仿真步长的时间内所需的 计算次数小于所述计算机的运行次数上限。本实施例的公开的方法减少了每一次执行仿真 所用空气制动力的计算次数，从而减少了计算在仿真步长的时间内所需的计算次数，降低 了仿真计算的数据处理难度。
[0127] 实施例五
[0128] 基于上述本发明实施例四公开的一种长大列车动力学仿真优化装置，如图5示出 的空气制动力优化模块13,如图6所示，具体的包括空气制动力优化第一子模块21、空气制 动力优化第二子模块22和空气制动力优化第三子模块23;
[0129] 所述空气制动力优化第一子模块21用于增大仿真步长的值，以减少每执行一次仿 真所用空气制动力的计算次数；
[0130] 所述空气制动力优化第二子模块22用于在同等仿真步长的基础上获取当前长大 列车速度，根据长大列车速度和闸瓦摩擦系数的计算关系获取闸瓦摩擦系数;所述长大列 车速度和所述闸瓦摩擦系数为计算空气制动力的参数；
[0131]所述空气制动力优化第三子模块23用于建立长大列车速度与闸瓦摩擦系数对应 关系表;根据所述对应关系表获取当前长大列车速度对应的闸瓦摩擦系数计算空气制动 力，获取每执行一次仿真所用空气制动力的优化计算次数。
[0132] 具体的，在已经设置好仿真步长的值的基础上，在同等仿真步长的条件下获取当 前长大列车速度，根据闸瓦摩擦系数的计算公式：
[0133]
[0134] 其中，表示闸瓦摩擦系数，v表示长大列车速度。
[0135] 具体的，建立长大列车速度与闸瓦摩擦系数对应关系表，所述对应关系表的可能 的一种表不方式如下：
[0136]
[0137] 具体的，从0开始，长大列车速度每增加5km/h记录一次闸瓦摩擦系数，也就是说在 长大列车速度与闸瓦摩擦系数对应关系表中的长大列车的速度值都是5的倍数，在实际的 仿真过程中，如果当前长大列车的速度值不在所述对应关系表中，则将当前长大列车的速 度值修正为在所述对应关系表中大于该速度值且与该速度值最接近的速度值。例如：如果 当前长大列车的速度值为4km/h则将该速度值修正为5km/h，计算其对应的闸瓦摩擦系数只 需从长大列车速度与闸瓦摩擦系数对应关系表中查找长大列车速度为5km/h对应的闸瓦摩 擦系数;如果当前长大列车的速度值为6km/h则将该速度值修正为10km/h，计算其对应的闸 瓦摩擦系数只需从长大列车速度与闸瓦摩擦系数对应关系表中查找长大列车速度为l〇km/ h对应的闸瓦摩擦系数。
[0138] 在计算空气制动力的时候就可以不用在长大列车速度v发生变化的时候每次都计 算闸瓦摩擦系数9h，只需在获取当前长大列车速度v后从表里查找对应的闸瓦摩擦系数9h.， 减少了每一次执行仿真所用空气制动力的计算次数。
[0139] 优选的，空气制动力优化模块13还包括空气制动力优化第四子模块，所述空气制 动力优化第四子模块用于将所有用于计算空气制动力的常数参数固化为一个常数；
[0140] 当闸瓦摩擦系数P可根据长大列车速度与闸瓦摩擦系数对应关系表获取后，还可 以对实算闸瓦压力K的计算次数进行优化。
[0141] 实算闸瓦压力K的计算公式如下：
[0142]
[0143] 其中，jt为圆周率，取3.1416;
[0144] dz为制动缸直径；
[0145] pz为制动缸空气压力；
[0146] %为基础制动装置计算传动效率；
[0147] γζ为制动倍率；
[0148] ηζ为制动缸数；
[0149] nk为闸瓦数；
[0150] 这些参数中除了以制动缸空气压力为在仿真过程中实时返回的值，其他参数都是 常数，第四优化模块将这些参数固化为一个常数，在仿真计算过程中不用每次都将这些参 数带入公式计算闸瓦压力K，公式中只有p z制动缸空气压力和固化的常数，使计算空气制动 力时更为简单，减少了每执行一次仿真所用空气制动力的计算次数。
[0151] 实施例六
[0152] 请参阅图7,图7为本发明实施例六公开的一种长大列车动力学仿真优化装置结构 示意图，该装置包括：
[0153]所述获取模块31用于获取仿真计算中在仿真步长的时间内所需的计算次数;所述 在仿真步长的时间内所需的计算次数为每执行一次仿真所用牵引计算次数、每执行一次仿 真所用电制动计算次数、每执行一次仿真所用运行阻力计算次数、每执行一次仿真所用空 气制动力计算次数、每执行一次仿真所用车钩力计算次数和每执行一次仿真所用附加阻力 计算次数的乘积；
[0154]具体的，长大列车动力学仿真系统输入长大列车运行阻力参数，长大列车牵引-制 动曲线参数，长大列车车钩钩缓模型参数，线路数据等模拟长大列车的运行状态，在仿真过 程中需要计算牵引力、电制动、运行阻力、空气制动力、车钩力和附加阻力，在仿真步长的时 间内所需的计算次数表征着仿真系统的最高数据处理量，具体的，所述在仿真步长的时间 内所需的计算次数为每执行一次仿真所用牵引计算次数、每执行一次仿真所用电制动计算 次数、每执行一次仿真所用运行阻力计算次数、每执行一次仿真所用空气制动力计算次数、 每执行一次仿真所用车钩力计算次数和每执行一次仿真所用附加阻力计算次数的乘积。
[0155] 所述第一分析模块32用于判断所述计算次数是否大于所述计算机的性能，若是， 则通过空气制动力优化模块35优化空气制动力的计算次数；
[0156] 具体的，预定的运行所述仿真系统的计算机的运行次数上限为运行仿真系统的计 算机的每秒的运算次数乘以加权值。
[0157] 优选的，所述加权值为0.8。
[0158] 基于上述实施方式，优选的，当在仿真步长的时间内所需的计算次数小于所述计 算机的运行次数上限时不执行优化。
[0159]所述运行阻力优化模块33用于在优化空气制动力计算次数之前优化运行阻力计 算次数，获取每执行一次仿真所用运行阻力的优化计算次数；
[0160] 所述第二分析模块34用于判断优化运行阻力计算次数后的所述在仿真步长的时 间内所需的计算次数是否大于所述计算机的运行次数上限，若是，则优化空气制动力的计 算次数；
[0161] 基于上述实施方式，优选的，当在仿真步长的时间内所需的计算次数小于所述计 算机的运行次数上限时不执行优化。
[0162] 所述空气制动力优化模块35用于优化空气制动力的计算次数，使得优化结果满足 在仿真步长的时间内所需的计算次数小于所述计算机的运行次数上限。
[0163] 在优化空气制动力计算次数之前对运行阻力进行优化，虽然优化运行阻力的计算 次数的效果不如优化空气制动力的计算次数，但是优化运行阻力计算次数的方法要比优化 空气制动力计算次数简单，在只需优化运行阻力的计算次数之后就能使运行仿真系统的计 算机满足运行仿真系统的计算需求时，不需要对空气制动力的计算次数进行优化就可以执 行所述系统仿真计算，这种实施方式提高了优化计算仿真步长所需计算次数的效率。
[0164] 如图7所示的运行阻力优化模块33的结构如图8所示，具体包括运行阻力优化第一 子模块41、运行阻力优化第二子模块42和运行阻力优化第三子模块43;
[0165] 所述运行阻力优化第一子模块41用于获取仿真中的长大列车速度；
[0166] 所述运行阻力优化第二子模块42用于根据长大列车速度和运行阻力的计算关系 获取每个长大列车速度对应的运行阻力；
[0167] 所述运行阻力优化第三子模块43用于建立长大列车速度与运行阻力对应关系表； 根据所述对应关系表获取当前长大列车速度对应的运行阻力，获取每执行一次仿真所用运 行阻力的优化计算次数。
[0168] 其中，运行阻力的计算公式如下：
[0169] z=w氺 T，
[0170] 其中Z为运行阻力，w为长大列车单位基本阻力，T为长大列车重量。
[0171] 而w长大列车单位基本阻力的计算公式如下：
[0172] w = a+b*v+c*v,
[0173] 其中a、b、c可以转化为常数，所以在获得长大列车速度v后就可以计算出运行阻力 Z〇
[0174] 建立的长大列车速度v运行阻力Z对应关系表可能的一种表示方法如下：
[0175]
[0176] 具体的，从0开始，长大列车速度每增加5km/h记录一次运行阻力，也就是说在长大 列车速度与运行阻力对应关系表中的长大列车的速度值都是5的倍数，在实际的仿真过程 中，如果当前长大列车的速度值不在所述对应关系表中，则将当前长大列车的速度值修正 为在所述对应关系表中大于该速度值且与该速度值最接近的速度值。例如：如果当前长大 列车的速度值为4km/h则将该速度值修正为5km/h，计算其对应的运行阻力只需从长大列车 速度与运行阻力对应关系表中查找长大列车速度为5km/h对应的运行阻力；如果当前长大 列车的速度值为6km/h则将该速度值修正为10km/h，计算其对应的运行阻力只需从长大列 车速度与运行阻力对应关系表中查找长大列车速度为lOkm/h对应的运行阻力。
[0177] 建立长大列车速度与运行阻力对应关系表，在仿真计算过程中不用每次在长大列 车速度v发生变化的时候每次都计算运行阻力Z，只需在获取当前长大列车速度v后从所述 长大列车速度与运行阻力对应关系表中查找对应的运行阻力Z，减少了每执行一次仿真所 用运行阻力的计算次数。
[0178] 对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。 对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的 一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明 将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一 致的最宽的范围。
【主权项】
1. 一种长大列车动力学仿真优化方法，应用于长大列车动力学仿真系统，其特征在于， 包括： 获取仿真中在仿真步长的时间内所需的计算次数;所述在仿真步长的时间内所需的计 算次数为每执行一次仿真所用牵引计算次数、每执行一次仿真所用电制动计算次数、每执 行一次仿真所用运行阻力计算次数、每执行一次仿真所用空气制动力计算次数、每执行一 次仿真所用车钩力计算次数和每执行一次仿真所用附加阻力计算次数的乘积； 判断所述在仿真步长的时间内所需的计算次数是否大于预定的运行所述仿真系统的 计算机的运行次数上限;若是，则优化空气制动力的计算次数，使得优化结果满足在仿真步 长的时间内所需的计算次数小于所述计算机的运行次数上限。2. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，优化空气制动力的计算次数包括： 增大仿真步长的值，以减少每执行一次仿真所用空气制动力的计算次数； 在同等仿真步长的基础上获取当前长大列车速度，根据长大列车速度和闸瓦摩擦系数 的计算关系获取闸瓦摩擦系数;所述长大列车速度和所述闸瓦摩擦系数为计算空气制动力 的参数； 建立长大列车速度与闸瓦摩擦系数对应关系表;根据所述对应关系表获取当前长大列 车速度对应的闸瓦摩擦系数计算空气制动力，获取每执行一次仿真所用空气制动力的优化 计算次数。3. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，优化空气制动力计算次数还包括： 将所有用于计算空气制动力的常数参数固化为一个常数。4. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在优化空气制动力计算次数之前还包括： 优化运行阻力计算次数，获取每执行一次仿真所用运行阻力的优化计算次数； 判断优化运行阻力计算次数后的在仿真步长的时间内所需的计算次数是否大于所述 计算机的运行次数上限，若是，则优化空气制动力的计算次数。5. 根据权利要求4所述的方法，其特征在于，优化运行阻力计算次数包括： 获取仿真中的长大列车速度； 根据长大列车速度和运行阻力的计算关系获取每个长大列车速度对应的运行阻力； 建立长大列车速度与运行阻力对应关系表;根据所述对应关系表获取当前长大列车速 度对应的运行阻力，获取每执行一次仿真所用运行阻力的优化计算次数。6. 根据权利要求1或4所述的方法，其特征在于，若在仿真步长的时间内所需的计算次 数小于所述计算机的运行次数上限则不执行优化。7. -种长大列车动力学仿真优化装置，应用于长大列车动力学仿真系统，其特征在于， 所述装置包括:获取模块、第一分析模块、空气制动力优化模块； 所述获取模块用于获取仿真计算中在仿真步长的时间内所需的计算次数;所述在仿真 步长的时间内所需的计算次数为每执行一次仿真所用牵引计算次数、每执行一次仿真所用 电制动计算次数、每执行一次仿真所用运行阻力计算次数、每执行一次仿真所用空气制动 力计算次数、每执行一次仿真所用车钩力计算次数和每执行一次仿真所用附加阻力计算次 数的乘积； 所述第一分析模块用于判断所述在仿真步长的时间内所需的计算次数是否大于预定 的运行所述仿真系统的计算机的运行次数上限;若是，则优化空气制动力的计算次数； 所述空气制动力优化模块用于优化空气制动力的计算次数，使得优化结果满足在仿真 步长的时间内所需的计算次数小于所述计算机的运行次数上限。8. 根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述空气制动力优化模块包括空气制动力 优化第一子模块、空气制动力优化第二子模块和空气制动力优化第三子模块； 所述空气制动力优化第一子模块用于增大仿真步长的值，以减少每执行一次仿真所用 空气制动力的计算次数； 所述空气制动力优化第二子模块用于在同等仿真步长的基础上获取当前长大列车速 度，根据长大列车速度和闸瓦摩擦系数的计算关系获取闸瓦摩擦系数;所述长大列车速度 和所述闸瓦摩擦系数为计算空气制动力的参数； 所述空气制动力优化第三子模块用于建立长大列车速度与闸瓦摩擦系数对应关系表； 根据所述对应关系表获取当前长大列车速度对应的闸瓦摩擦系数计算空气制动力，获取每 执行一次仿真所用空气制动力的优化计算次数。9. 根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述装置还包括运行阻力优化模块和第二 分析模块； 所述运行阻力优化模块用于在优化空气制动力计算次数之前优化运行阻力计算次数， 获取每执行一次仿真所用运行阻力的优化计算次数； 所述第二分析模块用于判断优化运行阻力计算次数后的所述在仿真步长的时间内所 需的计算次数是否大于所述计算机的运行次数上限，若是，则优化空气制动力的计算次数。10. 根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述运行阻力优化模块包括运行阻力优 化第一子模块、运行阻力优化第二子模块和运行阻力优化第三子模块； 所述运行阻力优化第一子模块用于获取仿真中的长大列车速度； 所述运行阻力优化第二子模块用于根据长大列车速度和运行阻力的计算关系获取每 个长大列车速度对应的运行阻力； 所述运行阻力优化第三子模块用于建立长大列车速度与运行阻力对应关系表;根据所 述对应关系表获取当前长大列车速度对应的运行阻力，获取每执行一次仿真所用运行阻力 的优化计算次数。
【文档编号】G06F17/50GK105975689SQ201610291382
【公开日】2016年9月28日
【申请日】2016年5月4日
【发明人】罗显光, 毛业军, 汤诚, 陈建林, 杜求茂, 王先锋
【申请人】中车株洲电力机车有限公司